TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN ADMINISTRACIÓN Rodrigo Cruces Seguel [Parte I], Fernando Barra Ortega [Parte II] / Bajo el actual contexto que atraviesa la industria minera del Cobre en nuestro país y de acuerdo a los análisis realizados, se detecta la oportunidad de incorporar al portafolio de servicios de nuestra Empresa Derk, la perforación de sondajes técnicos especializados a través de una estrategia de diversificación relacionada y de la integración vertical hacia atrás de sus actuales procesos de Geología, Geotecnia, Geomecánica e Instrumentación; actividades técnicas posteriores a la perforación de sondajes y que requieren en diversas etapas de los desarrollos de proyectos y procesos productivos, la ejecución de sondajes para la obtención de información que sustenta los planes mineros y la continuidad operacional de un yacimiento. La industria de sondajes se ha caracterizado durante muchos años como seguidora de la actividad minera y por lo tanto experimenta un comportamiento cíclico similar a la minería; además, presenta tasas de gravedad en accidentabilidad altas, productividades irregulares que impactan los resultados de las campañas de perforación y escazo aporte ingenieril para aquellas perforaciones más difíciles de implementar. Entre lo años 2005 y 2011, la industria experimento un fuerte crecimiento impulsado por la gran cantidad de proyectos mineros en desarrollo y por las importantes inversiones en exploración en nuestro país; sin embargo, a partir del año 2012 la actividad comienza a decaer producto de la menor inversión en exploración a nivel mundial, situación que se mantiene hasta hoy. Si bien, la industria de sondajes que presta servicios a la Minería atraviesa en el presente un escenario complejo con porcentajes de utilización de activos en torno al 20% producto de la menor demanda de servicios principalmente en las actividades de exploración; sin embargo, no se ha producido el mismo efecto en aquellas actividades que están relacionadas directamente con la operatividad de las minas, existiendo una demanda interesante de sondajes técnicos especializados del tipo geotécnicos e hidrogeológicos, mercado donde aún no existe un importante número de competidores. De acuerdo a lo anterior, se ha definido como mercado objetivo para la Filial “Derk Ingeniería en Perforación de Sondajes”, el segmento asociado a las áreas de Operaciones y Proyectos de las Compañías Mineras, demandantes de sondajes especializados en el ámbito de la Geotecnia e Hidrogeología. Nuestras ventajas competitivas corresponden al capital de marca de nuestra Empresa con una experiencia técnica de 20 años en servicios asociados a la industria minera, una potente oferta de servicios integrados y relacionados, know how del recurso humano, calidad reconocida por nuestros clientes, una tasa de accidentabilidad “0”, innovación en el desarrollo de máquinas de sondajes funcionales y estandarización de las actividades de apoyo lo que permite generar fuertes sinergias al interior del grupo de empresas. El Modelo de Negocio, implica la formalización de una Filial a cargo de los servicios de perforación, agregando valor a nuestros clientes a través de soluciones de Ingeniería de perforación, a un costo eficiente, con altos estándares de desempeño; soluciones integrales de servicios que se traduzcan en una mejor gestión de costos para nuestros clientes, innovación tecnológica y múltiples capacidades funcionales. El Equipo Gestor de este nuevo desafío para la Empresa, estará conformado por 2 Socios Inversionistas que se incorporarán al grupo y con una vasta experiencia y conocimiento de la industria de sondajes; a ellos se suman los actuales dueños-socios fundadores de la Empresa Derk con una experiencia de 20 años en la industria minera. Dado que la Empresa Filial se insertará en una industria exigente, como lo es la minería, las políticas de relación con todos los Stakeholders deben ser claras manteniendo un compromiso ético permanente en la contribución al desarrollo económico, mejorando la calidad de vida de sus trabajadores y familias, así como de la comunidad local y la sociedad. Para los 2 inversionistas, se les propone un aporte de capital de 600 millones de pesos, correspondientes a la participación de un 40% de la propiedad de la filial y donde se les ofrece una rentabilidad financiera sobre su inversión de TIR: 35% (sin venta de filial) y un 53% (con venta de filial o retiro socios inversionistas), en un horizonte de 10 años de evaluación. Como condición adicional, se establece para ambos socios inversionistas la dedicación exclusiva al emprendimiento en la condición de Gerente General y Gerente de Operaciones de la empresa.

