"EXPERIENCIA DE CFE EN LA CONSTRUCCIÓN DE POZOS GEOTÉRMICOS"

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1 "EXPERIENCIA DE CFE EN LA CONSTRUCCIÓN DE POZOS GEOTÉRMICOS"
13_89 "EXPERIENCIA DE CFE EN LA CONSTRUCCIÓN DE POZOS GEOTÉRMICOS" Septiembre 2017 Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos

2 OBJETIVO Compartir experiencias obtenidas durante la construcción de Pozos Geotérmicos en sus diferentes etapas.

3 TIPOS DE POZOS POR SU ORIGEN
12_89 TIPOS DE POZOS POR SU ORIGEN POZO EXPLORATORIO: Se perfora para verificar la existencia de fluido geotérmico en el subsuelo. POZO PRODUCTOR: Se perfora con fines de explotar el recurso. POZO INYECTOR: Se perfora para inyectar el agua separada del vapor y recargar el yacimiento.

4 TIPOS DE POZOS POR SU CONSTRUCCIÓN
4_84 5_84 6_84 7_84 8_84 9_84 21_84 22_84 TIPOS DE POZOS POR SU CONSTRUCCIÓN • Vertical • Desviado Tipo “J” Tipo “S”

5 Etapa II (Superficial) 50 – 150 m Etapa III (Intermedia) 500 – 2 000 m
DISEÑO Etapa I (Conductor) 5 m Etapa II (Superficial) 50 – 150 m Etapa III (Intermedia) 500 – m Etapa IV (Producción) 1 000 – m Etapa V (Liner) 2 000 – m Conductor Superficial Intermedia Producción Liner Ag 40” TR 30” Ag 26” TR 20” Ag 17 1//2” TR 13 3/8” Ag 12 1/4” TR 9 5/8” Ag 8 1/2” TR 7”

6 ETAPA I, AG. 40” Ø (CONDUCTOR)
La principal función de esta etapa es tener un conducto para la circulación de los fluidos al inicio de la perforación del pozo y así evitar que estos fluidos causen erosión en las formaciones superficiales que no están consolidadas. El agujero es realizado a cielo abierto a 5 m de profundidad del nivel terreno, previo a la instalación del equipo de perforación; durante la construcción o acondicionamiento de la plataforma y contrapozo.

7 ETAPA II, AG. 26” Ø (SUPERFICIAL)
Esta perforación va desde los 50 hasta 150 m. Se inicia con agujero piloto de 444 mm (17 1/2”) diámetro para evitar cualquier descontrol del pozo (reventón), ya que en ocasiones se encuentran manifestaciones someras y pérdidas de circulación severas. Posteriormente se realiza la ampliación del agujero de 444 mm (17 ½”) diámetro a 660 mm (26”) diámetro. El objetivo de instalar la tubería de revestimiento a las profundidades antes mencionadas, es aislar los acuíferos superficiales, para así evitar la contaminación de estos con los fluidos de perforación utilizados durante la construcción del pozo. Otra función de la tubería de revestimiento es soportar las formaciones someras no consolidadas y prevenir la creación de cavernas que se presentan en este intervalo. En esta etapa de perforación se utiliza lodo bentónitico base agua con la reología adecuada para levantar los recortes a la superficie. CONDICIONES REOLÓGICAS DEL LODO Viscosidad Marsh 52 s/l Densidad 1.05 g/cm³ Filtrado 13 ml Enjarre 1.00 mm Arena 0.5 % pH 10

8 ETAPA III, AG. 17 1/2” Ø (INTERMEDIA)
Se realiza por lo general en forma vertical. Anteriormente CFE la realizaba con sarta convencional, pero en los últimos años se ha implementado el uso de un motor de fondo. Esta perforación va desde los 500 hasta m (dependiendo de la zona a perforar), instalando una tubería de revestimiento de 339 mm (13 3/8”) de diámetro y que tiene por objetivo aislar las zonas de pérdida de circulación intermedias, como de proporcionar un medio para el anclaje del árbol de válvulas, mediante la instalación de un cabezal forjado de 346 mm (13 5/8”) diámetro. Se utiliza lodo bentónitico base agua con la reología adecuada para acarrear los recortes a la superficie y tener una mejor limpieza en el agujero, además de crear un enjarre que ayuda a soportar las paredes de éste. CONDICIONES REOLÓGICAS DEL LODO Viscosidad Marsh 43 s/l Densidad 1.05 g/cm³ Filtrado 12 ml Enjarre 0.5 mm Arena 0.5 % pH 10

9 ETAPA III, AG. 17 1/2” Ø (INTERMEDIA)
En la gráfica se puede observar que la velocidad de penetración (min/m) es menor al realizar la perforación con motor de fondo. Esto se ve reflejado en una mayor tasa de penetración por día y por consiguiente, la etapa se realiza en menos días que utilizando una sarta convencional.

