SISTEMA JET COMO SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS DE CEMENTACIÓN PARA CONDUCTORES DE 30 EN PLATAFORMAS SEMISUMERGIBLES

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1 SISTEMA JET COMO SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS DE CEMENTACIÓN PARA CONDUCTORES DE 30 EN PLATAFORMAS SEMISUMERGIBLES Ing. Efraín Ramírez Briseño Ing. Jorge Avila Jiménez Pemex, Exploración y Producción, Gerencia de Perforación y Mantenimiento de Pozos, División Marina, Unidad Operativa Suroeste. Copyright 2005, CIPM. Este artículo fue preparado para su presentación en el cuarto E-Exitep 2005, del 20 al 23 de febrero de 2005 en Veracruz, Ver., México. El material presentado no refleja necesariamente la opinión del CIPM, su mesa directiva o sus colegiados. El artículo fue seleccionado por un comité técnico con base en un resumen. El contenido total no ha sido revisado por el comité editorial del CIPM. RESUMEN Durante la perforación de pozos con plataformas semisumergibles de la región marina, se tienen problemas significativos que incrementan el tiempo de perforación y el costo del pozo por la cementación de los conductores de 30, debido a los cráteres que se causan durante la perforación con la barrena de 8 ½ y de 36 por el flujo de agua de mar y baches de lodo que erosionan el lecho marino, derivado de esto se utilizan volúmenes excesivos de cemento para rellenar el espacio anular entre el agujero causado por la barrena de 36 y la TR de 30, además se debe corregir la cementación primaria con anillos de cemento porque normalmente la lechada no llega hasta el lecho marino, ocasionando con esto un incremento en el tiempo del equipo y en el volumen de cemento utilizado. Por tal motivo se empleo el Sistema de chorro o Jet el cual consiste en bajar al mismo tiempo el conductor de 30 con un motor de fondo y una barrena de 26 en su interior, se utilizó en México por primera vez en el pozo Cipac- 1 que es perforado por la Unidad Operativa Suroeste, de la Región Marina. La importancia de su utilización es que solo emplea un máximo de 10 horas en su ejecución y no se requiere el uso de cemento. INTRODUCCIÓN Durante la perforación de pozos de la región marina con plataformas semisumergibles se perforan agujeros piloto de 8 ½ a una profundidad que varia entre 800 m y 1,000 m para verificar cualquier presencia de gas somero. Una vez perforado este agujero piloto se amplia este mismo hasta una profundidad que varia entre 150 m y 250 m por debajo del lecho marino con una barrena de 36 para poder bajar y cementar el conductor de 30, en consecuencia los baches de lodo y el agua de mar que se utilizan para perforar esta etapa erosionan el lecho marino creando cráteres que varían entre 6 m y 10 m de diámetro. Para la cementación primaria de estos conductores se emplean alrededor de 100 m 3 de lechada, este volumen es de un 200% a un 250% de exceso del requerido si se tuviera un agujero de 36, una vez cementado el conductor de 30 se emplea una tubería de 2 7/8 para verificar la cima de cemento por espacio anular llegándose a encontrar de 5 m a 85 m por debajo del lecho marino, además de una espera de fraguado entre cada anillo de 4 hr a 8 hr, lo cual incrementa el tiempo de perforación de 3.5 a 11 días. La cantidad de anillos puede variar de 1 a 11 anillos de cemento, en cada anillo de cemento se han empleado de 5 m 3 a 45 m 3 de lechada lo cual ocasiona un incremento en el volumen de cemento que se utilizó durante la cementación primaria. Cabe señalar que aunado a los problemas que se tienen por la cementación, se deben agregar los problemas de espacio y logística, porque durante la cementación primaria y la colocación de anillos se utiliza todo el cemento disponible en la plataforma. La solución fue El Sistema de chorro o jet, que emplea las mismas herramientas para bajar el conductor de 30 de manera convencional, agregando únicamente un motor de fondo. Este sistema solo emplea un máximo de 10 horas en su ejecución y no se requiere el uso del cemento, esto puede representar un ahorro de hasta un 90.5%. 1