[pt] Durante a perfuração de poços em seqüências argilosas, tais como os folhelhos, tem-se registrados sérios problemas operacionais e de estabilidade de poço. Estes problemas estão relacionados com as propriedades do fluido de perfuração, as condições de contorno e principalmente, com as propriedades da rocha perfurada. No estudo do comportamento da rocha a determinação das propriedades de resistência e deformabilidade tem caráter prioritário. Porém para folhelhos, características tais como mineralogia, conteúdo de minerais de argila, teor de umidade e porosidade, têm igual relevância. Entre os materiais disponíveis para a avaliação das características do folhelho, têm-se as amostras de calha, testemunhos preservados e perfis de poços. O presente trabalho avalia as metodologias existentes no estudo do sistema folhelho para a determinação das características que são relevantes no processo de instabilidade do poço. Nestas metodologias, incluem-se aquelas aplicadas a estudo das amostras de calha e testemunhos preservados, assim como os modelos de interpretação dos perfis de poço. Ao final são apresentadas recomendações a respeito das possíveis correlações dos resultados obtidos nas duas metodologias. / [en] While drilling shale, it is common to face serious operational and wellbore stability problems. These problems are related to drilling fluid properties, in- situ stresses and mainly rock properties. To achieve a good understanding of rock behaviour, highest priority must be given to strength and strain determination. However, when dealing with shales, we need also to take into account properties as mineralogy, clay content, water content and porosity. The available materials to conduct a shale property study are drilling cuttings, preserved cores and well logs. The scope of this work includes a review of the existent methods for a complete shale stability study. Finally, some recommendations regarding possible correlation between the appraised methods are presented. / [es] Durante la perforación de pozos en secuencias arcillosas, tales como los folhelhos, se han registrado serios problemas operacionales y de estabilidad del pozo. Estos problemas están relacionados con las propriedades del fluido de perforación, las condiciones de contorno y principalmente, con las propriedades de la roca perforada. En el estudio del comportamiento de la roca, la determinación de las propriedades de resistencia y deformabilidad tiene caráter prioritario. No obstante, para folhelhos, características tales como mineralogía, contenido de minerales de arcilla, teor de humedad y porosidad tienen igual relevancia. Entre los materiales disponibles para la evaluación de las características del folhelhos, se tienen las muestras de canal, testimonios preservados y perfiles de pozos. El presente trabajo evalúa las metodologías existentes en el estudio del sistema folhelhos para la determinación de las características que son relevantes en el proceso de inestabilidad del pozo. En estas metodologías, se incluyen aquellas aplicadas al estudio de las muestras de canal y testigos preservados, así como los modelos de interpretación de los perfiles de pozo. Al final se presentan recomendaciones con respecto a las posibles correlaciones de los resultados obtenidos en las dos metodologías.

