Cap 01 - Generalidades de la perforación UBD [Unlocked by www.freemypdf.com].pdf

GENERALIDADES DE LA PERFORACION BAJO BALANCE

Hoja dejada en Blanco Intencionalmente

Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados

Generalidades de la Perforación Bajo Balance Página 2 de 27

TABLA DE CONTENIDO 1.

Generalidades de la Perforación Bajo Balance ........................................................... 5

1.1 1.2 1.3

Definición de la Perforación Bajo Balance .................................................................................. 5 Historia de la Perforación Bajo Balance ..................................................................................... 7 Tecnologías relacionadas con la perforación Bajo Balance ....................................................... 9

1.4 1.5

Ventajas y desventajas ............................................................................................................. 10 Limitaciones de la perforación Bajo balance ............................................................................ 16 1.5.1

Estabilidad del agujero ............................................................................................ 16

1.5.2

Zonas de Influjo de Agua ......................................................................................... 17

1.5.3

Limitaciones relacionadas con MWD y Equipo de fondo de pozo .......................... 18

1.5.4

Formación Inadecuada - Candidato Erróneo .......................................................... 19

1.5.5

Limitaciones de Seguridad y Medio Ambientales .................................................... 20

1.5.6

Limitaciones Asociadas a la Localización de Perforación ....................................... 22

1.6

Sistema de Clasificación de la IADC para UBO ...................................................................... 23

1.7

Estándares de la Industria aplicables a UBD ...........................................................................25

TABLA DE FIGURAS

Figura 1.1. Perforación sobre balance vs. Perforación bajo balance ...................................... 6 Figura 1.2. Historia de la perforación bajo balance ................................................................. 7 Figura 1.3. Sistemas de Fluidos de perforación Bajo Balance ................................................ 9 Figura 1.4. Fluidos de perforación para una operación UBD................................................ 22



Hoja dejada en Blanco Intencionalmente



1. Generalidades de la Perforación Bajo Balance MENOR CAIDA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LA FORMACIÓN – MAYOR FLUJO El máximo recobro de aceite y gas del yacimiento requiere alcanzar estas dos condiciones. Pero en muchas ocasiones la perforación de pozos se realiza en ambientes adversos o requieren de un gran esfuerzo para obtener los hidrocarburos de zonas de presión más baja (alto grado de depleción). Aquí es donde la tecnología de perforación Bajo-Balance hace la diferencia, eliminando o minimizando los problemas comunes de perforación lo cual proporciona ventajas significativas y beneficios económicos. 1.1 Definición de la Perforación Bajo Balance

Perforación Bajo balance es una condición de perforación cuando la presión de circulación en el fondo del pozo es diseñada intencionalmente para ser menor que la presión de poro de la formación que está siendo perforada. Matemáticamente esta presión de circulación en el fondo es igual a la presión hidrostática de la columna de fluido sumado a las pérdidas de fricción en el anular y a una contrapresión ejercida en la cabeza del pozo, siendo esta opcional y aplicada con un ensamble de estrangulación en superficie. Convencionalmente, los pozos son perforados sobre balance lo cual provee la primera barrera de control sobre el yacimiento. La presión de control es ejercida sobre el yacimiento mediante tres diferentes mecanismos: 1. Presión Hidrostática (pasiva) debido al peso de la columna de fluido y al peso de los cortes de perforación. 2. Presión Dinámica (Dinámica) debido a la fricción por la circulación del fluido de perforación dentro del pozo. 3. Presión Impuesta (confinada o activa) se origina cuando se ejerce una contrapresión en la cabeza del pozo o simplemente cuando se aísla parcial o totalmente el pozo en superficie creando áreas con presiones diferenciales (por ejemplo mediante cabezas rotativas o gomas sellantes). Bajo condiciones de perforación, la presión hidrostática del fluido de perforación puede ser por sí sola menor que la presión de la formación, o puede ser inducida por medio de la inyección de Aire, Gas Natural o Nitrógeno dentro de la fase líquida del fluido de perforación para generar un fluido bifásico. Otra manera de lograr una condición bajo balance es mediante el uso de espuma o niebla como fluido de perforación. En cualquiera de los casos en que se alcance la condición bajo balance, el resultado es un influjo de fluidos de formación los cuales deben ser circulados desde el fondo del pozo y controlados en Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados


superficie. La condición bajo balance en términos prácticos resultará en un flujo desde una o más zonas hacia el pozo, ó, donde el potencial de flujo exista. Una menor cabeza hidrostática evita la aparición del filtrado del lodo (retorta de lodo) sobre las paredes del pozo, así como también la invasión de lodo y sólidos dentro de la formación, lo cual ayuda a mejorar la productividad del yacimiento y reduce los problemas de perforación. Al comparar la perforación bajo balance con la perforación convencional, se puede establecer que un influjo de fluidos de formación hacia el pozo debe ser controlado para evitar problemas de control del pozo. En la perforación bajo balance, los fluidos del pozo son llevados a un sistema cerrado en superficie donde se controlan y separan, evitando descontroles en la operación. Con el pozo fluyendo, en la cabeza de pozo se dispone un arreglo que da lugar a un sistema cerrado y seguro durante la perforación, en oposición a la perforación convencional donde los fluidos son devueltos a un sistema abierto con el pozo expuesto a la atmósfera.

Figura 1.1. Perforación sobre balance vs. Perforación bajo balance



1.2 Historia de la Perforación Bajo Balance

Figura 1.2.

Historia de la perforación bajo balance

La perforación bajo balance no es una técnica nueva. Comenzó con el inicio mismo de la perforación de pozos petroleros (1800’s), pero no era aplicada intencionalmente sino por la restricción de desarrollo tecnológico propia de la época. Evidencia de esto son las perforaciones de pozo con herramienta de cable en las cuales el éxito del descubrimiento dependía de la existencia o no del amago de reventón y el agujero era llenado por los mismos fluidos de la formación con todos los riesgos que esto implicaba. Algunos autores mencionan que las primeras operaciones de perforación con herramientas de cable se realizaron en China a finales del Siglo XIII. Alrededor del año 1895 se introdujo por primera vez la perforación rotatoria utilizando agua como fluido de perforación. Sin embargo, no fue hasta el año 1920 cuando se registraron las primeras utilizaciones de sistemas de lodo similares a los sistemas modernos. Con el objetivo de disminuir los riesgos humanos, ambientales y materiales durante las perforaciones, se desarrollaron las técnicas de perforación sobre balanceadas con lodos. En 1932 se perforó el primer pozo con lodo gasificado (gas natural) en Texas, y en 1938 se perfora el primer pozo con gas. Esta técnica se utilizaba esporádicamente entre los años 1930’s y 1940’s.