2 ANTECEDENTES Los pozos Colhua 1 y Numan 1 perforados con plataformas semisumergibles fueron los que emplearon mayor cantidad de cemento y tiempo de plataforma durante las operaciones de cementación de los conductores de 30 con el sistema convencional, por lo que serán utilizados para tener una idea del volumen de cemento y tiempo de equipo empleados para estas operaciones, así como el costo aproximado derivado de estas operaciones, no se contempla costo por logística, personal, retrasos en pozos posteriores, etc. Pozo Colhua 1 Plataforma semisumergible Ocean Ambassador Tirante de agua 88 m Espacio mesa rotaria-nivel del mar 27 m Con barrena de 8 ½ perforó un agujero piloto de 115 m a 700 m con agua de mar y baches de lodo. Posteriormente se amplió el mismo agujero con barrena de 36 de 115 m a 265 m, para la cementación se empleo un volumen de m 3, posteriormente con tubería de 2 7/8 se tocó la cima de cemento del espacio anular entre la formación y la TR de 30 a m por lo cual se bombearon 9 anillos de cemento generando un volumen de m 3, con estos anillos la cima quedo a m. No solo el empleo de cemento generó un costó, también la renta de equipo, para este trabajo se emplearon un total de 6.88 días, el tiempo de espera generado por el transporte del cemento debido a que en la cementación primaria se empleo todo el cemento disponible en la plataforma lo cual representa 2.54 días. El costo por equipo y cemento fue $597, USD.(Figura1). Tirante de agua Crater causado por el agujero piloto con barrena de 8 ½ y barrena de 36 Barrena de 36 Agujero perforado con barrena de 8 1/2 Figura 1. Con el sistema utilizado anteriormente se perforaba un agujero piloto de 8 ½ y posteriormente se ampliaba con barrena de 36 generando un diámetro mayor a 36 y un cráter en el lecho marino 2

3 Pozo Numan 1 Plataforma semisumergible Viking Pride Tirante de agua m Espacio mesa rotaria-nivel del mar m Con barrena de 8 ½ perforó un agujero piloto de m a 750 m con agua de mar y baches de lodo. Posteriormente se amplió el mismo agujero con barrena de 36 de m a 380 m, para la cementación se empleo un volumen de m 3, posteriormente con tubería de 2 7/8 se tocó la cima de cemento del espacio anular entre la formación y la TR de 30 a 285 m por lo cual se bombearon 11 anillos de cemento generando un volumen de m 3, con estos anillos la cima quedo a 200 m. No solo el empleo de cemento generó un costó también la renta de equipo, para este trabajo se emplearon un total de 9.05 días (no se contempla el tiempo de espera generado por el transporte del cemento debido a que el utilizado excedió el cemento disponible en la plataforma lo cual representaría 1.88 días). El costo por equipo y cemento fue de $763, USD. (Figura 2) Tirante de agua 1 4 TP de 2 7/8 para colocar anillos Anillos de cemento Lechada de cemento Crater causado por el agujero piloto con barrena de 8 ½ y barrena de 36 TR de 30 Agujero perforado con barrena de 8 1/2 Zapata de 30 Figura 2. Con el sistema utilizado anteriormente se incrementaban los costos debido al volumen excesivo de lechadas de cemento y la cantidad de días que se utilizaban para la colocación de anillos de cemento tratando de rellenar el agujero creado con la barrena de 36 y el cráter generado en el lecho marino. 3

