diseo ptimo de las trayectorias de perforacin direccional mediante
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1. Los valores de tension superficial guardan un impacto directo en la velocidad terminal del solido porque empujan y suspenden el solido en efecto los solidos tardaran mas tiempo en depositarse en el fondo y hay una mayor posibilidad de limpieza mediante el bombeo de lodo que debe tener una velocidad mayor a la velocidad terminal de los solidos Esto tambien se puede apreciar en fotografias de lodos tomadas en el laboratorio Con ello se da un paso en la soluci n de una problem tica en la limpieza de los pozos y se logra saber cuales son los caudales que debe implementarse en la bomba para no sobre disefiar el bombeo con consecuencias en un mayor costo de la operaci n Estos datos se efectuaron 46 considerando un espacio anular de 1 cm con carbones de densidad de 2 212 g cc con di metro de part cula de 0 5 cm pH de los lodos de 9 y con un ngulo de inclinaci n del pozo de 90 Es evidente que el modelo matem tico produce resultados y es generalizado para cualquier ngulo de inclinaci n es decir se puede probar con cualquier patr n de trayectoria algo que inicialmente no se hab a previsto en este trabajo de investigaci n que s lo se pretend a aplicar a pozos horizontales con ngulo de inclinaci n de 90 3 1 LIMITACIONES DEL TRABAJO DE INVESTIGACION La manera contundente para establecer un concepto respecto al uso y precisi n del simulador es perforando una trayectoria arrojada por el software en campo Exist2. O 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Velocidad de deformaci n 1 s Lodo1 N Lodo2 X Lodo3 lt Lodo4 Figura 11 Comportamiento reol gico 2 30 C La figura 11 presenta el comportamiento de cuatro fluidos de perforaci n sin excepci n las muestras evaluadas tienen un comportamiento pseudopl stico principalmente en el rango de velocidad de deformaci n entre 3 y 250 s A partir de 250 la viscosidad result m s estable cercana al comportamiento newtoniano Viscosidad cp 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Comportamiento reol gico 40 C 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Velocidad de deformaci n 1 s Lodo1 N Lodo2 Lodo3 Lodo 4 Figura 12 Comportamiento reol gico 2 40 C 44 Considerandose el efecto de la velocidad de deformacion en la figura 12 se observa un comportamiento pseudoplastico en las muestras similar al de la figura anterior La diferencia radica en la estabilizacion o en la cercania al modelo newtoniano a partir de 300 s El efecto de la temperatura se evidencia en el lodo 3 debido a la r pida hidrataci n del aditivo e incremento de la energ a cin tica alterando la disposici n y orientaci n de las part culas en direcci n al cizallamiento en consecuencia una mayor viscosidad Respecto a las otras muestras se presenta una esperada disminuci n de la viscosidad es de anotar que el descenso de la viscosidad del flu
3. Para evaluar el deslizamiento de los cortes de roca en un pozo inclinado la fuerza de arrastre tendr dos componentes una axial que tiene que ver con la gravedad y la otra que es generada por la fricci n de los s lidos con la pared de la tuber a Cuyo balance es F F cos Q F Ecuaci n 21 Sustituyendo la ecuaci n 1 2 y 3 en el balance se logra una expresi n que define el coeficiente de arrastre para s lidos que se deslizan en el anular dad aa 1 0 g cos sen C5 9 t Ecuaci n 22 3 Vs Reemplazando C en la ecuaci n anterior se obtiene la ecuaci n 23 4ed 5 1 0 b ge cos p sen 4rd el 1 0 g sen FT Cp 2 TZ En consecuencia la siguiente expresi n para hallar la velocidad terminal se resuelve mediante un ensayo error produciendo valores poco aproximados 4 d E 1 J ee cos d x sen d 4 de R 1 0 gssen di Fr J Ecuaci n 24 3Cp 29 Esta ecuacion se puede usar para calcular la velocidad terminal en flujo laminar de transicion o turbulento si Cp es evaluado Pero el coeficiente de arrastre Cp es funci n de la velocidad resultando una ecuaci n con dos inc gnitas La segunda ecuaci n para la soluci n ser a un gr fico que relacione Cp con el n mero de Reynolds Re el cual es un proceso iterativo de tanteo que se debe evitar por su poca precisi n Si el n
4. 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 34 07047 36 90968 39 74889 42 58809 45 42730 51 10571 53 94492 56 78413 59 62333 62 46254 65 30174 68 14095 70 98016 73 81936 16 65857 19 49117 82 33698 85 17619 88 01540 88 12370 N 910560 000 E 1294264 000 Coordenadas del Surface N 909610 E 1294080 Tabla 2 Datos de la trayectoria simulada con GENTRAS 1 0 Coordenadas de Target 41 Set OF Pee Wien Figura 10 Descripcion de la trayectoria horizontal del simulador Comparando con la trayectoria SAUDDITA y respecto al patron de trayectoria direccional trazado por el simulador es el mismo en consecuencia es una trayectoria horizontal lo cual es un buen indicador del programa en el modelo de trayectorias Desde el punto de vista de la presicion de los datos arrojados el simulador GENTRAS 1 0 obtiene una trayectoria de menor longitud Este resultado es l gico y esperado debido a que la optimizac n mediante algoritmos gen ticos consiste en hallar la m nima longitud o el m nimo global de la funci n objetivo En la medida que no existan problemas operacionales se considera que la trayectoria m s corta tiene un menor costo 42 En lo que compete al angulo de desviacion el software entrega un angulo cercano a 90 como valor de convergencia del algoritmo Si un criterio de comparacion fuese el angulo de deflexion el error relativo de Gentras 1 0 respecto a la trayectoria real SAUDDITA es de 2 129 Una de las cara
5. M todo de la ruleta Figura 6 Espacio anular Figura 7 Diagrama de cuerpo libre de fuerzas Figura 8 Diagrama de flujo del desarrollo experimental Figura 9 Reporte gr fico de la trayectoria SAUDDITA Figura 10 Descripci n de la trayectoria horizontal del simulador Figura 11 Comportamiento reol gico 30 C Figura 12 Comportamiento reol gico 40 C Figura 13 Comportamiento reol gico 50 C P g 13 14 16 16 22 25 21 34 39 42 44 44 45 LISTA DE TABLAS Pag Tabla 1 Reporte de datos del pozo horizontal real llamado SAUDDITA 38 Tabla 2 Datos de la trayectoria simulada con GENTRAS 1 0 41 Tabla 3 C lculos de velocidades terminales 46 LISTA DE ANEXOS ANEXO A MANUAL DE USUARIO Pag 53 RESUMEN TITULO DISENO OPTIMO DE LAS TRAYECTORIAS DE PERFORACION DIRECCIONAL MEDIANTE INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN CASO DE OBTENER UNA TRAYECTORIA HORIZONTAL CONSIDERESE LA FENOMENOLOGIA Y LAS PROPIEDADES FISICO QUIMICAS DEL LODO PARA INCREMENTAR EL TRANSPORTE DE SOLIDOS Y LA LIMPIEZA DEL POZO AUTOR o NELSON ENRIQUE BARROS GALVIS PALABRAS CLAVES Algoritmo gen tico velocidad terminal reolog a trayectoria de pozo inteligencia artificial CONTENIDO En este trabajo de investigaci n se desarroll un simulador de trayectorias de perforaci n de pozos direccionales mediante inteligencia artificial especificamente con algoritmos gen ticos llamado GENTRAS 1 0 La caracter stica fundamental de
6. MODULO_PRINCIPAL F90 ie 2008 e resource fd a RULETA F90 22 SUBRUTINA_CORDENADAS F90 A VEC_ALEA_PRIM_GEN NBG e VISUALIZACION F90 ty MANUAL TA Informe Figura 15 Archivos NBG de salida de datos e HELP O AYUDAS oon ayudas o temas relacionados con el contenido del programa con una descripci n del mismo y con una fecha de actualizaci n donde se puede encontrar el manual de usuario actualizaci n y descripci n del software gc Alai Halj h Getting Merino Abt limula ur ie Anu Program Figura 16 Descripci n del help 66 Lill Lid LL I E t c GENTRAS 1 0 Genetic Wellbore Trajectory Simulator GENTKAS es un software especializado en el dise o de trayectorias de perforaci n El desarrollo de este instrumento se fundamenta en los conceptos de inteligencia artificial especificamente en la aplicaci n de los algoritmos gen ticos y en el m todo de la m nima curvatura usado en al dise o de trayectorias direccionales Su objetivo es obtener rangos operacionales para el kick off point build up drop up horizontal distance azimuth dog leg y nqulo de desviaci n mediante un algoritmo gen tico Para ello inicialmente se establecen unos datos de ingreso como lo son las coordenadas del target y del surface para obtener una trayectoria y par metros lables del dise o GENTRAS calcula un conjunto de lu trayectorias
7. f Cp Ap p Ver Ecuaci n 14 1 7 1 5 Fuerza producida por la tensi n superficial La elevaci n del l quido a trav s del espacio anular tiene relaci n con la componente de la tensi n superficial y su ngulo de contacto B el cual tiene valores cercanos a cero por ser un lodo base agua Esta fuerza tiene influencia en el coeficiente de empuje del fluido F anDcosp Ecuacion 15 1 7 2 Expresion matematica para determinar el coeficiente de empuje Cuando existe un angulo de inclinacion entre la vertical y la horizontal las fuerzas que contribuyen en la suspension de los solidos son las fuerzas de empuje y las de arrastre de acuerdo a lo anterior efectuando un balance respecto al eje vertical F cos F senl F Ecuaci n 16 En el momento en que los s lidos estan suspendidos la fuerza de fricci n es cero y la fuerza de dragado o arrastre se equilibra con la componente axial de la gravedad Fy EF cos Ecuaci n 17 28 Sustituyendo la ecuaci n 7 en 6 se obtiene F F sen d Ecuaci n 18 Reemplazando cada t rmino de esta ecuaci n por las expresiones 1 2 3y 4 L C A py A WV o Pr g sen d Ecuacion 19 Asumiendo que las part culas son esf ricas y considerando su area el coeficiente de empuje es el yo lo Pray GB Fr C Ecuaci n 20 E IP 1 7 3 Expresi n matem tica para determinar el coeficiente de dragado
