DISEÑOS ALTERNATIVOS DE COMPLETACIONES DE FONDO A SER
UTILIZADOS EN LOS POZOS PROFUNDOS DEL NORTE DEL ESTADO MONAGAS
Una vez separados los equipos a considerar queda entonces el diseño en sí de la nueva completación de fondo. Como se resaltó anteriormente las empacaduras y colgadores eran los equipos a cambiar, la zapata, sellos, válvulas de seguridad entre otros no serán consideradas ya que el cambio de alguno de ellos por otro distinto no representa mayor cosa par nuestro caso de estudio. Los cambios importantes se presentan en los equipos especificados.
4.1 PROBLEMA
BC desea llegar con una propuesta distinta para el 2012 que le permita colocarse por encima de su competencia en el área de completaciones de fondo de pozos profundos, específicamente en las completaciones monobore realizadas al norte del estado Monagas. Se quiere crear entonces un nuevo diseño de completación y evaluar si es o no aplicable en la realidad, para luego compararlo con el anterior y establecer las ventajas del mismo.
4.2 OBJETIVO
Crear un nuevo diseño de completación que satisfaga las necesidades tanto del entorno como de la empresa. Verificar la aplicabilidad real de dicho diseño y comparar con los utilizados anteriormente.
4.3 ACTIVIDADES REALIZADAS
Con la ayuda de un experto en el área de completaciones (más de 25 años de experiencia), se repasaron todas las posibilidades de nuevos diseños con los equipos seleccionados. Se repitió el proceso varis veces y se fue filtrando el resultado hasta llegar a dos propuestas específicas. Se trató de considerar todas las variables para la realización de dichas propuestas.
Una vez establecidas las propuestas se procedió a verificar si eran capaces de soportar las condiciones extremas de los pozos profundos estudiados en este trabajo de pasantía. Para ello se
utilizó un programa de movimiento de tuberías desarrollado por BC, que analiza las partes más críticas de un diseño de completación y calcula si es o no aplicable.
Finalmente se compararon las propuestas con el diseño utilizado con anterioridad y se trató de ver si existían ventajas algunas que permitieran la utilización de las propuestas sobre el diseño anterior.
4.4 RESULTADOS
A continuación se presenta una imagen con uno de los diseños utilizados por BC en completaciones monobore al norte del estado Monagas.
La completación que observamos en la imagen sirve para visualizar lo que se explica a continuación. La completación que se ha utilizado anteriormente en las arenas del Naricual, si bien no es exactamente igual a la imagen mostrada es bastante similar y presenta solo pequeños cambios.
Los elementos principales del diseño original eran la zapata, el colgador hidráulico HMC más una empacadura ZXP, luego una empacadura modelo F1 unida a una extensión pulida SBE (seal bore extension) de 30 pies de longitud, y finalmente la tubería de producción con los sellos correspondientes y la válvula de seguridad. Cada uno de estos equipos viene fabricado en distintos diámetros, los diámetros de los revestidores y tuberías de producción se mantuvieron iguales a los de la imagen anterior. Existen colgadores y empacaduras con dimensiones que justan perfectamente con aquellas de los revestidores y tuberías.
La primera propuesta consiste en cambiar la empacadura F1 por otra ZXP que funcione como empacadura de tope, manteniendo el mismo colgador HMC. Y la segunda un poco mas revolucionaria fue la de cambiar tanto el colgador como la empacadura por un equipo híbrido Uniflex. En lugar de tener un colgador y dos empacaduras se tendría solamente el modelo híbrido, junto con los demás equipos.
En las siguientes figuras se presenta un estudio de movilidad de tuberías en el área más crítica de los diseños propuestos.
Figura 4.2. Programa de movimiento de tuberías a.
Los diseños propuestos poseen distintas ventajas y desventajas que vale la pena resaltar. A continuación se presenta una tabla en la que se observan todos los aspectos más importantes.
Tabla 4.1. Ventajas y desventajas de diseño de empacadura con ZXP.