10 ETAPA IV, AG. 12 1/4” Ø (PRODUCCIÓN)
Generalmente se realiza la perforación en forma vertical en su totalidad o cuando se trata de un pozo direccional, hasta el inicio de la desviación (KOP). En ambos casos se utiliza motor de fondo, ya que anteriormente en CFE la perforación vertical se realizaba con sarta convencional. Esta perforación va desde los hasta m (dependiendo de la zona a perforar), en una zona de transición antes de entrar a la zona del yacimiento, por lo cual se instala una tubería de revestimiento de 244 mm (9 5/8”) diámetro, que protege contra formaciones que puedan aportar fluidos de menor temperatura y afectar la producción del pozo. La tubería de revestimiento se instala y cementa hasta la superficie, ya que a través de ella se transporta la producción del pozo, por lo que queda expuesta al paso de los fluidos del yacimiento. Para el caso de los fluidos ácidos que se han tenido en algunos pozos o que se estima tenerlos, CFE ha realizado una mejora en el diseño del pozo, colocando una tubería de revestimiento de grado TN80-3%Cr, la cual ayuda a disminuir la corrosión sobre las paredes de la misma.

11 ETAPA IV, AG. 12 1/4” Ø (PRODUCCIÓN)
En esta etapa de la perforación se utiliza lodo bentónitico base agua con la reología suficiente para levantar los recortes a la superficie y tener una mejor limpieza en el agujero, además de crear un enjarre que ayuda a soportar las paredes agujero. DESCRIPCIÓN CANT Barrena 311 mm (12 ¼”) Ø 1 Motor de fondo (7 ¾”)Ø estab. (11 ¾”)Ø Estabilizador de (8” x 12 1/8”) Ø Orientador universal (UBHO) (8”) Ø Lastrabarrena monel de (8 1/8”) Ø Caja negra de 203 mm (8”) Ø Lastrabarrenas de 206 mm (8 1/8”) Ø 4 Martillo hidromecánico de (8”) Ø 2 Combinación 6 5/8” reg. - 4” IF Lastrabarrenas de 165 mm (6 ½”) Ø TP HW 165 mm (4 ½”) Ø Combinación 4” IF - 4” FH Lingadas de TP de 101 mm (4”) Ø 24 Tramos de TP de 101 mm (4”) Ø CONDICIONES REOLOGICAS DEL LODO Viscosidad Marsh 46 s/l Densidad 1.10 g/cm³ Filtrado 9.5 ml Enjarre 1 mm Arena 0.12 % pH 9.94

12 ETAPA IV, AG. 12 1/4” Ø (PRODUCCIÓN)
En la grafica se puede observar que la velocidad de penetración (min/m) es menor al realizar la perforación con motor de fondo. Esto se ve reflejado en tasa de penetración por día, que por consiguiente, la etapa se realiza en menos días que utilizando una sarta convencional. Para una perforación de m se estaría realizando en 18.5 días en promedio.

13 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DEL MOTOR DE FONDO
Mayor tasa de penetración durante la perforación. Mejor calibre del agujero como se muestra en la figura de un registro de calibración. Al tener un mejor calibre del agujero se tiene una mayor centralización al momento de correr la tubería de revestimiento y por consiguiente una mejor cementación de la misma, utilizando un menor volumen de lechada programada. DESVENTAJAS: Algunos de los elementos del motor de fondo son elastómeros, los cuales con altas temperaturas comienzan a fallar. Otra limitante en la operación es la hidráulica, ya que el requerimiento mínimo de gasto es de 300 gal/min Registro de calibración CON MF SIN MF

14 ETAPA V AG. 8 1/2” Ø (LINER) Etapa realizada en forma vertical y/o direccional, con el uso de motor de fondo en ambos casos, hasta que la temperatura del pozo nos permita su uso, ya que como se había comentado con anterioridad se dañan los elastómeros del motor de fondo. Esta perforación va desde los hasta m (dependiendo de la zona a perforar) en la zona de producción de los pozos, en los últimos 5 años CFE para la perforación de esta etapa a aplicado la técnica de bajo balance o flujo controlado. En esta etapa se instala una tubería corta (liner), que va colgada 50 m arriba de la zapata de la tubería de revestimiento de 244 mm (9 5/8”) diámetro, este liner atraviesa el intervalo productor, por los que cuenta con ranuras en su parte inferior para permitir el flujo de agua y vapor. Para el caso de los pozos que su fluido de producción es ácido o que se estima tenerlos, CFE ha realizado un mejora en el diseño del pozo, colocando una tubería de revestimiento TN80-3%Cr, la cual presenta una menor tasa de corrosión.

