Ariel Aspi

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE BOLIVIA

PROYECTO DE GRADO

PERFORACION MULTILATERAL APLICADO AL CAMPO SAN ALBERTO POZO SAL-17 PARA MEJORAR LA PRODUCCION DE GAS NATURAL

LA PAZ, 2011

CAPITULO 1 GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCIÓN Es de considerar el interés del hombre por avanzar en sus estudios e innovaciones referentes a la perforación de pozos de petróleo, es así como cada día mejora la tecnología basadas en experiencias anteriores con el propósito de evitar riesgos y problemas, disminuyendo el tiempo de trabajo y por consiguiente minimizando con esto los costos de operación. El desarrollo de todas estas investigaciones ha llevado al incremento de técnicas que aumentan las posibilidades de búsqueda y explotación de hidrocarburos. Como se sabe la última etapa en la búsqueda de hidrocarburos es la perforación de un pozo, que nos permita asegurar que determinada zona es almacenadora de hidrocarburos. El objetivo de la perforación es construir un pozo útil: un conducto desde el yacimiento hasta la superficie, que permita su explotación en forma segura y al menor costo posible . Dentro del desarrollo más reciente en la perforación de pozos, se cuenta con la tecnología de la perforación horizontal; de la cual se deriva la perforación multilateral. Cuando se desean incrementar los volúmenes drenados o reducir las inversiones con la perforación de pozos adicionales, pueden utilizarse pozos multilaterales como buena alternativa, de explotación óptima de yacimientos. Un pozo multilateral es un hoyo primario, y uno o más hoyos secundarios que parten del hoyo primario. Este estudio tiene como finalidad de optimizar el desarrollo del campo San Alberto, bajo la técnica de perforación multilateral, el cual permitirá obtener mayores beneficios comparativos con el desarrollo del campo mediante pozos verticales, a un costo menor de inversión. Mediante la perforación multilateral se reduce, desde un pozo primario, el número pozos necesarios para drenar el reservorio. Lo cual ayuda a reducir costos de perforación y del equipo en

superficie como también el tiempo en la perforación. Una de las razones que hace importante el proyecto es que al incrementar la producción de hidrocarburos se podrá satisfacer la exportación de gas natural, debido al incremento de la demanda. Otra de las razones es su importancia económica que tiene para la empresa al tener una mayor capacidad de producción y reducción de gastos de capital y gastos de operación. Con este proyecto se espera demostrar, que aplicando la tecnología de perforación multilateral se tendrá un mejor desarrollo del campo optimizando la producción de gas natural, para el abastecimiento interno y externo, como la creación de nuevos contratos de exportación. Los recientes avances en las capacidades de los sistemas y aplicaciones, han demostrado que la perforación de pozos multilaterales es una solución verdaderamente revolucionaria y rentable para la industria petrolera. Al incrementar la producción de hidrocarburos, debido a que los pozos multilaterales pueden producir de 2.5 a 3 veces más que los pozos verticales, aumentará el ingreso económico para el país, además se disminuirá el costo de instalación en el campo ya que se reducirá el número de pozos, como la perforación multilateral se realiza en menor tiempo, también se reducirá el costo de alquiler de herramientas. El proyecto cubrirá el área de exploración en la parte de perforación, más específicamente la aplicación de perforación multilateral, al pozo SAL-17 del campo San Alberto. Para realizar este proyecto de debe conocer las características de la estructura geológica, seleccionar el número de laterales que se realizarán y su profundidad, calcular del ángulo de desviación y seleccionar el tipo de junta para el diseño del pozo. El proyecto no abarcara las pruebas de formación, diseño de tuberías, cálculo de las reservas, programa del fluido de perforación, desarrollo de la perforación.

1.2 ANTECEDENTES El desarrollo de la tecnología de perforación de pozos horizontales ha derivado en la tecnología de la perforación multilateral, de esta manera la evolución de la tecnología, ha sido muy importante en la industria petrolera. La perforación de pozos multilaterales no es una innovación tan reciente. En la década de 1940, John Eastman, desarrollo herramientas y técnicas que permiten la perforación de pozos horizontales y multilaterales, posteriormente, en California.