DISEÑO CON EMPACADURA ZXP
Ventajas Desventajas Mayor resistencias a trabajos de work over
con presiones extremas
Mayores costos de producción
Mayor influencia en el mercado debido a la alta y conocida calidad
Provocaría recortes en las ganancias de la empresa
La empacadura ZXP posee un mejor sistema de asentamiento que el de la F-1 Menores problemas el momento de bajar la completación
Alta disponibilidad del equipo en almacenes
Tabla 4.2. Ventajas y desventajas de diseño Uniflex.
DISEÑO CON EQUIPO HÍBRIDO UNIFLEX No hay uniones roscadas entre empacadura
y colgador
Muy altos costos de producción
Fácil asentamiento Poca disponibilidad Son sólo necesarios dos viajes a fondo para
culminar la completación
Altos tiempos de espera para los almacenes
Alta resistencia a presiones extremas Rápido asentamiento de los equipos
4.5 ANÁLISIS
Tanto en el diseño utilizado como en la primera propuesta es necesario realizar tres bajadas de equipos para culminar la completación diseñada. La primera propuesta es muy similar, sólo se plantea el cambio de una empacadura de tope por otra. La razón es que la ZXP es ya bien conocida por los clientes, los cuales la reconocen como un equipo de calidad y la prefieren a otras empacaduras. La propuesta se hizo entonces pensando en una manera de dominar el mercado. El problema es que esta empacadura por la calidad que acarrea es mucho más costosa, y el cliente rara vez se encuentra de acuerdo con pagar más dinero, así sea por un servicio de mayor calidad. BC podría cortar un poco su margen de ganancia para que los precios al cliente no se vean afectados si esto conlleva a ganar un gran número de licitaciones. En teoría el nuevo diseño funciona perfectamente. En la primera corrida bajan el colgador y una de las empacaduras, luego de asentar el colgador del revestidor, se baja la empacadura de tope ZXP unida a una extensión pulida de 30 pies y al final unos sellos. Finalmente se baja la tubería de producción igualmente con sellos al final de la misma, estos sellos quedaran atrapados entre la tubería de producción y la extensión pulida. Por supuesto se seleccionó un material resistente a la corrosión para los equipos y tuberías. Una vez bajada la completación el sistema se encuentra completamente estable. El colgador asegura que la sarta no se mueva para abajo mientras que la empacadura no permite el movimiento hacia arriba.
Con la utilización del Uniflex las bajadas se reducen a dos solamente. En primer lugar baja el Uniflex y se asienta el colgador y la ZXP de igual manera, una vez asentado el equipo solo basta bajar la tubería de producción con los sellos correspondientes. La zapata, válvulas y otros equipos quedan de igual manera como en los diseños anteriores. El costo del Uniflex es sumamente elevado y es ahí donde se encuentra la debilidad de la propuesta. Sin embargo en pozos tan profundos como en los que se desea trabajar, bajar un equipo hasta el fondo puede durar días. Al reducir el número de viajes a ser realizados de tres a dos se está ahorrando a la empresa una gran cantidad de dinero, ya que ellos pagan a sus empleados por día de trabajo en campo. Al reducir el tiempo reducimos los gastos. Quedaría por establecer entonces que representa más dinero, si el ahorro de tiempo o el costo del equipo. Por políticas de la empresa a los pasantes no se les deja manejar cifras para hacer análisis de costos. Quedó como trabajo de los empleados de la empresa el calcular la rentabilidad de la propuesta para ver si se logra poner en marcha. Otro detalle que determinará finalmente si el diseño es rentable o no, es la longitud de
la extensión pulida. Para SBE 30 pies el precio de construcción es muy alto para ser utilizado, es necesario entonces determinar cuál es la mínima longitud que debe tener dicha extensión.
En el programa de movimiento de tuberías se analiza solo la parte más crítica de los diseños. El colgador y empacaduras están completamente anclados al revestidor y en teoría no pueden moverse. La tubería de producción se encuentra conectada a la extensión pulida mediante un sello que impide que pase el flujo de crudo por fuera de dicha tubería. Sin embargo a tan altas presiones las tuberías no se quedan estáticas sino que se mueven dependiendo de las condiciones a las que está sometida. Es esta el área más crítica de ambas propuestas y se utilizó el programa para determinar cuánto se mueve esta área. La sección pulida deberá ser más larga que la distancia que se moverá la tubería de producción, para que los sellos siempre estén en el lugar correcto.
