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ESCUELA SUPERIOR DE
INGENIERIA Y ARQUITECTURA
UNIDAD TICOMAN
TECNOLOGIA DE PERFORACION DE POZOS.
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
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FUNDAMENTOS
- Los diferentes tipos de barrenas.
- Sus condiciones de operacin.
- Prediccin de formaciones, geopresiones.
- Seleccin adecuada de los fluidos de perforacin.
- Diseo de tuberas de revestimiento.
- Profundidades de asentamiento.
- Su cementacin.
- Diseo de sartas de perforacin.
- Los mtodos para predecir el comportamiento de las presiones encontradas .
. en los pozos.
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
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TEMARIO
Unidad 1 Factores que afectan a la velocidad de perforacin
Unidad 2 Barrenas
Unidad 3 Geopresiones
Unidad 4 Diseo de sartas de perforacin
Unidad 5 Operaciones de pesca
Unidad 6 Taponamiento parcial de un agujero
Unidad 7 Diseo de tuberas de revestimiento
Unidad 8 Cementacin Primaria
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
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EVALUACION
TECNOLOGIA DE PERFORACION DE POZOS.
PERIODO UNIDADES PORCENTAJES
1 1, 2, 3 Examen 50%, Tareas 30%, Participacin en clase 10%, Exposicin 10%
2 4, 5 , 6 Examen 50%, Tareas 30%, Participacin en clase 10%, Exposicin 10%
3 7, 8 Examen 50%, Tareas 30%, Participacin en clase 10%, Exposicin 10%
Para tener derecho a examen en cada periodo se tuvo que haber asistido puntualmente al 90% mnimo.
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
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OBJETIVO DEL CURSO
Proporcionar al alumno los conocimientos necesarios para que pueda
disear un pozo petrolero utilizando bases tcnicas de perforacin y
posterior poder resolver problemas de terminacin y reparacin de pozos.
1.1
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UNIDAD I
Factores que afectan la velocidad de perforacin.
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Objetivo de la Unidad:
Conocer e identificar los factores que afectan el ritmo de
perforacin con la intencin de efectuar un anlisis riguroso y
obtener el mnimo costo por metro perforado.
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1.1 Generalidades
-
Conceptos bsicos.
Rendimiento, ROP (mts/hrs) :
El mejor rendimiento es aquel que perfora el pozo en el menor
tiempo posible, lo que significa seleccionar la mejor barrena hacia el tipo
que mas duracin tenga eliminando as el costoso tiempo de viaje.
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Pozo Direccional:
Se dice que un pozo es direccional o dirigido cuando intencionalmente se
provoca un ngulo (s) de desviacin para llegar al objetivo.
En un pozo direccional es derminante la correcta seleccin del
tipo de barrena, una ventaja de las barrenas de diamantes en estos casos
es su gran alcance para perforar en sentido horizontal, en general estos
pozos tienen secciones homogneas muy prolongadas.
La densidad de los cortadores, la cantidad de aletas, el control de la
vibracin y el calibre de la barrena son parmetros fundamentales para
aplicaciones direccionales.
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Energa Hidrulica o Potencia Hidrulica, HSI (HP/pg2):
Es la energa que proporciona el fluido de perforacin para dar
limpieza y enfriamiento a la barrena. Un ndice de potencia (HSI)
insuficiente afectara el enfriamiento y pueden provocar daos trmicos en
la estructura de los cortadores y la falta de limpieza har que la barrena
se embole.
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Formaciones nodulares:
Son aquellas formadas de pirita y conglomerado, donde no se puede utilizar la
mayora de las barrenas de diamante debido al dao por impacto en la
estructura de sus cortadores.
Ampliacin:
Si se programaran mas de dos horas de ampliacin sera importante
considerar una barrena ticnica, el ensanche excesivo puede daan el
calibre de una barrena de diamante porque las cargas se encuentran en una
superficie muy pequea.
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Velocidad de rotacin (r.p.m) :
El numero de vueltas que realiza la barrena por minuto indica
tambin los parmetros de vibracin y resistencia al desgaste que se
necesitan para mantener un deterioro parejo en la barrena y prolongar
su duracin.
Las barrenas de diamante se pueden utilizar mejor que las barrenas de
roles a altas velocidades de rotacin.
1.2 Definicin de velocidad de rotacin.
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Fluidos de Perforacin:
El tipo y la calidad de estos tienen un efecto importante en el
rendimiento de la barrena. Los de base aceite mejoran el rendimiento de las
estructuras de corte PDC; el rendimiento del diamante natural y del TSP
varia segn la litologa.