8. todo de la m nima curvatura ha surgido como un est ndar en la industria para el c lculo de surveys direccionales en 3D Este modelo representa la trayectoria del pozo mediante arcos circulares y l neas rectas Con l neas planos y series de puntos se representan caracter sticas como pozos adyacentes objetivos geol gicos y fallas El m todo de la m nima curvatura es una interpretaci n geom trica con un sencillo tratamiento matem tico 1 2 1 M nima curvatura El marco de referencia tradicional usado en trabajos direccionales usa las RABIA OilWell Drilling Engineering Principles and Practices Graham 1985 coordenadas Norte Este y la profundidad como la vertical las cuales comprenden un conjunto mutuamente ortogonal Entonces un punto en el espacio N E V esta representado por el vector p y se escribe asi P Ecuacion 1 V Un vector unitario t est dado en funci n de la inclinaci n 0y azimut q local del pozo AN senOcos AE S SENG COS ocasion Ecuacion 2 cos 0 lee A su vez la inclinaci n y azimut d se pueden calcular a partir de las componentes de este vector 9 tan AN AE Ecuaci n 3 AM AE TES MP a Ecuaci n 4 AM Donde N es la coordenada norte m E es la coordenada este m V es la profundidad ft p azimut grados 0 inclinaci n grados En el uso de las ecuaciones anteriores impl citamente asume que la curva
9. Etiquetas J PROYECTO GENTRAS 15 02 2008 01 05 Carpeta de archivos Vacio CARPETA DONDE ESTAN ORGANIZADOS LOS Figura 1 Pantalla donde est n organizados los ejecutables del proyecto 53 En esta carpeta Proyecto GENTRAS es necesario verificar los tres ejecutables GENTRAS exe de Visual Fortran 90 GENTRAS VB exe de Visual Basic 6 0 y trayectoria exe de Visual C Los otros archivos de texto o archivos planos que aparecen en la imagen son archivos de salida y de lectura generados a partir de los ejecutables mencionados Accionando el ejecutable de GENTRAS VB exe de Visual Basic 6 0 se cargan o se enlazan los otros dos ejecutables de tal manera que para emplear el programa basta con ejecutar este archivo de Visual Basic 6 0 que actua como organizador central de todo el software Ver figura 2 QC AVANCES FORTRAN Nueva carpeta PROYECTO GENTRAS L Organizar Vistas 0 I Presentaci n Nombre Fecha de captura Etiquetas Tamano Clasificaci n a o Vacio Carpetas v BINARIA TXT FORTRAN COD GENTRAS exe GENTRAS VB exe DATA dat trayectoria exe trayectoria txt E Equipo Red 51 Panel de control EJECUTABLE Papelera de reciclaje Ji AVANCES FORTRAN PRINCIPAL PARA Li Ji 02 DIC CARGAR EL de 02 DICi J 03 DIC VEC ALEA PRIM Figura 2 Pantalla donde evidencia el ejecutable principal Una vez se efectue click en el ejecutable de Visual Basic se solicita l
10. Por ser un simulador computacional se implemento el metodo teorico de la minima curvatura mediante la ecuacion del angulo de desviacion Posteriormente se analizaron las variables de entrada del programa y sus variables de salida mediante las ecuaciones ya descritas en el capitulo de conceptos teoricos Tales ecuaciones son ecuacion 28 29 y 30 34 2 2 APLICACION DE LOS ALGORITMOS GENETICOS A las ecuaciones anteriores se aplican los conceptos de algoritmo genetico el cual combina itera y reemplaza valores de manera aleatoria para hallar un maximo global Efectuando 107 000 000 de iteraciones mediante una busqueda exhaustiva 2 3 SIMULACION DE TRAYECTORIAS El simulador de trayectorias se desarroll en FORTRAN 90 por los requisitos de potencia en las iteraciones en lo que compete al ingreso de datos se efectu una interfaz visual en Visual Basic y la interfaz de salida en Visual C Tres lenguajes de programaci n se fusionan para considerar las variables de entrada como los azimut coordenadas del objetivo y superficie ngulo de desviaci n dog leg y radio de curvatura como par metros iniciales de iteraci n y entregar los mismas variables de entrada optimizada en rangos operacionales para obtener una trayectoria direccional 2 4 LA LIMPIEZA DEL POZO MEDIANTE UN FLUIDO DE PERFORACION Una vez disefiada una trayectoria direccional especialmente horizontal es necesario el diseno de un flluido de perforaci n Diseno un fluido
11. esf rica m f coeficiente de fricci n entre el ripio y la pared del hueco Adimensional Fp fuerza de dragado N Fr fuerza de fricci n N Fg fuerza de gravedad N F3 fuerza de empuje N g constante gravitacional 9 81 m s 8 ngulo de contacto entre el fluido y el anulo de la tuber a grados h altura del l quido en metros m Pr densidad del lodo o fluido kg m o tension superficial N m r radio del capilar o espacio anular en metros m D di metro del espacio anular en metros m m masa de la part cula kg Re numero adimensional de Reynolds ps densidad del s lido kg m u viscosidad del fluido N s m velocidad terminal del s lido en el l quido N n mero algebraico adimensional coyuntural Tr 3 14159 adimensional b ngulo de inclinaci n grados 3l Con esta expresion matematica se ha planteado un nuevo modelo matematico para determinar la velocidad terminal siendo una herramienta util en la limpieza del pozo 1 8 PROPIEDADES DEL LODO DE PERFORACION En un lodo de perforaci n base agua es vital la suspensi n de los cortes de roca en el fluido En este estudio de investigaci n se analiz las propiedades m s influyentes en la suspensi n de los s lidos Tales propiedades son la densidad la viscosidad y la tensi n superficial entre otras 1 8 1 Composici n del lodo base agua De acuerdo al tipo de agua existen dos tipos de lodo en esencia est
12. espacio anular inclinado que depende de la tasa de circulaci n las propiedades del fluido la tasa de flujo y la excentricidad de la tuber a Debido al peque o espesor del anular la velocidad de los cortes y la viscosidad efectiva del fluido var a considerablemente de manera radial y la fuerza de empuje o boyanza tiene poco efecto en el transporte porque su componente vertical es perpendicular al desplazamiento del lodo El modelo planteado en este trabajo se establece bajo las siguientes simplificaciones 1 Se asume que las fuerzas que act an sobre las part culas no est n influenciadas por las paredes del pozo 2 Se considera un perfil de velocidad radial para determinar las fuerzas de dragado y el levantamiento de los s lidos 3 Los s lidos no tienen interacci n entre si s lo est n presentes las fuerzas que siente cada part cula 4 Las part culas s lidas son esf ricas para efectos de c lculo de la velocidad terminal 5 Se tiene en cuenta el empuje que ejerce la tensi n superficial en el nulo 1 7 1 Fuerzas involucradas en el transporte de los s lidos para el balance de cantidad de movimiento El desplazamiento de los s lidos se efect a de arriba hacia abajo o viceversa seg n sea la densidad relativa del s lido con respecto al fluido Por tanto para 26 separar las part culas s lidas se requiere conocer las densidades y las velocidades de precipitaci n de stos en el seno del fluido cuya oper
13. fluido con un nuevo ingrediente que es la tensi n superficial del lodo y su impacto en la limpieza del pozo 1 5 TRANSPORTES DE SOLIDOS O RIPIOS EN LOS LODOS La operaci n de perforaci n consiste en efectuar un hueco estable y permanente para obtener los hidrocarburos del yacimiento Este tipo de operaci n se efectua mediante un taladro los s lidos o cortes de la broca son arrastrados por el lodo y expulsados por la zona anular de la tuber a con el objetivo central de limpiar el fondo del pozo Existen dos maneras de transportar los s lidos del pozo a la superficie la primera tiene que ver con el aumento en el caudal del lodo mediante un fuerte bombeo considerando la hidr ulica y la segunda involucra la capacidad de arrastre del lodo que implica la reolog a la densidad y las propiedades del fluido el cual es el tema de investigaci n en este trabajo Bas ndose en el principio de mantener la limpieza del fondo del pozo removiendo los s lidos por el anular esta condici n se satisface si se determina la m nima velocidad del fluido en el nulo Como el espacio anular entre la pared del hueco y LUBINSKI Arthur Developments in Petroleum Engineering Volumen 1 1976 24 la tuberia es aproximadamente de 8 a 10 veces mas pequeno que el diametro del pozo se justifica considerar la tensi n superficial del lodo Ver figura 6 Figura 6 Espacio anular 1 6 VELOCIDAD DE TRANSPORTE DE SOLIDOS La m nima velocidad de trans
14. n compuestos por bentonita arcilla barita arcilla hidr xido de sodio y agua que puede ser dulce o salada con contenido de cloruro de sodio 1 8 2 La densidad Entendida como la relaci n entre la masa y el volumen tiene una influencia directa en el transporte de los s lidos Las densidades que se manejan en un fluido de perforaci n normalmente oscilan entre 9 Ib gal hasta 13 lb gal Esta propiedad adem s de transportar los ripios cumple con el objetivo de contralar la presi n hidrost tica del yacimiento Bajo la anterior inferencia se podr a argumentar el empleo de lodos con densidades altas mayores de 10 5 Ib gal pero este tipo de fluidos invaden el yacimiento produciendo un da o o taponamiento 32 1 8 3 La alcalinidad El control del pH del fluido se realiza mediante la adicci n de NaOH en los lodos el hidr xido de sodio actua como dispersante El t rmino dispersante tiene dos significados en la tecnolog a del lodo en un sentido es sin nimo con la disminuci n de la viscosidad y del gel strengths en el otro se refiere a la ruptura de part culas y a un aumento en el rea de superficie de la fase dispersa Se cree que los rangos de pH en un fluido base agua debe ser entre 9 10 1 8 4 La tensi n superficial La interfase entre un l quido y un gas se comporta como si fuera una membrana el stica estirada la fuerza contr ctil de esta membrana imaginaria se conoce como tensi n superficial El m todo m s c