4 SOLUCIÓN Derivado del costo por equipo y excesivos volúmenes de cemento empleados, la Unidad Operativa Suroeste se dio a la tarea de poner en práctica la Tecnología de perforación con el Sistema a Chorro o Jet, aplicada a nivel mundial y la cual se determinó que era factible de emplear. A continuación se describe el procedimiento (Figura 3) y la sarta utilizada (Figura 4) en los pozos Cipac 1 y Tson 1: PERFORACION Y MANTTO. DE POZOS UNIDAD OPERATIVA SUROESTE DISEÑO DE POZOS POZO: CIPAC - 1 PEMEX - EXPLORACIÓN - PRODUCCIÓN DIVISIÓN MARINA PLATAFORMA: OCEAN AMBASSADOR PROGRAMA OPERATIVO PARA INTRODUCCIÓN DE TR 30 A +/- 85 mvblm CON SISTEMA JET NOTA: Tirante de agua minimo +/- 70 m. 1. Efectuar junta de seguridad con personal involucrado en la operación. 2. Medir todas las herramientas y la tubería de revestimiento, cortar el piñon del primer tramo del conductor para realizar ajuste de tal forma que la barrena quede por fuera de la TR de 30 ±20 cm (Nota: el corte debe tener un ligero biselado hacia adentro) 3. Retirar los 4 tapones de 2 ½ que se encuentran en la parte superior del Running Tool 4. En el primer tramo de TR de 30 marcar metro a metro con franjas de color blanco del corte hacia arriba y numerarlos (con el fin de visualizar con el ROV la entrada de la TR a la zona de fango) 5. Pintar con franjas blancas y númeradas el tramo que esta soldado al cabezal de 30, (pintarlo del cabezal hacia abajo con el fin de determinar la profundidad del lecho marino hasta la BGP). 6. Pintar postes de la BGP con números (para su identificación 1,2,3,4). 7. Marcar la barrena con franjas blancas de los conos hacia arriba en cm. 8. En el piso de perforación prepare la herramienta soltadora (Running Tool) para TR de 30 con la herramienta de perforación 5XH, verificar con vueltas hacia izquierda y derecha, para verificar la entrada y salida del anillo de retencion, estibe la herramienta soltadora en peines 9. Armar barrena triconica de 26, armar sarta descrita en el esquema, verificar funcionamiento del motor de fondo y estibar en el piso de perforación. 10. Colocar la base guía permanente al contrapozo (MoonPool) alineada con la mesa rotaria. (asegurar la BGP a vigas del contrapozo) 11. Bajar la TR de 30 a través de la BGP, cuando se tenga en el piso de perforación el Housing de 30, instale el soltador verificando el numero de vueltas a la izquierda (+/- 5 ½), marcar con una línea blanca sobre el soltador como referencia de las vueltas para activar anillo de retención, bajar el Housing con la con TP HW e instalarlo en la BGP dejándola en las vigas del contrapozo. (Verificar activación de anillo de retención) 12. Colocar los postes de la BGP y Ojo de toro (la orientación de los números debe estar de acuerdo a los números que se tiene en los preventores para orientarlo) 13. Colocar los cables guía (probar con tensión los pernos de sujeción) y dejarla preparada en el contrapozo. 14. Levantar Running Tool y estibar en peines. 15. Con ayuda del ROV bajar barrena y sarta descrita por dentro de la TR previo ajuste procurando dejar la barrena por debajo de la TR ± 20 cm,k instalar soltador (verificando número de vueltas), retirar las vigas del contrapozo. 16. Iniciar a bajar TR junto con BGP y la sarta de perforación hasta el lecho marino. (verificar funcionamiento del motor de fondo) 17. Bajar y descargar no más de 3 m o de 5,000 a 10,000 lbs de peso de la sarta con bomba apagada. (observar a través del ROV) 18. Levantar ROV hasta el medidor de inclinación (ojo de toro), si esta en cero continuar, si no tensionarla sarta hasta verificar un valor de cero en la inclinación. 19. Comenzar el bombeo con bajo gasto cuidando de no pasar de 50 epm en los primeros 10 metros, bombear baches de lodo de 50 bl cada 10 m, después aumentar a +/- 200 epm y levantar ROV para verificar flujo a través de los orificios de 2 ½ en el Running Tool. 20. Trabajar TR de acuerdo al comportamiento de la formación, si no empieza a avanzar trabajar la sarta levantandola de 2-3 veces una longitud de 5-8 m, al levantar bombear el lodo, al hacer una conexión trabajar sarta, monitorear con el ROV y tratar de que no de vuelta la BGP y los cables guía de la misma, verificar la inclinación de TR continuamente en el ojo de buey para evitar desviaciones. 21. No trabajar la TR los últimos 3 metros y bombear unicamente lodo los últimos 6 metros, una vez que la TR este a la profundidad programada, verificar la inclinacion en el ojo de toro, apagar bombas y descargar el peso de la TR de La BGP debe quedar a +/- 2.5 m arriba del lecho marino. 23. Dejar reposando TR de 2-3 hrs. 24. Si se desliza continuar reposando. 25. Si no se desliza liberar el soltador (running tool) con 5 ½ vueltas a la derecha y sacar herramienta a superficie, eliminar mismo. 26. Bajar barrena de 26 y perforar hasta 1,075 m, monitoreando cualquier presencia de gas con el ROV. (verificar el rumbo de la corriente) POZO EXPLORATORIO CIPAC 1 Ing. Efraín Ramírez Briseño 4