El fluido base agua presenta mas problemas de limpieza por la reactividad
de las formaciones.
Los records pueden determinar la variacin y el nivel de efectividad de los
fluidos de perforacin que se usan en el campo.
1.6 Propiedades del Fluido
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CIRCUITO_LODO.PPT A. del Alto
1.- Limpiar el fondo del agujero
2.- Enfriar la barrena
3.- Sacar los recortes del agujero
4.- Soportar las paredes del agujero para que no se derrumben
5.- Evitar que fluidos de las formaciones entren al agujero
6.- Transmitir seales a superficie
PROPOSITOS FUNDAMENTALES
DEL FLUIDO DE PERFORACION
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LODOS.PPT A. del Alto
LODOS
En las operaciones de perforacin se utilizan cuatro tipos de lodos:
Lodos base agua
Lodos inhibidos
Lodos de bajo contenido de slidos
Lodos base aceite (Emulsin inversa)
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LODOS.PPT
LODOS BASE AGUA Los lodos base agua son de dos tipos: cuando de les agregan productos qumicos orgnicos se denominan lodos base agua con dispersantes orgnicos y cuando se les agrega aceite se denominan emulsionados
Los lodos base agua con dispersantes orgnicos son los ms utilizados y se clasifican de acuerdo al dispersante usado en su control. Por esta razn, las caractersticas predominantes en los lodos estn relacionadas al dispersante usado, definindose de la siguiente manera:
Lodos tratados con taninos
Lodos tratados con lignitos
Lodas tratados con lignosulfonatos
Lodos tratados con cromolignosulfonatos
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LODOS.PPT A. del Alto
LODOS BASE AGUA
Los lodos base agua emulsionados requieren en su preparacin aceite, diesel o crudo en cantidad de 5 a 10% del volumen total del lodo.
Las ventajas de este tipo de lodo son:
Reducen la torsin y embolamiento de la barrena
Aumentan el avance de la perforacin
Aumentan la vida de la barrena
Previenen pegaduras por presin diferencial
Mejoran el enjarre
Aumentan la lubricidad
Sin embargo tienen desventajas tales como: reducen la densidad, aumentan la viscosidad y reducen el filtrado.
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LODOS.PPT A. del Alto
LODOS INHIBIDOS
En algunas operaciones de perforacin los lodos base agua no resultan efectivos, sobre todo cuando se requieren altas densidades sin alterar la viscosidad o gelatinosidad.
En estos casos se recomienda el uso de lodos inhibidos los cuales se clasifican, en general, en: clcicos, base yeso, de agua de mar y de agua saturada de sal.
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LODOS.PPT A. del Alto
LODOS INHIBIDOS
Dentro de las ventajas de los lodos inhibidos tanto clcicos como base yeso se puede mencionar que protegen la tubera de perforacin de la corrosin y suprimen la actividad biolgica; sin embargo, tiene como desventaja que tienden a solidificarse a temperaturas de fondo mayores de 120 C.
Los lodos de agua de mar y de agua saturada de sal se usan, generalmente, para evitar problemas de perforacin provocados por presencia de sal en la columna litolgica.
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LODOS.PPT A. del Alto
LODOS DE BAJO CONTENIDO DE SOLIDOS
Un lodo de bajo contenido de slidos puede definirse como un lodo de perforacin, terminacin o reparacin que cubre ciertos requisitos de densidad, viscosidad y control de filtracin con un contenido mnimo de arcilla.
Dentro de este tipo de lodos se encuentran los siguientes:
Gomas
Asbestos finamente divididos
Arcilla beneficiada
Combinados (Bentonita prehidratada-Lignosulfonato)
Lodo no dispersivo
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LODOS.PPT A. del Alto
LODOS DE BAJO CONTENIDO DE SOLIDOS
En reas donde este tipo de lodos es aplicable, se obtienen grandes ahorros por:
Aumento en el grado de penetracin
Aumento en la vida de la barrena
Mejor estabilidad del agujero
Sin embargo, el uso de este tipo de lodos es delicado por lo que deben tomarse cuidados como son: reducir el uso de bentonita para controlar la viscosidad y filtrado, controlar el filtrado con polmeros orgnicos, usar un vibrador de doble malla para una mejor eliminacin del recorte y funcionamiento ptimo del eliminador de slidos.