En 1953, un ingeniero de petróleo de Rusia, Alexander

Grigoryan, perforó un pozo multilateral en el ámbito Baskiria del sur de Rusia. Los resultados de sus nueve pozos multilaterales

producen 17 veces el

promedio de producción de pozos vecinos, pero el costo a sólo 1,5 veces el costo de una sola rama también. Los primeros pozos multilaterales fueron perforados en URSS en la década de los 50. A raíz de la proliferación de los pozos y el estancamiento de los precios del crudo, las empresas petroleras se vieron en la necesidad de extraer más petróleo crudo por pozo. En este sentido los pozos multilaterales pueden producir de 1,5 a 2,5 veces más que los pozos verticales en la misma área. 1.2.1 Antecedentes Mundiales México Uno de los países, donde se emplea la perforación multilateral es México, en el campo Santuario donde se perforó, el pozo 28-h ubicado a 34 kilómetros de la ciudad de Comalco. Este proyecto tuvo como objetivo aumentar la producción, de hidrocarburos con esta tecnología explotando las arenas 17 y 20 de este campo y alcanzar una producción de 10000 BPD de petróleo y 0,4 MMpcd de gas. Noruega A pesar de que muchos creían que el campo Troll, no era económicamente viable, ahora es el campo productor de petróleo más grande de Noruega y es operada por la empresa Hydro.

El reservorio tiene una superficie de

aproximadamente 289.5 millas cuadradas (750 kilómetros cuadrados). Para tener éxito en recuperar el petróleo, se utilizaron técnicas innovadoras de perforación multilaterales que se han desarrollado últimamente. Los laterales deben ser colocados dentro de la tolerancia relación con el contacto gaspetróleo, a menudo son de geometría compleja, que atraviesa a través de formaciones difíciles.

Desafíos Globales Conducen a la Perforación Multilateral (Global Challenges Drive Multilateral Drilling) [Artículo de Jon Ruszka, Baker Hughes]

La India El reservorio de un campo de petróleo localizado en alta mar en Mumbai, la India, presenta una conificación que dominada el perfil de producción. Este es un tema importante en este campo porque no sólo la conificación de agua o gas reduce drásticamente las tasas de producción de petróleo, sino también el reservorio es conducido por un casquete de gas natural, y cualquier disminución de la capa de gas podría reducir la recuperación final. Para solucionar este problema, se utilizó perforación horizontal, desde el principio en el desarrollo del campo. Sin embargo, la experiencia demostró que la conificación, sigue siendo un reto importante, como la caída de presión a lo largo de un solo lateral alentó la conificación, especialmente si los laterales no se perforaron perfectamente horizontal. Para mejorar la situación, una

compañía de perforación pidió

el uso de

forma más precisa de pozos

multilaterales, para reducir la caída de presión total.

Al lograr esto, la

conificación del gas y de agua se redujo significativamente, lo que aumentó la producción de petróleo del pozo. FIGURA 1.2

Aplicación de la Perforación Multilateral en la India

Desafíos Globales Conducen a la Perforación Multilateral (Global Challenges Drive Multilateral Drilling) [Artículo de Jon Ruszka, Baker Hughes]

1.2.2 Antecedentes de Aplicación en Bolivia Con respecto a Bolivia, la tecnología de la perforación multilateral, fue aplicada en el campo San Alberto en el pozo SAL 15 operada por PETROBRAS en sociedad con ANDINA, con la finalidad de optimizar el desarrollo del campo y el incremento de la producción de hidrocarburos, para satisfacer el mercado externo de hidrocarburos. El pozo SAL-15, inició sus operaciones el 15 de Noviembre de 2008, con el objetivo de explotar las reservas de gas de las formaciones Huamampampa, Icla y Santa Rosa. Este pozo multilateral está ubicado cerca del límite Norte del Bloque San Alberto, provincia Gran Chaco en el departamento de Tarija. Está equipado con sistemas de válvulas de producción inteligente y sensores de presión, temperatura y caudal para cada rama. La perforación finalizó después de 5.615m perforados y con una inversión aproximada de 65,3 millones de

