Perforación en el modo de deslizamiento con torsión Durante muchas décadas, el arreglo de motor de lodo y cubierta acodada desempeñó un rol crucial en las operaciones de perforación direccional; sin embargo, la técnica utilizada para perforar tramos laterales generaba velocidades de perforación lentas. Un sistema de control del torque instalado en la superficie está ayudando a los perforadores a llegar más lejos y al mismo tiempo mejorar las velocidades de penetración y el control de la orientación de la herramienta.
Steven Duplantis Houston, Texas, EUA Traducción Traducción del artículo publicado en Oilfield Review 28, no. 2 (Mayo de 2016). Copyright© 2016 Schlumberger. Schlumberger. Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Edina Halilagic y a Brandon Mills, Houston. Slider es una marca de Schlumberger.
Los pozos direccionales han dado impulso a la producción de petróleo y gas, especialmente en las extensiones productivas no convencionales, en las que los pozos horizontales y de alcance extendido maximizan la exposición del pozo a
través de las zonas productivas. En muchos de estos pozos, los motores de lodo direccionales resultaron cruciales para el logro de la trayectoria necesaria para alcanzar las zonas objetivo de los operadores. Los perforadores direccionaRotación
1. Maidla E y Haci M: “Understanding Torque: The Key to Slide-Drilling Directional Wells,” artículo IADC/SPE 87162, presentado en la Conferencia de Perforación de las IADC/SPE, Dallas, 2 al 4 de marzo de 2004. Flujo de lodo
Patín de desgaste 2 . 7 7
Curva efectiva 3 . 0 0
3 . 0 0
2 . 8 9
2 . 8 9
2 . 7 7 2 . 6 0
Cubierta de protección
2 . 3 8
Estator
Rotor
Figura 1. Motor de lodo típico. La cubierta acodada del motor de lodo (izquierda) es la clave para efectuar la desviación del pozo y controlar su trayectoria mientras el rotor hace girar la barrena. El codo (curva) de la cubierta se ajusta en el piso de perforación mediante un disco selector (cuadrante) cuando la brigada de perforación arma el arreglo de fondo de pozo; en este caso, el codo se fijó en 2,89 grados (centro ).). Si se selecciona un codo más grande, el perforador puede obtener una curva con un radio menor. El motor, instalado justo por encima de la barrena, consiste en un rotor excéntrico dentro de un estator elastomérico (derecha). A medida que el lodo de perforación fluye a través del estator, desplaza el eje del rotor helicoidal, haciendo que el eje rote dentro de la cubierta de protección del estator, lo que produce la rotación de la barrena.
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Oilfield Review
les emplean motores de fondo de pozo cuando desvían el pozo, incrementan el ángulo, perforan secciones tangentes y mantienen la trayectoria. La curva (o codo) del alojamiento de los cojinetes del motor es clave para direccionar la barrena hacia su objetivo. La curva, ajustable en la superficie, puede hacerse oscilar entre 0° y 3°. Esta curva leve basta para direccionar la barrena en una dirección dada y a la vez es suficientemente pequeña para permitir la rotación de todo el arreglo del motor de fondo de pozo durante la perforación rotativa. Esta deflexión aparentemente leve determina la velocidad con la que el motor incrementa el ángulo para establecer una nueva trayectoria de pozo. Mediante la orientación de esa curva en una dirección específica, denominada ángulo de orientación de la herra-
Desviación 1
Sección de incremento angular, 3°/100 pies
Sección tangente
Capa guía Desviación 2 Sección de incremento angular, 3°/100 pies
Tramo lateral
Yacimiento
Pozo en calibre Cubierta acodada Desviación
Sección de incremento angular
Modo rotativo
Modo de deslizamiento
Incremento del diámetro provocado por la inclinación de la barrena hacia afuera
Figura 2. Perforación utilizando una cubierta acodada. En el modo de rotación, la barrena avanza a través de un trayecto recto paralelo al eje de la sarta de perforación, que también rota. Dado que la cubierta acodada hace que la barrena se incline algunos grados hacia afuera, la barrena perfora un pozo de diámetro levemente mayor que su diámetro. Cuando el perforador pasa al modo de deslizamiento, sólo rota la barrena. El pozo resultante está en calibre y sigue el eje del BHA que se encuentra por debajo de la cubierta acodada.
