Operaciones Corrida de Tubulares de Casing y de Cementación de Pozos Horizontales. VERIFICACIÓN DE DIÁMETROS, CLASES, RANGOS, PESOS DEL REVESTIDOR A SER CORRIDO.
Los revestidores o camisas, tambien llamados en ingles: CASING, son tubos de protección o revestimiento que aislaran al pozo de las formaciones por las que atraviesa. Estos se requieren al patio de materiales, en cantidades suficientes para abarcar la profundidad perforada. Durante la revestida del hoyo intermedio intermedio (de 8 ½” en el Sur de Monagas) se solicita una cantidad de revestidores igual en longitud a la profundidad que se va a revestir. mas un 10% por seguridad, dado el caso que algunos resulten dañados. En hoyos de 8-1/2" se reviste con casing de 7". Al considerar el diseño y la selección de la sarta de revestimiento, los factores técnicos se centran sobre el diámetro, el peso (en libras por pie), la longitud y la naturaleza de las formaciones a revestir. La sarta debe resistir a las presiones y todos los factores que pudieran afectarle en el subsuelo. Para el hoyo Superficial se tienen revestidores de 9-5/8” 9-5/8” por lo general, para un para un hoyo perforado con mecha de 12 ¼”. Cuando el diámetro del hoyo es mayor, puede requerir el empleo de revestidores de hasta 20” de diámetro. La longitud del revestidor en este hoyo es corta en comparación con la de los siguientes hoyos del mismo pozo. En el hoyo intermedio generalmente se emplean revestidores de 7”, luego de haber perforado con una mecha de 8 ½”. La longitud de cada ca da revestidor está alrededor de los 40 pies. Sin embargo, estos al ser recibidos en el taladro han de ser medidos, revisados, y que los mismos sean los que hayan sido previamente solicitados, en cuanto a diámetro y peso, que por lo general es de 23.000 a 40.000 libras. II-
ORGANIZACIÓN DEL CASING TALLY, MEDIDA DE LA TUBERIA E INSPECCIÓN.
Una vez recibidos y chequeados los revestidores, se procede a su ordenamiento y medición. Por lo general se enumeran con tiza especial de manera acorde al orden en que van a ser retirados del burro de almacenamiento al de la corredera por el montacargas. Por lo general dado el peso del revestidor, se enumeran de 5 en 5, y se va anotando para cada tubería medida su respectiva longitud. Ya con estos datos, el supervisor del pozo procederá a realizar el Casing Tally, que no es mas que un listado donde se presentan enumeradas y ordenadas cada una de las tuberías del revestidor, diseñadas de forma tal que pueda cump lir con los parámetros requeridos. En el casing tally de igual forma se dispone el equipo de flotación, en combinación con los revestidores. El primer casing es bajado teniendo la zapata ciega como base, y en el segundo ,el cuello flotador. La disposición de los centralizadores dependerá de un diseño basado en estudios de ingeniería dependiendo del angulo del pozo y otros parametros. De igual manera, el casing tally permite llevar un control sobre la profundidad que se lleva de acuerdo al número de tuberías que se han bajado, asi como la longitud acumulada y el peso acumulado. El mismo se toma de acuerdo con el peso por pie de cada uno de los casing por el numero de estos que hayan sido s ido bajados.
III-
CHEQUEO DE EQUIPO DE FLOTACIÓN, CENTRALIZACION.
El equipo de flotación consta de la zapata flotante, el cuello flotador, tapones, los centralizadores, los centralizadores flexibles y, en ciertas ocasiones, los raspadores. Estos accesorios fueron di señados
conforme la experiencia en las operaciones de perforación requirió su fabricación para la obtención de mejores resultados.
La zapata flotadora o de cementación va enroscada al primer tubo que se baja durante el revestimiento. Esta sirve para guiar a l a tubería en su descenso hasta la profundidad donde se va a cementar. En su interior posee un mecanismo de obturación que impide que los fluidos de perforación puedan ingresar dentro de la zapata. La funcionabilidad de este se chequea antes de bajar el revestidor, agregando agua en un extremo de la zapata, la cual debe impedir, de estar en perfecto estado, que el agua penetre en su interior y se bote por debajo. El cuello flotador se coloca entre dos tubos que serán baj ados inmediatamente o poco después del primer tubo al que se le había enroscado la zapata. Este cuello o unión tiene como funcionabilidad permitir la entrada de los flui dos de perforación hacia el hoyo, pero impedir la entrada de los fluidos desde el hoyo hasta la tubería, mediante un mecanismo de válvula de un solo paso. Dispone además de un asiento en donde se le insertará un tapón que indicará la finalización del proceso de cementación. De igual for ma que la zapata, se chequea verificando q ue no deje pasar agua hacia su interior. Los centralizadores se instalan en los puntos que se crean necesarios con el fin de asegurar que la sarta quede centrada respecto al hoyo, evitando que esta se pueda recostar contra la pared del mismo. Antes de su empleo hay que verificar si en los materiales solicitados fueron enviados los respectivos clavos de aseguramiento del centralizador.