15. ofreciendo la posibilidad de seleccionar la m s conveniente para el ingeniero de perforaci n Por Ing Nelson E Barros b Tesista del grupo de investigaci n en estabilidad de pozos UIS ICP Figura 17 Ventana del About simulation en Espa ol 67 ANEXO B DATOS BASICOS DE SALIDA EN EL DISENO DE LA TRAYECTORIA MEDIANTE GENTRAS 1 0 BASIC DATE OF TRAYECTORY COLUMN 1 TRUE VERTICAL DEPTH TVD ft COLUMN 2 TRUE MEASURED DEPTH TMD ft COLUMN 3 AZIMUTH ZONE 1 TETA UNO GRADES COLUMN 4 INCLINATION ANGLE FI GRADES FI FITNESS GENETIC 9 4504245E 02 COLUMN 1 COLUMN 2 0 000E 00 0 00000E 00 COLUMN 3 COLUMN 4 0 0000000E 00 0 0000000E 00 100 0000 100 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 200 0000 200 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 300 0000 300 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 400 0000 400 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 900 0000 500 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 600 0000 600 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 602 0000 602 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 699 9702 700 0000 69 10114 1 999047 799 8181 800 0000 69 10114 3 998093 899 4227 900 0000 69 10114 5 997140 998 6630 1000 000 69 10114 7 996186 1097 418 1100 000 69 10114 9 995233 1195 568 1200 000 69 10114 11 99428 1292 992 1300 000 69 10114 13 99333 1389 573 1400 000 69 10114 15 99237 1485 193 1500 000 69 10114 17 99142 1579 736 1600 000 69 10114 19 99047 68 1673 086 1765 130 1855 756 1944 853 2032 313 2118 030 2201 899 2283 819 2
16. 000 FITNESS GENETIC 0 1009978 COLUMN 1 COLUMN 2 COLUMN 3 COLUMN 4 0 000E 00 O0 000E 00 0 0000000E 00 0 0000000E 00 100 0000 100 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 200 0000 200 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 300 0000 300 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 400 0000 400 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 900 0000 900 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 600 0000 600 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 660 0000 660 0000 0 0000000E 00 0 0000000E 00 699 9755 700 0000 194 2516 2 839206 799 6688 800 0000 194 2516 9 678412 898 8719 900 0000 194 2516 8 517618 997 3414 1000 000 194 2516 11 35682 1094 836 1100 000 194 2516 14 19603 1191 115 1200 000 194 2516 17 03524 1285 943 1300 000 194 2516 19 87444 1379 087 1400 000 194 2516 22 1365 1470 319 1500 000 194 2516 25 55286 1559 414 1600 000 194 2516 28 39206 1646 154 1700 000 194 2516 31 23127 1730 325 1811 722 1890 144 1965 399 2037 301 2105 675 2300 000 194 2516 48 26651 2170 353 2231 175 2287 993 2340 667 2389 067 2433 076 2412 584 2507 495 2937 123 2563 194 2583 845 2599 626 2610 498 2616 434 2621 166 1800 000 1900 000 2000 000 2100 000 2200 000 2400 000 2500 000 2600 000 2700 000 2800 000 2900 000 3000 000 3100 000 3200 000 3300 000 3400 000 3500 000 3600 000 3700 000 5020 000 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516 194 2516
17. 363 689 2441 412 2516 894 2590 042 2660 769 2 28 987 2 94 614 2857 569 2917 776 2975 163 3029 658 3081 196 3129 714 3175 153 3217 458 3256 576 3292 461 3325 069 3354 359 3380 298 3402 852 3421 994 1700 000 1800 000 1900 000 2000 000 2100 000 2200 000 2300 000 2400 000 2500 000 2600 000 2700 000 2800 000 2900 000 3000 000 3100 000 3200 000 3300 000 3400 000 3500 000 3600 000 3700 000 3800 000 3900 000 4000 000 4100 000 4200 000 4300 000 4400 000 4500 000 4600 000 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 10114 69 21 98951 23 98856 25 98761 27 98665 29 98570 31 98475 33 98379 35 98284 37 98188 39 98093 41 97998 43 97902 45 97807 47 91712 49 97617 51 97521 53 97426 55 97330 57 97235 59 97140 61 97044 63 96949 65 96854 67 96758 69 96663 71 96568 13 96472 15 96377 1 96281 19 96186 3437 702 4700 000 69 10114 81 96091 3449 956 4800 000 69 10114 83 95995 3458 740 4900 000 69 10114 85 95900 3464 045 9000 000 69 10114 8 95805 3465 865 9100 000 69 10114 89 95709 END OF FILE ANEXO C FOTOGRAFIAS DEL FLUIDO CON LOS SOLIDOS EN SUSPENSION 70
18. 5 TRANSPORTES DE SOLIDOS O RIPIOS EN LOS LODOS 1 6 VELOCIDAD DE TRANSPORTE DE SOLIDOS P g 10 12 12 13 14 DE 14 14 16 18 18 19 20 21 21 23 23 24 24 25 1 7 MODELO MATEMATICO PARA EL C LCULO DE LA VELOCIDAD TERMINAL 26 1 7 1 Fuerzas involucradas en el transporte de los s lidos para el balance de cantidad de movimiento 1 7 2 Expresi n matem tica para determinar el coeficiente de empuje 26 28 1 7 3 Expresion matematica para determinar el coeficiente de dragado 1 8 PROPIEDADES DEL LODO DE PERFORACION 1 8 1 Composicion del lodo base agua 1 8 2 La densidad 1 8 3 La alcalinidad 1 8 4 La tension superficial 1 8 5 Viscosidad 2 DESARROLLO EXPERIMENTAL 2 1 DISENO DE TRAYECTORIAS DIRECCIONALES 2 2 APLICACI N DE LOS ALGORITMOS GENETICOS 2 3 SIMULACION DE TRAYECTORIAS 2 4 LA LIMPIEZA DEL POZO MEDIANTE UN FLUIDO DE PERFORACION 2 5 LA REOLOGIA 2 7 VELOCIDAD TERMINAL 2 8 MATERIALES 2 9 EQUIPOS 3 RESULTADOS Y ANALISIS 3 1 LIMITACIONES DEL TRABAJO DE INVESTIGACION 4 CONCLUSIONES 5 RECOMENDACIONES 6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ANEXOS 29 32 32 32 33 33 33 34 34 35 35 35 35 36 36 36 38 47 48 49 90 92 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Pozos direccionales tipos I II y III respectivamente Figura 2 Pozo horizontal Figura 3 M todo de la m nima curvatura con su vectores unitarios t yt Figura 4 Geometr a de M nima Curvatura entre dos puntos de inspecci n Survey Figura 5
19. 9 08 CODIGO NELSON ENRIOUE BARROS GALVIS 1973264 TITULO DEL PROYECTO DISE O OPTIMO DE LAS TRAYECTORIAS DE PERFORACI N DIRECCIONAL MEDIANTE INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN CASO DE OBTENER UNA TRAYECTORIA COSIDERESE LA FENOMENOLOGIA Y LAS PROPIEDADES FISICOQU MICAS DEL LODO PARA INCREMENTAR EL TRANSPORTE DE S LIDOS Y LA LIMPIEZA DEL POZO Registros No FACULTAD 2 CARRERA CIENCIAS FISICO QUIMICAS ESCUELA INGENIERIA DE PETROI EOS Calificaci n letra y n mero Cr ditos CUATRO SIETE 4 Nombre del Diredtor i ITED ING ALYARO RAMIREZ del Director E A s Nombre del Co Director Firma del Director ING EDELBERTO HERNANDEZ D X ALIFICADORES Je cds A ING FERNANDO CALVETE ING HUMBERTO ESCALANTE NOTA DEL PROYECTO DE GRADO Mayo 19 08 NOMBRE DEL ESTUDIANTE CODIGO NELSON ENRIQUE BARROS GALVIS 1973264 T TULO DEL PROYECTO DISE O OPTIMO DE LAS TRAYECTORIAS DE PERFORACI N DIRECCIONALL MEDIANTE INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN CASO DE OBTENER UNA TRAYECTORIA COSIDERESE LA FENOMENOLOGIA Y LAS PROPIEDADES FISICOQU MICAS DEL LODO PARA INCREMENTAR EL TRANSPORTE DE S LIDOS Y LA LIMPIEZA DEL POZO Registros No FACULTAD i y CARRERA CIENCIAS FISICO QUIMICAS ESCUELA INGENIERIA DE PETROLEOS Calificaci n letra v n mero Cr ditos _ APROBADO Nombre del IP ZY ps Firma del Director E ING vato R
20. 90861000 120408000 3 Sn Ee da SECTION DETAILS agt ee i ll e _ t Q Sc MD dq AS Dis Tae Tanel OM 000 000 00 M M aw aw H 2 60000 000 000 00D di DD dw 000 in WE Casing d 308 M 1 318000 1000 00 88 104747 41 200 10066 435 3 MOT 1000 139490 5 000 000 dios 3 2408 an 190 02 235012 480525 15420 440 006 0004 ig 82897878 0511 18072 240693 1105 71 20004 000 000112540 07 00 19110 2010 00 15402 30048 400 127 8 3647 07 19119 290428 MIA 32271 O00 00 PF OR KOP au 9 374707 90 00 181 19 36210 300 002187301 n rtp 3000 191139 2626 50 004 78 M Lo LE l zl Bud Rae 20 10 en A Endal Buid Ep 1100 00 t un i Bulk i 1411 Ter Wm ME Bulk Hato 4 4 tj pensii Ent al Bud a ITYEG T ng i P Canling BU i 207879 PORO GTO pm Buel Rala 401100 L SERIES MET MN End of Bui 3807 OF Contra Build d 3647 07 5 Hid anga at gy IER a a aw m Entry Pont RBESH kh P ri d A ur Casing 3390 M Casing ii TO i OUS a ge H Vertin che d AUS OD un Figura 9 Reporte gr fico de la trayectoria SAUDDITA 39 Los datos que arroja GENTRAS 1 0 son los siguientes BASIC DATE OF TRAYECTORY BASIC DATEOFTRAVECTORY 0000000
21. ACE AND TARGET 33 WELL TRAJECTORY COORDINATES GEOMETRY PARAMETERS SURFACE AND TARGET LOCATIONS E AN OPTION e WELLBORE TRAJECTORY ON c WELLBORE TRAJECTORY c WELLBORE TRAJECTORY ALONG AND A QUADRANT THROUGH QUADRANTS ACROSS AXES N s Quadrant 1 North East C Quadrant 2 South East C Quadrant 3 Southwest C Quadrant 4 North West Surface and Target Location SURFACE COORDINATES North East South West TARGET COORDINATES North East CANCEL OK ca gt xiu Ao o Genetic Wellbore ll OO IL u Figura 7 Coordenadas de torre y fondo de a la ubicaci n por cuadrantes 2 WELLBORE TRAJECTORY THROUGH QUADRANTS Se selecciona esta opci n cuando las coordenadas el target y el surface no est n en el mismo cuadrante es decir el surface aparece en el cuadrante 1 y el target en el 2 de igual manera se cumple para los otros 59 cuadrantes En efecto se activa o se marca el cuadrante del surface y por inferencia el otro cuadrante le corresponde al target Cada cuadrante se resalta con un color tal como se observa en la imagen en este caso los colores son verde y azul indicando las coordenadas de torre y fondo respectivamente Ver figura 8 Genetic Wellbore Trajectory Simulator GENTRAS 1 0 Co Ja SURFACE AND TARGET WELL TRAJECTORY COORDINATES GEOMETRY PARAMETERS SURFACE AND TARGET LOCATIONS SELECT AN OPTIO
22. AMIREZ Nombre del Co Director Firma del Director ING EDELBERTO HERNANDEZ CALIFICADORES F DX p a PEU se E LS IES z a i A ING FERNANDO CALVETE AA a ESCALANTE AGRADECIMIENTOS Al profesor Alvaro Ramirez Garcia director de este trabajo de investigacion Al director del Instituto Colombiano del Petr leo N stor Saavedra codirector del trabajo Al profesor Edelberto Hern ndez Trejos codirector del trabajo A todas las personas que colaboraron y aportaron en el desarrollo de este trabajo DEDICATORIA Alla en Barranquilla hay una viejita que siempre espera mi regreso con todo el carino dedicado a ella Angela A Pina por su valiosa paciencia Al Padre Celestial por ser mi gu a y mi consejero Nelson CONTENIDO INTRODUCCION 1 TRAYECTORIAS DIRECCIONALES DE LOS POZOS 1 1 PATRONES BASICOS DE TRAYECTORIAS DE POZOS 1 1 1 Pozos Direccionales 1 1 2 Pozos Horizontales 1 2 M TODO DE LA MINIMA CURVATURA PARA C LCULOS TRAYECTORIAS DIRECCIONALES 1 2 1 M nima curvatura 1 2 2 Dog leg Severo 1 3 SOFTWARE INTELIGENTE MEDIANTE ALGORITMOS GENETICOS 1 3 1 El concepto del algoritmo gen tico 1 3 2 La funci n objetivo 1 3 3 Conformaci n de la poblaci n inicial 1 3 4 Evaluaci n de la funci n objetivo 1 3 5 La selecci n cromos mica 1 3 6 Operadores de reproducci n 1 3 7 Criterio de parada 1 4 LODOS BASE AGUA EMPLEADOS EN LA PERFORACION DE POZOS 1