Entre 1950’s y 1960’s se utilizaron lodos aireados y espumas en Estados Unidos y Canadá para evitar pérdidas de circulación. Se inicia el desarrollo de las cabezas rotatorias y Martillos con aire. Con la popularidad alcanzada por el sistema de perforación con aire, se realizaron los primeros trabajos de investigación y desarrollo de esta Técnica. Fue así como en 1957 R.R. Angel publicó las tablas “Requerimiento de Volumen de Aire y Gas” para perforación de pozos. 1961 Goins publicó una discusión sobre la Técnica de perforación de pozos con Niebla. Alrededor de 1963 ya se encontraban bien desarrolladas las Técnicas de perforación con aire. En 1965 Moore y Cole escribieron sobre la Predicción de Volumen de Aire o Gas requerido para la perforación y limpieza de pozo. Entre 1960 y 1970 varios grupos de investigadores se dedicaron al estudio de la espuma como fluido de perforación. En los años 80’s se hizo popular la perforación horizontal. Mientras tanto se desarrolló una cabeza rotatoria (RCD) para 1500 PSI. En 1990 se desarrollaron completamente las operaciones bajo balance en campos de tierra y en localizaciones off-shore, inicialmente en equipos con Unidades de BOP de superficie. Se empezaron a generar las técnicas más avanzadas que existen en la actualidad. Se incrementó el interés por el uso de los sistemas cerrados de circulación al igual que por la reducción del daño de formación. Se dio un fuerte impulso al desarrollo de Software para simulación hidráulica. El desarrollo de las técnicas de perforación bajo balance encaminó también a la industria al desarrollo de herramientas para la solución de problemas más específicos durante la perforación tales como las herramientas para asistir viajes tubería con presión en al anular, Herramientas para reducción de la Densidad Equivalente de Circulación (ECD Reduction Tool), válvulas de contrapresión recuperables con guaya, Válvula de cierre en fondo “DDV”, y herramientas de registro electro-magnéticas EMWD, ELWD.



1.3 Tecnologías relacionadas con la perforación Bajo Balance

Cuando se habla de perforación bajo balance, la mayoría de los casos se refieren a aplicaciones en yacimientos depletados. Esta técnica aplicada en este tipo de escenarios involucra un Fluido de perforación compresible. Esta es una técnica de perforación en la cual los sistemas más comunes de fluidos de circulación, agua, lodo o diesel, son inyectados conjuntamente con un medio gasificante para alcanzar las Densidades de Circulación Equivalente de fondo o reemplazados por gases altamente compresibles. Estos gases realizan las mismas funciones del fluido de perforación, por ejemplo lubricar la broca y limpiar el fondo del pozo. La aplicabilidad de los sistemas de fluidos compresibles está limitada a aspectos geológicos tales como las condiciones de litología, presión de poro de la formación y por supuesto a aspectos económicos donde se logren ahorros en tiempo del taladro y dinero directamente relacionados con el costo de la operación pero también que permitan obtener un beneficio económico de largo plazo relacionado con la productividad de los pozos perforados con esta técnica, Esta condición puede ser alcanzada a pesar de la necesidad de equipo adicional para aplicar la tecnología bajo balance. La perforación con fluidos compresibles incluye: aire o gas seco, niebla, espuma estable/pesada, y lodo gasificado. En la siguiente figura se ilustran estos sistemas de fluido en orden capacidad de transporte de recortes como se indica.

Figura 1.3. Sistemas de Fluidos de perforación Bajo Balance



1.4

Ventajas y desventajas

La perforación bajo balance tiene dos objetivos asociados principalmente: • •

Maximizar la recuperación de hidrocarburos Minimizar los problemas de perforación

Estas dos, son las principales razones por las que las operaciones de perforación bajobalance se desarrollan. Simultáneamente, existen también ventajas y desventajas específicas de la de esta técnica como se resume a continuación: Ventajas:

Entre las ventajas relacionadas con la reducción del daño de formación y algunos otros beneficios derivados de esta, se tienen: 

Disminución del daño de formación

La productividad de un pozo frecuentemente se disminuye por una reducción en la permeabilidad del yacimiento causada por la invasión de líquidos y sólidos del lodo durante la etapa de perforación. Esta disminución en permeabilidad se conoce como daño a la formación. Durante la perforación el daño de formación puede ocurrir por varios mecanismos: Formación de escamas o emulsiones por la interacción entre el filtrado del lodo con los fluidos del yacimiento o partículas de arcilla en la formación. Absorción de aditivos del lodo de perforación generando reducción en la permeabilidad o alteración de la humectabilidad del yacimiento. Migración de finos hacia la formación particularmente en condiciones de alto grado de sobre balance. Todos estos mecanismos involucran la invasión del lodo de perforación, filtrado o sólidos dentro de la formación. En muchas aplicaciones la perforación bajo balance puede disminuir el daño de formación ya que la fuerza física que promueve la invasión de sólidos o líquidos desde el lodo hacia la formación es eliminada. Esto no quiere decir que el daño de formación causado por el fluido de perforación sea completamente eliminado, en algunas circunstancias diferencias químicas entre el lodo de perforación y los fluidos del yacimiento pueden causar que el filtrado entre en la formación aún en contra del gradiente de presión (Imbibición espontánea). Durante la perforación bajo balance o el completamiento se pueden presentar condiciones de sobre balance que pueden ser intencionales como por ejemplo: matar el pozo para viajar, toma de registros de desviación o para registros eléctricos, etc. Por Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados


esta razón el fluido de perforación seleccionado para una operación bajo balance debe ser compatible con la formación productora, de esta manera se reduce el impacto sobre el daño de la formación cuando se presenta alguna situación de sobre balance. 