IV-
REVISION DEL DISEÑO DE LA CORRIDA DE REVESTIDOR EN EL CAMPO, PROGRAMA DE CENTRALIZACION.
La corrida del revestidor es diseñada por medio de la elaboración del casing Tally. Para ello se requiere indicar las longitudes de la zapata de flotación, el primer tubo revestidor y la del cuello flotador. En el diseño de igual forma, se van enumerando las demás juntas, tanto las que se van a bajar como las que quedaran por fuera. Estas últimas serían aquellas que sobran debido a que las que ya fueron bajadas cubren la totalidad de la profundidad abarcada desde el asentamiento de la zapata hasta mas o menos unos 5 pies por encima de la mesa rotaria. Cada 1500 pies se debe proceder a la ruptura de gelescon la finalidad de facilitar el movimiento del lodo cuando éste se melifica mostrando valores altos de viscosidad que pueden ocasionar pérdida de los fluidos de perforación. El programa de centralización se elabora directamente en el campo para mantener la tubería lo más centrada posible respecto al hoyo y evitar que se recueste en las paredes de éste, evitando así pegas de tubería. La empresa Halliburton maneja un programa que calcula el Stand Off o diferencia de centralización del revestidor en el hoyo, en la etapa de revestimiento de manera tal que se pueda proporcionar un óptimo diseño de centralización.
V-
OPERACIONES DE CEMENTACION PRIMARIA (RECEPCION DE EQUIPOS, REVISION DE EQUIPOS, CALCULO DE CAMPO, CEMENTACIONES)
La cementación es el procedimiento en donde agua y cemento se combinan e inyectan a través de la tubería de revestimiento o la de producción en zonas críticas. Tal es el caso de la zona alrededor de la zapata de la tubería revestidora, el espacio anular y hoyos desnudos. La cementación primaria se realiza a presiones suficientes para que la mezcla de cemento bombeada por el interior de la sarta revestidora, pueda desplazarse a través de la zapata flotante. La mezcla pasa de la zapata ascendiendo hacia el espacio anular hasta cubrir la distancia calculada que debe quedar rellena de cemento. Cuando la mezcla no esta llegando a la superficie, se asume que se esta circulando cemento hasta las formaciones. En este caso se requiere de una cementación remedial o forzada. Durante la cementación primaria se hace el llamado a la empresa encargada de realizar esta fase, la cual debe disponer en las instalaciones del taladro de una unidad cementadora con dos bombas, un Batch Mixer (mezclador), tolvas de cemento, equipo para medición de parámetros de cemento (presión, tasa, densidad), tapones (Inferior Rojo y Superior Negro), Botella de Circulación, Cabezal Buttres y balanza presurizada. Los cálculos para esta fase son mas que todo relacionados con el Volumen de la Lechada de Cola y la de Relleno, Shoe Track (espacio entre zapata y cuello), y el Volumen de Agua a Desplazar. Para ello se requiere que de acuerdo al programa de cementación diseñado para el pozo, se maneje la densidad de la lechada de cola y la profundidad a la cual debe quedar esta (por lo general en los pozos del Campo Uracoa se pide que la lechada de cola este a 500 pies encima del tope de la Formación Oficina). Para la lechada de relleno se requiere igualmente su densidad y profundidad, que depende de la ubicación de las zonas a aislar.
FORMULAS
Para el Volumen de la lechada de Cola
V(lecCola) = (Dh^2 - De^2) / 1029,4 x (PZ - PTL) Donde: VlecCola = Volumen de Lechada de Cola (en Barriles) Dh = diámetro del Hoyo ( en pulgadas) De = Diámetro del Revestidor ( en pulgadas) PZ = Profundidad de la Zapata (en pies) PTL = Profundidad del Tope de la Lechada (en pies).