23. DE SALIDA Los archivos de salida que arroja GENTRAS 1 0 son archivos planos con la extension NBG es importante mencionar que el unico archivo dat es el que genera internamente el ejecutable de Visual Basic 6 0 para enlazarse con el Ejecutable de Visual Fortran 90 Los anteriores archivos pueden ser abiertos o copiados en el block de notas de Windows La visualizaci n se efectua con una trayectoria seleccionada aunque el 64 programa computacional selecciona las diez 10 mejores trayectorias que hayan cumplido con los requerimientos operacionales para ser estudiadas geomecanicamente Todos los archivos de salida se verifican en el output date con su respectiva ventana de visualizacion Ver figura 14 y 14 EA KATE Te Vile limnl Und Hal a Hall Wala LA i AU E ummy T al E N Nein Figura 14 Output Date Erm May Informe GENTRAS 1 GENTRAS VB RA We 11 49 a m Figura 148 Archivo de salida gr fico de visualizaci n 65 UE Bua A 2 Nombre Fecha modificaci n Tipo Tamano de Debug APTITUD f90 APTITUDES f90 archivo de prueba txt 5 BINARIA F90 2 BINARIA NBG V CASO1 f90 CASO2 f90 JU CASO4 f90 RAN_COBFTIPDATE F90 N_CODE_UPDATE NBG l GENTRAS dsp ies GENTRAS dsw 5 GENTRAS F90 MBA _ GENTRAS plg IMPRESION_PANTALLA F90 INPUT_DATA dat 3 INPUT DATA NBG LECTURA INPUT DATA F90
24. DISENO PTIMO DE LAS TRAYECTORIAS DE PERFORACI N DIRECCIONAL MEDIANTE INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN CASO DE OBTENER UNA TRAYECTORIA HORIZONTAL CONSIDERESE LA FENOMENOLOGIA Y LAS PROPIEDADES FISICO QUIMICAS DEL LODO PARA INCREMENTAR EL TRANSPORTE DE SOLIDOS Y LA LIMPIEZA DEL POZO NELSON ENRIQUE BARROS GALVIS UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FISICOQUIMICAS ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA BUCARAMANGA 2008 DISENO PTIMO DE LAS TRAYECTORIAS DE PERFORACI N DIRECCIONAL MEDIANTE INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN CASO DE OBTENER UNA TRAYECTORIA HORIZONTAL CONSIDERESE LA FENOMENOLOGIA Y LAS PROPIEDADES FISICO QUIMICAS DEL LODO PARA INCREMENTAR EL TRANSPORTE DE SOLIDOS Y LA LIMPIEZA DEL POZO NELSON ENRIQUE BARROS GALVIS Trabajo de investigaci n presentado como requisito para optar a los t tulos de Ingeniero de Petr leos e Ingeniero Qu mico Director ALVARO RAMIREZ GARCIA Ingeniero Qu mico Ph D Codirectores EDELBERTO HERNANDEZ TREJOS Ingeniero de Petr leos NESTOR FERNANDO SAAVEDRA Ingeniero de Petr leos M Sc UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FISICOQUIMICAS ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA BUCARAMANGA 2008 UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER NOTA DEL PROYECTO DE GRADO NOMBRE DEL ESTUDIANTE CODIGO NELSON ENRIQUE BARROS GALVIS 1973264 TITULO DEL PROYECTO DISENO OPTIMO DE LAS TRAYECTORIAS DE PERFORACION DIRECC
25. ES OF DIRECTIONAL DRILLING USING ARTIFICIAL INTELLIGENCE IN CASE OF OBTAINING A HORIZONTAL TRAJECTORY CONSIDERS THE PHENOMENOLOGY AND THE PHYSICAL CHEMICAL PROPERTIES OF THE MUD TO INCREASE THE TRANSPORT OF CUTTINGS AND THE CLEANING OF THE WELL AUTHOR NELSON ENRIQUE BARROS GALVIS KEY WORDS Genetic algorithm terminal speed well trajectory artificial intelligence ABSTRACT In this investigation work a of trajectories of perforation of directional wells was developed by means of artificial intelligence specifically using the genetic algorithm called GENTRAS 1 0 The fundamental characteristic of this simulator is the optimization well trajectory with regard to the length to generate an impact in the cost of the operation Another essential characteristic in the drilling software is the flexible design by means of ranges of values in the entrance data producing a quick convergence of the program It is important to mention that this program have been validated with a real case of drilling and developed using Visual Fortran 90 language Visual Basic 6 0 and a visualization window in Visual C In the development of the investigative project a mathematical model is included for the calculation of the terminal speed of the solids or cuttings in a perforation fluid of fresh water It is of mentioning that the mathematical pattern arises of rheologic data with values of viscosity density and a new property is analyzed that had never been cons
26. Estos valores son datos de entrada 1 3 3 Conformaci n de la poblaci n inicial La poblaci n de un algoritmo gen tico est codificada en cromosomas seleccionada en numeros enteros Cada variable o gen tendr un valor aleatorio 20 construido mediante una poblacion generada aleatoriamente El tamano de la poblaci n seleccionada ser de 100 cromosomas donde cada cromosoma presentar una soluci n al problema 1 3 4 Evaluaci n de la funci n objetivo Despu s de construir la poblaci n inicial cada cromosoma soluci n que es una trayectoria que resuelve el problema de optimizaci n es evaluada de acuerdo a la funci n de aptitud que ser el inverso de la funci n objetivo La funci n de aptitud clasifica los buenos cromosomas o las buenas trayectorias de soluci n para descartar las peores Tal funci n es Funci n de aptitud 1000 1000 TMD Donde TMD funci n objetivo en ft de longitud C 1000 una constante para una mayor precisi n num rica de la funci n 1 3 5 La selecci n cromos mica La selecci n cromos mica esta basada en el m todo aleatorio de la ruleta Este m todo selecciona aleatoriamente dos parientes cromos micos de la poblaci n inicial para producir posteriormente dos hijos y reproducirlos cada selecci n se efectua de acuerdo a la aptitud del cromosoma el cromosoma con mayor aptitud tendr m s opci n de reproducirse oe seleccion este m todo porque es el m s r pido en cuanto a
27. GEOMETRY PARAMETERS SURFACE AND TARGET LOCATIONS SELECT AN OPTION c WELLBORE TRAJECTORY ON c WELLBORE TRAJECTORY e WELLBORE TRAJECTORY ALONG AND A QUADRANT THROUGH QUADRANTS ACROSS AXES N Along North e E Surface and Target Anis FE Location c Along South Axis c Along East xis Along West Axis c Across North South Axes e 8 c Across East West Axes 5 a SURFACE COORDINATES North East South West TARGET COORDINATES Wo EYP MANUALDEUS Si las coordenadas de torre y fondo se ubican partiendo en el eje norte y culminando en el sur o viceversa el programa acciona un nuevo color dando como alternativa la localizacion del surface y tomando por defecto el target Observese la figura 10 De acuerdo a los ejes seleccionados se activan las celdas de las coordenadas del target y del surface A cada celda debe asignarsele un numero real positivo diferente de cero el programa no recibe letras ni simbolos 61 B Genetic Wellbore Trajectory Simulator GENTRAS 1 0 Je ms LX SURFACE AND TARGET WELL TRAJECTORY COORDINATES GEOMETRY PARAMETERS SURFACE AND TARGET LOCATIONS SELECT AN OPTION c WELLBORE TRAJECTORY ON c WELLBORE TRAJECTORY e WELLBORE TRAJECTORY ALONG AND A QUADRANT THROUGH QUADRANTS ACROSS AXES Along North Axis c Along South Axis Along East Axis c Along West Axis W n Select Su
28. IONAL MEDIANTE INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN CASO DE OBTENER UNA TRAYECTORIA HORIZONTAL CONSIDERESE LA FENOMENOLOG A Y LAS PROPIEDADES F SICO QU MICAS DEL LODO PARA INCREMENTAR EL TRANSPORTE DE S LIDOS Y LA LIMPIEZA DEL POZO CODIGO FACULTAD CARRERA INGENIER AS FISICOQUIMICAS INGENIERIA QUIMICA CALIFICACI N CUATRO PUNTO SIETE 4 7 DIRECTOR DEL PROYECTO RA Se NOMBRE FIRMA SA ALOE A ALVARO RAM REZ GARC A Ayora E Es e AR vue o tl N ALVARO RAM REZ GARC A UMBERTO ESCALANTE H ING FERNANDO CALVETE ING EDELBERTO HERNANDEZ UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER NOTA DEL PROYECTO DE GRADO NOMBRE DEL ESTUDIANTE CODIGO NELSON ENRIQUE BARROS GALVIS 1973264 TITULO DEL PROYECTO DISENO OPTIMO DE LAS TRAYECTORIAS DE PERFORACION DIRECCIONAL MEDIANTE INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN CASO DE OBTENER UNA TRAYECTORIA HORIZONTAL CONSIDERESE LA FENOMENOLOG A Y LAS PROPIEDADES F SICO QU MICAS DEL LODO PARA INCREMENTAR EL TRANSPORTE DE S LIDOS Y LA LIMPIEZA DEL POZO CODIGO FACULTAD CARRERA INGENIERIAS FISICOQUIMICAS INGENIERIA QUIMICA CALIFICACI N CUATRO PUNTO SIETE 4 7 DIRECTOR DEL PROYECTO A Z o um Ja ALVARO RAM REZ GARC A Ay ees CALIFIGADORES TE TE Ss Il QC Anh N ALVARO RAM REZ GARC A Reus s CODIRECIOR 08 05 12 F 7 ING EDELBERTO HERNANDEZ NOMBRE DEL ESTUDIANTE NOTA DEL PROYECTO DE GRADO Mayo 1
29. N c WELLBORE TRAJECTORY ON e WELLBORE TRAJECTORY c WELLBORE TRAJECTORY ALONG AND A QUADRANT THROUGH QUADRANTS ACROSS AXES s Quadrants 1 and 2 C Quadrants 2 and 3 C Quadrants 3 and 4 Select Surface Location s Quadrant 1 Q Q 4 C Quadrant 2 Ww E C Quadrants 4 and 1 C Quadrants 1 and 3 C Quadrants 2 and 4 3 e e e b p amp Surface KE Target SURFACE COORDINATES Noth East f South 4 West rT TARGET COORDINATES North J East South West CANCEL OK Oo Genetic Wellbore PROVO EE 080 Figura 8 Ubicaci n de las coordenadas de torrre y fondo respectivamente De acuerdo a los cuadrantes seleccionados se activan las celdas de ingreso de datos tanto para las coordenadas del target y del surface A estas celdas deben asign rseles un n mero real positivo diferente de cero el programa no recibe letras ni s mbolos 3 WELLBORE TRAJECTORY ALONG AND ACROSS AXES Se selecciona esta opci n cuando las coordenadas del target y del surface 60 estan en el mismo eje de coordenadas es decir el surface y el target aparecen en el eje norte sur este u oeste de igual manera se cumple para cualquier eje seleccionado En efecto se activan las celdas que corresponden al target y al surface asignando un color de acuerdo al caso Ver figura 9 B Genetic Wellbore Trajectory Simulator GENTRAS 1 0 a Ims WELL TRAJECTORY