dólares. La perforación se realizó en tiempo de 681 días. La perforación del pozo piloto, llegó a la profundidad de 5.615 m, atravesando las formaciones Huamampampa, Icla y Santa Rosa. El ramal inferior fue perforado a partir de 6.057m y la ventana para la rama horizontal superior se abrió en 4.945m. El objetivo de la perforación es mantener el nivel de producción, volumen que oscila entre 12 y 13 MM pcsd para que el reservorio no decaiga.

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.3.1 Identificación del Problema El presente estudio, se realiza para optimizar la producción de gas natural. La demanda actual de gas hacia Brasil es de 32 millones de metros cúbicos por día (MMm3/día), mediante las investigaciones se pudo verificar, que en la actualidad se está logrando mantener un equilibrio, entre la producción y el consumo para el cumplimiento de los contratos de exportación realizados. La perforación de nuevos pozos es necesaria para aumentar la producción de gas natural en un menor tiempo y menor inversión. En el presente estudio se realiza la aplicación de la tecnología multilateral, en el pozo SAL-17 del campo San Alberto, mediante el diseño de este sistema. También se analiza el beneficio que

tendrá la implementación de esta

tecnología la cual otorga varias ventajas tales como: reducción de los costos por instalación de facilidades de superficie, perforación e impacto ambiental. 1.3.2 Planteamiento del Problema ¿Será factible la perforación multilateral en el campo San Alberto, en el pozo SAL 17 para optimizar la producción de gas natural?

1.4 OBJETIVOS 1.4.1 Objetivo General Diseñar el sistema de perforación multilateral para el campo San Alberto pozo

SAL 17 para incrementar la producción de gas natural. 1.4.2 Objetivos Específicos -

Conocer las características de la estructura geológica del campo San Alberto para realizar el diseño multilateral.

-

Calcular la profundidad de las formaciones productoras en el pozo SAL 17 para la apertura de ventana.

-

Diseñar y seleccionar el número de laterales que se realizaran en el pozo SAL 17.

-

Calculo del ángulo de desviación del pozo SAL 17, para desviar los laterales a cada formación productora.

1.5 JUSTIFICACION El proyecto plantea el desarrollo del campo San Alberto mediante la perforación de pozos multilaterales que están destinados a aumentar la producción y satisfacer la demanda interna como externa.

1.5.1 Justificación Técnica Para tener éxito en la tecnología de pozos multilaterales, es necesario integrar la tecnología de las compañías de servicio. La tecnología, que se emplea y se requiere en la perforación de pozos multilaterales, puede adquirirse por medio de contratos con las empresas de servicio tales como: Halliburton, Schlumberger, Baker Hughes, etc. especializados en la

tecnología de la

industria petrolera. El proyecto ofrece respuestas a las demandas técnicas, tales como la determinación del número de pozos laterales, que se desarrollaran según la profundidad del pozo, el incremento angular para la desviación del pozo, la selección de herramientas, tipo de junta. Con la aplicación de esta tecnología se logrará optimizar la producción de gas natural en el campo San Alberto para el cumplimiento de los contratos de exportación con los países vecinos.