Volumen 28, no.2
Figura 3. Trayectoria de la perforación direccional. Después de perforar verticalmente el pozo hasta el punto especificado de comienzo de la desviación, el motor de lodo es utilizado para incrementar el ángulo mientras se perfora en el modo de deslizamiento. Cuando se logra el ángulo objetivo, se puede perforar una sección tangente en línea recta en el modo rotativo. Mientras el BHA mantiene la inclinación y el azimut, el perforador recurre al modo de deslizamiento sólo cuando la dirección de perforación se desvía de la trayectoria planificada. En algunos campos petroleros, las herramientas LWD pueden detectar le presencia de una capa estratigráfica guía por encima del yacimiento, lo que insta al perforador a iniciar una segunda sección de deslizamiento para asentar el pozo horizontalmente dentro del yacimiento. mienta, el perforador puede modificar la inclinación y el azimut del trayecto del pozo. Para mantener la orientación de esa curva y así modificar la trayectoria del pozo, no se debe permitir que la sarta de perforación rote y es aquí donde hace su aparición el motor de lodo. Un motor de lodo es un tipo de motor de desplazamiento positivo al que alimenta el fluido de perforación. Un arreglo de estator y rotor helicoidal excéntrico acciona el motor de lodo (Figura 1). A medida que se bombea en el pozo, el fluido de perforación fluye a tra vés del estator y hace girar el rotor. El motor de lodo convierte la potencia hidráulica en potencia mecánica para hacer girar un eje de transmisión que hace rotar la barrena. Mediante la utilización de motores de lodo, los perforadores direccionales alternan entre el modo de perforación por rotación y el modo de perforación por deslizamiento. En el primer modo, la unidad de mando superior o la mesa rotativa del equipo de perforación hace rotar toda la sarta de perforación para transmitir la potencia a la barrena. Esta rotación permite que la curva del alojamiento de los cojinetes del motor apunte igualmente en todas las direcciones y mantenga
así un trayecto de perforación recto (Figura 2). En la mayoría de las operaciones de nuestros días, las herramientas de adquisición de mediciones durante la perforación (MWD) proporcionan mediciones de la inclinación y el azimut en tiempo real, que alertan al perforador acerca de cualquier desviación respecto del curso previsto. Para corregir esas desviaciones o modificar la trayectoria del pozo, el perforador pasa del modo de rotación al modo de deslizamiento. En este último, la sarta de perforación no rota, sino que el motor de fondo de pozo hace girar la barrena y el pozo se perfora en la dirección que señala la barrena, lo que es controlado por la orientación de la herramienta. Tras corregir el curso y restablecer la trayectoria del pozo necesaria para acceder al objetivo, el perforador puede regresar al modo de rotación (Figura 3). De los dos modos, el modo de deslizamiento es menos eficaz; el alcance lateral normalmente se logra a expensas de la velocidad de penetración (ROP). La velocidad de penetración que se alcanza utilizando los métodos de deslizamiento convencionales en general promedia entre el 10% y el 25% de la velocidad lograda en el modo de rotación. 1 Por el
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contrario, mediante la rotación de toda la sarta de perforación, los perforadores obtienen una ventaja sustancial en relación con la ROP. Este artículo describe un sistema automatizado que ayuda a los perforadores a lograr incrementos significativos del alcance horizontal con velocidades de penetración perceptiblemente más rápidas. La experiencia de campo en Colorado, EUA, ilustra cómo un sistema de oscilación (balanceo) del torque (esfuerzo de torsión) puede ayudar a los operadores a explotar las extensiones productivas no convencionales. Los desafíos de la perforación por deslizamiento Para iniciar un deslizamiento, el perforador primero debe orientar la barrena para perforar en alineación con la trayectoria propuesta en el plan del pozo. Esta práctica requiere que el perforador detenga la perforación, levante la barrena del fondo del pozo y mueva la columna de perforación con movimiento alternativo para aliviar cualquier torque que se hubiera desarrollado en la sarta de perforación. Luego, el perforador orienta el motor de lodo de fondo de pozo utilizando las mediciones MWD de la orientación de la herramienta en tiempo real para asegurarse de obtener la desvia-