30. SURFACE AND TARGET COORDINATES GEOMETRY PARAMETERS SELECT WELLBORE TRAJECTORY TYPE C J TRAJECTORY Type 1 HORIZONTAL TRAJECTORY WELLBORE Type 3 S TRAJECTORY FINISHED 5 TRAJECTORY FINISHED HORIZONTALLY Type 2 VERTICALLY Type 2 Figura 6 Selecci n de la trayectoria direccional e DATOS DE INGRESO O ENTRADA PARA LAS COORDENADAS DEL SURFACE Y EL TARGET EMPLEADAS EN EL TIPO DE TRAYECTORIA O MODELO DE PERFORACION En este formato de ingreso de datos se registran las coordenadas del target y la ubicaci n de la torre en superficie Considerese la letra N North S South E East y la W West en unidades de pies ft Tales localizaciones se efect an mediante tres opciones 1 WELLBORE TRAJECTORY ON A QUADRANT oe selecciona esta opci n cuando las coordenadas del target y surface est n en el mismo cuadrante es decir en el 1 2 3 o 4 tal como se evidencia en la figura 7 En efecto se activan los siguientes items y se 58 resalta el cuadrante con un color Quadrant 1 North East O o Quadrant 2 South East o Quadrant 3 South West o Quadrant 4 North West De acuerdo al cuadrante seleccionado se activan las celdas de las coordenadas del target y surface A estas celdas deben asignarseles numeros reales positivos diferentes de cero al programa no se le debe insertar ni letras ni simbolos Genetic Wellbore Trajectory Simulator GENTRAS 1 0 seo bes eene nnn g URE
31. a autorizaci n mediante una cotrasena de inicio En el espacio de KEYWORDS resaltado con el valo se digita la cotrasena piratas En los espacios Choose an Option se seleccionan el octavo y el cuarto espacio para luego presionar en el bot n OK Ver figura 3 54 ar y Vistas BM Abrir ES Correoelectronico Compartir Nombre Fecha de captura Etiquetas Tamano Clasificaci n trayectoria txt WELLCOME TO GENTRAS 1 0 FILL IN THE FOLLOWING LINES ipo el de control KEYWORD4 elera de reciclaje KEYWORD1 KEYWORD2 KEYWORD3 KEYWORDE Choose an Option Choose an Option e e 2 Je x Figura 3 Ingreso de la cotrasena o clave para cargar y correr el programa Con la cootrasena de autorizacion se pueden copiar o ejecutar los programas de Fortran Visual Basic y Visual C de manera independiente ubicandolos en el escritorio del PC Una vez autorizado con la cotrasena y respectivamente organizado el proyecto GENTRAS 1 0 se pulsa en el logo del software que aparece en el escritorio del PC y automaticamente se carga el programa Tal como se observa en la siguiente figura cuyo icono esta resaltado 55 UZ kie 1 M DAC d A ac Y CO DESK AVANCES Vas UADIVITUS JOENTRASVB Exe GENTRAS VB FORTRAN copia HP Help do DATOSxIS INFO 19 doc INPUT_ GENTRAS 1 0 Translator Pro Loading Photosmart Essential 2 0 EN cd canciones infantiles Figura 4 Imagen do
32. aci n de los cuatro lodos Viscos metro de alta confidencialidad en el instituto no se conoce el procedimiento ni informaci n por ser un equipo patentado y confidencial 36 Tensiometro y medidor de pH de alta confidencialidad en los laboratorios del Instituto Colombiano del Petr leo 37 3 RESULTADOS Y ANALISIS oe comparo la trayectoria de GENTRAS 1 0 con los datos de un pozo horizontal real llamado SAUDDITA Ver figura 9 10 y las tablas de datos del pozo horizontal real y los resultados que arroja el simulador TVD ft MD ft Inclinacion Azimut Grados Grados 00 1097 47 11100 10 00 190 66 4 1394 98 1402 10 10 00 190 66 2350 12 2654 68 65 11 190 72 2486 93 2979 79 80 22 191 19 2618 00 3527 07 80 22 191 19 m 262228 3647 07 87 00 191 19 E 3747 07 90 00 191 19 10 2626 9 5048 98 90 00 191 19 Coordenadas de Target N 910560 y E 1294264 Coordenadas del Surface N 909610 y E 1294080 Tabla 1 Reporte de datos del pozo horizontal real llamado SAUDDITA 38 SAUDITA EE A En AN True Mort 417 Ay aget Norm 7 78 Vier nls 200 n Noting Easting Latitude Longitude il Sirengttr 30816 Cee De der ee 91086000 120406032 W Dp Ane 217 WELLBORE TARGET DETAILS MAP CO ORDINATES ke moe Name no TE Easting Shape SAUDITA 281800 162402 4 91006500 129417000 Pont 628 00 4
33. aci n se conoce como separaci n hidr ulica Cuando una part cula de masa m y de densidad ps cae en el seno de un fluido de densidad ps bajo la influencia de la gravedad adquiere una cierta velocidad en este fen meno actuan las siguientes fuerzas gravedad fricci n tensi n superficial arrastre y dragado Ver figura 6 Flujo de fluido Figura 7 Diagrama de cuerpo libre de fuerzas 1 7 1 1 Fuerza externa debido a la gravedad La fuerza de gravedad F actua en los ripios y se puede expresar asi F V o 5 Ecuacion 11 1 7 1 2 Fuerza de friccion Esta relacionada con la fricci n efectiva de los s lidos con la pared del pozo Se expresi n es F f Vs ps pr g sen F Ecuaci n 12 1 7 1 3 Fuerza de empuje La fuerza de empuje se ejerce de manera perpendicular al eje de flujo de fluidos y tiende a suspender los s lidos hacia la pared lateral del anular Considerando lo anterior se puede establecer dos flujos el primero laminar debido a la distribuci n asim trica de la distribuci n de velocidad y el segundo turbulento por las 27 fluctuaciones de velocidad instantanea en el anulo La fuerza de empuje puede 1 rr T expresarse F C A p Ve Ecuacion 13 1 7 1 4 Fuerza de arrastre Esta fuerza actua paralela al eje de flujo del fluido es el resultado de la viscosidad y de la presion de dragado que le imprime el fluido a la particula Su expresion matematica
34. ccional es determinada por aspectos econ micos y ambientales Las aplicaciones de la perforaci n direccional son variadas una muy com n es en locaciones offshore costa afuera pues en estos lugares varios pozos son perforados desde una unica plataforma hacia diferentes localizaciones en el subsuelo Este tipo de operaciones tambi n aplica en locaciones dif ciles de acceder en el subsuelo como por ejemplo en reas de domos salinos y en algunas operaciones de pesca Pero el crecimiento principal de las t cnicas de perforaci n direccional ha sido en los pozos horizontales y perforaciones de alcance extendidos Generalmente los pozos horizontales son realizados por razones econ micas la clave para el xito de la perforaci n direccional de un pozo horizontal es el diseno de la trayectoria y el lodo que se implementar en la remoci n de los s lidos En este capitulo se describen los patrones b sicos que se emplean en la perforaci n direccional posteriormente se conceptualiza sobre los algoritmos gen ticos empleados como una t cnica inteligente para el diseno de una trayectoria optimizada respecto a la longitud Al final se analizan los conceptos te ricos del fluido de perforaci n base agua 1 1 PATRONES B SICOS DE TRAYECTOR AS DE POZOS Las trayectorias de pozos est n categorizadas en dos clases los pozos direccionales y los pozos horizontales el cual es un tipo especial de direccional 12 1 1 1 Pozos Direccio
35. cional para verificar la precisi n del programa respecto a otra herramienta 49 6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS RABIA OilWell Drilling Engineering Principles and Practices Graham 1985 LUBINSKI Arthur Developments in Petroleum Engineering Volumen 1 1976 BIRD Byron and STEWART Warren Fen menos de transporte Reverte 1997 DURTE Alberto Operaciones de transferencia de momentum y manejo de s lidos Universidad Nacional de Colombia Departamento de Ingenier a Qu mica Bogot 1998 NILSSON Nils Inteligencia Artificial una nueva s ntesis Mc Graw Hill 2001 POTTER Merle and WIGGERT David Mec nica de fluidos 2 Edici n Prentice Hall Mexico 1998 FOUST Alan Principios de operaciones unitarias Editorial Continental Mexico 2004 GELFGAT Mikhail Advanced drilling solutions lessons from the FSU Volumen lIl Oklahoma 2003 BERNT Aadnoy Modern Well Desing Balkema Rotterdam Brookfield 1999 50 10 ALDRED W D Improving drilling efficiency through the application of PERFORM performance by risk management IADC SPE paper 57574 Presented at the IADC SPE Middle East Drilling Technology Conference Abu Dhabi United Arab Emirates 8 10 November 1999 11 GOLBERG Davis Genetic Algorithms in Search Optimization and Machine Learning Addison Wesley Alabama 5 Edition 2005 12 LEVENSPIEL Octave Fluidization Engineering John Wiley London 1975 13 ADAMSON Art
36. convencional como muestra gu a estudiando sus propiedades y su comportamiento reol gico 2 5 LA REOLOGIA Con el lodo gu a que fue el lodo1 de densidad predeterminada se traz una curva viscosim trica y se decidi el modelo reol gico Manteniendo las caracter sticas de ese modelo reol gico se procedi aditivar la muestra gu a con glicerina y almid n 35 de yuca observando los mayores y menores valores de viscosidad y su variacion con la temperatura 2 7 VELOCIDAD TERMINAL Una vez reportada la curva reol gica la densidad la tensi n superficial se determina la viscosidad pero antes es necesario crear un modelo matem tico para considerar el efecto de la tensi n en trayectorias inclinadas El t rmino crear implica desarrollar un m todo que no existe partiendo de conceptos b sicos ingenieriles para elaborarlo 2 8 MATERIALES Arcillas bentonita prehidrata y barita Agua dulce Hidr xido de Sodio Almid n de yuca de fabricaci n casera denominado aditivo 1 Glicerina Muestras de lodo Lodo 1 arcillas agua dulce e hidr xido de sodio Lodo 2 arcillas agua dulce hidr xido de sodio y glicerina Lodo 3 arcillas agua dulce hidr xido de sodio y almid n Lodo 4 arcillas agua dulce hidr xido de sodio almid n y glicerina Respecto a los contenidos de almid n glicerina o su mezcla se agrega el 10 del volumen del lodo base el cual es el lodo 1 2 9 EQUIPOS Balanza y un agitador para la prepar
37. cter sticas de GENTRAS 1 0 es su flexibilidad en cuanto al ingreso de datos establecido mediante rangos operacionales para acotar la funci n objetivo Este simulador entrega un conjunto de trayectorias con valores operacionales viables en este caso son diez 10 trayectorias La selecci n de la trayectoria se realiza a trav s de la funci n aptitud La trayectoria de mayor aptitud ofrece menor longitud en consecuencia tiene prioridad pero como el objetivo en el grupo de investigaci n es efectuar un estudio geomec nico de la estabilidad de la trayectoria es v lido estimar que aquella trayectoria que ofrezca la mayor estabilidad es decir menor problema operacional ser la seleccionada Puede leerse el manual de usuario del simulador para corroborar la existencia de este software o trabajo de investigaci n Obs rvese el siguiente resultado de manera gr fica para los lodos de perforaci n Ver figura 11 12 y 13 Muestras de lodo Lodo 1 arcillas agua dulce e hidr xido de sodio Lodo 2 arcillas agua dulce hidr xido de sodio y glicerina Lodo 3 arcillas agua dulce hidr xido de sodio y almid n Lodo 4 arcillas agua dulce hidr xido de sodio almid n y glicerina Respecto a los contenidos de almid n glicerina o su mezcla se agrega el 10 del volumen del lodo base el cual es el lodo 1 43 Viscosidad cp 2 O10 4090 O NUA 00000000000000 OOOOOOOOOOooooo Comportamiento reol gico 30 C