Mínimo periodo de estimulación previo a la entrada del pozo en producción

Después de una perforación convencional los pozos deben ser estimulados con el fin de aumentar su productividad. Los métodos de estimulación incluyen la acidificación, tratamientos con surfactantes y / o solventes para remover el material de puenteo utilizado durante la operación de perforación convencional y de esta manera eliminar el daño causado. Adicionalmente a los métodos mencionados anteriormente, también se utiliza el fracturamiento hidráulico para garantizar una adecuada producción en yacimientos con permeabilidades bajas o para reducir el daño ocasionado en profundidad en formaciones con permeabilidades altas. Reducir el daño de la formación durante la perforación conlleva a disminuir los costos de estimulación. Una menor cabeza hidrostática evita la aparición del filtrado del lodo (torta de lodo) sobre las paredes del pozo, así como también la invasión de lodo y sólidos dentro de la formación, lo cual ayuda a mejorar la productividad del yacimiento y reduce los problemas de perforación. Caracterización del Yacimiento

La técnica de perforación bajo-balance puede mejorar la detección de zonas productoras de hidrocarburos que cuando son perforadas con métodos convencionales pueden ser enmascaradas. Cuando un pozo es perforado en condición Bajo-balance, al penetrar una zona productora, con adecuada permeabilidad, resultara en un influjo de fluidos desde la formación hacia el pozo. La perforación bajo-balance usando sistemas cerrados de control, soportados con sistemas de adquisición de datos, permite adquirir información en tiempo real tanto de las formaciones perforadas como de los fluidos encontrados, estos fluidos pueden ser evaluados en superficie de manera cualitativa y cuantitativa. Mientras se perfora se pueden monitorear cambios en las condiciones de flujo en superficie tales como aumento en los niveles de tanques, o llama en el quemador de gas o cambios en la presión de flujo. Además estos pueden ser separados y medidos con precisión y realizar en ellos análisis químicos y físicos. El uso de herramientas de registro de condiciones de fondo combinado con los análisis en superficie permite realizar una caracterización temprana de las condiciones del yacimiento. Procesos de Análisis como PIWDSM (Índice de productividad mientras se perfora) están diseñados para caracterizar la producción de un reservorio a partir de datos adquiridos durante la operación bajo-balance, permitiendo mejorar la toma proactiva de decisiones en el momento de la perforación. Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados


Esto es igualmente valiosa para la planificación de los pozos siguientes en una Campaña de perforación ya que puede dar una idea de las zonas del yacimiento con las mejores propiedades petrofísicas lo cual ayudará a diseñar trayectorias hacia las zonas de mayor productividad del yacimiento. Es igualmente un método muy práctico para determinar la intersección de fracturas ya que se reconoce una fractura por un aumento en la productividad del pozo. 

Producción temprana :

Cuando un pozo es perforado bajo-balance, la producción de hidrocarburos puede empezar tan pronto como la zona productiva es penetrada, con un equipo de superficie adecuado, es posible revisar, separar y despachar el crudo producido mientras se perfora. Algunos pozos perforados bajo-balance se han pagado solos con la producción del pozo antes de que la etapa de perforación sea terminada. Esta opción implica una logística especial de mayor tamaño de localización, equipo y personal adicional que tiene un impacto en el costo operativo y debe ser considerada durante la evaluación económica del proyecto. Para el desarrollo de nuevos campos puede requerirse que las facilidades de producción estén listas una vez que el primer pozo penetra el yacimiento. Dentro de las principales ventajas relacionadas con la reducción de los problemas operativos derivadas de la aplicación de la perforación Bajo-balance, se tienen: 

Aumento de la tasa de penetración

La presión en la cara de la formación durante la perforación es ejercida por la suma de las pérdidas por fricción en el anular y el peso de la columna hidrostática del lodo. El incremento en la velocidad de penetración ocurre cuando la presión diferencial entre la presión en la cara de la formación y la presión de poro disminuye. En la perforación bajo balance se puede reducir considerablemente el peso de la columna de fluido utilizando fluidos livianos o fluidos aireados (nitrogenado o gasificado), esto también se ve reflejado en unas menores pérdidas por fricción en el sistema, debido a que estas están directamente en función de la densidad. En condiciones de bajo balance, la velocidad de penetración puede ser incrementada de 2 a 5 veces, pero esto también está en función de la acertada elección de la barrena. 

Eliminación del riesgo de pegas diferenciales

En operaciones de perforación convencional existe una presión positiva (sobre-balance) entre la presión hidrostática por la columna de lodo en la cara de la formación y la presión de poro de la formación expuesta.



Esta presión positiva hace que se forme en la pared del pozo una torta de lodo generada por los sólidos depositados cuando desde el lodo de perforación fluye líquido hacia las zonas permeables de la formación. El espesor de la torta de lodo depende de un número de factores que incluyen el volumen de líquido perdido hacia la formación y el contenido de sólidos en el lodo. Aunque se puede limitar el espesor de la torta de lodo mediante el control de la composición del fluido y sus propiedades, esta siempre se formará cuando tengamos presente una formación permeable y una condición de sobre balance. Como la permeabilidad de la torta de lodo es más baja que la permeabilidad de la formación en la cual se ha formado, esto crea una diferencial de presión entre la formación y la cara del pozo. Si la tubería se incrusta en la torta, la presión diferencial a través de la torta puede imponer una fuerza sobre la sarta empujándola sobre la pared de la cara del pozo. Esta fuerza se incrementará a medida que aumenta el área de contacto (longitud del intervalo permeable) y/o el espesor de la torta. No ocurren pegas diferenciales de tubería cuando se perfora en condición bajo balance, ya que no se forma la torta de lodo en la pared y no hay sobre presión para empujar la tubería contra la pared del pozo. Es decir, la condición de bajo balance elimina uno de los factores requeridos para que se presente esta situación. 