5 PERFORACION Y MANTTO. DE POZOS UNIDAD OPERATIVA SUROESTE DISEÑO DE POZOS POZO: CIPAC - 1 N TRAMOS T.P. DE 5" Comb P) 6 5/8 reg x C) 5 XH Herramienta p/correr TR de 30 Base Guia Permanente Distancia entre la BGP y LM (2.5 m) F.M mvbmr N TRAMOS T.P. HW 5" COMBINACION 6 5/8 REG X 5XH SARTA PARA BAJAR CONDUCTOR DE 30 F.M M. Longitud de TR 30, 85 m máximo 4 DRILL COLLAR DE 8 " ESTABILIZADOR DE 8 x 26" 1 DRILL COLLAR DE 8 " ESTABILIZADOR DE 8 " x 26" 1 DRILL COLLAR CORTO DE 8 " VALV. C/P MOTOR DE FONDO DE 9 5/8, camisa de 26 BARRENA DE 26 TRICÓNICA (3 toberas de 18) Distancia entre la barrena de 26 y la TR de cm ETAPA DE TR 30 CON SISTEMA JET POZO EXPLORATORIO CIPAC 1 Ing. Efraín Ramírez Briseño Figura 4. Esquema de la sarta utilizada en el sistema Jet Con este sistema se emplearon solo 1.5 días en el pozo Tson-1 (73,350 dolares) y 1.54 días en el pozo Cipac-1 (84,700 dolares), es decir, solo se refleja el costo del equipo y no se utilizó cemento, lo cual representa un ahorro de %. Aún si se tuviera un agujero ideal de 36 se emplearía cemento y por lo menos 3 días de equipo, por lo tanto el Sistema Jet no se puede comparar con los utilizados anteriormente. 5

6 SECUENCIA DE LAS OPERACIONES REALIZADAS CON SISTEMA JET Antes de empezar las operaciones, se inspecciona el lecho marino para asegurarse que la localización propuesta es adecuada para las operaciones de perforación. Esta inspección es realizada por el ROV (Vehículo de Operación Remota) de la cual se obtienen datos como: Relieve del lecho marino. Presencia de fango. Tirante de agua. Temperatura. Magnitud de las corrientes y dirección. Consistencia del lecho marino Fig 5. Inspección realizada por el ROV, las imágenes emitidas a través de un cable son observadas en una pantalla que se encuentra en la cabina del perforador. Fig. 6. Inspección realizada por el ROV del lecho Piso de perforación 1 4 Contrapozo (MoonPool) Fig. 7. Base guia permanente instalada en el contrapozo y descenso del primer tramo de TR marcado en la punta con pintura blanca metro a metro. 6

7 Running Tool Piso de perforación 1 4 Contrapozo (MoonPool) Fig. 8. Armado del Cabezal de 30 en el piso de perforación, debemos bajarlo al contrapozo con el Runnig Tool con 5 ½ vueltas a la izquierda se activa el anillo de retención. Piso de perforación 1 4 Contrapozo (MoonPool) Fig. 9. Se deja el Cabezal de 30 en la Base guia Permanente y se libera el Running Tool con 5 ½ vueltas a la derecha. Piso de perforación 1 4 Contrapozo (MoonPool) Fig. 10. Se levanta el Running Tool y se estiba en el piso de perforación 7

8 Piso de perforación 1 4 Contrapozo (MoonPool) Fig. 11. Se arma la sarta de perforación con barrena de 26 y motor de fondo, después se baja con el Running Tool a través de la TR de 30 y se activa el anillo de retención con 5 1/2 vueltas a la izquierda en el Cabezal de 30 Piso de perforación Contrapozo (MoonPool) 1 4 Fig. 12. Se baja la BGP, TR de 30 y la sarta de perforación con la barrena de 26 por dentro con la herramienta soltadora (Running Tool) Fig. 13. Se descargan ± 15,000 lb, +/- 2.5 m dentro del lecho marino sin bombeo. Fig. 14. Se verifica la inclinación en el ojo de toro, si se observa una inclinación se tensiona un poco el aparejo hasta lograr una inclinación de cero. 8

9 Fig. 15. Una vez verificada la inclinación se inicia el bombeo y se perfora con agua de mar y baches de lodo, la circulación es a través del E.A. del I.D. de la TR de 30 y TP de 5 Con este sistema No se crea ningún cráter en el lecho marino. Fig. 16. Se puede observar como circula todo el recorte a través de los orificios de 2 ½ que se encuentran en la herramienta soltadora. Fig. 17. Se deja la BGP +/-2.5 m por encima del lecho marino Fig. 18. Se inspeccionan los cables y los postes de la BGP. Fig. 19. Se verifica la inclinación en el balancin (ojo de toro) Fig. 20. Se inspecciona con el ROV cualquier manifestación de gas. 9

10 Tirante de agua 1 4 No Anillos de cemento No hay Crater No se utiliza Lechada de cemento TR de 30 Barrena 26 Fig. 21. Durante la operación la TR de 30 se va adhiriendo a la formación al final de la operación se deja estático el aparejo de 2 3 horas para permitir la expansión de la formación de tal forma que la TR 30 quede fija. Con este sistema No se tendrá un cráter y la TR de 30 estará totalmente rígida. Fig. 22. Se libera la herramienta (running tool) para correr el aparejo y TP, con 5 ½ vueltas a la derecha Fig. 23. Se elimina la sarta de perforaciòn, el motor de fondo y la barrena de