1.5.2 Justificación Ambiental Este tipo de pozos reducen considerablemente el impacto ambiental puesto que, seis pozos multilaterales equivalen a 12 pozos horizontales y a 24 pozos verticales, entonces se reduce el número de cabezales, habrá mayor facilidad de superficie, menos locaciones, menos aparatos de bombeo, menor ruido, menor cantidad de líneas de transporte, etc. El desarrollo del proyecto, va a cumplir las normas establecidas por los artículos 73 y 74 de la ley 1333, que hace referencia al tratamiento de residuos sólidos. Otras normas que se deben cumplir, son los artículos 44 al 49 del reglamento ambiental para el sector de hidrocarburos. A demás de cumplir con las normas ISO 9001 de calidad, ISO 14001 y OHSAS 18001. 1.5.3 Justificación Económica Una de las principales ventajas, es que al perforar pozos multilaterales reduce los costos de perforación, debido a que no es necesario perforar dos o más pozos verticales para diferentes formaciones, sino que se puede derivar de un pozo dos o más laterales, por lo tanto se reduce costos en lodos de perforación, cemento, equipo superficial, requiere de pocos cabezales reduciendo el costo de terminación, etc. Por ejemplo si se tiene un pozo con tres laterales el costo de este será menor a la perforación

de tres pozos

verticales, además que el tiempo de recuperación de la inversión es relativamente corto. Los pozos multilaterales pueden crearse a partir de un pozo existente o de uno nuevo. Al implementar la técnica de perforación multilateral, la producción del campo aumentará aproximadamente 2,5 veces más que un pozo vertical, por consecuente los ingresos económicos aumentaran. La recuperación del dinero invertido, se realiza en un corto tiempo y el número de reservas aumenta, al ampliar el radio de drenaje. Entre otros beneficios económicos tenemos: reducción del costo de alquiler de herramientas, del equipo de perforación, debido a que se reduce el número de pozos para explotar el campo.

1.5.4 Justificación Operacional Mediante los estudios realizados, se determinó que la aplicación de la perforación multilateral para el pozo SAL 17 es viable operacionalmente, el diseño debe estar bajo las normas del área de perforación petrolera. Como se mencionó anteriormente en el pozo SAL-15 se aplicó esta tecnología sin ninguna complicación y con buenos resultados. Al implementar de esta tecnología se determinó que la perforación multilateral tiene grandes beneficios en la industria petrolera, con respecto a la reducción de costos de inversión, reducción del tiempo de perforación, para poder aumentar la productividad del pozo. Los pozos multilaterales, no constituyen simplemente una tecnología aceptada, sino una herramienta esencial para el desarrollo de las reservas de hidrocarburos en todo el mundo. No existen barreras para poder realizar este proyecto, debido a que el área de aplicación no es un área protegida ya que se encuentra en la zona tradicional.

1.6 ALCANCE 1.6.1 Alcance Temático El área de aplicación que abarca este proyecto, en la industria petrolera es el de explotación de hidrocarburos. El

área específica es el área perforación

utilizando la tecnología de perforación multilateral para el diseño del sistema de perforación, en el pozo SAL-17 del campo San Alberto. Los pozos multilaterales, usan drenajes horizontales múltiples desde un pozo primario, para reducir el número de pozos necesarios para drenar el reservorio. Cuando se descubren múltiples formaciones productivas en un solo pozo, se pueden introducir columnas de tubos en un mismo pozo para cada una de las formaciones,

el petróleo y el gas de cada una de estas, se dirigen a su

respectiva tubería, sellando para esto los espacios anulares, entre la columna de tubos y el revestimiento. Entre las herramientas que se utilizarán para la abertura de la ventana lateral se encuentra las cuñas desviadoras que pueden ser permanentes o

recuperables, se las utiliza para desviar los pozos hacia el objetivo previsto fijándolas de la cañería madre. Existen también cuñas para pozo abierto, aunque estas no son recuperables. Las conexiones laterales (junta) constituyen un elemento crítico bebido a que es la conexión entre el lateral y el hueco principal. Pueden fallar bajo la acción de los esfuerzos, existentes en el subsuelo y ante las fuerzas inducidas, por la temperatura y las presiones diferenciales que se desarrollan durante la producción del pozo. Debido a esta característica, se le da una clasificación a los pozos multilaterales como nivel 1, 2, 3, 4, 5, 6; lo que especifica cómo se encuentra el hueco (principal y lateral) antes, durante y después de la junta. El éxito de los multilaterales depende de la durabilidad, la versatilidad y la accesibilidad de las conexiones. 1.6.2 Alcance Geográfico País: .................................