Reducción / Eliminación del riesgo de pérdidas de circulación

Cuando la presión ejercida por la columna de lodo es mayor que la presión de fractura de la formación puede fracturarse la formación (fracturas inducidas) generando pérdidas de fluido hacia la formación. Cuando se trata de una formación con presencia de fracturas naturales, no se necesita necesariamente sobrepasar el valor de la presión de fractura para que se genere una situación de pérdidas recirculación. Simplemente alcanzando un valor dado de presión de fondo inferior al valor de presión de fractura se presentará esta situación. Este valor se conoce como presión de admisión de las fracturas. Físicamente se puede interpretar como el valor de presión de fondo al cual las fracturas se abren y admiten el ingreso de fluidos sin que se generen nuevas fracturas. En algunos casos dependiendo de las características del sistema de fracturas y de la diferencial de presión existente puede generarse un situación de efecto “ballooning”. Estas pérdidas de lodo pueden ser muy costosas particularmente si se usan sistemas de lodo especiales ya que el fluido perdido debe ser reemplazado y las pérdidas deben ser mitigadas comúnmente adicionando material de pérdida de circulación al lodo (LCM). Este problema puede ser efectivamente reducido o eliminado con la técnica de perforación bajo balance, usando fluidos livianos o gasificados los cuales permiten obtener una presión hidrostática menor o igual que la presión de formación evitando la invasión de fluidos a la formación. 

Disminución del peso requerido sobre la broca

Durante la perforación, el peso ejercido por una columna hidrostática determinada será un factor que influya en la tasa de penetración. Cuando el fluido de perforación es aligerado bien sea con la inyección de aire o gas, la presión ejercida en el fondo del pozo será menor, Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados


por lo tanto dependiendo del mecanismo de perforación de la barrena seleccionada, el efecto resultante será una menor dificultad para perforar y por ende un mayor rendimiento con un peso sobre la broca igual o menor al utilizado convencionalmente. Esto resultará en un menor desgaste de la broca y una mayor longitud de hueco perforado por cada corrida de broca. 



Reducción considerable de tiempos no productivos

De lograrse un efectiva aplicación de la tecnología de perforación Bajo-Balance en el candidato correcto, se lograrán todos los beneficios mencionados anteriormente con lo cual se estará reduciendo la cantidad de Tiempo No Productivo (TNP) el cual es uno de los factores que puede llegar a tener un impacto más negativo en el costo de un proyecto. Desventajas: 

Inestabilidad de las paredes del pozo

Mas que una desventaja es una limitación importante pues puede llegar a darse el caso de que no sea posible establecer una condición de perforación bajo-balance en ciertos casos debido a que la presión de colapso es mayor que la presión de poro. Cuando se diseña una operación de perforación Bajo Balance, si el gradiente de fluido en el pozo es disminuido hasta tal punto que su valor sea inferior a la presión de colapso, se van a presentar problemas de inestabilidad mecánica, y la forma de mitigar este problema, es aumentando este gradiente hasta tal punto que se eliminen los posibles derrumbes en el pozo. Esta situación hace que la técnica de perforación bajo balance sea poco factible en este tipo de escenarios. 

Incremento del Costo Operativo

Cuando un pozo es técnicamente viable para ser perforado bajo balance no significa que también lo sea desde el punto de vista económico. Los costos de la perforación bajo balance varían mucho dependiendo del yacimiento y la sofisticación requerida en el equipo de separación de superficie, en el equipo de inyección del fluido gaseoso y en el sistema de adquisición de datos. Los fluidos del yacimiento dictaminan el equipo de separación requerido, y la presión del yacimiento permite determinar la necesidad de un equipo de control de presión además de la necesidad de inyección de gas. El aspecto que determina realmente si un proyecto de Bajo-Balance es viable es la calidad del yacimiento. Si este es de buena calidad y susceptible de presentar un daño de formación considerable durante operaciones de perforación convencional, muy seguramente al ser perforado en condición de Bajo-Balance, los resultados en términos de producción deben ser lo suficientemente buenos para que el proyecto tenga una aceptable relación costo / beneficio. Aquí se está introduciendo un concepto fundamental para determinar la viabilidad de un proyecto de perforación Bajo-balance, este es la calidad del yacimiento.



Hay factores adicionales que influyen en la viabilidad económica de un proyecto bajo balance tales como: presencia de zonas con grandes influjos de agua, altas velocidades de penetración o alta productividad lograda con perforación convencional y la logística requerida para operar en el área del proyecto. 

Corrosión

Este no es un problema que sea exclusivo de las operaciones de perforación Bajo-Balance pero dadas las condiciones particulares de algunos escenarios en los cuales se aplica esta técnica, si no existe una adecuada planificación puede presentarse un efecto de aceleración de la tasa de corrosión, especialmente en aquellos casos donde se utilizan gases con alto contenido de oxígeno tales como aire ó Nitrógeno de Membrana, interactuando con los fluidos de formación y con la formación misma.. La corrosión es producida por la degradación del hierro al presentarse una reacción química con el agua y oxígeno o con gases corrosivos presentes en la formación tales como el Ácido Sulfhídrico H2S y Dióxido de Carbono CO2. El Hierro degradado se convierte en hidróxido de hierro que es comúnmente denominado óxido, que se reconoce por ser débil, escamoso y de color rojizo. Otros factores que pueden ser tomados como desventaja son los siguientes:  







 

Operaciones complejas para realizar viajes de tubería A mayor número de equipos involucrados en la operación los riesgos de falla se incrementan. Mayor cantidad y diversidad de riesgos que en una operación convencional y que deben ser identificados, valorados y mitigados adecuadamente. Mayor cantidad de personas involucradas tanto en el proyecto como en la operación. Esto generará la necesidad de desarrollar un programa de entrenamiento particularizado. Posible exceso de erosión en las paredes del pozo. Este fenómeno es más propenso a presentarse durante la perforación con aire o donde la relación gas-líquido es alta porque la velocidad del fluido fondos arriba es elevada y en formaciones susceptibles a la erosión se pueden presentar problemas. Incremento del torque y arrastre. Drenaje gravitacional en pozos horizontales. Durante la perforación UBD, y en pozos donde las secciones horizontales tienen una extensión considerable; el uso de fluidos bifásicos causará que se experimente el fenómeno de decantación, donde los sólidos tenderán a depositarse en la parte inferior de la sección horizontal, la fase líquida tenderá a posicionarse en el medio y la fase gaseosa en la parte superior. Por esta razón durante las operaciones como conexiones o viajes de tubería, los lapsos de tiempo que demandan una condición estática dentro del agujero deben ser minimizados, con el fin de evitar hasta donde sea posible que las fases logren separarse ó al menso que no existan sólidos perforados en el fondo del pozo cuando se de la separación de fases.



