PROYECTO DE GRADO Presentado ante la ilustre Universidad de Los Andes como requisito parcial para obtener el Título de Ingeniero de Sistemas DISEÑO DE TRAYECTORIAS DE PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS UTILIZANDO ALGORITMOS GENÉTICOS Por: Br. Girling Marquez Tutor: Prof. Pablo Guillén Cotutor: Prof. Francisco Hidrobo Noviembre, 2008 ©2008 Universidad de Los Andes Mérida, Venezuela DISEÑO DE TRAYECTORIAS DE PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS UTILIZANDO ALGORITMOS GENÉTICOS Br. Girling Marquez Proyecto de Grado – Investigación de Operaciones, Páginas 122. Resumen: En el presente estudio se desarrolló una herramienta computacional de código abierto para PDVSA, la cual utiliza Algoritmos Genéticos (AGs) como método de optimización para la búsqueda y diseño de la ruta óptima de perforación direccional de pozos petroleros, dadas las coordenadas iniciales y finales del pozo, así como también sus restricciones. El principal propósito de este trabajo fue minimizar costos de construcción de pozos y extracción de petróleo, así como promover la independencia tecnológica a nivel de programas de este tipo. Se compararon los resultados obtenidos de la herramienta de optimización desarrollada, con los conseguidos por el modelo realizado por Shokir et al. (2004), demostrando que el algoritmo genético utilizado en el presente estudio superó los resultados alcanzados por el AG diseñado por Shokir et al. (2004). Palabras claves: Perforación Direccional de Pozos Petroleros, Trayectoria Óptima de Perforación, Algoritmos Genéticos. Dedicatoria A quienes siempre están a mi lado y de los cuales estoy orgullosa. A ustedes padres míos, guías de mi corazón y sembradores de valores. Éste es solo el comienzo… iii Agradecimientos Para aquellas personas que me brindaron su apoyo y confianza en el desarrollo de este estudio y a quienes les debo tanto. A mis tutores, quienes confiaron en mí y me brindaron la posibilidad de conocer y experimentar un mundo nuevo del cual me enamoré desde el principio. A mis amigos, Mariela, Ivan y Alejandro, quienes de distintas formas me apoyaron y en los momentos difíciles siempre estuvieron conmigo sin desvanecer. A mi Mamá, juntas aprendimos y vivimos todos los tramos de este camino que hoy día culmina. A la niña que llevo dentro, la que nunca crece, eternamente alegre, siempre con ganas de aprender; a ti, por permitirme disfrutar de este camino bonito. A Dios y a mi bisabuela Pastora, mis grandes confidentes. A todos, siempre les estaré agradecida por llenarme la vida de vida!… iv Epígrafe “Sin autores no hay libros, sin libros no hay ciencias, sin amor propio nadie escribe, aunque mucho se haya escrito, siempre hay algo sobre qué escribir”. Simón Rodríguez. v Índice General _Toc213433097 Dedicatoria ............................................................................................... iii Agradecimientos ......................................................................................... iv Epígrafe .................................................................................................... v Índice de figuras ....................................................................................... viii Índice de tablas ......................................................................................... xii Capítulo 1 ................................................................................................ 4 1.1. Antecedentes ................................................................................. 4 1.2. Planteamiento del Problema ................................................................ 5 1.3. Justificación .................................................................................. 6 1.4. Objetivo General ............................................................................. 7 1.4.1Objetivos Específicos ....................................................... 7 1.5. Metodología de trabajo ..................................................................... 7 Capítulo 2 ................................................................................................ 9 2.1 Especificaciones del diseño de trayectorias de perforación de pozos petroleros ...... 9 2.2 Variables del diseño de trayectorias de pozos petroleros ............................... 20 2.3 Algoritmos genéticos (AGs) ............................................................... 27 2.3.1Definición de Algoritmos Genéticos...................................... 28 vi 2.3.2 Características de los AGs ................................................ 28 2.3.3 Elementos que conforman los AGs .................................................... 29 2.3.4 Operadores genéticos ........................................................................ 34 2.4 Métodos de interpolación ................................................................... 42 2.4.1 Método tangencial ......................................................... 43 2.4.2 Método tangencial equilibrado ........................................... 44 2.4.3 Método del ángulo promedio ............................................. 44 2.4.4 Método de la mínima curvatura .......................................... 45 Capítulo 3 ............................................................................................... 49 3.1 Diseño del algoritmo genético ............................................................. 49 3.2 Librería del algoritmo genético utilizada ................................................. 