Para el Volumen de la lechada de Relleno
V(lecRell) = (Dh^2 - De^2) / 1029,4 x (PTLc - PTLr) Donde: VlecRell = Volumen de Lechada de Relleno, en barriles. Dh = diámetro del Hoyo, en pulgadas.
De = diámetro externo del casing, en pulgadas. PTLc = Profundidad del Tope de la lechada de Cola, en pies. PTLr = Profundidad del Tope de la Lechada de relleno, en pies.
Para el Volumen de Shoe Track:
Vst = (DI^2 * LongST) / 1029,4 Donde Vst = Volumen de Shoe Track, en barriles DI = diámetro interno del Revestidor en pulgadas Long ST = longitud del Shoe Track en pies.
Para el Volumen de Agua a desplazar.
Vw = (DI^2 * PCF) / 1029,4 Vw = Volumen de agua a desplazar, en Barriles. Di =Diámetro interno del revestidor, en pulgadas. PCF = profundidad del Cuello Flotador, en pies.
VI-
OPERACIONES DE CEMENTACION SECUNDARIA (PRACTICAS COMUNMENTE USADAS EN CAMPO, TIPOS DE CEMENTACIÓN REMDIAL, PRUEBAS DE INYECTIVIDAD).
La Cementación secundaria, también conocida como Remedial o Forzada, consiste literalmente en forzar la mezcla de cemento a altas presiones hacia la formación para corregir anomalías en ciertos puntos que son abiertos en los r evestidores por medio de cañoneo. Esta inyección de cemento se aplica para: Falta de cemento en ciertos tramos de la tubería. Aislamiento de un intervalo acuífero y/o gasifero en la tubería. Corrección de fuga de fluidos a través del revestidor debido a desperfectos, y
Abandono de zonas productivas agotadas.
BOMBEO DE LECHADAS, REVISION DE PARAMETROS.
El Bombeo de las lechadas de cemento requiere de la revisión de los siguientes parámetros: Densidad Equivalente en Circulación (ECD), la cual no tiene que excederse de los valores determinados puede generar fracturas en la formación. Tasa de Bombeo, que se determina mediante simulación en el galonaje de perforación, minimizando la contaminación de los fluidos de la formación, asegurando la adherencia del cemento a las paredes del hoyo y evitando la canalización y fracturas. Reología de las Lechadas, que dependerá de acuerdo al tipo de lodo, el regimen de flujo (si es laminar o turbulento) y las zonas a aislar y/o proteger. Los aditivos al bombeo de lechadas dependerán del tipo de formación, ya que de acuerdo al caso se requerirán para el control de gas, influjos o pérdidas.
-TENSIONAMIENTO DEL CASING PARA COLGADA.
Consiste en mantener en tensión el revestidor para prueba de su funcionamiento. Esto se realiza luego de la etapa de cementación colgando el tubo revestidor a cierta tensión (para el caso del revestidor de 7” , se tensiona a 40.000 libras por encima del peso total del revestimiento) denominada de Over Pull.
X.-CORTE E INSTALACIÓN DE CABEZAL. Una vez terminada la desvestida de los equipos de cementación, se procede al corte y biselado del revestidor para posterior intalación de las distintas secciones del cabezal de pozo. Luego de la cementación de un revestidor de 9-5/8” , por ejemplo, se instala la sección A. Para el pozo UM 168 en Campo Uracoa esta instalación estuvo a cargo de compañías OTS y WOOD GROUP. La sección A era de tipo 11” x 9-5/8” 3M.
La sección “B” se instala una vez cortado y biselado el revestidor de 7”. Para el pozo UM 168 esta sección era del tipo 11” x 7-1/16” 3M. La última sección se instala luego de bajar la tubería de producción de 3-1/2” , asentando colgador encima de tasa de la seccion B y retirando tubo de maniobra. Posteriormente se desvisten y retiran las VIR’s y se instalan el manifold de tubos capilares y la válvula check de 2 vías. De esta manera se tiene formado el llamado Arbolito de Navidad o Cruz del Pozo.