1.5 Limitaciones de la perforación Bajo balance

Existe un número determinado de factores en una operación de perforación Bajo-Balance que bajo circunstancias particulares pueden ejercer como limitaciones de la aplicación y que deberán ser analizados cuidadosamente con el fin de determinar los medios que ayuden a evitar o a mitigar este efecto. Dentro de las condiciones que pueden afectar adversamente una operación de perforación Bajo-balance tenemos:  

 



 

  

Problemas de inestabilidad mecánica Formaciones productoras en pozos profundos de alta presión y alta permeabilidad que pueden ser problemáticos para un efectivo control de pozo. Influjo de agua de formación excesivo. Zonas altamente productoras localizadas al comienzo de la sección productora que pueden afectar la condición de Bajo-balance a lo largo de la sección a perforar. Una inadecuada planificación que no contemple todos los riesgos ni las medidas adecuadas de mitigación. Pozos de tamaño reducido en los cuales se generan altas presiones de fricción. Pozos que se perforen a lo largo de formaciones estratificadas con variaciones severas en presión. Pozos perforados en formaciones que contengan altas concentraciones de H2S Manejo, tratamiento y disposición de los fluidos producidos. Limitaciones en materia de regulación ambiental para quema de gas

Dentro de las limitaciones más comunes y significativas tenemos:

1.5.1

Estabilidad del agujero

Esta es una de las limitaciones principales en la perforación bajo balance. El colapso del hoyo, como resultado del alivio de los esfuerzos de la roca, es un inconveniente que debe considerarse. La inestabilidad química es otro inconveniente que es común en formaciones de lutitas y formaciones arcillosas en general. Estas dos situaciones pueden tener consecuencias serias durante una perforación bajo balance. Igualmente, si se aplican fluidos compresibles es muy importante determinar la sensibilidad de la formación a la alta velocidad anular normalmente experimentada en operaciones de perforación bajo-balance con fluidos gasificados. Este fenómeno es más propenso a presentarse durante la perforación con aire o donde la relación gas-líquido es alta porque la velocidad del fluido fondos arriba es elevada y en formaciones susceptibles a la erosión se pueden presentar problemas de ensanchamiento



del hueco que conducirán a problemas para la toma de registros eléctricos y posterior evaluación de la formación. Los síntomas de la inestabilidad en el agujero son muy similares a los observados en una perforación convencional e incluyen:     

Alto torque Incremento en el arrastre Detección de relleno en el fondo del pozo después de las conexiones Dificultad para sacar de fondo, o para sacar las primeras paradas. La presión incrementa cuando inicia la circulación, y después disminuye una vez el sistema entra nuevamente en condición dinámica.

1.5.2

Zonas de Influjo de Agua

Zonas con grandes influjos de agua requieren que esta agua sea separada y tratada en el equipo de superficie de una manera ambiental eficiente, el desarrollo de estos sistemas de tratamiento puede llegar a ser muy costoso y por lo tanto la aplicación de Perforación BajoBalance no sería viable. Igual razonamiento debe ser aplicado en yacimientos muy apretados (Baja porosidad y permeabilidad) pues esta misma condición evitaría que se generase un daño de formación considerable aun en condiciones extremas de sobre-balance. Esto quiere decir que un yacimiento de este tipo perforado en condiciones de sobre-balance ó de bajo-balance terminado siendo fracturado para obtener la productividad requerida que haga viable el proyecto. Sin embargo, no se puede descartar totalmente la aplicación de perforación Bajo Balance en este tipo de yacimientos. Últimamente ha tomado auge la aplicación de la técnica de perforación bajo balance en yacimientos de baja permeabilidad con el objetivo de identificar gas movible (Mobile gas) y de esta manera ahorrar dinero cancelando costosas operaciones de corrida de revestimiento, cementación, cañoneo y prueba de pozo en formaciones que han sido probadas dentro de la etapa de perforación con resultados muy pobres. Si en áreas en las cuales se perfora convencionalmente, las velocidades de penetración son altas, no se logrará un beneficio económico significativo desde el punto de vista de incremento de velocidad de penetración con la aplicación de la técnica de perforación bajo balance. Lo mismo ocurre cuando se perforan intervalos muy cortos de formación. En áreas de difícil acceso puede ser antieconómico perforar bajo balance por el costo de movilización de equipos y materiales tales como compresores, unidades de nitrógeno, separadores, etc; como puede ser el caso de una operación en la selva donde la logística requerida sea helitransportable.



1.5.3

Limitaciones relacionadas con MWD y Equipo de fondo de pozo

Las herramientas convencionales de pulso positivo ó negativo tienen restricciones debidas a que requieren de un medio transmisor de los pulsos de presión que ofrezca una continuidad suficiente para transmitir la información desde las herramientas en fondo de pozo hasta superficie. A medida que incrementa la relación gas-líquido utilizada en un sistema menor será la probabilidad de tener éxito utilizando herramientas de telemetría convencional. En la actualidad diferentes proveedores de este servicio manifiestan que sus herramientas pueden trabajar con fracciones volumétricas de gas en fondo de pozo del orden del 20-25%. Sin embargo en la realidad esto ha probado su ineficiencia en muchas ocasiones. Por esta razón una operación de perforación bajo-balance con fluidos bifásicos demanda el uso de herramientas alternativas entre las cuales las herramientas electromagnéticas representan una de las mejores opciones considerando que su aplicación es independiente del sistema de fluido de perforación utilizado. Igual sucede con los motores de fondo. Por muchos años la industria no contó con motores de fondo adecuados para funcionar con fluidos compresibles y por lo tanto no adecuados para trabajar con fluidos aireados o gasificados, cuando estos motores se usan con fluidos aireados, su vida útil y su desempeño se ven afectados. La energía almacenada en un fluido compresible puede por ejemplo sobre acelerar el motor dañando el rotor o disminuyendo su vida útil además del fenómeno de de-compresión explosiva que afecta a los elementos de caucho del motor al ser expuestos al contacto con gases a alta presión. Motores de fondo especialmente diseñados para ser utilizados con fluidos compresibles ya han sido desarrollados y deberán ser considerados para este tipo de aplicaciones. La tecnología de MWD fue comercialmente introducida a principios de los 80’s. Desde entonces ha tenido una evolución sustancial en términos de mejoras en la confiabilidad, envío de señal y mejoras de captura. La ventaja del MWD es la eliminación del cable y su habilidad para recibir una variedad de información tales como datos de registros, temperatura, vibraciones, presión y datos direccionales. El LWD (Logging while drilling) fue desarrollado para permitir registrar la formación y la transmisión de la información a superficie conforme el pozo es perforado. Estas herramientas se pueden usar con todos los sistemas correspondientes a MWD. Las capacidades del LWD incluyen registros de rayos gama, resistividad, densidad neutrón y herramientas sónicas. El mayor problema con las herramientas de LWD en la perforación bajo-balance es la alta vibración experimentada en este tipo de operaciones. Muchas de las herramientas son propensas a fallar como consecuencia de la vibración. La mayoría de las compañías de servicios no correrían herramientas de resistividad en pozos donde hay altas relaciones de gas para pozos UBD debido al daño que podría sufrir la herramienta. Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados


La utilización de herramientas convencionales de MWD en operaciones de perforación BajoBalance ha llevado a la implementación de instalaciones en las cuales la inyección de los que conforman el lodo de perforación se hace por vías diferentes. Dentro de los diferentes sistemas disponibles, dos han sido los de mayor aceptación; la sarta parásita y la sarta concéntrica. Para operaciones bajo balance, se recomienda incluir un módulo de PWD en la herramienta de MWD. Esto permite registrar y transmitir a superficie datos como la presión interna en la tubería de perforación, presión anular externa y temperatura. Los PWD deben tener un sistema de batería de respaldo para registrar la presión de fondo del pozo, de esta manera se podrá hacer un análisis posterior de las presiones de fondo registradas cuando no se está bombeando. Si se quiere, estos datos serán valiosos para analizar el potencial del pozo. Estas herramientas tienen limitaciones en profundidad y resistividad de formación. Las formaciones altamente resistivas atenúan la señal. Una antena puede ser instalada dentro de la tubería de perforación para combatir este problema, desde la herramienta a un sustituto ubicado en la sarta de perforación, encima de las formaciones problema. La señal será entonces transmitida desde el sub, a través de la formación, a los receptores en superficie. 1.5.4

Formación Inadecuada - Candidato Erróneo

El reservorio puede no ser un candidato adecuado para ser perforado bajo balance. Un reservorio altamente poroso y muy permeable puede presentar volúmenes muy altos de influjo con una baja caída de presión en fondo. Es importante que los beneficios de la técnica sean asimilados correctamente cuando se está planeando una operación UBD. Algunos ejemplos de pozos que no son candidatos para una perforación bajo balance son:         

Pozos en áreas de muy bajo costo de perforación convencional Pozos perforados en áreas de ROP extremadamente alto (ROP > 1000 pies/día) Pozos con una permeabilidad extremadamente alta Pozos con permeabilidades ultra bajas Formaciones pobremente consolidadas Pozos con baja estabilidad de hoyo o pobremente consolidadas Pozos con matriz pobremente cementada Pozos que contienen zonas múltiples con diferentes regímenes de presión Yacimientos con lutitas o arcillas intercaladas



1.5.5

Limitaciones de Seguridad y Medio Ambientales

Durante la ejecución de operaciones de perforación y pruebas muchas de las actividades tienen un potencial de impacto negativo sobre la salud y seguridad de los trabajadores, sobre el medio ambiente y sobre el equipo o instalaciones que se utilizan. El potencial de problemas de HSE aumenta cuando se introduce una nueva operación diferente de la actividad normal. Este es el caso de la perforación Bajo Balance en un sitio de perforación Estas operaciones son significativamente diferentes al esquema de perforación convencional. Para garantizar una operación segura y eficiente, los supervisores y cuadrillas que ejecutan estas operaciones tienen que familiarizarse con el proceso, el equipo y los procedimientos. Por esto, al establecer un proyecto de perforación Bajo Balance, es crítico que los temas de HSE sean considerados desde los primeros pasos en el ciclo de planeación del proyecto. 

Sistemas de Manejo de HSE

Un sistema de manejo de HSE describe la manera en que se manejarán los objetivos de HSE. Como en cualquier sistema gerencial, esto se logra enfocándose en las actividades críticas. Esto asegura que:    

La actividades críticas son efectivamente controladas Los procedimientos y documentación están en su lugar El desempeño es medido y reportado Se identifican las áreas de mejoramiento

Un documento detallado y aprobado para Gerenciamiento de HSE en operaciones de perforación Bajo Balance está disponible en el website de la IADC UBO 

Aspectos Ambientales

El sistema de perforación Bajo Balance es un sistema totalmente cerrado. Cuando se combina con un sistema de inyección de cortes y un sistema cerrado de tanques de lodo, un yacimiento con gas amargo puede ser perforado en forma segura usando un sistema de perforación bajo balance. Las presiones y tasa de flujo son mantenidas tan bajas como sea posible. No es la intención perforar un yacimiento y producirlo a su máxima capacidad.



Una prueba de pozo puede ser realizada durante la perforación Bajo Balance para obtener información sobre productividad y así avanzar en la caracterización del yacimiento. Los hidrocarburos producidos durante el proceso de perforación Bajo Balance pueden ser conducidos a la planta de procesamiento, exportados o enviados a la tea. En cuanto al gas producido, actualmente existen tecnologías que dependiendo de las condiciones particulares permiten recuperar sino la totalidad una buena fracción del gas total producido permitiendo así reducir las emisiones producidas con la quema de gas. En un pozo prolífico una cantidad significativa de gas puede ir a la tea durante el proceso de perforación. El recobro de este gas da beneficios ambientales y económicos. El crudo y los condensados recobrados son normalmente exportados vía el tanque de almacenamiento al tren de proceso. 