La presente investigación analiza a partir de un estudio de caso los nuevos usos no previstos que se les da a las plataformas petroleras que se encuentran en fase de abandono y se ubican en ecosistemas marinos. Las plataformas petroleras crean impactos en el entorno y pueden convertirse en arrecifes artificiales o en algunos casos en nuevos espacios para actividades como la pesca de subsistencia, el buceo recreativo, la investigación o el turismo local. El objetivo principal es identificar las diferentes posturas y oportunidades que se generan sobre los nuevos usos de las plataformas petroleras off shore. Este estudio es de tipo exploratorio y descriptivo y se basa en el Plan de Abandono del Lote Z-2B ubicado en el Zócalo Continental del Oceánico Pacífico frente a las costas del Departamento de Piura, Perú. El problema socioambiental que se ha identificado gira en torno a los cambios socioambientales que generan las infraestructuras petroleras que se instalan en el mar y las oportunidades en las actividades económicas que se crean alrededor. Así también la controversia que existe entre retirarlas del mar o mantenerlas como arrecifes artificiales. Siendo el mar un espacio geográfico complejo se identificó que la gobernanza en las zonas marinas y costeras se presenta de manera sectorial por parte del estado, dado la diversidad de actividades económicas que se realizan en el mar como la pesca, transporte marítimo, extracción de petróleo y gas, turismo, entre otros. No se ha logrado una gestión integrada del entorno marino de manera local. / The present research analyses a study case about potential new uses for used offshore oil platforms that are in abandonment phase and located in marine ecosystems. Oil rigs create impacts on the environment and can become artificial reefs or in some cases, new spaces for activities such as subsistence fishing, recreational diving, or local tourism. The main objective is to identify the new opportunities and stakeholders’ interest that are generated around offshore oil platforms. This exploratory and descriptive study is based on the Z-2B block Abandonment Plan, located in the Pacific Ocean on the coast of Piura department. The socio-environmental problem that has been identified revolves around the changes generated by the oil infrastructure that is installed at sea and the opportunities in the economic activities that could be created around it, as well as the controversy between removing them from the sea or keeping them as artificial reefs. Since the sea is a complex geographical area, it was identified that governance in marine and coastal areas is affected by the different government agencies given the diversity of economic activities carried out at sea, such as fishing, shipping, oil and gas extraction, tourism, among others. Integrated management of the marine environment has not been achieved locally. Keywords: decommission oil platforms, abandonment plan, artificial reefs, sustainable tourism, citizen participation, "Rigs-to-reefs", marine planning.

[pt] Este trabalho apresenta procedimentos para análise dos esforços em colunas de revestimento instaladas em um poço de petróleo, sob a ação do fenômeno de fluência do sal, sendo também abordado os principais aspectos da estabilidade e deformabilidade das rochas salinas durante a fase de perfuração. Para a discretização e solução das equações diferenciais de equilíbrio do contínuo, utiliza-se no presente trabalho o método dos elementos finitos, através do programa ANVEC(1) . O comportamento tensão-deformação do sal foi descrito através de leis constitutivas obtidas a partir de dados sobre mineração subterrânea de evaporitos. O comportamento dos revestimentos é analisado segundo o enfoque adotado pela indústria do petróleo, no qual o carregamento salino é considerado independente do tempo e de intensidade igual a coluna litostática, na parede externa do revestimento. Os resultados obtidos comprovam que, para a solução do problema de se revestir uma seção salina é fundamental um trabalho eficiente de cimentação primária dos revestimentos, concêntricos, frente ao sal. Ao final, examina-se o comportamento de fluência de uma seção evaporítica típica de um poço de perfurado da Bacia de Campos, comparando-se as simulações numéricas com medições in-situ. / [en] This thesis presents an approach for analysis of casing stresses in oil wells due to the fenomena of creep of rock salt. The main aspects of wellbore stability and deformability while drilling salt formations are also discussed. In order to obtain the solutions for the differential equations of continous salt media, the finite element method has been used through the application of the ANVEC program for underground excavation analysis, utilizing constitutive laws obtained from salt mining projects. The mechanical behavior of casings are also analized according with the procedures considered in the petroleum literature, in which the salt loads are considered as time-independent. The results are in agreement with the observations of several autors that a sucessfull primary cement job is the main concern for keep the integrity of casing strings set acoss salt formations for long time. At the end of this work, the salt creep behaviour of a section of one well drilled in Campos basin are simulated and compared with field data. / [es] Este trabajo presenta procedimientos para análisis de los refuerzos en colunas de revestimiento instaladas en un pozo de petróleo, bajo la acción del fenómeno de fluencia de sal, abordando también los principales aspectos de estabilidad y deformabilidad de las rocas salinas durante la fase de perforación. Para la discretización y solución de las equaciones diferenciales de equilibrio del contínuo, se utiliza en el presente trabajo el método de los elementos finitos, a través del programa ANVEC. El comportamiento tensión-deformación de la sal fue descrito a través de las leyes constitutivas, obtenidas a partir de datos sobre mineración subterránea de evaporitos. Se analiza el comportamiento de los revestimientos según el enfoque adoptado por la industria del petróleo, en el cual, la concentración salina se considera independiente del tiempo y de intensidad igual a la columna litostática, en la pared externa del revestimiento. Los resultados obtenidos comprueban que, para la solución del problema de revestir uma sección salina, es fundamental un trabajo eficiente de cimentación primaria de los revestimientos, concéntricos, frente a la sal. Al final, se examina el comportamiento de fluencia de una sección evaporítica típica de um pozo de perforación de la Bacia de Campos, comparando las simulaciones numéricas con mediciones in situ.

