geopresiones para diseño de un pozo petrolero

1. Geopresiones y
Diseno de Pozo
Saad Saleh, Ph.D.
KNOWLEDGE SYSTEMS
Feb 2004

2. Descripción
• Que debemos hacer en un diseño.
• Pozos Agua Profundas
• Pozos HPHT
• Selección del Peso de Lodo optimo
• Problemas en el hoyo
• Diseño de BOP
• Tolerancia al kick
• Punto de Asentamiento.

3. Cosas que se deben de hacer en un
diseño de pozo
Discusión en clase
•
•
•
•
•
•
•
•

4. Cosas que se deben de hacer en un
diseño de pozo
• Adquirir datos de correlación.
• Analizar la data.
– Identificar potenciales peligros.
– Identificar necesidades de completacion.
• Escoger los puntos de casign.
• Diseño de cimentación.
• Diseño de casign.
• Cabezal del Pozo
• Logística .
• Regulaciones ambientales.
• Permisos
• Programa de perforación.

5. Cosas que se deben de hacer en un
diseño de pozo
El Programa de Perforación debe Contener:
• Direccional
• Diseño de casign.
• Peso de Lodo y Hidráulica.
• Seguridad: BOP specs, etc.
• Contingencias.
• Otros

6. Por que nos Preocupamos de la
Presión de Poro
• Planeamiento de la Perforación
A. Ningún programa ni estimado de costo puede ser hecho
razonablemente sin la predicción de presión – Esta maneja los casigns
,lodo y seleccion de broca..
B. Tener el equipo adecuado para perforar el pozo con éxito y al menor
costo posible, sin riesgo a la gente ni al medio ambiente.
C. Taladro, BOP, casing, Peso del lodo, gente de soporte.
• Perforando Seguro
– Identifica las zonas de sobrepresion por lo que planes de un manejo
efectivo de riesgos pueden ser implementados.
• Costo de Perforación
• Los objetivos son viables??
• Sellos y compartimientos
• Estabilidad de Hoyo

7. Seguridad
Bueno Malo
(Goins & Sheffield, 1983)

8. Costos de Perforación
Steel
29%
Mud
24%
Rig Time
29%
TroubleCosts-
Pressure
11%
TroubleCosts-
Non Pressure
7%
Source: Solomon Brothers
11% de los costos con relacionados a problemas
$1.1 million por cada $10 million que se gastan en drilling

9. Experiencia Presente:
90% del tiempo perdido esta relacionado con
presion de poro o gradiente de fractura.
Saga well recovery, Norway = $250 million
Costos futuros en relacion a aguas profundas:
En GOM deepwater se gastara en 10 anos 2 $5
Billion
Costo promedio por pozo 3 $30-40 million
hasta $80 million
Costos del taladro $350,000/dia
Sources: 1 Conoco 2 MMS 3 BP

10. Perforando Objetivos Profundos
La Industria del
Petroleo esta
perforando mas
profundo en zonas
con presiones mas
altas que fueron
descartadas en el
pasado por su alto
costo de operacion.
Equivalent Mud Weight, lbs/gal
8 10 12 14 16 18
feet
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
leakoff
519a-l1 .Mud
519a-l1 .D46
0 200120 50
GR Acoustic
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
519a-l1
Depleted to 4 PPG
Pressure Ramp
Overburden
Hyd. Frac.
Gradient
Mud Wt.
Prospect at 20,000 feet??
7"
9 5/8"
TEXAS SHELF
Calc. Pressure
Texas Shelf
Prospect at 20,000 ft?
After Phill Heppard, BP

11. Sobrepresion: Esta en todo lugar
donde hay petroleo
Overpressured basins: Paleozoic to recent, mostly clastic dominated
(Law and Spencer, 1998)

12. Grandes Cantidades de Petróleo Cerca a
Zonas de Sobrepresion.
W. G. Leach (1993)
En el sur de Louisiana:
21% del petroleo esta en SP –
1.09 Billones de Marriles
47% del gas esta en zona de SP –
69.2 Trillones de pies cubicos
Overpressure
Normal

13. Nile Delta, EgyptNile Delta, Egypt
(Heppard, Dolson, Allegar & Schultz, MOC, 2000)(Heppard, Dolson, Allegar & Schultz, MOC, 2000)
Sellos de Presion y Compartimientos

14. Que Hace a los Pozos de Aguas
Profundas Únicos
• Data limitada y de poca calidad.
• Flujos de Agua Someros
• La presión de poro excede a la hidrostática
cerca al fondo marino.
• Márgenes pequeños entre PP y GF
• Altos costos de perforación.