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LODOS.PPT A. del Alto
LODOS BASE ACEITE
El trmino Lodo Base Aceite se refiere tradicionalmente a lodos preparados en aceite con un porcentaje de 1 a 5% de volumen de agua mientras que el concepto Emulsin Inversa se usa para designar un lodo con ms de 5% de volumen de agua
Existen diversas aplicaciones para este tipo de lodos como son:
Proteccin de arenas productoras
Perforacin de lutitas sensibles al agua
Perforacin en agujeros con altas temperaturas
Perforacin de formaciones solubles
Baches para liberar tubera pegada por presin diferencial
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LODOS.PPT A. del Alto
REOLOGIA DE LODOS
Las caractersticas reolgicas de los fluidos de perforacin se refieren al anlisis necesario que hay que efectuar al lodo para conocer las condiciones del mismo.
Dichas caractersticas son fijadas de antemano, dependiendo del tipo de roca que se va a perforar y las posibles presiones de un probable yacimiento que pudiera cortarse con la barrena.
Con base en lo anterior, para cada etapa de perforacin se considera determinado tipo y caractersticas de lodo.
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LODOS.PPT A. del Alto
REOLOGIA DE LODOS
Las principales caractersticas reolgicas a considerar son las siguientes:
Tipo de lodo
Densidad (se mide en gr/cm3)
Viscosidad (se mide en segundos)
Salinidad (se mide en ppm de cloruros)
Potencial hidrgeno (pH)
Filtrado
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1.7 Hidrulica
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CIRCUITO_LODO.PPT A. del Alto
EL SISTEMA DE CIRCULACION DEL LODO
Una de las caractersticas esenciales de un sistema de perforacin rotatorio es el sistema de circulacin, tambin conocido como el sistema de lodo.
Para que un sistema de perforacin rotatorio pueda funcionar, es indispensable circular fluido a travs de la sarta de perforacin y por el espacio anular entre la sarta de perforacin y la pared del agujero o la tubera de revestimiento.
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CIRCUITO_LODO.PPT A. del Alto
Esquema generalizado del ciclo de lodo en un pozo
POLEA VIAJERA
SWIVEL
FLECHA O KELLY
MESA ROTARIA
LINEA DE FLUJO
TEMBLORINA
PRESAS DE LODO
BOMBA DE LODO
MANGUERA DE LA FLECHA
TUBO REGULADOR
BARRENA
TUBERIA DE PERFORACION
ESPACIO ANULAR
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Presas de lodo CIRCUITO_LODO.PPT
A. del Alto
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Ensamblaje de las bombas de lodo
A. del Alto CIRCUITO_LODO.PPT
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A. del Alto CIRCUITO_LODO.PPT
Espacio anular
Recorte
Jet o tobera
Salida del lodo
Roca
Detalle de la barrena al estar perforando
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A. del Alto CIRCUITO_LODO.PPT
Vista de la temblorina, que es donde se colectan las muestras de canal
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1.8 Barrena
Es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de
perforacin, utilizada para cortar o triturar la formacin durante el
proceso de la perforacin.
Su funcin es remover la roca y los recortes de est mediante el vencimiento de su
esfuerzo de corte, o bien, removerla mediante el vencimiento de su esfuerzo de
compresin.
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Peso sobre la barrena (PSB), en libras o toneladas :
Cuando existen situaciones limitadas de peso sobre la
barrena, una estructura de corte eficiente como PDC ofrece mayor
ritmo de penetracin (ROP) que una barrena de roles.
1.9 Peso sobre la barrena y velocidad de rotacin.
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Velocidad de rotacin (r.p.m) :
El numero de vueltas que realiza la barrena por minuto indica
tambin los parmetros de vibracin y resistencia al desgaste que se
necesitan para mantener un deterioro parejo en la barrena y prolongar
su duracin.
Las barrenas de diamante se pueden utilizar mejor que las barrenas de
roles a altas velocidades de rotacin.
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UNIDAD 2 Barrenas
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O diamantes policristalinas trmicamente
estables (TSP), o diamante natural.
2.1 Tipos y aplicacin de barrenas
En General adicionar las especiales.
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Barrenas Especiales.
Barrenas Desviadoras (Chorro o Side Track)
Barrenas Monoconicas
Barrenas Especiales (Ampliadoras, Cortar TR, . dimetros ultra grandes o ultra pequeos con TF,
. bicentricas)
-
Su funcin es remover la roca y los recortes de est mediante el
vencimiento de su esfuerzo de corte, o bien, removerla
mediante el vencimiento de su esfuerzo de compresin.