Bolivia

Departamento: .................

Tarija

Provincia:..........................

Gran Chaco

Campo: .............................

San Alberto

FIGURA 1.3 Mapa de Tarija

Fuente: INE

1.6.3 Alcance Temporal El tiempo para el desarrollo de este proyecto está estimado para ocho meses, desde la recolección de datos hasta la preparación del diseño del pozo. Es necesario mencionar que el tiempo estimado puede tener variaciones.

CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO 2.1 DEFINICIONES Objetivo (target).- Es un punto fijo en el subsuelo que corresponde a la formación que debe ser penetrada por el pozo. Inclinación (desvío/drift).- Es el ángulo (en grados), entre la vertical local (el vector local de gravedad como lo indica una plomada), la tangente al eje del pozo en un punto determinado. También se llama ángulo de

desviación, por

convección, en la industria petrolera 0° es vertical y 90° horizontal. La perforación de pozos con inclinación de los 10° crea la excentricidad en el espacio anular. Como consecuencia se deriva el problema de acarreo de los recortes. Coordenadas UTM (Universal Transverse Mercator).- Es una proyección cilíndrica conforme, es un sistema de coordenadas basado en la proyección cartográfica Transversa de Mercator, las magnitudes en este sistema se expresan en metros únicamente al nivel del mar que es la base de la proyección del elipsoide de referencia. En la proyección, mercator transversa, la superficie del esferoide escogido para representar la tierra se envuelve en un cilindro, que toca al esferoide en un meridiano escogido (un meridiano es un círculo alrededor de la tierra que pasa por ambos polos geográficos). Los meridianos de longitud convergen hacia el Polo Norte y por lo tanto no producen una coordenada rectangular. Azimut.- El azimut de un pozo en un punto determinado, es la dirección del pozo sobre el plano horizontal, medido como un ángulo, en sentido de las

agujas del reloj a partir del norte de referencia. Esta referencia puede ser el norte verdadero, el magnético o el de mapa y por convección, se mide en sentido de las agujas del reloj. FIGURA 2.1 Sistema Azimuth

Fuente: Drilling Engineering Workbook [Baker Hughes, 1995, pág. 5-11]

Profundidad Vertical Verdadera (True Vertical Depth/ TDV).- Es la proyección de la profundidad medida en la vertical. Es decir la distancia desde el nivel de referencia de profundidad hasta el punto correspondiente al curso del pozo. Profundidad

Medida (Measured Depth/MD).- Es la distancia o longitud

medida a lo largo de la ruta actual del pozo, desde el punto de referencia, en la superficie hasta el punto de registros direccionales. Representa la distancia, de la trayectoria del pozo o la medición de la tubería en el hoyo. Es la sumatoria de la cantidad de tubos perforados más el ensamblaje de fondo para complementar la profundidad del pozo. Buzamiento Magnético (Magnetic Dip).- Es el ángulo de intersección, medido desde la horizontal entre las líneas de flujo magnético y el plano horizontal. Punto de Arranque (kick off point).- Es la profundidad del hoyo en la cual se coloca la herramienta, de deflexión inicial y se comienza el desvío del pozo

durante la perforación direccional. FIGURA 2.2 Perforación Multilateral

Fuente: Drilling Engineering Workbook [Baker Hughes, 1995, pág. 5-16]