Se introducen los valores marcados en rojo como la profundidad del pozo, el diámetro interno y externo de la tubería de producción, las presiones y temperaturas del pozo, el peso de fluido, el diámetro interno del revestidor, entre otras más. El programa calcula según las condiciones propuestas cuanto se moverá la zona crítica. En este caso se pusieron presiones extremas de 12000 psi que son mucho mayores a las que encontramos en las arenas del Naricual (7000 psi). Esto se hizo por que se busca siempre llegar al caso más crítico posible y ese caso es el supuesto que a esos pozos se les haga un trabajo de recuperación (work over), en cuyo caso las presiones podrían llegar a esos valores en un momento específico. El desplazamiento de la zona crítica con las condiciones extremas propuestas es de alrededor de 20 pies. Por lo que la suposición de un SBE de 30 pies fue correcta. No se puede diseñar con 20 pies ya que debemos tener un factor de seguridad. Con estas condiciones sólo la primera propuesta es viable ya que la segunda resulta muy cara. Si se disminuye la presión colocada (12000 psi), a una de 9000 psi asumiendo que no se realizaran trabajos de recuperación la SBE podría reducir su longitud hasta unos 20 pies. Queda de parte de la empresa el estudio económico tomando en cuenta el sueldo de sus empleados, el tiempo de bajada de la completación y el costo de los equipos para determinar si el diseño de completación que incluye al Uniflex puede ser aplicado en el mercado.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La investigación sobre los equipos utilizados en completaciones de fondo brindó la base teórica necesaria para la futura creación de un diseño propio.
El estudio de las condiciones de los pozos profundos del norte del estado Monagas permitió desarrollar la búsqueda de nuevos diseños, y permitió también obtener un entendimiento mucho más profundo de cuáles son las propiedades más relevantes (del campo El Furrial) para la investigación. La realización de este estudio nos llevó a entender también los criterios a utilizar al momento de elegir los equipos adecuados. Proporcionó de manera efectiva las herramientas necesarias para buscar los equipos más relevantes en lo que al diseño de completaciones
monobore se refiere.
La evaluación de los equipos de fondo utilizados por BC en completaciones de pozos profundos, unido al conocimiento obtenido de las condiciones en la que se trabajaría permitió la selección efectiva de los equipos a utilizar en los nuevos diseños.
La elaboración de nuevos diseños fue sólo posible gracias al profundo entendimiento de todos los muchos factores a considerar en el diseño de nuevas completaciones.
La utilización del programa de simulación de movimiento de tuberías determinó que ambos diseños propuestos fueron bastante acertados y perfectamente capaces de ser ensamblados. Aún en la simulación con condiciones extremas las partes más críticas arrojaron valores posibles y se demostró así la validez de las propuestas. Mediante la utilización del programa de simulación se logró afianzar los conocimientos teóricos estudiados en este proyecto.
La comparación del diseño original con las dos propuestas planteadas reveló que cada diseño tiene sus ventajas y desventajas con respecto a los otros y dependiendo del aspecto que se tome en cuenta. La primera propuesta logró su cometido y es posible que sea aplicada en el año en curso. La segunda propuesta necesitó de la realización de un estudio económico un poco más profundo, que sea capaz de revelar su factibilidad en un futuro.
El trabajo realizado en el proyecto empresarial, reflejado en las actividades previamente descritas, permitió llevar a cabo satisfactoriamente el proyecto de creación de nuevos diseños de
completación de fondo en pozos profundos. Se revelaron algunas fallas en el sistema de organización de información relevante para la empresa, se ampliaron los conocimientos sobre el mundo de las completaciones y todo lo que esto implica y se lograron vencer todos los obstáculos naturales característicos de los proyectos de investigación y desarrollo. Se dejó un legado de información y metodología de investigación que le será siempre útil a la empresa, no solo para la continuación de este proyecto, sino también para los proyectos que se puedan implementar en un futuro. Permitiendo realizar tareas de planificación, estudio y diseño de forma práctica y eficiente.