15. Planeamiento de la Perforación y
Operaciones
Planeamiento Pre-Perforacion:
El Taladro ($$)
• BOP - 10,000 vs. 15,000 psi stack
• Casing – Tamanos,longuitudes,etc.
• Lodo - Tipo y Peso
• Trepanos – Tipo de Roca
Durante la perforacion:
Correcto soporte en operaiones para
monitoreo y deteccion.

16. La sección
debajo de
15,000 ft
esta encima
de los 10,000
psi
10,000 psi
Gas gradient
0.1 psi/ft
Nescesita 15K BOP
After Phil Heppard, BPAfter Phil Heppard, BP
Tamano de BOP

17. Presión de la Formación en Superficie si
el Gas de Arremetida no es liberado.
Exlog (1985)
5200 psi
5200 psi

18. Expansión del Gas
1 bbl
1.3
2
8 16
32 barrels
4
Goins & Sheffield (1983)
½ foot rise in pits
347 bbls
de 1 bbl de
gas se
expande y
desplaza
347 bbls en
superficie

19. Planeamiento: Dependiendo de la
Presión de Poro y Fractura
Mouchet and Mitchell (1989)

20. Punto de Asentamiento del Casign
Consideraciones:
• Zapata Resistente.
• Formaciones Problemáticas (sal, Zonas
de Presión Diferencial, etc.)
• Transición de Presión
• Tolerancia al Kick

21. Punto de Asentamiento del Casign
Tubería Conductora
– Protege el Terreno
– Permite retorno por el flowline
– Soporta el cabezal, los casigns y la completacion.
• Punto de casign: Costa afuera (taladros
sostenidos en el fondo) la conductora puede
ser sentada a una profundidad suficiente que
resista la cabeza hidrostática.

22. Punto de Asentamiento del Casign -
Conductora
Asume
Gw = Gradiente del Agua
de Mar, psi/ft
Gf = Gradiente de
Fractura de la
formación en el zapato,
psi/ft
Gm = Gradiente del lodo
en psi/ft
Note: La gradiente estaNote: La gradiente esta
basado en el fondobasado en el fondo
marino comomarino como
referenciareferencia
X
Y
D
Sea bed
Sea
Flowline
Z
Kelly Bushing

23. Punto de Asentamiento del
Casign - Conductor Pipe
Presión del Lodo =
Gw*(X+Y+D)
Presión de fractura = Gf*D +
Gw*Y
Si ambas son iguales en la
perdida de circulación,
entonces se resuelve para
la profundidad D
X
Y
D
Sea bed
Sea
Flowline
Z
Kelly Bushing
GmGf
YGwXYGm
D
−
−+
=
*)(*

24. Problema en Clase
Densidad del Agua = 1.04 gm/cc
Altura del Flowline encima del nivel del mar = 80 ft
Profundidad del Agua = 100 ft
Densidad del Lodo = 10.8 ppg
Gradientes de los sedimentos = 0.85 psi/ft
Calcule la máxima profundidad a la que puede ser
sentada la conductora en el fondo marino
Respuesta: 180 ft debajo del fondo marino

25. Tolerancia al KICK
Máxima Presión de Arremetida + Peso del Lodo que el
pozo puede tomar para no fracturar la roca mas débil.
En términos de SICP (shut-in casing pressure), La
presión puede ser leída en superficie como:
SICPmax = 0.0519 x (FGmin – MW) * Df
Donde
SICPmax = Máxima Presión de Cierre
(pis)
FGmin = Menor Gradiente de Fractura (PPG)
MW = Peso del lodo (PPG)
Df = Profundidad mas débil (ft) y un
numero de otras ecuaciones.
Exlog (1985)