Aspectos de Seguridad

Además de un HAZOP completo, se necesita una importante cantidad de entrenamiento para perforación bajo-balance. Una cuadrilla de perforación convencional ha sido instruida durante toda su carrera que si se presenta una arremetida, el pozo debe ser cerrado y matado. Durante la perforación Bajo Balance, el objetivo primario es evitar tener que matar el pozo. Esto puede deshacer todos los beneficios de la perforación bajo balance. Trabajar en un pozo vivo no es una operación normal para una cuadrilla de perforación convencional por lo cual se requiere un buen entrenamiento para asegurar que se eviten accidentes. El proceso de perforación bajo balance es más complejo cuando se compara con las operaciones de perforación convencionales. La inyección de gas, separación en superficie y forzamiento (snubbing) pueden requerirse en un pozo. Si los hidrocarburos producidos son bombeados al tren de proceso, es claro que la perforación ya no es una operación aislada. El yacimiento es la fuerza conductora en el proceso UBD. El perforador debe entender el proceso y toda la interacción requerida entre el yacimiento, la tasa de bombeo de lodo, la inyección de gas y el sistema del proceso de separación para perforar en forma segura el pozo. Cuando la operación de viaje empieza, el pozo debe permanecer bajo control. Las operaciones de forzamiento de tubería (snubbing) hacia fuera y hacia adentro del pozo, no son operaciones de rutina, y normalmente se trae una cuadrilla especializada en operaciones de snubbing. El equipo adicional también implica una mayor cuadrilla en el taladro. De manera que además de una operación más compleja, hay un buen número de manos adicionales en el taladro que tienen que empezar a trabajar con la cuadrilla de perforación. Aún así la cuadrilla de perforación tiene que volver a la perforación convencional una vez el pozo es Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados


completado. La cuadrilla de perforación necesita estar entrenada para este cambio de operación. Si se tienen que perforar varios pozos bajo balance en un campo, puede ser una opción considerar la perforación en tándem de la zona productora en estos pozos. Esto ahorra tiempo y dinero en movilización de equipos y establece una rutina con la cuadrilla de perforación. A pesar de reconocerse que una operación Bajo-balance presenta mas riesgo que una operación convencional, es claro también que muchos mas incidentes y accidentes ocurren durante la perforación convencional; se cree que esto es principalmente debido al gran énfasis en la seguridad durante operaciones en pozos vivos.

1.5.6

Limitaciones Asociadas a la Localización de Perforación

Figura 1.4. Fluidos de perforación para una operación UBD

Dentro del estudio de factibilidad de una operación de UBD, se debe considerar la infraestructura necesaria para ejecutar la operación. El volumen de equipos requeridos está en función de variables tales como las presiones de poro y fractura de la formación, el tamaño de la sección, profundidad a perforar, presión en el Stand Pipe esperada, tasa de líquido, productividad de la formación, grado de Bajo-balance a aplicar, etc., estas variables permitirán determinar qué tipo de fluido se utilizará y los equipos necesarios. En algunos casos el área que ocuparán los equipos en una localización puede ser tan baja como de 100 m2 o tan alta como del orden de 700m2, el área requerida es directamente proporcional al volumen de gas (aire, nitrógeno, etc.) a ser inyectado durante la operación y al volumen de influjos (crudo y/o gas) esperado. Este ha sido uno de los aspectos que ha limitado la aplicación de la Tecnología de perforación Bajo-balance en operaciones Off-shore. Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados


1.6

Sistema de Clasificación de la IADC para UBO

La Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (IADC) diseñó un Sistema de Clasificación que ayuda a establecer los riesgos asociados con los pozos perforados Bajo Balance. Este sistema considera tres diferentes categorías de clasificación que permiten caracterizar una operación de perforación bajo balance. Estas categorías son:   

Nivel de Riesgo Categoría (Técnica a ser utilizada) Sistema de Fluido

Este sistema combina las categorías de manejo de riesgo definidas (niveles 0 al 5) con un sub-clasificador para identificar si el pozo se perfora “Bajo Balance” o con una “baja cabeza hidrostática” usando tecnología Bajo Balance. Para proporcionar un método completo para clasificar el tipo de tecnología utilizada para una o más secciones del pozo, o múltiples pozos en un proyecto en particular, un tercer componente del sistema de clasificación se refiere al sistema de fluido utilizado. Matriz de Clasificación del comité de UBO de la IADC - Nivel Riesgo Nivel 0

Aumento solo del desempeño; zonas que no contengan hidrocarburos

Nivel 1

Pozo incapaz de fluir naturalmente hasta superficie. El pozo es “inherentemente estable” y es de un nivel de riesgo bajo desde un punto de vista de control de pozo

Nivel 2

Pozo capaz de fluir naturalmente hasta superficie pero que puede ser controlado o “matado” por métodos convencionales, con consecuencias limitadas en caso de falla catastrófica del equipo

Nivel 3

Producción geotérmica & no-hidrocarburos. Presión máxima de cierre menor que el rango de presión que el equipo de Bajo Balance (UBD). En caso de falla catastrófica tiene serias consecuencias inmediatas

Nivel 4

Producción de hidrocarburos. Presión máxima de cierre menor que el rango de presión que el equipo de Bajo Balance (UBD). En caso de falla catastrófica tiene serias consecuencias inmediatas

Nivel 5

La presión máxima proyectada a la superficie excede el rango de presión del Equipo de UBD pero es menor que el rango del BOP. En caso de falla catastrófica tiene serias consecuencias inmediatas



Matriz de Clasificación del comité de UBO de la IADC – Categoría de Aplicación

Perforación con retornos a superficie utilizando un peso de lodo equivalente que es mantenido igual o por encima de la presión Managed Pressure Drilling de poro. (MPD) Categoría A

Operaciones desarrolladas con retornos a superficie utilizando un peso de lodo equivalente que es mantenido por debajo de la Perforaciones Bajo Balance presión de poro de la formación perforada. (UBO) Categoría B

Perforación con una columna de fluido de longitud variable la cual es mantenida arriba de una formación que está tomando el Perforación con Capa de fluido inyectado y los cortes de perforación sin retorno a Lodo (Mud Cap Drilling) superficie. Categoría C

Matriz de Clasificación del comité de UBO de la IADC - Por sistema de fluido

Gas

Se utiliza un gas como fluido de perforación, sin adición de líquido

Niebla

El fluido de perforación está conformado por una fase gaseosa continua y un cierto volumen de líquido disperso o fase discontinua. Los sistemas típicos de Niebla tienen menos del 2.5% de contenido de líquido.