REFERENCIAS
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APÉNDICES
Anexo A. Tubing Dimensional Data
TUBING DIMENSIONAL DATA
O.D. I.D. WEIGHT DRIFT O.D. I.D. WEIGHT DRIFT
1,050 0,824 1,20 0,730 2,375 2,041 4,00 1,947 1,050 0,742 1,50 0,684 2,375 1,995 4,70 1,901 2,375 1,939 5,30 1,845 1,315 1,049 1,80 0,955 2,375 1,867 5,95 1,773 1,315 0,957 2,25 0,848 2,375 1,853 6,20 1,759 2,375 1,815 6,65 1,721 1,660 1,410 2,10 1,286 2,375 1,703 7,70 1,609 1,660 1,380 2,40 1,286 1,660 1,278 3,02 1,184 2,875 2,441 6,50 2,347 1,660 1,264 3,24 1,170 2,875 2,323 7,90 2,229 2,875 2,259 8,70 2,165 1,900 1,650 2,40 1,516 2,875 2,195 9,50 2,101 1,900 1,610 2,90 1,516 2,875 2,151 10,40 2,057 2,875 2,091 10,70 1,997 1,900 1,500 3,64 1,406 2,875 2,065 11,00 1,972 1,900 1,462 4,19 1,368 2,875 1,995 11,65 1,901 2,000 1,670 3,40 1,576 3,500 3,068 7,70 2,943 3,500 2,992 9,30 2,867 2,063 1,751 3,25 1,657 3,500 2,922 10,30 2,797 2,063 1,613 4,50 1,519 3,500 2,764 12,80 2,639 3,500 2,750 12,95 2,625 3,500 2,673 13,70 2,548 3,500 2,602 15,50 2,477 3,500 2,548 15,80 2,423 3,500 2,480 16,70 2,355 3,500 2,440 17,05 2,315
Anexo B. Tubing Dimensional Data continuación
O.D. I.D. WEIGHT DRIFT O.D. I.D. WEIGHT DRIFT O.D. I.D. WEIGHT DRIFT
4,000 3,548 9,50 3,423 5,000 4,560 11,50 4,435 6,625 6,049 20,00 5,924 4,000 3,476 11,00 3,351 5,000 4,494 13,00 4,369 6,625 5,921 24,00 5,796 4,000 3,428 11,60 3,303 5,000 4,408 15,00 4,283 6,625 5,791 28,00 5,666 4,000 3,340 13,40 3,215 5,000 4,276 18,00 4,151 6,625 5,675 32,00 5,550 4,000 3,240 14,80 3,115 5,000 4,184 20,30 4,059 4,000 3,140 16,50 3,015 5,000 4,156 20,80 4,031 7,000 6,538 17,00 6,413 4,000 3,000 19,00 2,875 5,000 4,126 21,40 4,001 7,000 6,456 20,00 6,331 4,000 2,780 22,80 2,655 5,000 4,044 23,20 3,919 7,000 6,366 23,00 6,241 5,000 4,000 24,20 3,875 7,000 6,276 26,00 6,151 4,500 4,090 9,50 3,965 7,000 6,184 29,00 6,059 4,500 4,052 10,50 3,927 5,500 5,044 13,00 4,919 7,000 6,094 32,00 5,969 4,500 4,000 11,60 3,875 5,500 5,012 14,00 4,887 7,000 6,004 35,00 5,879 4,500 3,958 12,60 3,833 5,500 4,950 15,50 4,825 7,000 5,920 38,00 5,795 4,500 3,920 13,50 3,795 5,500 4,892 17,00 4,767 7,000 5,820 41,00 5,695 4,500 3,826 15,10 3,701 5,500 4,778 20,00 4,653 7,000 5,720 44,00 5,595 4,500 3,754 16,60 3,629 5,500 4,670 23,00 4,545 7,000 5,540 49,50 5,415 4,500 3,740 16,90 3,615 5,500 4,548 26,00 4,423 4,500 3,640 18,80 3,515 5,500 4,440 28,40 4,315 4,500 3,500 21,60 3,375 5,500 4,276 32,30 4,151 4,500 3,380 24,60 3,255 5,500 4,090 36,40 3,965
Anexo C. Casing Dimensional Data