38. d y valores de tensi n superficial mayores al del agua l quida Se descubre que los aditivos qu micos que se pueden agregar a un lodo base agua proporcion ndole viscosidad e incremento en la tensi n superficial son el almid n de yuca y la glicerina con un impacto en la disminuci n de la velocidad terminal de los s lidos en consecuencia la mezcla y adici n de los dos qu micos mejora la limpieza del pozo Si es posible desarrollar un simulador de trayectorias direccionales mediante algoritmos gen ticos como herramienta innovadora en el pa s el cual tiene como valor agregado el dise o flexible de trayectorias con rangos y par metros de operatividad En este trabajo se han sentado las bases para el diseno y simulaci n computacional de las trayectorias direccionales con sus respectivos lodos implementando aditivos qu micos que mejoran la limpieza del pozo 48 5 RECOMENDACIONES Se recomienda la sustituci n y el empleo de lodos base agua con el uso de almidones como una oportunidad para desarrollar una industria propia de fluidos de perforaci n en el pa s Se recomienda disenar un prototipo de perforaci n direccional para observar el comportamiento de los lodos y el transporte de los s lidos Se recomienda desarrollar un estudio sobre los bactericidas que se pueden aplicar para el control de bacterias en el pozo debido al empleo del almid n Se recomienda efectuar una comparaci n con otro software direc
39. ducir una mayor cantidad de hidrocarburos por su geometr a y su radio de drenaje En el caso de obtener una trayectoria horizontal implica extraer los ripios o los s lidos producidos por el taladro a la superficie de una manera eficiente en consecuencia se evidencia otro problema que tiene que ver con la limpieza del hueco y rotaci n misma del taladro generando dificultades y p rdida de tiempo en la operaci n cuyo efecto es un mayor costo Uno de los objetivos de este trabajo de investigaci n es la soluci n del problema mencionado mediante la modificaci n de las propiedades de los lodos estudiado su reolog a y adicion ndole sustancias qu micas al fluido de perforaci n para disminuir la velocidad terminal de los ripios incrementar la tensi n superficial en el lodo y lograr una mayor eficiencia en la limpieza del hueco Este simulador llamado GENTRAS 1 0 Genetic Wellbore Trayectory Simulator es la primera herramienta en el pais elaborada a traves de algoritmos geneticos proporciona las bases para el diseno de trayectorias direccionales El primer problema planteado con el diseno de las trayectorias desde hace varios a os se ha trabajado con m todos enumerativos de c lculo poco flexibles en la determinaci n de intervalos de perforaci n el segundo problema relacionado con la limpieza de pozos su antecedente de soluci n se ha centrado en el bombeo de lodo a altos caudales El valor agregado de esta tesis de grado es el dis
40. efio de trayectorias direccionales con rangos de operaci n y selecci n de trayectorias Optimas con respecto a su longitud adem s se emplea la tensi n superficial como ingrediente activo en la suspensi n de los s lidos y limpieza del pozo Actualmente en el pa s las herramientas computacionales que se han aplicado en el diseno de trayectorias son fundamentadas en el gradiente de una funci n objetivo e igualando a cero tales como PERFORM En este trabajo investigativo se concluye que la aplicaci n de los algoritmos gen ticos produce diferentes alternativas de trayectorias optimizadas respecto a la longitud ofreciendo ventajas en los intervalos de perforaci n Es de inter s destacar que la limpieza de un pozo horizontal se realiza manteniendo el modelo reol gico pseudopl stico del lodo e incrementando la tensi n superficial mediante el uso de almidones y glicerina BERNT Aadnoy Modern Well Desing Balkema Rotterdam Brookfield 1999 ALDRED W D Improving drilling efficiency through the application of PERFORM performance by risk management IADC SPE paper 57574 Presented at the IADC SPE Middle East Drilling Technology Conference Abu Dhabi United Arab Emirates 8 10 November 1999 1 1 TRAYECTORIAS DIRECCIONALES DE LOS POZOS La perforaci n direccional tiene como prop sito la deflexion de un pozo de la vertical para seguir una trayectoria predeterminada hasta el objetivo La necesidad de la perforaci n dire
41. en comparaciones como con el caso real SAUDDITA con aproximaciones en datos que pueden o no satisfacer pero esa es la raz n esencial de un trabajo de investigaci n Es necesario realizar pruebas reol gicas al lodo de perforaci n base agua con los aditivos propuestos con incrementos en la presi n y en la temperatura simulando las condiciones de un pozo Luego la limitaci n actual es la disponibilidad de un viscosimetro por lo menos con 20000 psi y 260 C Aunque la variable de an lisis en la reolog a es la temperatura el efecto de la presi n solo es muy importante a valores mayores de 4000 psi por ser el lodo un coloide Es indispensable efectuar un estudio reol gico a diferentes densidades del lodo para analizar la aplicabilidad industrial del modelo matem tico de velocidad terminal propuesto en este trabajo simulando las condiciones del pozo Sin duda alguna esta limitante hace parte del quehacer investigativo ADAMSON Arthur W Physical Chemistry of Surfaces EE UU Intercience Publishers Inc 1964 47 1 2 3 4 CONCLUSIONES El modelo reol gico para un lodo de perforaci n base agua que mejor responde al transporte de s lidos y a la limpieza de un pozo horizontal o cualquier pozo direccional sin importar las fluctuaciones de temperatura es el pseudopl stico de Ostwald de Waele Por tanto las viscosidades de un lodo base agua deben cumplir con este modelo reol gico con un pH alcalino con densida
42. end sent sen 97 TTE Ecuaci n 6 El dog leg severo esta relacionado con el radio de curvatura y la curvatura de la siguiente manera d m Ecuaci n 7 k curvatura m La determinaci n precisa de la posici n del pozo es un factor cr tico en el direccionamiento del mismo hasta el objetivo Por esta raz n se desarrolla la ecuaci n para el c lculo de las coordenadas de un punto de inspecci n precedido por otro punto La posici n p calculada a partir del punto p est dada empleando la identidad trigonom trica tan a 2 1 cosa sena y conociendo que S Ra la expresi n simple para el m todo de m nima curvatura es S p P Setar TT Ecuaci n 8 a 2 t es el vector unitario m p1y pz longitud de la trayectoria en un segmento de curva m S es la longitud de arco ft azimut grados 0 inclinaci n grados a desviaci n respecto a la trayectoria grados 1 3 SOFTWARE INTELIGENTE MEDIANTE ALGORITMOS GENETICOS La inteligencia artificial tiene varias reas algoritmos gen ticos redes neuronales y l gica difusa Estos programas son un significativo adelanto en el mundo 1 3 1 El concepto del algoritmo gen tico El algoritmo gen tico es una t cnica de optimizaci n no convencional estoc stica introducida por John Holland en 1975 inspirado en la analog a de la evoluci n y poblaci n gen tica cuya ventaja y fortaleza es la ubicaci n de m ximo
43. este simulador es la optimizaci n de la trayectoria con respecto a la longitud para generar un impacto en el costo de la operaci n Otra caracter stica esencial en el software de perforaci n es el dise o flexible mediante rangos de valores en los datos de ingreso produciendo una r pida convergencia del programa computacional Es importante mencionar que este programa fue validado con un caso real de perforaci n y desarrollado en la versi n de Visual Fortran 90 Visual Basic 6 0 y una ventana de visualizaci n en Visual C En el desarrollo del proyecto investigativo se incluye un modelo matem tico para el c lculo de la velocidad terminal de los s lidos o ripios en un fluido de perforaci n base agua dulce Es de mencionar que el modelo matem tico surge de datos reol gicos con valores de viscosidad densidad y se analiza una nueva propiedad que nunca se hab a considerado en los modelos anteriores que es la tensi n superficial Posteriormente se concluye la adici n de qu micos como la glicerina y el almid n de yuca como un modificador de la tensi n superficial del lodo mejorando la limpieza del pozo Este modelo conceptual para su aplicaci n industrial requiere de un seguimiento debido a limitaciones de los equipos de laboratorio Trabajo de grado Facultad de Ingenier as Fisicoqu micas Escuela de Ingenier a de Petr leos e Ingenier a Qu mica Director PhD Alvaro Ram rez SUMMARY TITLE OPTIMIZE DESIGN OF THE TRAJECTORI
44. hur W Physical Chemistry of Surfaces EE UU Intercience Publishers Inc 1964 14 SILVA Gloria Estudio del efecto estabilizador de tensoactivos en las mezclas Carb n Agua Bucaramanga 1989 Tesis de Pregrado Ingeniero Qu mico Universidad Industrial de Santander Departamento de Ingenier a Qu mica 15 HIRSCHFELDER C The Molecular theory of gases and liquids Wiley New York 1971 5 ANEXOS ANEXO A MANUAL DE USUARIO Genetic Wellbore Trayectory Simulator GENTRAS 1 0 POR ING NELSON E BARROS GALVIS TESISTA DEL GRUPO DE ESTABILIDAD DE POZOS EN CONVENIO UIS ICP La propuesta de crear un simulador inteligente de trayectorias direccionales se plantea como una herramienta auxiliar util en el planeamiento de pozos El desarrollo de este instrumento se fundamenta en los conceptos de inteligencia artificial espec ficamente en la aplicaci n de los algoritmos gen ticos y en el m todo de la m nima curvatura usado en el diseno de trayectorias direccionales Este manual de usuario tiene como objetivo dar orientaci n de c mo emplear este software e INSTALACION DEL PROGRAMA Para la instalaci n de este programa se requiere crear una carpeta en el escritorio del computador y copiar el proyecto GENTRAS 1 0 o en su defecto se deben copiar los 3 ejecutables contiene este proyecto para su funcionamiento Ver figura 1 Qe amem y Muere ell Pl b Organizar Vistas v Nombre Fecha modificaci n Tipo Tama o