ción especificada del pozo. Después de este lento proceso de orientación, el perforador aplica el freno de la unidad de mando superior para evitar la rotación posterior desde la superficie. El deslizamiento comienza cuando el perforador suelta el freno del malacate para controlar la carga en el gancho, lo que a su vez afecta la magnitud del peso impuesto en la barrena. Para mantener el rumbo de la trayectoria, se aplican al torque pequeños ajustes manuales hacia la derecha y hacia la izquierda con el fin de direccionar la barrena según sea necesario. A medida que se incrementa la profundidad o el alcance lateral, la sarta de perforación es sometida cada vez a mayor fricción y arrastre. A su vez, estas fuerzas afectan la capacidad del perforador para transferir el peso a la barrena y controlar la orientación de la herramienta durante el deslizamiento, lo que dificulta el logro de suficiente ROP y el mantenimiento de la trayectoria hasta el objetivo. Esos problemas con frecuencia incrementan el tiempo de perforación, lo que puede incidir adversamente en la rentabilidad del pro yecto y en última instancia limitar la longitud de un tramo lateral. La capacidad para transferir el peso a la barrena afecta diversos aspectos de la perfora-
ción direccional. El perforador transfiere el peso a la barrena soltando, o retardando, el freno. Esta acción transfiere parte de la carga en el gancho, o del peso de la sarta de perforación, a la barrena.2 La diferencia entre el peso impuesto en la barrena y la cantidad de peso puesto a disposición al soltar el freno en la superficie es causada principalmente por el arrastre. A medida que se incrementa la desviación horizontal de un pozo, también lo hace el arrastre longitudinal de la columna de perforación a lo largo del pozo. El control del peso en la barrena, a lo largo de todo el modo de deslizamiento, se dificulta aún más debido a la elasticidad de la sarta de perforación, que permite que la tubería se mueva de manera no proporcional. Esta elasticidad puede hacer que un segmento de la sarta de perforación se desplace mientras otros segmentos permanecen fijos o se mueven a velocidades diferentes. 3 La limpieza deficiente del pozo también puede afectar la transferencia del peso. En el modo de deslizamiento, la limpieza del pozo es menos eficiente porque no se produce rotación alguna de la tubería que facilite el flujo turbulento; esta condición reduce la capacidad de transporte de sólidos del fluido de perforación. Por el contrario, los sólidos se acumulan en el lado bajo del pozo
Unidad de mando superior
Torque máximo aplicado en la superficie
Rotación solamente
D e s
l
i z
a
m
i
e n t o
m
F
r i
c c i ó
n
á s
t o
r Profundidad de oscilación máxima Punto de q u e d i n e á l a u m i n i c a d a d d d e l e m a r a n d o t a o s u pe ri o c i r ó n Deslizamiento solamente
interferencia
Barrena
d
Fricción estática Torque mínimo aplicado en la superficie
Torque reactivo mínimo
Motor de lodo Deslizamiento más torque reactivo Fricción dinámica Torque reactivo máximo
Figura 4. Torque versus fricción. El arrastre longitudinal a lo largo de la sarta de perforación puede ser reducido desde la superficie hasta una profundidad de oscilación máxima, en la que la fricción y el torque impuesto se encuentran en equilibrio. Mediante la manipulación de las oscilaciones del torque aplicado en la superficie, este punto puede desplazarse hasta una profundidad suficiente como para producir una reducción significativa del arrastre. De un modo similar, el torque reactivo proveniente de la barrena genera vibraciones que se propagan de regreso hacia la superficie, rompiendo la fricción y el arrastre longitudinal a través de la sección inferior de la sarta de perforación hasta un punto de interferencia en el que el torque es balanceado por la fricción estática. Existe una zona intermedia que no es afectada por la oscilación del torque aplicado en la superficie ni por el torque reactivo. Mediante el monitoreo continuo del torque, el WOB y la ROP durante la perforación en modo de deslizamiento, el sistema Slider ayuda a minimizar la longitud de esta zona intermedia y, de ese modo, reduce el arrastre longitudinal.