XI.-PRUEBAS DE PRESIÓN AL CABEZAL. Durante cada instalación de la correspondiente sección, se tienen que hacer pruebas de presión propias. De esta forma a la sección A del cabezal, luego de su instalación, se prueba con una presión de 1100 psi durante un tiempo de 10 minutos, empleando gas nitrógeno (N2).De la misma forma, la sección B es probada, pero ya con una presión mayor d e 2400 psi. Para la sección C se requieren otras pruebas, en las líneas de descarga Intake y el bloque de inyección, ambas con 800 psi. La cruz del pozo de 3M se prueba con una presión de 2500 psi.
XII.-PRUEBAS DE PRESION AL REVESTIDOR. De igual forma, los revestidores son sometidos a pruebas de presión para comprobar su óptimo funcionamiento. Al revestidor de 9-5/8” se le prueba aplicándole una presión de 1200 libras por pulgada cuadrada durante 10 minutos. Este proceso generalmente se hace despues de la ruptura de cemento, pero antes de romper zapata. Si el casing ha sido corrido de una manera eficaz, este resistirá a la prueba. Para el revestidor de 7” se prueba aplicando una presión de 1000 psi.
ANTECEDENTES DE LA OPERACION. En el caso del Hoyo Superficial, este es perforado con mecha de 12 ¼” Tricónica seguida del conjunto de tuberías y accesorios que conforman el BHA#1. Para el pozo UM 168, esta fase se completo perforando hasta la profundidad de 1050’ . Luego de lo cual se bombean píldoras y circula la tubería hasta observar retornos limpios. Finalizado este proceso, se saca la tubería del hoyo (STH) bien sea reciprocando o con gancho, de acuerdo a la situación. Posterior a este paso se procede a vestir la planchada para proceder a la bajada del revestidor de 9-5/8” para el caso del hoyo superficial. De igual forma se requiere que se pruebe el buen funcionamiento del equipo de flotación para garantizar su óptimo funcionamiento una vez que sea descendido.
RESUMEN DE LA OPERACION. La bajada del revestidor comienza con la conexion de la zapata flotadora a la primera junta del revestidor de 9 5/8”, seguida del cuello flotador, conectado a la siguiente junta. Después, cumpliendo con lo estipulado en el Casing Tally, se continuo bajando el revestidor de 9 5/8” de 36 libras por pie.
Una vez completa esta etapa, la compañía encargada de la Cementación, (Halliburton, CPVEN, Tucker, San Antonio, entre otras), procede al armado de las líneas de cementación, vistiendo el equipo e instalando el cabezal. Después de realizar la reunión de seguridad, probó las líneas con una presión de 3000 psi. Luego se suelta el tapón de limpieza y bombea, para pozos del sur de Monagas, como el UM 168, 30 barriles de lavador, con una densidad de 8,3 lpg. Se mezclaron 179 barriles de lechada de relleno de 12,5 lpg, seguidas de 138 barriles de lechada de cola de 15,6 lpg de densidad. Seguidamente se suelta el tapón de desplazamiento empleando 81 barriles de agua para desplazar. Se obtuvo una presión final de bombeo de 300 psi, asentando tapón con una presión de 800 psi. Luego se tuvo que realizar tob job con cola de lav adores de 1½” , bombeando 70 barriles de cemento hasta que se observó cemento en superficie. Finalizada la operación la compañia inicia la desvestida de los equipos de cementación. Seguidamente otras compañias realizancorte bruto y biselado en el revestidor e instalaron la sección A del cabezal. Paso posterior a esta etapa es la instalación y prueba de la Válvula impide reventones (VIR) o BOP en inglés. Se instalan también todos los accesorios que conformaran este sistema de seguridad contra arremetidas: lineas de quemadero, preventor anular, preventor de arietes, Kill line, Choke line, choke manifold, stand pipe, Kelly Cock y el flow line. Seguido a este procedimiento, generalmente se realiza un simulacro de arremetida y abandono para obtener tiempo de respuesta
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ERDIDAS DE CIRCULACION DEL LODO Editar 1 19…
PÉRDIDAS DE CIRCULACIÓN DEL LODO Este problema es uno de los mas comunes y costosos que se presentan durante las Operaciones de Perforación, se entiende como la perdida del lodo de perforación hacia la formación. La pérdida puede ser parcial o total, es decir, se puede perder una pequeña fracción de fluido generalmente manifestada por una disminución gradual del nivel del fluido de perforación en los tanques o se puede perder el fluido de perforación que se encuentra en el hoyo, al desplazarse en su totalidad hacia la formación. La magnitud del problema plantea la necesidad de iniciar investigaciones que relacionen todos los aspectos considerados en la pérdida de circulación, para así determinar soluciones efectivas y evitar las horas improductivas durante las operaciones en el taladro.