45. idered in the previous models that is the superficial tension Later on it concludes the addition of chemical as the glycerin and the yucca starch like a modifier of the superficial tension of the mud improving the cleaning of the well This conceptual model for his industrial application requires of a pursuit due to limitations of the variable equipment or technology x Work of grade Faculty of Engineering physicochemical Engineering School of Petroleum and Chemical Engineering Director PhD Alvaro Ram rez INTRODUCCION En el pais se evidencia una dificultad operacional en el planeamiento de trayectorias de perforacion La propuesta de crear un simulador inteligente de trayectorias direccionales se plantea como una herramienta auxiliar util en el planeamiento de pozos El desarrollo de este instrumento se fundamenta en los conceptos de inteligencia artificial espec ficamente en la aplicaci n de los algoritmos gen ticos y en el m todo de la m nima curvatura usado en el diseno de trayectorias direccionales Tal hip tesis no se ha realizado en Colombia El objetivo de esta propuesta es disenar trayectorias direccionales con implicaciones en el fluido de perforaci n empleado cuando se obtiene una trayectoria horizontal Por tanto este proyecto investigativo posibilita incrementar las reservas probadas de hidrocarburos en la medida que se perforen pozos direccionales especialmente los horizontales debido a que estos pozos logran pro
46. ido 1es abrupto Comportamiento reol gico 50 C Viscosidades cp 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Velocidad de deformacion 1 s Lodo1 N Lodo2 4 Lodo3 lt Lodo 4 Figura 13 Comportamiento reol gico 50 C De igual manera la figura 13 exhibe el efecto de la temperatura en el lodo 1 en el intervalo de 40 C y 50 C pero la raz n de cambio de la viscosidad es alta Estudiando los resultados se concluye que el mejor modelo para un lodo base agua es el pseudopl stico porque se requiere un menor consumo de energ a o desgaste de la bomba una vez se deforme el fluido y se perfora el pozo 45 Los aditivos que se le deben agregar a un pozo para mejorar la limpieza del hueco corresponde a la mezcla de glicerina y galactosa contenidas en el lodo 4 por las siguientes observaciones 1 El comportamiento reologico es pseudoplastico 2 No presenta efecto de orientaci n de las mol culas durante la fluctuaci n de temperatura 3 Incrementan la tensi n superficial del fluido 4 Los valores de viscosidad inicial son m s bajos comparados con los otros lodos por tanto se requiere una bomba de menor capacidad y ahorro en costos Tension superficial 27 C N m 0 1212 0 0831 0 2965 0 2102 Viscosidad 30 C y 50s cp 302 Densidad 30 C g cc 1 115 1 121 1 118 1 122 Velocidad terminal del solido en el liquido 1 147 m s Tabla 3 Calculos de velocidades terminales
47. nales Existen tres categorias basicas de geometrias de pozos a Pozos tipo el cual es una trayectoria de aumento y mantenimiento del angulo de inclinacion donde el pozo es deflectado de la vertical en algun punto kick off point y describe un angulo una vez es alcanzado este punto se mantiene hasta llegar al objetivo b Pozos tipo II estos siguen el esquema de construcci n mantenimiento y ca da del ngulo de inclinaci n se conocen como pozos de trayectoria S se caracterizan por la deflexi n de un ngulo dado ste es mantenido hasta cierta profundidad y luego es nuevamente desviado hacia la vertical es decir el objetivo es alcanzado verticalmente Existe una modificaci n del tipo II la cual difiere en la terminaci n de la trayectoria el objetivo es alcanzado con una inclinaci n diferente de noventa grados c Pozos tipo lll estos son verticales hasta cierta profundidad relativamente cercana al objetivo luego inician la inclinaci n y penetran las formaciones de inter s con altos ngulos Ver figura 1 OW Pot aint e TTE aora AA 13 1 1 2 Pozos Horizontales Incluyen aquellos pozos con ngulos de desviaci n cercanos a 90 grados operacionalmente se obtienen ngulos mayores a 80 grados y son de alcance extendido estas descripciones se pueden observar en la figura 2 Figura 2 Pozo horizontal 1 2 M TODO DE LA MINIMA CURVATURA PARA C LCULOS DE TRAYECTORIAS DIRECCIONALES El m
48. nde aparece el icono de carga e DATOS GENERALES DE GENTRAS 1 0 Con el programa cargado es necesario insertar los datos de ingreso Esta ventana de opci n es para abrir o crear un nuevo proyecto de GENTRAS 1 0 se cree que a trav s de esta opci n se acoplar con el software de An lisis Geomec nico de Estabilidad AGE La opci n de close efectivamente es para cerrar O salir del programa Genetic Wellbore Trajecto sto Input Simulation Output Help New GENTRAS Project Open GENTRAS Project Close Figura 5 Ventana File para acople del programa con el software de analisis geomecanico 56 e DATOS DE INGRESO O DE ENTRADA PARA EL TIPO DE TRAYECTORIA O MODELO DE PERFORACION MEDIANTE GENTRAS 1 0 En este formulario de ingreso de datos se selecciona el tipo de trayectoria que se desea dise ar mediante la pesta a WELL TRAJECTORY GENTRAS 1 0 esta programado para cuatro 4 opciones de trayectorias como se puede observar en el subtitulo SELECT WELLBORE TRAJECTORY TYPE de la siguiente figura 1 J TRAJECTORY Type 1 2 TRAJECTORY FINISHED HORIZONTALLY Type 2 3 S TRAJECTORY FINISHED VERTICALLY Type 2 4 HORIZONTALLY TRAJECTORY Type 3 Es obligatorio seleccionar un tipo de trayectoria para luego registrar o correlacionar los par metros geometricos necesarios para el diseno de la trayectoria 57 B Genetic Wellbore Trajectory Simulator GENTRAS 1 0 ola Es WELL TRAJECTORY
49. om n para medir la tensi n superficial es el uso del tensi metro de DuNouy el cual mide la fuerza requerida para empujar un anillo de platino a trav s de la superficie de un l quido 1 8 5 Viscosidad El concepto de viscosidad est relacionado con la resistencia interna al flujo en el caso de los lodos la variaci n de la deformaci n respecto al esfuerzo de corte est ligado al tipo y contenido de s lidos que constituyen al fluido Con la reolog a se puede definir la capacidad de transporte y suspensi n de los s lidos adem s de los par metros operacionales en el bombeo del fluido En la industria perforadora el modelo no newtoniano en estado estacionario que se prefiere es el de Ostwald de Waele espec ficamente el comportamiento pseudopl stico cuya ecuaci n de dos par metros se conoce con el nombre de la ley de la potencia 33 2 DESARROLLO EXPERIMENTAL Se puede describir la metodologia del trabajo mediante el siguiente diagrama de bloques METODOLOGIA DE TRABAJO DISENO DE TRAYECTORIAS DIRECCIONALES DA RONI S U TRAYECTORIAS DIRECCIONALES _ LIMPIEZA DEL POZO APLICACION DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL ORACI N ALGORITMOS GENETICOS BASE AGUA SIMULADOR DE REOLOGIA TRAYECTORIAS ADITIVOS QUIMICOS Y VELOCIDAD GENTRAS PROPIEDADES TERMINAL DEL LODO MODELO MATEMATICO Figura 8 Diagrama de flujo del desarrollo experimental 2 1 DISENO DE TRAYECTORIAS DIRECCIONALES
50. os t rminos descritos en esta ecuaci n se plantean como longitudes usando las ecuaciones 3 5 6 7 y 8 respectivamente formando un sistema de ecuaciones para D1 D2 D3 D4 y Dd En el caso de HD y DKop son valores insertados de acuerdo a la viabilidad operacional y al conocimiento de la zona a perforar 1 3 2 1 Pasos de la optimizaci n de la funci n objetivo La funci n objetivo expresa la longitud de la trayectoria Matem ticamente la longitud de un segmento de curva de un radio y un ngulo de curvatura dado es o Ra RABIA OilWell Drilling Engineering Principles and Practices Graham 1985 Paso 1 La funcion objetivo descrita en la ecuacion 9 tiene un grupo de variables donde cada t rmino es una ecuaci n matem tica produciendo un sistema El sistema se conforma empleando la ecuaci n 8 sustituyendo 912 y el ngulo de desviaci n de la ecuaci n 6 de Lubinsky p p Petar St t Donde p2 expresa un t rmino que se denomin D1 y an logamente se efectu para D2 D3 y D4 Paso 2 oe procede con la programaci n de la ecuaci n y se verifica que los valores de D1 D2 D3 D4 mantengan el mismo orden de magnitud respecto a las longitudes Para proceder a linealizar y aditivar los t rminos de la ecuaci n y encontrar un valor de TMD resultante Paso 3 oe establecen unos valores de operatividad para acotar la funci n objetivo y delimitar la busqueda aleatoria y obtener la m nima longitud de la trayectoria
51. porte del fluido esta relacionada con la velocidad terminal de los s lidos La determinaci n de las velocidades terminales y de sedimentaci n se deduce en el movimiento o ca da libre de los cuerpos bajo la influencia de una fuerza externa centr fuga o de gravedad y se rige por la ley de Newton Los s lidos son transportados mediante arrastre o en suspensi n durante la circulaci n del lodo Normalmente estos s lidos tienen una densidad que duplica la densidad del fluido en consecuencia si la velocidad terminal es alta los s lidos se ubicar n en el fondo del pozo y su limpieza ser complicada peor a n si es un pozo horizontal Es posible encontrar ripios o cuttings en el fondo por su alto peso y alta velocidad terminal en la medida que se controle esta variable se incrementar a la eficiencia en cuanto a la limpieza del pozo Para lograr transportar un ripio por arrastre se requiere un movimiento continuo del fluido sin interferencias operacionales con una circulaci n permanente Si se LEVENSPIEL Octave Fluidization Engineering John Wiley London 1975 25 desea transportar por suspension es necesario que el lodo este homogeneizado y los ripios sean de tama os similares 1 7 MODELO MATEMATICO PARA EL C LCULO DE LA VELOCIDAD TERMINAL Cuando se obtiene un pozo desviado especialmente horizontal el transporte de los s lidos es m s complejo que el de un pozo vertical Los ripios se desplazan a trav s de un