26. Consideraciones Mecánicas
• Swab (Margen de Viaje), 0.3 ppg
• Surge , 0.3 ppg
• Tamaño del Kick , 0.5 ppg
• Margen de Ganancia, o.4 ppg
• Presión diferencial soportada por el hueco
abierto (Pega diferencial)

27. Consideraciones Mecánicas
• Peso del Lodo en ppg
• Densidad del kick,ppg
• Longitud del Kick
• Tamaño Inicial del
Kick
• Peso del Lodo para
matar el pozo, ppg
ρm
ρmk
ρki
D
Lki
Lc
Psi
Lki
Vki

28. Consideraciones Mecánicas
• Presión de Fractura al zapato
= 0.052*LOT*Lc
• Después de tomar y contener el kick, la presión
del lodo en el zapato es
• Cuando la presión del lodo en el zapato alcanza la
presión de fractura.
)(**052.0**052.0**052.0 LkiLcDDEMWp
mikiki L −−−−= ρρ
)(**052.0**052.0**052.0Lc*LOT*0.052 LkiLcDDEMWp
mikiki L −−−−= ρρ

29. Consideraciones Mecánicas
• Resolviendo para Lc
ρ
ρρρ
mi
kikimimi
c
LOT
DEMWp L
L −
−+−
=
*)(*)(

30. Problema en Clase
Consideraciones Mecánicas
Un pozo es perforado a 10,000 ft. El punto de asentamiento del casign es
diseñado tomando las siguientes consideraciones:
Densidad Inicial del Kick = 2 ppg (gas)
Longitud Inicial del Kick = 500 ft
LOT = 15 ppg
Peso del lodo equivalente de la presión de poro = 12 ppg
Calcule:
Calcule el volumen del kick en BBls? Respuesta = 41.8 bbls
Punto de asentamiento del casign? Respuesta Lc = 4800 ft

31. Consideraciones Mecánicas
Cuando la presión de
cierre es conocida
después que se tomo
un kick, el incremento
del EMW en el zapato
es:
ρm
D
Lki
Lc
Psi
Lc
Psi
EMWshoe
*052.0
=∆

32. Consideraciones Mecánicas
En las etapas de planeamiento, no conocemos la
presión de cierre del casign, por lo tanto, usamos
otra aproximación.
La presión en el zapato comenzando del fondo:
)(**052.0**052.0**052.0 LkiLcDDEMWp
mikiki L −−−−= ρρ
LkiLcDDEMWp
mimikiki L **052.0)(**052.0**052.0**052.0 ρρρ +−−−=
LkiLcDDEMWp
kimimi
*)*052.0)(**052.0**052.0 ( ρρρ −+−−=
Factorizando el termino yield,
Combinando terminos con Lki yield,

33. Consideraciones Mecánicas
Como Lki incrementa, el termino
Es siempre positivo
Consecuentemente añadiendo mas presión al zapato
por lo tanto, es mejor tener un valor mínimo de
volumen del kick.
Dividiendo Lc, 0.052, y factorizando Yield:
Lki
kimi
*)*052.0 ( ρρ −+
))(
*052.0
( ρρρρ kimi
ki
mimi
shoe
Lc
EMWp
Lc
D
Lc
LP −+−+=

34. Consideraciones Mecánicas
))(
*052.0
( ρρρρ kimi
ki
mimi
shoe
Lc
EMWp
Lc
D
Lc
LP −+−+=
EMW al
Zapata Tamano
del Kick
Efecto en
volumen del
kick

35. Consideraciones Mecanicas
Asume que no se ha ganado nada en los
tanques, que es el EMW al zapato si una zona
de presion anormal es encontrada.(Lki = 0)
D
D
EMWp misiP
*052.0
)**052.0( ρ+
=
D
PEMW si
mishoe
*052.0
+= ρ
)(
Lc
D
EMWp
mimishoeEMW ρρ −+=

36. Bombeo y Descarga en la Industria.Bombeo y Descarga en la Industria.

37. Perforación sin Riser

38. Perforación Convencional del
Hueco de Superficie

39. Manejando la Perforación de
Huecos de Superficie