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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
“ANÁLISIS TÉCNICO DE LA CEMENTACIÓN DEL REVESTIDOR SUPERFICIAL DE
POZOS PETROLEROS DEL CENTRO ORIENTE, SEPTIEMBRE 2013”.
JACQUELINE ANDREA AZA FREIRE
MIGUEL ARTURO MENDOZA TERÁN
Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar el Título de Grado en Ingeniería de Petróleos
TUTOR
ING. PATRICIO IZURIETA GRANJA
Quito, Febrero, 2014
ii
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
“ANÁLISIS TÉCNICO DE LA CEMENTACIÓN DEL REVESTIDOR SUPERFICIAL DE
POZOS PETROLEROS DEL CENTRO ORIENTE, SEPTIEMBRE 2013”
Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar el Título de Ingenieros de Petróleos Grado Académico de Tercer Nivel
NOMBRES Y APELLIDOS DEL AUTOR
JACQUELINE ANDREA AZA FREIRE
MIGUEL ARTURO MENDOZA TERÁN
TUTOR
ING. PATRICIO IZURIETA GRANJA
Quito, Febrero, 2014
iv
INFORME DE APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi carácter de Tutor de Grado, presentado por los señores JACQUELINE ANDREA AZA FREIRE, MIGUEL ARTURO MENDOZA TERÁN para optar el Título o Grado de INGENIEROS DE PETRÓLEOS cuyo título es “ANÁLISIS TÉCNICO DE LA CEMENTACIÓN DEL REVESTIDOR SUPERFICIAL DE POZOS PETROLEROS DEL CENTRO ORIENTE, SEPTIEMBRE 2013”, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y evaluación por parte del jurado examinador que se designe.
En la Ciudad de Quito a los 05 del mes de Febrero de 2014
____________________________
Ing. Patricio Izurieta Granja TUTOR DE TESIS
v
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL
El tribunal constituido por: Ing. Francisco Viteri, Ing. Jorge Erazo, Ing. Carlos Rodríguez. Que la presente tesis denominada: “ANÁLISIS TÉCNICO DE LA CEMENTACIÓN DEL REVESTIDOR SUPERFICIAL DE POZOS PETROLEROS DEL CENTRO ORIENTE, SEPTIEMBRE 2013”, ha sido íntegramente elaborada por la señorita Jacqueline Andrea Aza Freire y el señor Miguel Arturo Mendoza Terán, egresados de la Carrera de Petróleos, ha sido revisada y verificada, dando fe de originalidad del presente trabajo. Ha emitido el siguiente veredicto: Se ha aprobado el Proyecto de Tesis para su Defensa Oral.
En la ciudad de Quito, a los 28 del mes de Febrero del 2014
Para constancia de lo actuado firman:
____________________________
Ing. Francisco Viteri PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
____________________________ ____________________________
Ing. Carlos Rodríguez Ing. Jorge Erazo MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAL
vii
AGRADECIMIENTOS
A Dios por habernos permitido culminar nuestra formación académica.
A la prestigiosa Universidad Central del Ecuador, en especial a la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental por su valioso aporte en nuestra formación tanto personal como profesional. A nuestros profesores Ing. Iván Bedoya, Ing. Carlos Rodríguez y al Ing. Jorge Erazo.
Un agradecimiento especial a nuestro tutor Ing. Patricio Izurieta por su apoyo incondicional y por su colaboración durante nuestra carrera estudiantil
A la Agencia de Regulación y Control Hidrocarburífero que por medio del Departamento de Coordinación de Control Técnico y Fiscalización de Exploración y Explotación de Hidrocarburos y Gas Natural que nos dio la apertura para la realización del presente trabajo de Tesis. Ing. Marcelo Rosero, Ing. Einstein Barrera.