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Oilfield Review
en capas de recortes que incrementan la fricción sobre la columna de perforación, lo que dificulta el mantenimiento de un peso constante sobre la barrena (WOB). Las diferencias en las fuerzas de fricción entre la columna de perforación dentro del pozo entubado y la columna en agujero descubierto pueden hacer que el peso sea liberado súbitamente, como sucede cuando las herramientas quedan colgadas en los asientos de chavetas y los resaltos. Una transferencia repentina de peso a la barrena, que exceda la capacidad del motor de fondo de pozo, puede hacer que la rotación de la barrena se detenga abruptamente y que el motor se bloquee. Los bloqueos frecuentes pueden dañar el estator del motor, dependiendo de la cantidad del peso transferido. El perforador debe operar el motor dentro de un rango de carga estrecho para mantener una ROP aceptable sin bloqueos.4 En la consola del perforador, un bloqueo inminente podría ser indicado como un incremento del WOB pero sin el correspondiente incremento significativo de la presión de fondo de pozo que señala que efectivamente se ha producido un incremento del WOB en el fondo del pozo. En algún momento, el indicador de WOB mostrará una reducción abrupta, lo que señala una transferencia repentina de fuerza de la sarta de perforación a la barrena. 5 Los incrementos producidos en el arrastre obstaculizan la capacidad del perforador para remover el torque en el fondo del pozo, lo que hace aún más difícil fijar y mantener la orientación de la herramienta.6 La orientación de la herramienta es afectada por el torque y el WOB. Cuando se aplica peso a la barrena, el torque en la barrena se incrementa. El torque es transmitido hacia el fondo del pozo por la sarta de perforación, que rota hacia la derecha en sentido horario. Cuando se aplica peso en la barrena, también se desarrolla un torque reactivo que actúa en la dirección opuesta. Este torque hacia la izquierda es transferido en sentido ascendente desde la barrena hasta la porción inferior de la sarta de perforación. El torque reactivo se incrementa a medida que aumenta el peso y alcanza su valor
máximo cuando el motor se bloquea. Este torque reactivo también afecta la orientación del motor. El torque reactivo debe ser tomado en cuenta cuando el perforador trata de orientar el motor de perforación desde la superficie. En la práctica, el perforador puede introducir cambios pequeños en la orientación de la herramienta por medio de la modificación del WOB en el fondo del pozo, lo que a su vez modifica el torque reactivo. Para generar cambios más grandes, el perforador puede levantar la barrena del fondo del pozo y reorientarla. Incluso después de lograr la orientación especificada, mantener esa orientación puede constituir un desafío. El arrastre longitudinal se incrementa con el alcance lateral y la transferencia de peso a la barrena se vuelve más errática a lo largo de la sección horizontal, lo que permite que se desarrolle un torque reactivo y que, en consecuencia, cambie el ángulo de orientación de la herramienta. 7 El esfuerzo y el tiempo perdido en la orientación de la herramienta pueden incidir adversamente en el tiempo productivo del equipo de perforación.
2. La carga en el gancho incluye algo más que sólo el peso de la sarta de perforación en el aire; es la fuerza total que tira del gancho cuando cuelga por debajo del bloque viajero (aparejo móvil) de la torre. Esta fuerza t otal incluye el peso de la sarta de perforación, los portamechas (lastrabarrenas) y los equipos auxiliares, reducida por cualquier fuerza que tienda a disminuir el peso. Y puede incluir además la fricción a lo largo de las paredes del pozo y las f uerzas de flotabilidad ejercidas sobre la sarta de perforación a causa de su inmersión en el fluido de perforación.
3. Maidla y Haci, referencia 1. 4. Tello Kragjcek RH, Al-Dossary A, Kotb W y Al Gamal A: “Automated Technology Improved the Efficiency of Directional Drilling in Extended Reach Wells in Saudi Arabia,” artículo SPE 149108, presentado en el Simposio y la Exhibición Técnica de la Sección de Arabia Saudita de las SPE/DGS, Al-Khobar, Arabia Saudita, 15 al 18 de mayo de 2011.