2.2 Funcin de la barrena
-
2.3 Aplicaciones
Pozos de agua
Pozos de vapor agua (geotrmicos)
Pozos de petrleo
-
1
DIENTES FRESADOS
2
3
2.4 Caractersticas de las barrenas en general.
-
Rodillos
Balines
-
2.6 Clasificacin de las barrenas Cdigo I.A.D.C
-
Mtodos tcnicos prcticos de seleccin.
Costo por metro
Resistencia compresiva uniaxial
Registros Snicos
-
Resistencia Compresiva Roca suave
No abrasiva
Poco Consolidada
0- 3000 psi.
LUTITA GUMBO
ARCILLA
ARENA
Roca de Baja
Resistencia Compresiva
Arcilla Reactiva
3000-5000 psi
SAL
ARENISCA
ANHIDRITA
Roca Media Suave
Lutitas Poco Reactivas
Intercalaciones Duras
5000-9000 psi
SAL
ARENISCA
ANHIDRITA
Roca Media
Lutitas no Reactivas
Intercalaciones Duras
9000-14000 psi
CALIZA
LITITAS
ARENISCA ABRASIVA
Roca Dura
Alta Resistencia Compresiva
Baja Perforabilidad
14000-20000 psi
DOLOMITA
CALIZA
PEDERNAL
-
REGISTROS SONICOS:
Se basan en el conocimiento del contenido de arcilla de la formacin.
En las propiedades mecnicas de la roca:
- Relacin de Poisson
- Modulo de Young
- Mdulo de cizallamiento
- Mdulo volumtrico
- Modulo de compresibilidad
- Compresibilidad de la roca
- Constante elstica de Biot
- Angulo de friccin interna
- Resistencia compresiva
Procesado de registros (CNL; DSI, etc)
Tarea: Hacer presentacin en power
point, definiendo breve y concreto
cada concepto, su ecuacin y un
grfico explicativo.
-
Elctrica
Potencial Espontaneo
Temperatura
Presin
Flujo
Radioactividad Natural
Geometra
Sonido
Induccin magntica
Radioactiva
Resistividad
Potencial elctrico
Temperatura
Presin
Flujo
Emisin
radioactiva natural
Calibracin
Ecos y velocidad
del sonido
Magnetismo
Reaccin a
radioactividad
Salinidad,
saturacin de fluidos
Formaciones porosas
Temperatura
de formacin
Presin de formacin
e hidrosttica
Movimiento de fluidos
Tipo de formacin
Condiciones de agujero
Densidad de formacin
y porosidad
Tipo de fluidos
de formacin
Porosidad y cantidad
radicales hidrgeno
Medicin Parmetro Inferencias
principales
-
Registros geofsicos utilizados para la seleccin de barrenas.
Registro snico:
Mide la propagacin de onda acstica a travs de la formacin. La onda la
genera un transmisor situado en la herramienta, mientras que un receptor en la
misma herramienta calcula el tiempo de desplazamiento.
Mientras ms corto sea el tiempo entre la emisin y la recepcin de onda, ms
densa es la formacin.
-
Registro de neutrones:
Mide la capacidad de las formaciones para atenuar los flujos de neutrones.
Puesto que la masa atmica est muy cercana al hidrgeno, los neutrones
no pueden fluir fcilmente a travs de formaciones que tengan alto contenido
de hidrgeno, lo cual permite ser medido este en la formacin.
Una formacin con alto contenido de hidrgeno, tendr baja capcidad de
flujo de neutrones computando alta porosidad de formacin.
-
Registro de rayos gamma:
Detecta el grado de radiacin gamma natural que emiten las formaciones.
Permitiendo identificar los intervalos de lutita que emiten altos niveles de
radiacin.
El registro diferencia las lutitas de las areniscas y de los carbonatos y es lo
bastante preciso para detectar lechos delgados de lutitas y arcillas.
Rayos gamma, radiacin electromagntica de altsima energa producida por procesos sub-atmicos
desexitantes.
Minerales
RAYOS
Alfa
Beta
Gamma
Tienen influencia de campos electricos
y magneticos
No tienen carga y masa.
-
Registro de densidad:
Mide la densidad en masa de la formacin. La herramienta contiene una fuente
de rayos gamma y algunos detectores. Formaciones de baja porosidad
dispersan los rayos gamma, siendo muy pocas las que se detectan en la
herramienta. Formaciones de alta porosidad dispersaran mucho menos los rayos
gamma, por lo que una mayor cantidad es detectada.