viii
INDICE GENERAL
RESUMEN .................................................................................................................... xxi
3.3. Planes de contingencia para la contaminación de acuíferos por la perforación de pozos.
xvi
- CAPITULO I INTRODUCCIÒN xxiii
- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
- 1.1. Enunciado del problema
- 1.2. Enunciado del tema
- 1.3. Descripción del problema
- 1.4. Objetivos
- 1.4.1. Objetivo general
- 1.4.2. Objetivos específicos
- 1.5. Justificación
- CAPÍTULO II
- MARCO TEÓRICO
- 2.1. Marco institucional
- 2.2. Marco legal
- 2.3. Marco ético
- 2.4. Marco referencial
- 2.4.1. Ubicación del área de estudio
- 2.4.2. Columna estratigráfica
- 2.4.3. Estado Actual
- 2.5. Marco conceptual
- 2.5.1. Tuberías de revestimiento.....................................................................................
- 2.5.1.1. Tipos de tubería de revestimiento
- a) Revestimiento conductor
- b) Revestimiento superficial
- c) Revestimiento intermedio
- d) Revestimiento de producción
- e) Liner ix
- 2.5.1.2. Especificaciones de la tubería de revestimiento
- a) Diámetro externo
- b) Espesor de pared
- c) Diámetro interno
- d) Peso
- e) Grado del Acero
- f) Conexiones
- g) Longitud de la junta
- 2.5.1.3. Propiedades Mecánicas de la tubería de revestimiento
- a) Resistencia al colapso
- b) Resistencia a la tensión.............................................................................................
- c) Resistencia al estallido
- 2.5.2. Cementación de pozos
- 2.5.2.1. Objetivos de la cementación
- 2.5.2.2. Cemento definición
- 2.5.2.3. Clasificación de los cementos
- a) Clasificación de los cementos según las normas API
- 2.5.2.4. Propiedades físicas de los cementos
- a) Gravedad específica (Ge)
- b) Peso volumétrico (PV)
- c) Finezas de los granos del cemento............................................................................
- d) Requerimiento de agua normal
- e) Requerimiento de agua mínima
- f) Densidad de la lechada
- g) Tiempo de fraguado
- 2.5.2.5. Equipo de cementación
- a) Equipo de flotación
- b) Equipo de tratamiento x
- c) Equipos para la cementación
- 2.5.2.6. Procedimientos básicos de cementación
- a) Corriendo tubería de revestimiento
- b) Circulación de lodo mediante la bomba del equipo de perforación
- c) Prueba de presión
- d) Bombeo de lavador y espaciador
- e) Lanzamiento del tapón inferior.................................................................................
- f) Mezcla de la lechada
- g) Bombeo de la lechada inicial
- h) Bombeo de la lechada de cola
- i) Lanzamiento del tapón superior
- j) Desplazamiento de lechadas y tapones con fluidos
- k) Revisión de los flujos de retorno
- 2.5.2.7. Principios de diseño de cementación de pozos
- a) Diseño de cementaciones en campo
- b) Procedimiento de diseño
- 2.5.2.8. Tipos de cementación
- a) Cementación primaria
- b) Cementación secundaria o cementación forzada
- c) Tapones de cemento
- 2.5.2.9. Condiciones óptimas de una cementación
- 2.5.2.10. Fallas de la cementación
- 2.5.2.11. Lechadas de cemento definición
- 2.5.2.12. Propiedades requeridas de una lechada de cemento
- a) Influencia de la presión y la temperatura del pozo
- b) Tiempo de bombeabilidad
- c) Viscosidad y contenido de agua de las lechadas de cemento
- d) Resistencia del cemento para soportar el casing. xi
- e) Agua de mezclado
- f) Efectos del fluido de perforación y aditivos sobre el cemento.
- g) Densidad de la lechada.
- h) Pérdidas de circulación.
- i) Pérdida por filtrado...................................................................................................
- j) Calor de hidratación.
- 2.5.2.13. Aditivos
- a) Aceleradores
- b) Retardadores
- c) Extendedores
- d) Densificantes
- e) Dispersantes
- f) Controlador de filtrado
- g) Controlador de pérdida de circulación
- h) Aditivos especiales
- 2.5.2.14. Procedimiento para realizar una lechada de cemento....................................