[pt] Nesta tese, a teoria das hastes de Cosserat é revisitada e aplicada à dinâmica de coluna de perfuração. O objetivo é estudar o comportamento dessas estruturas dentro de poços de petróleo curvos. Para atingir este objetivo, um modelo estrutural determinístico é construído onde as tubos de perfuração (drill-pipes) e o conjunto de fundo (bottom hole assembly) são considerados como uma estrutura unidimensional de Cosserat. Em seguida, é desenvolvida uma estratégia para tratar o contato lateral em poços com configuração curvilínea. Depois disso, o problema de contorno livre é tratado mediante uma estratégia que considera como a condição de borda evolui à medida que a estrutura de perfuração avança. Isto é feito mediante uma formulação de interação broca-rocha que deve considerar a dinâmica de corte. Para isso, uma equação extra, de advecção, é resolvida junto com as equações de movimento de Cosserat. Em seguida, alguns casos de aplicação são apresentados. Numa primeira instancia, alguns elementos do problema são avaliados separadamente. Seguidamente, eles são integrados e analisados de forma conjunta. Por exemplo, primeiramente uma coluna de perfuração sem contato de fundo (off-bottom) é simulada, ou seja, sem contato broca-rocha, para estudar o comportamento e a implementação da estratégia para o contato lateral. Aqui também são calibrados alguns dos parâmetros do modelo de atrito. Em seguida, a estratégia para contabilizar o corte na rocha é implementada em um modelo 2-DOF de baixa dimensão e em um semi-discreto onde a dinâmica de torção é modelada como uma equação de onda. Os resultados mostram que o uso de abordagens contínuas resulta mais apropriade que aquelas onde se utilizam modelos de baixa dimensãom, particularmente quando são consideradas colunas longas, e quando há interesse em analisar não apenas o comportamento da broca, mas também o comportamento do sistema mecânico ao longo dos tubos de perfuração. Isso é reforçado por outro exemplo onde a dinâmica de corte é combinada com a formulação de Cosserat. Observações semelhantes do ponto de vista qualitativo são encontradas. Resumindo os resultados obtidos, as diferenças nas previsões dadas pelos modelos de baixa dimensão e o de unidimensional de Cosserat justificam o desenvolvimento e aplicação da abordagem com esta formulação em estruturas de perfuração. Finalmente, a modo de introduzir outro aspecto importante em colunas de perfuração e que pode ser uma linha de pesquisa para continuar o trabalho, a variabilidades presente em elementos como rocha, inclui-se um caso de aplicação considerando um poço horizontal e um campo estocástico de atrito. / [en] In this thesis, the theory of Cosserat rods is applied to the dynamics of drill-strings. The main objective is to evaluate the behaviour of these strings when they move within curved wells. To achieve this goal, a deterministic structural model is constructed, where the drill-pipes and the bottom hole assembly are taken as a Cosserat rod. Next, a strategy to deal with the lateral contact in curved well configurations is developed. After that, the free boundary problem is assessed: while drilling, the boundary changes due to cutting, modifying the position of the soil and, consequently, changing the bit-rock interaction forces. For this reason, a bit-rock model that can account for the cutting dynamics is adopted, in which an extra advection equation is solved together with the equations of motion of the Cosserat rod. Next, application cases are provided. First, some effects included in the model are tested in isolation, such as the lateral friction, the lateral contact, and the cutting. After that, they are all combined. In the first analysis, an off-bottom string is simulated, i.e. without contact at the bit. This allows testing the formulation associated with the lateral contact. Also, the