Cuchara Removible.- Se usa para iniciar el cambio de inclinación, rumbo del pozo, para perforar al lado de tapones de cemento para enderezar pozos desviadores. Consta de una larga cuña invertida de acero, cóncava en un lado para sostener y guiar la sarta de perforación. Posee una punta de cincel en el extremo para evitar el giro de la herramienta, de un tubo portamecha, en el tope para rescatar la herramienta. Pata de Perro (Dog Leg/DL).- Es la curvatura total del pozo (la combinación de cambios en inclinación y dirección) entre dos estaciones de registros direccionales. Es decir, que es cualquier cambio severo de ángulo y trayectoria del pozo, la pata de perro se mide en ángulos. Pescado.- Es cualquier objeto abandonado accidentalmente en el pozo durante las operaciones de perforación o de workover que deba ser recobrado o eludido antes de que el trabajo pueda continuar. Herramienta de Fondo.- Es cualquier cosa que incluya en el aparejo de perforación o que se corra dentro del pozo. Por ejemplo, los motores de lodo,

las camisas, las herramientas de registros direccionales, etc. Motor de Fondo.- Esta herramienta es sub superficial ya que se instala inmediatamente arriba de la barrena y la acción de rotar es generada por el fluido de perforación. Al circular el lodo de perforación presurizado a través del estator y el rotor da lugar a la rotación que es trasmitida directamente a la barrena. Esta herramienta es muy utilizada en pozos desviados, horizontales y multilaterales en combinación con el sistema convencional mesa rotaria.

2.2 TECNOLOGIA A APLICAR 2.2.1 Perforación Petrolera La única manera de saber realmente si hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone, donde se podría localizar un depósito de hidrocarburos, es mediante la perforación de un pozo. La profundidad de un pozo es variable, dependiendo de la región, de la profundidad a la cual se encuentra la estructura geológica o formación seleccionada con posibilidades de contener petróleo. El tiempo de perforación de un pozo dependerá de la profundidad programada y las condiciones geológicas del subsuelo. En promedio se estima entre dos a seis meses. La perforación se realiza por etapas, de tal manera que el tamaño del pozo en la parte superior es ancho y en las partes inferiores cada vez más angosto. Esto le da consistencia y evita derrumbes, para lo cual se van utilizando brocas y tubería de menor tamaño en cada sección. La etapa de perforación, se inicia acondicionando el terreno mediante la construcción de "planchadas", los caminos de acceso, puesto que el equipo de perforación moviliza herramientas, vehículos voluminosos y pesados. Los primeros pozos son de carácter exploratorio, éstos se realizan con el fin de localizar, las zonas donde se encuentra hidrocarburo, posteriormente vendrán los pozos de desarrollo. De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones que se van a atravesar, las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el equipo de perforación más indicado.

2.2.2 Perforación Direccional La perforación direccional está definida como una ciencia de desviar el curso del pozo a largo de un planeado recorrido hacia un objetivo sub superficial que esta a una determinada distancia y dirección de la vertical, el uso o aplicación de esta técnica es variada. Las aplicaciones más comunes de perforación direccional son: -

Perforación de pozos múltiples de estructuras costa afuera

-

Inclinación controlada en pozos verticales

-

Perforación lateral

-

Perforación de pozos de alivio

-

Perforación horizontal o pozos multilaterales para mayor exposición en la formación productora

Una herramienta de evaluación direccional mide la inclinación y el azimut en un número de estaciones de registro a profundidades especificadas. Estos valores son usados para calcular a una profundidad dada, las coordenadas norte y este, la profundidad vertical real según el sistema de referencia especificado. La severidad de la pata y la sección vertical puede ser calculada. Hay muchos métodos

para calcular la localización tridimensional de una

estación de evaluación. Estos métodos son: -

Método tangencial

-

Método del ángulo promedio

-

Método del radio de curvatura

-

Método de la curvatura mínima

2.2.3 Perforación Horizontal El concepto de perforación horizontal se aplica a pozos que penetran y se

mantienen dentro de la arena objetivo a un ángulo de inclinación mayor de 86°, con el fin de exponer a producción una mayor sección del yacimiento, obteniéndose un efecto multiplicador en la producción de los pozos en comparación con los verticales. En vista del gran auge que ha tomado esta tecnología, como instrumento para generar en gran medida la producción de los pozos y por ende su rentabilidad. FIGURA 2.3 Perforación Horizontal

Fuente: Diseño de la Perforación de Pozos [Unidad de Perforación y Mantenimiento de Pozos]