- 2.5.2.15. Diseño de una lechada de cemento
- a) Presión y Temperatura..............................................................................................
- b) Cantidad de Cemento
- c) Caliper
- 2.5.2.16. Condiciones a tener en cuenta para el diseño de una lechada de cemento
- a) Gradiente de fractura de la formación y presión poral
- b) Temperaturas de fondo de pozo, estáticas y de circulación
- c) Presiones de fondo de pozo
- pozo d) Geometría del espacio anular, diámetro de pozo, espacio anular disponible entre Tubería y
- e) Tipo y propiedades del lodo de perforación
- f) Caudal de bombeo xii
- g) Equipos y accesorios para la ejecución del trabajo
- h) Historial de la perforación
- 2.5.2.17. Factores que afectan el diseño de una lechada
- a) Rendimiento
- b) Densidad
- c) Tiempo de bombeo
- d) Temperatura
- e) Resistencia a la compresión
- f) Agua para mezcla
- g) Filtrado
- h) Lodo de perforación
- 2.5.2.18. Laboratorio de cementaciones
- a) Reología
- b) Tiempo de bombeo
- c) Fuerza compresiva....................................................................................................
- d) Agua libre
- e) Pérdida de fluido por filtrado....................................................................................
- 2.5.2.19. Problemas más frecuentes en una cementación
- 2.5.3. Acuífero
- 2.5.3.1. Tipos de acuíferos.........................................................................................
- a) Acuíferos libres
- b) Acuíferos confinados, a presión o en carga
- c) Acuíferos semiconfinados
- d) Acuíferos porosos.....................................................................................................
- e) Acuíferos carstificados y/o fisurados
- 2.5.3.2. Nivel Freático
- a) Pozo Sacha
- b) PozoSacha xiii
- c) Pozo Sacha
- 2.5.3.3. Contaminación de acuíferos
- 2.5.3.4. Leyes
- a) Ecuador
- b) Perú
- c) Nicaragua
- d) Bolivia
- e) Costa Rica
- 2.6. Hipótesis
- CAPÍTULO III .................................................................................................................
- LA CEMENTACIÓN 3. NORMAS DE SEGURIDAD INDUSTRIAL Y CONTROL MEDIO AMBIENTAL DE
- 3.1. Normas de seguridad y ambiente
- superficial. 3.2. Normativa y Procedimientos de seguridad utilizados en la cementación del revestidor
- 3.2.1. Procedimientos previos al trabajo de cementación
- 3.2.1.1. Equipos y suministros estándar...................................................................
- 3.2.1.2. Mezcla de material a granel
- 3.2.1.3. Carga de vehículos
- 3.2.1.4. Reunión previa al viaje
- 3.2.1.5. Desplazamiento hasta la locación
- 3.2.2. Ejecución del trabajo
- 3.2.2.1. Llegada a la locación
- 3.2.2.2. Armado
- 3.2.2.3. Mezcla de fluidos
- 3.2.2.4. Cemento a granel
- 3.2.2.5. Preparación de los Equipo
- a) Accesorios para tubería de revestimiento xiv
- b) Cabeza de cementación
- CAPÍTULO IV ...............................................................................................................
- DISEÑO METODOLÓGICO
- 4.1. Tipo de estudio
- 4.2. Universo y muestra.................................................................................................
- 4.3. Técnica
- 4.4. Recolección de datos
- 4.5. Procesamiento de datos
- CAPÍTULO V ................................................................................................................
- ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS
- 5.1. Análisis de los resultados de la matriz
- 5.2. Cálculos de Cementación
- 5.2.1. Pozo Sacha-363D
- 5.2.1.1. Litología Pozo Sacha-363D
- 5.2.1.2. Cálculos de cementación realizada original
- 5.2.1.3. Cálculos de cementación real
- 5.2.2. Pozo Sacha-383H
- 5.2.2.1. Litología pozo Sacha-383H
- 5.2.2.2. Cálculos de cementación realizada original
- 5.2.2.3. Cálculo de cementación real
- 5.2.3. Pozo Sacha-268D
- 5.2.3.1. Litología del Pozo Sacha-268D
- 5.2.3.2. Cálculos de cementación realizada original
- 5.2.3.3. Cálculos de cementación real
- 5.2.4. Pozo Sacha-282D
- 5.2.4.1. Litología Pozo Sacha-282D xv
- 5.2.4.2. Cálculos de cementación realizada original
- 5.2.4.3. Cálculos de cementación real
- CAPÍTULO VI...............................................................................................................
- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES......................................................
- 6.1. Conclusiones
- 6.2. Recomendaciones
- CAPÍTULO VII .............................................................................................................
- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- 7.1. Bibliografía
- 7.2. Webgrafía
- CAPÍTULO VIII ............................................................................................................
- ANEXOS
- ANEXO A.- GLOSARIO DE TÉRMINOS ...................................................................
- ANEXO B.- MAPA DEL CAMPO SACHA AÑO 2014 ...............................................
- ANEXO C.- MATRIZ DE RECOLECCIÓN DE DATOS.............................................
- ANEXO D.- CÁLCULOS DE CEMENTACIÓN ..........................................................
- Tabla 1.- Estado Actual del área de estudio.................................................................................. LISTA DE TABLAS
- Tabla 2.- Tolerancias tuberías de revestimiento no-upset ...........................................................
- Tabla 3.- Tolerancias tuberías de revestimiento no-upset. ..........................................................
- Tabla 4.- Tamaño mandriles de prueba ......................................................................................
- Tabla 5.- Grados API para tuberías de revestimiento .................................................................
- Tabla 6.- Grados no API para tubería de revestimiento ..............................................................
- Tabla 7.- Eficiencia de las conexiones .......................................................................................
- Tabla 8.- Rangos de longitud de tubería .....................................................................................
- Tabla 9.- Datos de tensión, torsión y resistencia al colapso para tuberías de perforación API ..
- Tabla 10.- Cálculo de cemento, agua y aditivos .........................................................................
- Tabla 11.- Información disponible para cálculos fundamentales para cementación de TR´s ......
- Tabla 12.- Información por calcular la cementación ..................................................................
- Tabla 13.- Rendimiento según la clase de cemento ....................................................................
- Tabla 14.- Análisis de muestra de agua. Piscina 1 ......................................................................
- ambientales ........................................................................................................................ Tabla 15.- Sacha 53 Recurso agua, resultados de laboratorio y correlación con normas
- Tabla 16.- Resultados de la muestra de agua, SA 10-S1. 0.25-0.45 m (29-09-04, 16h50)........
- Tabla 17.- Número de pozos cementados por cada prestadora de servicios. ............................
- Tabla 18.- Número de pozos cementados o no hasta superficie ...............................................
- Tabla 19.- Número de pozos cementados hasta superficie por año ..........................................
- por cada companía. ........................................................................................................... Tabla 20.- Pozos no cementados hasta superficie en relación a pozos cementados en el Campo
- Tabla 21.- Litología de Pozo Sacha-363D ................................................................................
- Tabla 22.- Análisis de costos original de la cementación realizada Pozo Sacha-363D .............
- Tabla 23.- Análisis de costos real de la cementación Pozo Sacha-363D ..................................
- Tabla 24.- Litología de Pozo Sacha-383H ................................................................................
- Tabla 25.- Análisis de costos original de la cementación realizada Pozo Sacha-383H .............
- Tabla 26.- Análisis de costos real de la cementación Pozo Sacha-383H .................................. xvii
- Tabla 27.- Litología de Pozo Sacha-268D ................................................................................
- Tabla 28.- Análisis de costos original de la cementación realizada Pozo Sacha-268D .............
- Tabla 29.- Análisis de costos real de la cementación Pozo Sacha-268D ..................................
- Tabla 30.- Litología de Pozo Sacha-383H ................................................................................
- Tabla 31.- Análisis de costos original de la cementación realizada Pozo Sacha-282D .............
- Tabla 32.- Análisis de costos de la cementación real Pozo Sacha-282D ..................................