3.1 FACTORES QUE AFECTAN LA PERDIDA DE CIRCULACIÓNExisten muchos factores que originan pérdidas de circulación en el hoyo, cada uno de estos está relacionado con el tipo de formación que se está perforando, las condiciones del hoyo y la presión que ejerce la columna del fluido de perforación. Los tipos de formaciones o condiciones en el subsuelo que pueden ocasionar o son susceptibles de generar una pérdida de circulación en el pozo se clasifican en cuatro categorías:
3.1.1 Fracturas Naturales o Intrínsecas Estas son creadas por los esfuerzos tectónicos, y los diferentes eventos geológicos ocurridos en una determinada zona. Se manifiestan por una discontinuidad que rompe los estratos de las rocas en bloques por medio de grietas o fisuras que pueden permitir el paso de los fluidos que se encuentran en el pozo solo si existe suficiente presión en el hoyo capaz de exceder la de los fluidos de la formación y además el espacio creado por la fractura es tan grande como para permitir la entrada de los fluidos con esta presión. (Figura 1.c)
3.1.2 Fracturas Creadas o Inducidas Son aquellas producidas durante las operaciones de perforación con el fin de estimular la formación para mejorar la producción (fracturamiento hidráulico y acidificación). Adicionalmente, muchas fracturas han sido creadas al tratar de mantener el peso de la columna hidrostática en el hoyo por lo que esta operación también puede crear fracturas en la formación si se excede la densidad necesaria para mantener las paredes
del hoyo. Las fracturas inducidas o creadas se distinguen de las fracturas naturales principalmente por el hecho de que la pérdida del fluido de perforación hacia fracturas inducidas requieren la imposición de presión de una magnitud suficiente para romper o abrir una parte de la formación. (Figura 1. d)
3.1.3 Fracturas cavernosas Las fracturas creadas en zonas cavernosas están generalmente relacionadas con formaciones volcánicas o de carbonatos (caliza y dolomita). Cuando estas formaciones fisuradas son perforadas, la columna de fluido de perforación puede caer libremente a través de la zona vacía creada por la fractura y producir rápidamente la pérdida del fluido de perforación.
Las formaciones cavernosas se diferencian de las fracturas naturales e inducidas en que las cavernas son probablemente el resultado de un fenómeno de disolución de la roca, es decir pueden aparecer durante el enfriamiento del magma o ceniza volcánica. (Figura 1.b)
3.1.4 Pérdidas en Formaciones altamente Permeables o poco ConsolidadasPueden tener una permeabilidad suficientemente alta para que el fluido de perforación invada la matriz de la formación, y generar así la pérdida de circulación de los fluidos del pozo. La alta permeabilidad también se encuentra frecuentemente en las arenas, grava, y formaciones que fueron arrecifes o bancos de ostras. En general para que ocurra la pérdida de fluido hacia las formaciones permeables es necesario que los espacios intergranulares tengan suficiente tamaño para permitir la entrada del fluido de perforación, y como en el caso de las fracturas naturales y cavernosas, es necesario que exista una presión hidrostática que exceda la presión de la formación. Solo así podrá ocurrir la invasión. Identificar los tipos de formaciones que causan pérdida de circulación siempre es un factor importante para determinar la solución del problema. En la siguiente tabla se identifica los tipos de formaciones propensas a generar pérdida de circulación en el hoyo y otras características distintivas que fueron observadas durante la pérdida de fluido en operaciones de campo. (Figura 1.a)
Fracturas Naturales
Fracturas Inducidas Cavernas
Formaciones poco Consolidadas
* Pueden ocurrir en cualquier tipo de roca
* Pueden ocurrir en * Ocurren cualquier tipo de roca normalmente en pero se esperan en calizas. formaciones con características de planos * La pérdida de
* Disminución gradual del nivel de fluido de perforación en los tanques.