Volumen 28, no.2
El sistema Slider Corregir y mantener manualmente la orientación de la herramienta puede constituir un proceso dificultoso. La eficiencia de la perforación depende en gran medida de la capacidad del perforador para: • transferir el peso a la barrena sin bloquear el motor de lodo • reducir el arrastre longitudinal lo suficiente como para lograr y mantener el ángulo de orientación deseado de la herramienta • lograr una ROP aceptable. El sistema automatizado de control de rotación de superficie Slider fue desarrollado para ayudar a los operadores a recuperar parte del desempeño de perforación de una sarta de perforación rotativa convencional. La interfaz Slider interactúa con el sistema de control de la unidad de mando superior para hacer rotar la sarta de perforación hacia atrás y hacia adelante. Esta técnica de oscilación o balanceo del torque reduce el arrastre longitudinal a lo largo de parte de la sarta de perforación durante la perforación en el modo
de deslizamiento. La oscilación hacia atrás y hacia adelante somete a la sarta de perforación superior a un movimiento tangencial casi constante, produciendo un coeficiente de fricción dinámico, que es menor que el coeficiente de fricción estático generado por la tubería que no rota. La oscilación también ayuda a reducir la fricción axial a lo largo de la sarta de perforación. No obstante, este movimiento no necesariamente se transmite a lo largo de todo el recorrido hasta la barrena ya que también intervienen otros procesos. El torque proveniente de la unidad de mando superior hace rotar la sarta de perforación desde la superficie hasta una profundidad de oscilación máxima, en la que la fricción contra los lados del pozo impide que la tubería gire. Al mismo tiempo, a medida que hace girar la barrena, el motor de lodo genera un torque reactivo en la dirección opuesta. Este torque es transmitido por la sarta de perforación a lo largo de una distancia corta hasta que es superado por la fricción en algún punto situado entre el fondo del pozo y el BHA, denominado punto de interferencia (Figura 4). A lo largo de todo el intervalo existente entre la barrena y el punto de interferencia, la componente de velocidad del torque reactivo impone una reducción del arrastre longitudinal a lo largo de la porción inferior de la sarta de perforación y posiblemente un cambio en la orientación de la herramienta. Entre la profundidad en la que el torque de superficie es superado por la fricción y el punto en que el torque reactivo es superado por la fricción, la tubería no rota. Esta sección de la sarta de perforación, que no posee movimiento tangencial, se desplaza por deslizamiento solamente y es sometida a una fricción estática, que es mayor que la fricción dinámica de la tubería en movimiento. La localización del punto de interferencia varía con los cambios producidos en la cantidad de torque reactivo. Para minimizar efectivamente el intervalo de deslizamiento entre la profundidad de oscilación y el punto de interferencia, y a la vez mantener la profundidad de oscilación máxima relativamente constante, se debe utili zar un sistema de control automatizado. 5. Maidla E, Haci M, Jones S, Cluchey M, Alexander M y Warren T: “Field Proof of the New Sliding Technology for Directional Drilling,” artículo SPE/IADC 92558, presentado en la Conferencia de Perforación de las SPE/IADC, Ámsterdam, 23 al 25 de febrero de 2005. 6. Maidla y Haci, referencia 1. 7. Maidla y Haci, referencia 1.
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0
s e i p , n ó i s r o t a l e d d a d i d n u f o r P
Figura 5. Gráfica de torque versus profundidad. El torque aplicado en la superficie tenderá a producir la torsión de la sarta de perforación hasta una cierta profundidad que dependerá del arrastre encontrado a lo largo de la tubería y de su espesor y peso. En este modelo, 2 000 lbf-pies de torque aplicado en la superficie producirán la torsión de la tubería hasta una profundidad de 6 400 pies. (Adaptado de Maidla et al, referencia 5.)