15 PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO
ETAPA V AG. 8 1/2” Ø (LINER) PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO Las técnicas de perforación bajo balance UBD (Under Balanced Drilling) o flujo controlado MDP (Managed Pressure Drilling), están enfocadas para resolver la problemática que representa perforar formaciones donde las pérdidas de circulación son muy severas, lo cual trae como consecuencia la invasión de los fluidos de perforación (lodo) hacia la formación, situación que se vuelve más relevante si esta formación corresponde a la zona productora del yacimiento, ya que puede provoca daño al yacimiento y disminuir la producción del pozo. Diseñada para resolver problemas operativos que se presenta al perforar zonas con altas y constantes pérdidas de circulación, ya que continuamente se tiene que interrumpir la secuencia operativa de la perforación para reponer los fluidos de perforación perdidos (lodo), sin contar los altos costos que esto implica. En aplicaciones de pozos geotérmicos, la perforación con flujo controlado permite generar una presión de fondo cercana a la presión de la formación con el fin de restablecer la circulación del pozo manteniendo el control del flujo y la temperatura de retorno.

16 PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO
ETAPA V, AG. 8 1/2” Ø (LINER) PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO BAJO BALANCE Técnica de Bajo Balance (UBD): En ella se genera una presión de fondo menor a la presión de la formación permitiendo ingreso de fluidos de la formación hacia el interior del pozo. SOBRE BALANCE

17 PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO
ETAPA V, AG. 8 1/2” Ø (LINER) PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO Técnica de Perforación con Flujo Controlado (MPD): Es en la cual se genera una presión de fondo ligeramente mayor a la presión de la formación sin permitir el ingreso de fluidos de la formación hacia el interior del pozo. Presión de Fondo: Es la presión ejercida en el fondo del pozo dependiendo de la densidad del fluido de perforación, las perdidas por fricción en el espacio anular generadas durante la circulación, la presión de cabeza aplicada en superficie y/o la presión de surgencia. PERFORACIÓN CONVENCIONAL PERFORACIÓN CON FLUJO CONTROLADO

18 PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO
ETAPA V, AG. 8 1/2” Ø (LINER) PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO Ventana Operativa Es el rango en el cual se debe mantener la presión de fondo para no tener pérdida o ganancia de fluido, y está determinada por la presión de formación y el gradiente de fractura.

19 PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO
ETAPA V, AG. 8 1/2” Ø (LINER) PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO El tipo de fluido de perforación a utilizar depende principalmente de la presión de la formación y de la litología. A mayor presión de formación se requiere un fluido de mayor densidad. A menor densidad se requiere manejar velocidades anulares mas altas.

20 PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO
ETAPA V, AG. 8 1/2” Ø (LINER) PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO VELOCIDAD DE PENETRACIÓN min/m En la grafica se puede observar que la velocidad de penetración (min/m) es menor utilizando la técnica de perforación bajo balance o flujo controlado, teniendo un rendimiento promedio de 9.7 min/m. RENDIMIENTO DE PERFORACIÓN m/día Esto se ve reflejado en tasa de penetración por día que se tiene en promedio 65 m/día y en ocasiones se ha tenido rendimientos de hasta 120 m/día, terminando la etapa de perforación en menos días. Para una perforación de m se estaría realizando en 15 días en promedio.

21 PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO
ETAPA V, AG. 8 1/2” Ø (LINER) PERFORACIÓN CON FLUIDO AIREADO Ventajas Desventajas Incremento en la velocidad de penetración. Incremento en la vida de la barrena. Reducción de pérdidas de circulación. Reducción en tiempos de limpieza del pozo. Recuperación térmica más rápida. Eliminación de riesgo por pega diferencial. Mejor reacción durante un incidente de descontrol del pozo. Reducción del daño de formación. Detección de zonas productoras durante la perforación. Recuperación de recortes de formación en zonas de pérdida. Mayor rentabilidad en la producción. Inestabilidad del agujero. Influjos de fluido de formación. Corrosión. Vibración de la sarta de perforación. Dificultad para el control direccional de un pozo. Incremento en los costos de perforación. Requiere de mayor espacio en la plataforma.

22 CONCLUSIONES Para la Comisión Federal de Electricidad, incluir el motor de fondo en la perforación vertical, así como perforar la etapa final con la técnica de bajo balance o flujo controlado, representa una disminución de tiempos de en las operaciones de perforación, alcanzando un promedio de construcción en cada pozo de 65 días. Los pozos se integran más rápido al sistema de vaporductos, para que su producción ayude a compensar el vapor faltante ya sea por sustitución de algún pozo o declinación natural del yacimiento, y así tener una generación de electricidad constante.

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