* La pérdida es evidenciada por
disminución gradual del débiles como las lutitas. retorno es * La pérdida puede ser fluido de perforación en repentina y completa si se continua * La pérdida es los tanques. Si se completa. la perforación. normalmente repentina y continua con la acompañada por * La tasa de * Se debe considerar la perforación y se pérdidas de retorno penetración permeabilidad de la encuentran más completas. puede disminuir formación. fracturas se puede antes de la perder completamente * El nivel de fluido de pérdida. el fluido de perforación. * La pérdida puede ir acompañada por una perforación en el anular arremetida. * Usualmente la se mantiene con las mecha cae bombas paradas pero * Cuando la pérdida de varios pies antes desciende al circulación ocurre en de volver a desahogar la presión. lugares donde los pozos encontrar la Por lo general la vecinos no han formación. pérdida se incrementa experimentado pérdida al reiniciar la de circulación se * Se observa un circulación. sospecha de fracturas aumento de peso inducidas. en el gancho debido a la sarta * Marcado incremento y una en la presión de la disminución de bomba. peso aplicado sobre la mecha. * Generalmente ocurre en formaciones poco compactadas y con poca deposición marina. * Se producen cuando se tienen altas pérdidas de presión en el anular que incrementan considerablemente la densidad equivalente de circulación (DEC)
Después de realizar el estudio de campo y establecer las características de las formaciones más vulnerables a la pérdida de circulación, algunas de las reglas generales al momento de proponer la solución adecuada son: ♦ Cuando se penetran formaciones donde se sospecha la existencia de fracturas cavernosas es necesario usar fluidos de perforación pesados. Debido a esto en muchos casos, la suma de la presión hidrostática de la columna requerida para controlar las presiones de formación anormales más la presión requerida para circular el fluido de
perforación, puede aproximarse a la presión de fractura de la formación y generar igualmente la pérdida de fluido, es por ello que se debe estar alerta al emplear la presión de circulación adecuada y la densidad del fluido de perforación óptima. ♦ Adicionalmente se cree que las fracturas en forma de cavernas se producen frecuentemente mientras se perforan zonas anormalmente presurizadas, aunque también pueden ocurrir en muchas zonas de presión normal. ♦ Probablemente el tipo de pérdida de circulación más difícil de controlar y prevenir es la que ocurre en formaciones cavernosas; sin embargo, el hecho de que esta sea el tipo de pérdida menos común proporciona la ventaja de que puede ser controlada como un problema de pérdida de circulación por fractura inducida. Por otra parte, para definir el problema de pérdida del fluido de perforación debido a fracturas inducidas y/o naturales fue necesario determinar las condiciones en el hoyo que pueden contribuir a causar la pérdida. Las condiciones necesarias para que exista una fractura en la formación son las siguientes:
Debe existir una presión suficientemente alta en el hoyo que pueda impulsar los fluidos hacia la formación. Debe existir una superficie suficientemente débil para que la fuerza ejercida por la presión en el hoyo pueda abrirla o romperla.
Adicionalmente, un estudio de las posibles anomalías en el hoyo indica que existen otras condiciones que pueden ocasionar fracturas en la formación y ocasionar pérdida de fluido. Ellas son:
Paredes de Hoyo Homogéneas e Impermeables: cuando estas condiciones están presentes en un hoyo la presión interna de los fluidos excede la fuerza de tensión de la roca mientras que la formación genera una contrapresión sobre la columna hidrostática para prevenir la falla por tensión. Irregularidades del Pozo: las irregularidades del pozo que pueden causar fracturas son las ranuras y ensanchamientos con formas elípticas. La presión puede tender a fracturar
la formación en estas zonas de irregularidades. Para ello la presión del fluido de perforación debe exceder la fuerza de la roca más la presión de sobrecarga. Fracturas Intrínsecas: los fluidos de perforación pueden entrar a fracturas intrínsecas, al permitir que la presión generada por ellos actúe en dirección perpendicular a los planos de fractura. Para que esto ocurra es necesario que la presión ejercida por el fluido exceda la sobrecarga más la presión de fractura. Zonas Permeables: los fluidos de perforación pueden entrar a zonas permeables, y crear fracturas al ejercen presión en el medio poroso. Para que esto ocurra la presión impuesta en los poros debe exceder la presión de sobrecarga más la presión necesaria para sobrepasar los esfuerzos de la roca a través de los planos más débiles; tal como ocurre en el caso de las irregularidades del pozo. Sistema Hidráulico Cerrado: cuando un pozo se cierra cualquier presión en superficie no solo incrementa la presión en el fondo del hoyo sino que también se incrementa la presión en las paredes de la formación, lo que ocasiona que toda o parte de ella se encuentre en un estado de tensión.