2 000 4 000 S i n r e d u c c i ó n d e l a f r i c c i ó n
6 000 8 000
T o r q u e r e a ct i v o
10 000 12 000 0
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
7 000
8 000
Torque aplicado en la superficie, lbf-pies
0
Torque rotativo lbf
20 000
0
Peso sobre la barrena 1 000 lbf
100 0
Velocidad rotativa rpm
150 0
0
Presión diferencial lpc
800 0
Carga en el gancho 1 000 lbm
300 0
Modo de rotación
Modo manual
Modo Slider
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Orientación de la herramienta grados 360 Velocidad de penetración pies/h
50
Figura 6. Comparación de los parámetros de perforación en modo de rotación y en modo de deslizamiento. La velocidad de penetración (ROP) y el control de la orientación de la herramienta dependen en gran medida de la capacidad del perforador para transferir el peso a la barrena y contrarrestar los efectos del torque y el arrastre entre ambos modos. La mejor ROP se logra en el modo de rotación (extremo superior ); sin embargo, la orientación de la herramienta varía drásticamente ya que no existe intento alguno de controlarla (carril 3). La carga en el gancho (carril 2) y el peso sobre la barrena (WOB) permanecen bastante constantes, en tanto que la presión diferencial (carril 1) muestra un leve incremento a medida que se incrementa la profundidad. Para comenzar con el deslizamiento manual (centro ), el perforador levanta la herramienta del fondo del pozo para liberar el torque atrapado; durante este tiempo, el WOB (carril 1) se reduce en tanto que la carga en el gancho (carril 2) se incrementa. Conforme avanza la perforación, las inconsistencias asociadas con la presión diferencial —la diferencia entre las presiones cuando la barrena se encuentra en el fondo y cuando se levanta del fondo— indican una transferencia deficiente del pe so a la barrena (carril 1). Los picos del torque rotativo indican los esfuerzos del perforador direccional para orientar la herramienta y mantener su orientación (carril 2). El control de la orientación de la herramienta es deficiente debido a las dificultades involucradas en la transferencia del peso a la barrena, que también se refleja en la ROP deficiente (carril 3). Mediante la utilización del sistema automatizado Slider (extremo inferior ), el perforador direccional recuperó rápidamente la orientación de la herramienta. Y cuando se incrementó el WOB, la presión diferencial fue consistente, lo que demostró una buena transferencia del peso (carril 1). El peso sobre la barrena durante una operación con el sistema Slider es menor que durante una operación de deslizamiento manual. La oscilación de la columna de perforación de izquierda a derecha es constante a través del deslizamiento (carril 2). La ROP promedio es sustancialmente más alta que la velocidad de penetración lograda durante el deslizamiento manual y la orientación de la herramienta es más consistente (carril 3).
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Figura 7. Representación gráfica del sistema Slider. Los parámetros de desempeño de fondo del pozo son monitoreados y controlados por medio de una interfaz de computadora portátil entre la unidad de mando superior y el sistema Slider. El perforador direccional puede configurar esta representación para que muestre diversos parámetros clave, tales como la orientación de la herramienta (disco o cuadrante,en el centro ) y el torque y la presión diferencial (gráfica, extremo inferior derecho ). Las curvas de torque muestran valores más altos para el torque de la derecha (amarillo) que para el torque de la izquierda (naranja). Las teclas de subida y bajada (arriba/abajo) permiten al perforador fijar los valores para el torque de la izquierda y de la derecha (extremo superior izquierdo ). Se pueden agregar incrementos breves del torque por encima de los valores fijados para un ciclo de oscilación por medio de golpeteos a la izquierda o a la derecha (centro, a la izquierda ). El perforador puede anular de inmediato la acción del sistema presionando el botón inhabilitador (extremo superior derecho ). La cantidad de torque de superficie proveniente de la unidad de mando superior dictamina en gran parte la distancia a lo largo del pozo a través de la cual se transmitirá el movimiento de oscilación. Esta relación entre el torque y la profundidad de oscilación puede ser modelada utilizando los programas convencionales de torque y arrastre (Figura 5). Sin embargo, estos programas no son necesarios cuando se utiliza el sistema Slider. Por medio de la utilización de los datos de la carga en el gancho de superficie y la presión de la tubería de subida vertical además de las mediciones MWD del ángulo de orientación de la herramienta en el fondo del pozo, el sistema Slider determina automáticamente la cantidad de torque de superficie necesario para transferir el peso a la barrena, lo que elimina la necesidad de levantar la barrena del fondo del pozo para