Espuma

Es un fluido bifásico con una fase líquida continua y una fase gaseosa dispersa. Se genera mediante la adición al líquido de un surfactante más el gas. Las espumas tiene un rango típico de contenido gas del 55-97.5%

Líquidos gasificados

Son sistemas bifásicos constituidos por un gas entrampado en el líquido.

Liquido

El fluido de perforación está constituido por una sola fase líquida.

Ejemplo del Uso de la Matriz de Clasificación del comité de UBO de la IADC

La sección horizontal de un pozo que es perforado en un área geológica conocida utilizando un fluido de perforación alivianado con Nitrógeno para alcanzar una condición de Bajo Balance a través de la sección del yacimiento. La presión máxima prevista en el fondo del pozo es de 3000 PSI con una presión máxima estimada de cierre en superficie de 2500 PSI. Los equipos de perforación Bajo balance a utilizar tienen un rating de presión de 5000 psi. Este hoyo sería clasificado como un 4-B-4 indicando una clasificación de riesgo nivel 4 y una perforación UBD con líquido gasificado. Todos los pozos de Bajo Balance clasificados en el nivel 4 o 5 necesitarán una planeación significativa para asegurar que estos pozos puedan ser perforados con esta técnica de forma segura. Manual de Perforación Bajo Balance © 2010 Weatherford Todos los Derechos Reservados


1.7 

















































Estándares de la Industria aplicables a UBD

API Specification 5CT/ISO 11960:2004. Specification for Casing and Tubing API 5D, Specification for Drill Pipe API Specification 6A/ISO 10423:2003. Specification for Wellhead and Christmas Tree Equipment API Specification 7, Specification for Rotary Drill Stem Elements API Specification 7G, Recommended Practice for Drill Stem Design and Operating Limits API Specification 7NRV. Specification on Non-Return Valves API Specification 16A/ISO 13533:2001, Drill Through Equipment API Specification 16C, Choke and Kill Systems API Specification 7K/ISO 14693:2003. Specification for Drilling and Well Servicing Equipment API Recommended Practice 7L, Inspection, Maintenance, Repair and Remanufacture of Drilling Equipment API Recommended Practice 7C-11F, Recommended Practice for Installation, Maintenance, and Operation of Internal-Combustion Engines API Recommended Practice 14C, Analysis, Design, Installation and Testing of Basic Surface Safety Systems for Offshore Production Platforms API Specification 14E, Recommended Practice for Design and Installation of Offshore Production Platform Piping Systems API Recommended Practice 14F, Design, Installation, and Maintenance of Electrical Systems for Fixed and Floating Offshore Petroleum Facilities for Unclassified and Class 1, Division 1 and Division 2 Locations. API Specification 16D, Control Systems for Drilling Well Control Equipment and Control Systems for Diverter Equipment API Specification 16RCD, Drill Through Equipment – Rotating Control Devices API Recommended Practice 17B/ISO 13628-11:2007, Recommended Practice for Flexible Pipe. API Specification 17K/ISO 13628-1:2006, Specification for Unbounded Flexible Pipe. API Specification 17K/ISO 13628-10, Specification for Bounded Flexible Pipe API Recommended Practice 53, Blowout Prevention Equipment Systems for Drilling Wells API Recommended Practice 64, Diverter Systems Equipment and Operations API Recommended Practice 500; Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class 1, Division 1 and Division 2 API Recommended Practice 576, Inspection of Pressure-Relieving Devices AEUB Interim Directive ID 90-1, Completion and Servicing of Sour Wells AEUB Interim Directive ID 97-6, Sour Well Licensing and Drilling Requirements







AEUB informational Letter IL 88-11 Shop Servicing and Testing of Blowout Preventers and Flexible Bleed-Off and Kill Line Hoses ASME Boiler and Pressure Vessels Code, Section VIII: Pressure Vessels -



































Division 1: Appendix 4-Rounded Indication Charts Acceptance Standard for Radiography Determined Rounded Indications in Welds - Division 2: Alternative Rules, Appendix 4: Design Based on Stress Analysis - Division 2: Alternative Rules, Appendix 6: Experimental Stress Analysis ASNT SNT-TC-1A, Personnel Qualification and Certification in Nondestructive Testing, 1984 or latest Edition ASTM A193, Alloy-Steel and Stainless Steel Bolting Materials ASTM D412, Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers – Tension ASTM D471, Standard Test Method for Rubber Property-Effect of Liquids ASTM D2240, Standard Test Method for Rubber Property-Durometer Hardness ASTM G111, Standard Guide for Corrosion Tests in High Temperature or High Pressure Environment, or Both Enform IRP 1, Critical Sour Drilling Enform IRP 2, Completing and Servicing Critical Sour Wells Enform IRP 4, Well Testing and Fluid Handling Enform IRP 6, Critical Sour Underbalanced Drilling Enform IRP 16, Snubbing Operations Enform IRP 18, Hazardous Fluids and Process GRI 97/0236, Underbalanced Drilling Manual IADC, Well Classification System for Underbalanced Operations and Managed Pressure Drilling NACE MR 0175, Petroleum and Gas Industries Materials for Use in H2S-containing Environments in Oil and Gas Production - Part 1: General Principles for Selection of Cracking-Resistant Materials - Part 2: Cracking-Resistant Carbon and Low Alloy Steels, and the Use of Cast Irons - Part 3: Cracking-Resistant CRA's (Corrosion Resistant Alloys) and Other Alloys NACE TM 0187-87, Standard Test Method for Evaluating Elastomeric Materials in Sour Gas Environments NFPA Standard 11



1.8 Bibliografía 

Underbalanced Drilling Overview - Halliburton (-2005)



Introduccion a la Perforacion Bajo Balance - UBD Spanish - S Nas



Underbalanced Drilling & Completions Manual - Maurer UBD Manual - 1998



Cap 01 - Generalidades de la perforación UBD [Unlocked by www.freemypdf.com].pdf

Recommend Documents