Baja Porosidad, dispersan muy bien los rayos, por lo tanto se detectan de
regreso a la herramienta muy pocos.
Alta Porosidad, dispersan en menor grado los rayos, por lo tanto de regreso a la
herramienta una mayor cantidad.
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Incluye todos los cdigos necesarios para analizar el desgaste en
barrenas ticnicas o de cortadores fijos.
IADC
HILERA
INTERIOR
HILERA
EXTERIOR
CARACTERISTICAS
DE
DESGASTE
UBICACION SELLOS DEL
COJINETE
CALIBRE
1/16
TRAS
CARACTERISTICAS
RAZON
SALIDA
La tabla describe 8 factores. Las primeras cuatro describen la Estructura de Corte. La quinta columna se refiere a los sellos del cojinete y no es aplicable a
trpanos de cortadores fijos, entonces se marcara X.
La columna sexta se refiere a la Medida del Calibre
x
1 2 3 4 5 6 7 8
2.5 Evaluacin del desgaste de las barrenas ticnicas, PDC y TSP.
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Hileras Interiores y exteriores, se
utiliza una escala de 0 a 8, para
indicar la cantidad de desgaste, el
cero indica sin desgaste y el ocho
que ya no quedo cortador en
condiciones. Por lo que un 4 indicara
un desgaste del 50%. AREA INTERIOR
2/3 RADIO
AREA EXTERIOR
1/3 RADIO
AREA INTERIOR
2/3 RADIO
4+3+2+1+0
5
= 2
AREA EXTERIOR
1/3 RADIO
5+6+7
3
= 6
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La 3 y 7 columna son para anotar
las caractersticas de desgaste de la
barrena, o sea los cambios fsicos
mas notorios.
WT RO
Si no hay caractersticas de desgaste en
estas columnas (3 Y 7) anotar NO
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EJEMPLOS.
-
EJEMPLOS:
-
EJEMPLOS:
-
La columna 6 se utiliza para
registrar la condicin del calibre,
se debe registrar con 1 si permanece en calibre, de lo
contrario utilizar tabla siguiente :
-
La columna ltima, se utiliza para
registrar la razn de salida, apoyarse
en los cdigos de la siguiente tabla:
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EXEMPLO TIPO EXAMEN:
La barrena R43GN se utilizo para perforar
horizontalmente en arcilla con un motor de
fondo 6 manteniendo un ngulo fijo, perforando 118 m en 8.5 hrs y fue sacado a
1433 m al terminar esa etapa.
Luego de observar la barrena no se
observ ningn desgaste, posterior se
corri nuevamente en otro pozo del mismo
yacimiento, perforando 218 m en 13.5 hrs
teniendo que salir para cambiar el
ensamble de fondo.
Determine la penetracin y el desgaste
para cada caso ?
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ROP = 118 m / 8.5 hrs = 13.9 m/hra
ROP = 218 m / 13.5 hrs = 16.2 m/hra
No hubo desgaste alguno en todas las reas de su estructura de corte, salio a calibre y
salio por ser su profundidad final.
Hubo poco desgaste en la estructura de corte, prdida de cortadores (LT), desgaste en
todas las reas (A) por erosin (ER), saliendo a calibre (1), sacando la misma por
cambio de ensamble de fondo (BHA).
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reologa y filtrado.
-
2.7 Ecuaciones del costo de la perforacin.
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COSTO POR METRO
t
-
2.7.1 Costo Fijo
2.7.2 Costo de rotacin
2.7.3 Comportamiento del costo
x
t
-
TAREA:
El pozo Sinan 53 se perforo de 1000 a 2200 m en 6.2 das en su segunda
etapa con una bna PDC de 12 con un valor de 3.3 millones de pesos, y un equipo A/E con un precio de renta de $ 490,000 pesos por da.
Determinar el costo por metro, el costo fijo, el costo rotacional y el costo
total por la etapa. Grafique para la etapa haciendo las consideraciones
lgicas pertinentes y explique cada una de ellas.
Nota: Considere una prdida de 45 m3 de lodo y 3 minutos por cada
conexin.
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PROYECTO OPCIONAL (3 ptos) totales en el perodo :
Realizar un programa en Excel u otro , en el que se puedan determinar
todos los costos y se grafique para cada etapa.
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