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efectuar correcciones en la orientación de la herramienta (Figura 6). Esto se traduce en una operación de perforación eficiente y reduce el desgaste del equipo de fondo de pozo. El hardware del sistema El hardware del sistema Slider consiste en un paquete compacto que aloja el sistema de circuitos y los sensores necesarios para la interacción con el sistema de control de la unidad de mando superior del equipo de perforación. Una pieza de interconexión se encuentra instalada en el panel de control para la unidad de mando superior y el sistema está montado en la consola del perforador. La instalación requiere normalmente menos de dos horas sin interrupción alguna de la perforación. Las conexiones del sistema Slider no demandan ninguna modificación del mecanismo de la unidad
de mando superior del contratista de perforación ni cambio alguno en el equipo de perforación. El sistema se instala enteramente en la superficie y no posee componente alguno de fondo de pozo que pueda perderse en el mismo. Para garantizar la seguridad operacional, el sistema está diseñado para permitir la intervención manual en cualquier momento. La interfaz del perforador direccional consiste en una computadora portátil reforzada con una pantalla configurada para permitir al perforador comandar el sistema Slider y a la vez monitorear los parámetros de superficie y de fondo de pozo (Figura 7). El sistema Slider toma datos de entrada, tales como el ángulo de orientación de la herramienta MWD, el torque de superficie y la presión de la tubería de subida vertical, derivados de las mediciones ya disponibles en el equipo
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Wyoming
Cuenca Denver-Julesburg
Nebraska
Campo Wattenberg
Colorado
Kansas
EUA
Figura 8. Campo Wattenberg. El prolífico campo Wattenberg se encuentra ubicado en el sector centro-septentrional de Colorado, EUA, en la cuenca Denver-Julesburg.
de perforación. La medición de la orientación de la herramienta MWD se utiliza para determinar la magnitud de la corrección necesaria para restituir la orientación al ángulo requerido para perforar la trayectoria prescripta. La presión de la tubería de subida vertical de superficie constituye un indicador del torque reactivo. El software Slider procesa estos datos de entrada para determinar si es necesario aplicar más torque en la sarta de perforación a fin de mantener el ángulo de orientación de la herramienta y la ROP. Para comenzar a perforar en modo de deslizamiento, el perforador puede activar el sistema Slider y poner en marcha la acción automática de oscilación, que aplica el torque de manera alternada hacia la derecha y hacia la izquierda. La transferencia de peso es controlada por el torque variable aplicado en la superficie para compensar los cambios producidos en el torque reactivo. Las correcciones del ángulo de orientación de la herramienta se implementan a través de pulsos de torque adicionales durante los ciclos de oscilación. 8 Para cada ciclo de torque a la izquierda o a la derecha, se
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produce un correspondiente pico de la presión diferencial, lo que indica que se está transfiriendo peso a la barrena. Para ajustar la orientación de la herramienta, el perforador puede controlar la magnitud y la frecuencia de los pulsos de torque durante un ciclo de oscilación. La experiencia de campo La tecnología Slider ha sido esencial para el desarrollo de las extensiones productivas no con vencionales de toda América del Norte. El campo Wattenberg, uno de los más prolíficos de la cuenca Denver-Julesburg, se encuentra ubicado en el Condado de Weld, en Colorado. Un operador líder del área utilizó el sistema Slider en ese campo para perforar los pozos horizontales de la extensión productiva gasífera Niobrara de edad Cretácico (Figura 8). Uno de esos pozos, cuya perforación se inició en febrero de 2016, fue perforado en sentido vertical hasta el punto de comienzo de la desviación y luego se perforó en dirección oeste hasta su punto de asentamiento en la zona de la extensión
productiva de Niobrara. A partir de X X25 pies, el perforador direccional controló manualmente la perforación en el modo de deslizamiento y a la vez logró una ROP promedio de 11,6 m/h [38 pies/h]. Tras incorporar el sistema automatizado Slider, el perforador reportó una ROP promedio de 15,5 m/h [51 pies/h], logrando un mejoramiento en la ROP del 34% respecto de la ROP del deslizamiento controlado manualmente (Figura 9). El sistema Slider fue incorporado varias veces durante la perforación de este pozo. Cada vez que la trayectoria comenzaba a desviarse más allá de las tolerancias especificadas, el perforador direccional pasaba del modo de rotación al modo de deslizamiento para volver a posicionar el pozo en su curso. Las comparaciones entre el deslizamiento controlado manualmente y el deslizamiento automatizado con el sistema Slider mostraron incrementos sistemáticos de la ROP con respecto al método manual. 8. “Slider: New Level of Efficiency to Directional Drilling,” Drilling Contractor 11, no. 4 (Julio–Agosto de 2004): 28–31.