11 FACTORES QUE DEBEN TOMARSE EN CUENTA PARA EL EMPLEO DE ESTE SISTEMA: 1. Tipo de pozo. 2. Tirante de agua. 3. Característica del lecho marino. 4. Consistencia o dureza del subsuelo. 5. Experiencias en el área. Como se puede apreciar la circulación de los fluidos es a través del espacio anular de la sarta de perforación y el interior de la TR de 30 por tal motivo la TR de 30 se va adhiriendo a la formación, inclusive durante la operación en cada conexión se debe trabajar la sarta para evitar una pegadura, además al final de la operación se deja estático el aparejo de 2 3 horas para permitir la expansión de la formación de tal forma que la TR 30 quede fija, con este sistema se garantiza que no se tendrá un cráter y que la TR de 30 estará totalmente rígida. Por lo antes descrito se garantiza que el Cabezal de 30 soportara la Base Guia Permanente, el peso de los preventores (Figura 24 y 25) y el Raiser (+/-350,000 lb, dependiendo de la longitud del Raiser) que serán asentados sobre el cabezal de 18 ¾ una vez que sea corrida y cementada la TR de 20 (Figura 26). Tirante de agua 1 4 Preventores submarinos, bajados una vez cementada la TR de 20 y que son conetados al cabezal de 18 ¾ Fig. 24. Una vez que es perforada la siguiente etapa con barrena de 26 y ha sido introducida y cementada la TR de 20 se acondicionan los Preventores No Anillos de cemento No se utiliza Lechada de cemento No hay Crater TR de 30 TR de 20 cementada después de perforar con barrena de 26 Fig. 26. Preventores Submarinos que son colocados una vez que fue cementada la TR de 20. Fig. 25. El descenso de los Preventores es monitoreado con el ROV. 11

12 CONCLUSIONES Con el sistema de Chorro o Jet Introducir con este sistema la TR 30 conductora requiere de 3-6 horas Se emplean solo 2-3 horas de reposo. No requiere cemento. La inclinación de la base guia es de 0-0.5, es decir, menos de lo que se llegaba a tener con el sistema de convencional. Se emplean solo 1.54 días para realizar la operación (depende del tirante de agua) Se emplean las mismas herramientas utilizadas con el sistema convencional, solo se le agrega un motor de fondo. Este sistema empleado para bajar los conductores en plataformas semisumergibles, no tiene comparación alguna con cualquier sistema convencional utilizado anteriormente debido a que no se requiere cemento y las operaciones realizadas hasta ahora solo emplean un máximo de 10 horas en su ejecución, este sistema se ha empleado en 12 pozos hasta el mes de noviembre del 2004 (± 7 millones de dolares), lo cual ha representado un enorme ahorro en cuestión económica para PEMEX. (Figura 27). Costo en Dolares Ahorro $512,898USD 86% $84.700,00 $ ,02 $73.350,00 Cipac- 1 Colhua - 1 Tson-1 Numan - 1 Pozos Plataforma Ocean Ambassador Costo tiempo equipo-cemento Ahorro $782,046USD 91.4% $ ,17 Plataforma Pride México Fig. 27. Gráfica comparativa del Sistema Jet con el sistema convencional. Los pozos Tson-1 y Numan-1 fueron perforados con la plataforma Pride México y los pozos Cipac-1 y Colhua-1 con la plataforma Ocean Ambassador RECOMENDACIONES Implementar el Sistema de Chorro o Jet en plataformas semisumergibles, debido al bajo costo y la rapidez con la que se ejecuta este trabajo. Dejar el Cabezal de 30 +/- 2.5 m por encima del lecho marino ya que se debe tener en cuenta el peso que soportara debido al cabezal de 18 ¾ y la TR de 20 que será introducida en la siguiente etapa. No es recomendable meter más de 85 m de TR de 30 En operaciones posteriores utilizar la herramienta Drill Ahead la cual permite perforar la siguiente etapa de 26 en el mismo viaje, es decir, con la herramienta para correr el aparejo (Running Tool) se necesita sacar la barrena de 26 y eliminar el motor de fondo para continuar perforando la siguiente etapa, con la herramienta Drill ahead no hay necesidad de sacar la sarta de perforación, esta herramienta permite continuar perforando y la TR de 30 permanece inmóvil. BIBLIOGRAFÍA Diamond Offshore Drilling, Inc. 12