52. raria por ser aleatorio Se procede a evaluar cada gen mutado y los mejores genes se insertan en un cromosoma ya preestablecido para obtener una mejor soluci n La inserci n se hace copiando cada gen al cromosoma 1 3 7 Criterio de parada El criterio de parada est sujeto a la funci n de aptitud cuando se obtengan las 10 mejores aptitudes se parar a la iteraci n de acuerdo a los rangos de valores en los datos de entrada o cuando cada cromosoma obtenga su m xima aptitud y no hallan modificaciones en sta Se debe tener presente que la aptitud el cual es la funci n de evaluaci n del algoritmo y el inverso de la funci n objetivo se convierte en el criterio de selecci n para la mejor trayectoria con la menor longitud 23 1 4 LODOS BASE AGUA EMPLEADOS EN LA PERFORACION DE POZOS Siempre que se efectua la perforaci n de un pozo es necesario u obligatorio seleccionar el lodo o fluido que se implementar en la limpieza del hueco o remoci n de los s lidos Vale la pena resaltar y mencionar que es imposible perforar un pozo sin un fluido de perforaci n Con base a la anterior premisa se dispone a estudiar el transporte de los ripios en los lodos con la implicaci n de desarrollar y establecer mediante un balance de cantidad de movimiento un modelo matem tico que determine la velocidad terminal del s lido en el fluido cuando los pozos son perforados direccionalmente Posteriormente se analizar la reolog a y las propiedades del
53. rface Location G Across North Bouh xes 1 Noth South TT Surface KE Target y Across East West Axes e S SURFACE COORDINATES TARGET COORDINATES North East South West Noth East PT South West CANCEL OK a EEE VANUREDEUS M JONE Weber Genetic Wellbor ES ORA aC t m 11 36 Figura 10 Localizaci n del surface y target empleando dos ejes diferentes INGRESO DE LOS PARAMETROS GEOMETRICOS A diferencia del TVD True Vertical Depth el ingreso de los par matros geom tricos del pozo se insertan con rangos m nimos y m ximos estos datos los emplea el programa para optimizar y seleccionar los valores m s viables en el dise o de la trayectoria El significado geom trico de los par metros se esboza en una figura en dos dimensiones al igual que sus unidades la unica limitaci n aparece en el azimut que no se refleja en esta gr fica por requerir una vista de planta Ver figura 11 De acuerdo al modelo de trayectoria seleccionado se adjuntan los par metros que se requieren para el diseno Los valores digitados en las celdas deben ser num ricos Tambi n deben analizarse que las distancias tienen un orden l gico de magnitud o sea 62 El valor del KOP lt El valor del Build up lt El valor del Drop up lt El valor del TVD Esta es la razon fundamental de la grafica dar a comprender este orden logico de magnitud B Genetic Wellbore Trajector
54. s o m nimos globales con un rango de b squeda alto porque sencillamente combina e itera todos los valores de las variables de diseno y encuentra las mejores combinaciones para luego descartar las de menor aptitud ubicando un maximo dentro de una funci n objetivo El gran detalle es las trayectorias direccionales est n sujetas a su viabilidad operacional para ello se requieren par metros que describan de manera heur stica la operaci n Vale la pena mencionar que Davis Golberg disc pulo de John Holland es el maestro en los algoritmos gen ticos y su t cnica expuesta en su libro se aplica a cabalidad en este trabajo GOLBERG Davis Genetic Algorithms in Search Optimization and Machine Learning Addison Wesley Alabama 5 Edition 2005 18 1 3 2 La funcion objetivo El paso importante en la formulaci n de un modelo de optimizaci n gen tica es determinar la funci n objetivo Para este caso se fundamentar en el siguiente sistema de variables que se representa con las ecuaciones del m todo de la m nima curvatura TMD Dkop D1 D2 D3 D4 D5 HD Ecuaci n 9 Donde Dkop distancia o longitud desde la superficie hasta el punto donde inicia la curvatura en ft HD distancia horizontal en ft D1 D2 D3 D4 D5 diferentes longitudes a lo largo de la trayectoria en ft TMD longitud total de la trayectoria En ft La funci n objetivo descrita en la ecuaci n 9 tiene un conjunto de variables y l
55. tiempos de iteraci n Para mayor comprensi n se exhibe en la siguiente tabla y gr fico el m todo de la ruleta GOLBERG Davis Genetic Algorithms in Search Optimization and Machine Learning Addison Wesley Alabama 5 Edition 2005 Ibid 2 Aptitud 9o de aptitud total 576 1001 1 361 30 9 4 Descripcion de acuerdo a la tabla del metodo de la ruleta Desde el punto de vista grafico se nota que los cromosomas que tendran mayor posibilidad de reproducirse son los de 49 2 en porcentaje total de aptitud En consecuencia la selecci n se efectuar en los de mayor porcentaje de aptitud que en este caso es el cromosoma numero 2 Ver figura 5 96 Total de Aptitud H1 E M3 E4 Figura 5 M todo de la ruleta 1 9 6 Operadores de reproducci n Se aplicaron dos operadores el de cruce y el de mutaci n 1 3 6 1 Cruce o crossover El tipo de cruce que se emple es el de un solo punto el cual selecciona rand micamente el punto de corte del cromosoma Es decir toma un punto de la cadena cromos mica y divide el cromosoma en dos para luego reproducir cada parte 1 3 6 2 Mutaci n e inserci n Posterior al cruce es la mutaci n este operador se aplica cambiando el valor de la variable gen agreg ndole un nuevo valor aleatorio a la vieja variable Nuevo valor viejo valor 1 X valor aleatorio Ecuaci n 10 Donde X opera entre cero y uno seleccionado de manera arbit
56. tura de la tierra en el espacio en que se realiza la trayectoria es despreciable Para distancias mayores abarcadas por los pozos horizontales de alto alcance se debe tener en cuenta esta inferencia Ver figura 3 y 4 15 Figura 4 Geometria de Minima Curvatura entre dos puntos de inspeccion Survey 1 2 2 Dog leg Severo La tasa de cambio angular llamada en perforacion direccional dog leg severo es la medida de cambio en la inclinacion del pozo este cambio se expresa en grados por cada cien pies de longitud perforada grados 100ft o en grados por cada 30 metros en el sistema m trico Para el m todo de la m nima curvatura la expresi n que se utiliza para el c lculo de dog leg tiene la forma en unidades de campo Em Ecuaci n 5 D dog leg grados 100 ft a desviacion respecto a la trayectoria grados Donde el t rmino L L llamado longitud de curso S es la diferencia entre dos profundidades en el diseno 0 dos puntos de inspecci n en el seguimiento de la trayectoria durante la operaci n Para el c lculo del arco a se emplea el desarrollo realizado por Lubinski la cual no hace alguna especificaci n sobre el patr n de pozo y adem s es matem ticamente equivalente con la expresi n tradicionalmente usada en el m todo de la m nima curvatura La manera en que se desarrolla esta expresi n es utilizando la tangente del ngulo medio tan a 2 y adquiere la forma final 1 E T 2 a 2sen sent 227 s
57. umero de Reynolds Re se multiplica por la ra z cuadrada de Cp se obtiene una expresi n que no depende de la velocidad terminal y se evitan todas las iteraciones para mayor comprensi n obs rvese este bello planteamiento matem tico Si N Re C y Re ds LI asumiendo que la m xima velocidad del s lido es la velocidad del lodo o l quido y reemplazando la constante adimensional N se logra E IPE sg 1 0 J g cos 2sen amp F4 N ando 10 conl 2s00 Fr Ecuaci n 25 iu VeL 3 Ecuacion 26 e dsd 2s 1 o g cos 2sen Fr u 3 Si se sustituye el coeficiente adimensional Cp mediante la expresi n adimensional llamada N en la ecuaci n 16 se logra lo siguiente ded 5 1 0 a cos 2sen o 1 Fr Va ee Ecuacion 27 al 3 Conociendo el factor N que se determino matematicamente las propiedades del fluido y las propiedades del s lido obtenido en la operaci n de perforaci n se 30 determinaria la velocidad Terminal directamente sin ningun procedimiento de tanteo para un pozo direccional A continuaci n se mencionan las variables usadas en el balance con sus respectivas unidades AL area proyectada del s lido perpendicular a la direcci n de flujo m Ap rea proyectada del s lido en direcci n paralela al flujo m Cp coeficiente de arrastre adimensional coeficiente de arrastre adimensional ds di metro de part cula
58. y Simulator GENTRAS 1 0 WELL TRAJECTORY SURFACE AND TARGET COORDINATES GEOMETRY PARAMETERS INCLINATION 0 TO 90 GRADES 01 GRADES MIN 0 MAX TRUE VERTICAL DEPTH ft TYPE Y D SECTION VERTICAL FEET KICK OFF POINT KOP ft MIN MAX RADIO OF CURVATURE DEPTH FEET O TARGET HORIZONTAL DISTANCE BUILD UP ft DOG LEG GRADES PER 100 FEET MIN r DOG LEG 1 MAX MAX AZIMUTH 0 TO 360 GRADES PART 1 8 MN MAX MN MAX pe MIN Sa Max MIN MAX KK MIN MIN Figura 11 Ingreso de datos para la trayectoria tipo J e DISE O DE LA TRAYECTORIA Una vez se hayan consignados los datos de entrada y se oprima el bot n OK se procede a efectuar la simulaci n en la etiqueta Create Gentras Simulation El software internamente desarrolla sus c lculos para arrojar los archivos de salida con extensi n NBG que se agregan autom ticamente a la carpeta donde est n los ejecutables Ver figura 12 y 63 13 BD Walio Trajectory Simulator GEHTRAS ETT Hie pul mnulation Dutpul Help OTA Simulaliun Figura 12 Creaci n de la simulaci n GENTRAS Lo The ees File Edit View State Window Help 5 GENTRAS c E E GENTRAS ta 09 22 p m Figura 13 Corrida o simulaci n del programa e ARCHIVOS
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