- Figura 1.- Mapa de Ubicación de la Zona de Estudio LISTA DE FIGURAS
- Figura 2.- Columna Estratigráfica del Oriente Ecuatoriano
- Figura 3.- Marcaje de la tubería .......................................................................................
- Figura 4A.- Código de colores establecidos para grados de acero (API 5CT) ..................
- Figura 4B.- Código de colores establecidos para grados de acero (API 5CT) ..................
- Figura 5.- Tipos de conexiones ........................................................................................
- Figura 6.- Zapata de revestimiento ..................................................................................
- Figura 7.- Collar Flotador.................................................................................................
- Figura 8.- Centralizadores ................................................................................................
- Figura 9.- Raspadores.......................................................................................................
- Figura 10.- Cabezal de Cementación ................................................................................
- Figura 11.- Tapones .........................................................................................................
- Figura 12.- Fluido de perforacion de perforacion circulante ............................................
- Figura 13.- Bombeo del lavador, el espaciador y la lechada de cemento ..........................
- Figura 14.- Desplazamiento .............................................................................................
- Figura 15.- Operación concluida ......................................................................................
- Figura 16.- Tubería Macarrón ..........................................................................................
- Figura 17.- Programa de entubación habitual ...................................................................
- Figura 18.- Tapón de desvío .............................................................................................
- Figura 19.- Tapón de abandono ........................................................................................
- Figura 20.- Tapón por pérdida de circulación ...................................................................
- Figura 21.- Tapón para pruebas de formación ..................................................................
- Figura 22.- Tipos de Acuíferos .........................................................................................
- Figura 23.- Ubicación Pozo Sacha 94, piscina 1 y 2.........................................................
- Figura 24.- Ubicación Pozo Sacha 53, piscina 1 y 2.........................................................
- Figura 25.- Ubicación Pozo Sacha 10, piscina 1 y 2.........................................................
- Figura 26.- Porcentaje de pozos cementados vs Companías prestadoras de servicio. ..... xix
- Figura 27.- Porcentaje de pozos cementados o no hasta superficie. ...............................
- Figura 28.- Número de pozos cementados hasta superficie por año ...............................
- por cada companía.......................................................................................................... Figura 29.- Pozos no cementados hasta superficie en relación a pozos cementados en el Campo
- Figura 30.- Esquema del pozo Sacha-363D sin cementar hasta superficie. ....................
- Figura 31.- Diseño programado en pozo Sacha-363D para cementarse hasta superficie.
- Figura 32.- Esquema del pozo Sacha-383H sin cementar hasta superficie. ....................
- Figura 33.- Diseño programado en pozo Sacha-383H para cementarse hasta superficie.
- Figura 34.- Esquema del pozo Sacha-268D sin cementar hasta superficie. ....................
- Figura 35.- Diseño programado en pozo Sacha-268D para cementarse hasta superficie.
- Figura 36.- Esquema del pozo Sacha-282D sin cementar hasta superficie. ....................
- Figura 37.- Diseño programado en pozo Sacha-282D para cementarse hasta superficie.
- Figura 38.- Comparación de los costos de cuatro pozos Sachas .....................................
xx
ABREVIATURAS Y SIGLAS
ACI.- American Concrete Institute
API .- American Petroleum Institute
ARCH .- Agencia de Regulación y Control Hidrocarburífero
ASTM .- American Society for Testing and Materials
Bls .- Barriles
BC.- Bearden de consistencia
B/D .- Barriles por día
BHA .- Bottom Hole Assembly
BOP .- Blowout Preventer.
CPVEN .- Cementaciones Petroleras Venezolanas
DST .- Drill Stem Test
HAPs.- Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos
in .- Pulgada
MD .- Measured Depths
PPM .- Partes Por Millòn
PSI .- Pounds per Square Inch
QHSE .- Quality Health Safety Environment
UC .- Unidades de consistencia
TR .- Tubería de Revestimiento
TVD .- True Vertical Depth
TPH.- Total Petroleum Hidrocarbons (Hidrocarburos Totales de Petróleo)
WOC .- Waiting on cement time