CASING DIMENSIONAL DATA
O.D. WEIGHT I.D. DRIFT O.D. WEIGHT I.D. DRIFT
9,50 4,090 3,965 4-1/2 10,50 4,052 3,927 5-3/4 11,60 4,000 3,875 12,60 3,958 3,833 13,50 3,920 3,795 15,10 3,826 3,701 18,00 5,424 5,299 16,60 3,754 3,629 6 20,00 5,352 5,227 16,90 3,740 3,615 23,00 5,240 5,115 18,80 3,640 3,515 26,00 5,132 5,007 21,60 3,500 3,375 24,60 3,380 3,255 20,00 6,049 5,924 26,50 3,240 3,115 6-5/8 24,00 5,921 5,796 28,00 5,791 5,666 11,50 4,560 4,435 32,00 5,675 5,550 5 13,00 4,494 4,369 15,00 4,408 4,283 17,00 6,538 6,413 18,00 4,276 4,151 7 20,00 6,456 6,331 20,30 4,184 4,059 23,00 6,366 6,241 20,80 4,156 4,031 26,00 6,276 6,151 21,40 4,126 4,001 29,00 6,184 6,059 23,20 4,044 3,919 32,00 6,094 5,969 24,20 4,000 3,875 35,00 6,004 5,879 38,00 5,920 5,795 13,00 5,044 4,919 41,00 5,820 5,695 5-1/2 14,00 5,012 4,887 44,00 5,720 5,595 15,50 4,950 4,825 49,50 5,540 5,415 17,00 4,892 4,767 20,00 4,778 4,653 23,00 4,670 4,545 26,00 4,548 4,423 28,40 4,440 4,315 32,30 4,276 4,151 36,40 4,090 3,965
Anexo D. Casing Dimensional Data continuación
O.D. WEIGHT I.D. DRIFT O.D. WEIGHT I.D. DRIFT 24,00 7,025 6,900 9-3/4 59,20 8,560 8,500 7-5/8 26,40 6,969 6,844 29,70 6,875 6,750 9-7/8 62,80 8,625 8,500 33,70 6,765 6,640 39,00 6,625 6,500 32,75 10,192 10,036 42,80 6,501 6,376 10-3/4 40,50 10,050 9,894 45,30 6,435 6,310 45,50 9,950 9,794 51,00 9,850 9,694 7-3/4 46,10 6,560 6,500 55,50 9,760 9,604 24,00 8,097 7,972 42,00 11,084 10,928 8-5/8 28,00 8,017 7,892 11-3/4 47,00 11,000 10,844 32,00 7,921 7,796 54,00 10,880 10,724 36,00 7,825 7,700 60,00 10,772 10,616 40,00 7,725 7,600 44,00 7,625 7,500 48,00 12,715 12,559 49,00 7,511 7,386 13-3/8 54,50 12,615 12,459 52,00 7,435 7,310 61,00 12,515 12,359 68,00 12,415 12,259 8-3/4 49,70 7,636 7,500 72,00 12,347 12,191 32,30 9,001 8,845 65,00 15,250 15,062 9-5/8 36,00 8,921 8,765 16 75,00 15,124 14,936 40,00 8,835 8,679 84,00 15,010 14,822 43,50 8,755 8,599 47,00 8,681 8,525 18-5/8 87,50 17,755 17,567 53,50 8,535 8,379 58,40 8,435 8,279 94,00 19,124 18,936 61,10 8,375 8,219 20 106,50 19,000 18,812 71,80 8,125 7,969 133,00 18,730 18,452
Anexo E. Formula del gradiente de temperatura
Temperature Gradient
Surface Temp (°F) 65
Depth (Ft) 8700
Gradient (°F/100 Ft) 1,60
Additional °F for Depth 139
TOTAL BHT (°F) 204
Temperature at Intermediate Point
Depth Temperature (°F)
(Ft) Cond 1 Cond 2 Cond 3 Cond 4 Cond 5
Initial --- --- --- --- ---
Surface 0 80 70 70 70 70 70
@ Packer 6000 183 253 253 253 253 70
@ Known Temperatu 6400 190 265 265 265 265 265
Additional °F for Depth 110 195 195 195 195