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0 0 Prof., Tiempo, pies
h:min 0
Orientación de la herramienta grados 360 0
Torque rotativo lbf
34,39 0
Carga en el gancho 1 000 lbm
300 0
Velocidad rotativa rpm
80 0
Peso sobre la barrena 1 000 lbm
100 0
Velocidad de penetración pies/h
300 0
Bomba 1 Emboladas/min
200
Presión de la tubería de subida lpc 12 000 Presión diferencial lpc
1 000
07:12 07:14 07:16 07:18 07:20 07:22 X X25
07:24 07:26 07:28 07:30 07:32
X X35
07:34 07:36 07:38 07:40 07:42 07:44
X X47
07:46 07:48 07:50
Figura 9. Mejoramiento de la ROP. Una representación de los parámetros de perforación indica que entre X X25 pies y X X35 pies, el perforador direccional controlaba las operaciones de perforación por deslizamiento manualmente. Después de los 16 minutos requeridos para la perforación de ese intervalo (con una ROP promedio de 38 pies/h), el perforador activó el sistema automatizado Slider. Habiendo perforado el intervalo comprendido entre X X35 y X X47 pies en 14 minutos (con una ROP promedio de 51 pies/h), el perforador logró un mejoramiento en la ROP del 34%.
Más rápido y más lejos Mediante la detección de la cantidad de torque de superficie requerido para transferir el peso a la barrena y la eliminación de la necesidad de levantar la herramienta del fondo del pozo para efectuar correcciones en la orientación de la herramienta, el sistema automatizado de control de rotación de superficie Slider posibilita que se produzcan incrementos sustanciales en la ROP y el alcance lateral de los pozos direccionales. El balanceo, u oscilación, de la sarta de perforación hacia atrás y hacia adelante ayuda al perforador a superar la fricción y de ese modo reducir el arrastre de la sarta de perforación. Además de disminuir el
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arrastre, los operadores pueden reducir la cantidad de aditivos para lodo utilizados normalmente para la lubricación. El sistema automatizado Slider habitualmente aplica menos WOB para mantener el control de la orientación de la herramienta y experimenta muchos menos bloqueos del motor que los experimentados con la perforación en modo de deslizamiento manual. Al lograr un control sistemático de la orientación de la herramienta, este sistema automatizado de balanceo del torque posibilita la obtención de secciones horizontales más largas, con menos tortuosidad, lo que en última instancia se traduce en un incremento de la producción. —MV
Colaborador Steven Duplantis se desempeña como gerente de operaciones para Schlumberger en Houston, en donde supervisa las operaciones cotidianas, las ventas y el desarrollo del sistema automatizado de control de rotación de superficie Slider. Steven comenzó su carrera petrolera en el año 1994 y ocupó posiciones en MD Totco, Noble Engineering y Epoch/Optidrill. Desde el año 2006, se ha enfocado en el sistema Slider, trabajando como ingeniero y coordinador de campo involucrado en las pruebas y los ensayos de campo del sistema Slider, además de la i mplementación y el desarrollo constante de las características de avanzada de la l ínea de productos Slider.
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