52 3.2.1 Estructura binaria de la librería utilizada ................................ 53 3.2.2 Estructura punto flotante de la librería utilizada. ....................... 57 3.3 Descripción del algoritmo genético desarrollado ........................................ 58 3.4 Interpolación del survey .................................................................... 64 Capítulo 4 ............................................................................................... 66 4.1 Herramientas utilizadas ..................................................................... 66 4.2 Programa para el diseño de trayectorias de perforación de pozos petroleros ......... 67 4.2.1 Lectura de datos ............................................................ 67 4.2.2 Ejecución del AG .......................................................... 74 vii 4.2.3 Salida de resultados ........................................................ 76 Capítulo 5 ............................................................................................... 85 5.1 Documentación y recolección de datos ................................................... 85 5.2 Comparación de los resultados obtenidos con DTP y los publicados por Shokir et al. (2004).……………………………………………...............................................................85 5.2.1 Resultados obtenidos para el pozo de formulación teórica. ........... 88 5.2.2 Resultados obtenidos para el pozo ubicado en el Golfo de Suez, Egipto ……………………………..………………………………………………93 5.3 Estudio de las trayectorias de dos pozos reales venezolanos ........................... 98 Capítulo 6 ............................................................................................. 101 6.1 Conclusiones ............................................................................... 101 6.2 Recomendaciones ......................................................................... 102 Referencias ............................................................................................ 103 Apéndices ............................................................................................. 106 Apéndice A-1, survey del Pozo Teórico .................................................... 106 Apéndice A-2, survey del pozo ubicado en Egipto ........................................ 107 Apéndice A-3, parámetros del AG a utilizar................................................ 109 Apéndice B-1, gráficas TMD y DKOP para el Pozo Teórico ............................ 110 Apéndice B-2, gráficas TMD y DKOP para el Pozo ubicado en Egipto ................ 111 Apéndice C-1, resultados del mejor individuo ............................................. 112 Apéndice C-2, resultados del mejor individuo ............................................. 112 viii Apéndice D-1, archivo de salida con coordenadas finales del pozo teórico ............ 113 Apéndice D-2, archivo de salida con coordenadas finales del pozo de Suez Egipto ... 115 Apéndice E, archivo del survey de la trayectoria del pozo horizontal ................... 117 Apéndice F, Manual de ayuda al usuario ................................................... 119 Glosario ................................................................................................ 120 ix Índice de figuras Figura 2.1: Variables incluidas en el survey (Shokir et al, 2004). ............................................ 11 Figura 2.2: Representación de 18º azimuth en coordenadas UTM. .......................................... 13 Figura 2.3: Representación de 157º azimuth en coordenadas UTM. ........................................ 13 Figura 2.4: Vista de plano vertical de una sarta revestida y cementada (PDVSA, 1996). ........ 16 Figura 2.5: Modelos de distintos pozos (PDVSA, 1993) .......................................................... 19 Figura 2.6: Modelos de pozos con varios ángulos de inclinación (PDVSA, 1993). ................. 20 Figura 2.7: Especificaciones del Diseño de la Trayectoria de un Pozo direccional (Shokir et al, 2004). ......................................................................................................................................... 26 Figura 2.8: Conformación de la población de un AG................................................................ 29 Figura 2.9: Vista de plano vertical de un Pozo (Shokir et al, 2004). ........................................ 31 Figura 2.10: Diagrama de flujo del funcionamiento de un AG simple. .................................... 34 Figura 2.11: Ilustración del proceso de cruce simple entre dos cromosomas ........................... 38 Figura 2.12: Ilustración del proceso de cruce doble entre dos cromosomas. ............................ 39 Figura 2.13: Ilustración del proceso de cruce múltiple entre dos cromosomas. ........................ 40 Figura 2.14: Ilustración del proceso de cruce con mascara entre dos cromosomas. ................. 40 Figura 2.15: Ilustración del proceso de cruce con mascara entre dos cromosomas. ................. 41 Figura 2.16: Ilustración del proceso de mutación de un cromosoma. ....................................... 42 Figura 2.17: Representación de los puntos a ser interpolados junto con las coordenadas deseadas. .................................................................................................................................... 47 Figura 2.18: Representación de los ángulos de inclinación y desviación en un segmento entre C y D. ......................................................................................................................................... 47 viii