calibration of the lateral friction parameters is made. Following that, the strategy to account for the cutting at the bit is implemented in a low-dimensional 2-DOF model, and in a semi-discrete model with a continuous wave equation for the torsional dynamics. The results show that the use of continuous approaches is more appropriate than low-dimensional models. Especially when long columns are considered, and when there is interest in understanding not only the behaviour at the bit but also along drill-pipes. This finding is reinforced by another application where the cutting dynamics are combined with the Cosserat rod formulation. Again, similar observations from a qualitative point of view are found. Overall, the differences in the results between the lumped low-dimensional models and the continuous Cosserat rod justify the development and application of the Cosserat approach to drilling structures. Finally, an introductory stochastic analysis concerning the variability of the rock is presented as an introduction to a future line of research, where stochasticity is included. / [es] En esta tesis, la teoria de Cosserat para elementos unidimensionales es revisitada y aplicada a la simulación de columnas de perforación. El objetivo es estudiar el comportamiento de estas estructuras en pozos de geometría curva. Para alcanzar este objetivo se construye un modelo determinístico. En este modelo, los caños de perforación (drill-pipes) y el conjunto de fondo (bottom hole assembly) son modelados como una estructura unidimensional de Cosserat. Seguidamente, una estrategia para tratar con el contacto lateral en pozos curvos es desarrollada. Luego, el problema de frontera libre es estudiado: durante la perforación, la condición de borde cambia debido al cambio del perfil altimétrico del terreno, alterando su posición y consecuentemente las fuerzas asociadas a la interacción broca-roca. Por esta razón, se decide utilizar un modelo de interacción broca-roca que tiene en cuenta la dinámica del corte. En este abordaje una ecuación extra, la ecuación de advección, es resuelta en forma acoplada con las ecuaciones del movimiento de la estructura de Cosserat. Algunos ejemplos de aplicación son presentados. En una primera instancia, algunos de los elementos del problema son estudiados en forma aislada. Luego combinados en un modelo completo. Por ejemplo, el caso de una columna sin contacto de fondo (off-bottom) es tratado para evaluar el comportamiento y la implementación de la estrategia mencionada para detectar el contacto lateral. Además, se efectúa la calibración de alguno de los parámetros relacionados con la fricción lateral. Luego, la estrategia para considerar el corte en la punta es implementada en un modelo de 2-DOF, y en otro semi-discreto donde se considera un modelo de ecuación de onda para la dinámica torsional. Los resultados muestran que el uso de formulaciones continuas es más apropiado que aquellas formulaciones donde se utilizan modelos de dimensiones reducidas, particularmente cuando se estudia columnas largas donde el interés se centra en entender no solo el comportamiento de la broca sino también a lo largo de la tubería. Este resultado es reforzado por otro caso de aplicación en donde se combina la dinámica de corte con un modelo de Cosserat. Observaciones similares son vistas en el comportamiento cualitativo de la solución. En resumen, las diferencias observadas en los diferentes ejemplos de aplicación entre los modelos de dimensiones reducidas y el modelo continuo de Cosserat justifican el desarrollo y la aplicación de la teoría de Cosserat a estructuras de perforación. Finalmente, dado que uno de los objetivos planteados también es considerar la variabilidad en algunos elementos como ser las propiedades de la roca, un caso de aplicación considerando un pozo horizontal es mostrado.