En general, se puede decir que una o varias de estas condiciones pueden estar presentes en un pozo, por ello cuando la presión alcanza magnitudes críticas, se puede esperar que ocurran fracturas inducidas y pérdidas de circulación en las zonas más frágiles. Adicionalmente, es posible fracturar la formación y crear pérdidas de circulación cuando la presión hidrostática creada por el fluido de perforación es más alta que la presión necesaria para realizar las operaciones de perforación. La importancia de mantener la presión ejercida por el fluido de perforación contra la formación dentro de los límites establecidos radica en que si esto se logra las pérdidas de circulación pueden ser prevenidas. Se ha demostrado que la presión hidrostática de la columna de fluido puede ser suficiente para fracturar la formación, es decir, en muchos casos no se necesita imponer presión adicional para que ocurra la circulación del fluido de perforación hacia la formación. Cuando la presión hidrostática está cercana al punto crítico (presión máxima para controlar los fluidos de la formación) hay que considerar las variables que pueden afectar la pérdida de circulación directa o indirectamente:
Propiedades de Flujo: los fluidos de perforación se comportan como fluidos plásticos y por lo tanto cuando están bajo el régimen de flujo laminar cualquier reducción del valor del punto cedente reduce la presión mientras la tasa de flujo se mantiene constante. Tasa de Filtrado: una alta tasa de filtrado puede incrementar indirectamente la presión ejercida contra la formación al crear un revoque grueso que restringa el flujo del fluido de perforación en el anular. Inercia de la Columna del Fluido de Perforación: cuando se detiene la circulación del fluido de perforación por un tiempo determinado, cualquier aplicación repentina de presión para comenzar nuevamente la circulación puede imponer una presión innecesariamente alta en la formación debido a la resistencia de gel en el fluido de perforación y a la inercia de la columna hidrostática. Alta Tasa de Circulación: en muchos casos las altas tasas de circulación para remover cortes en imponen una presión excesiva en la formación. Sin embargo la misma eficiencia de remoción de ripios se puede alcanzar sin temor de causar pérdidas de circulación si se alteran las propiedades del fluido de perforación. Ensanchamiento de Hoyo: los ensanchamientos de hoyo pueden reducir la velocidad del fluido de perforación y permitir que los ripios se acumulen y se suspendan al punto de aumentar la presión de surgencia. Bajada de Tubería: una de las causas frecuentes de incremento de presión es la bajada rápida de la tubería. Esto es lo que se conoce como presión de surgencia.
Una vez que la pérdida de fluido hacia la formación ha ocurrido, es posible identificar y reconocer la zona en la que ha ocurrido el problema. Las pérdidas están normalmente en el fondo si se presentan durante la perforación del hoyo, la pérdida viene acompañada de un cambio notable en la velocidad de penetración, la pérdida se debe evidentemente a fracturas naturales, fallas, cavernosidad, fisuras o arenas y gravas de alta permeabilidad, ocurre un incremento en la velocidad de penetración con un aumento en el torque y caída libre del cuadrante (durante la perforación convencional), junto una pérdida instantánea en la circulación. Las pérdidas están normalmente fuera del fondo si se presentan durante un viaje, perforando rápidamente o incrementando la densidad del fluido de perforación, son obviamente el resultado de una fractura inducida, son el resultado de cerrar y matar el pozo y por último, la carga anular es tal que aumenta la densidad aparente del fluido de perforación de retorno.
3.2 DETECCIÓN DE UN PROBLEMA DE CIRCULACIÓN Una alerta por una zona de pérdida puede ser dada por un aumento en la rata de perforación, esto puede ser debido que la formación encontrada es frágil, inconsolidada, cavernosa o extremadamente porosa. Las fracturas pueden ser detectadas por un incremento súbito en la rata de penetración acompañada por torque alto y errático.
La pérdida de circulación inicialmente será detectada por una reducción de flujo de lodo hacia la superficie, acompañada de una pérdida de presión. Si la situación continúa o empeora, el nivel del lodo en el tanque de succión bajará a medida que se pierde el lodo.
En una situación aún más severa, habrá una total ausencia de retornos del pozo.
3.3 CONSECUENCIAS DE PERDIDAS DE CIRCULACIÓN En el peor de los casos es cuando se pierde fluido a la formación, cae la altura de la columna de lodo dentro del anular y se reduce en consecuencia la presión hidrostática. Esta caída de presión hidrostática puede permitir que entren al pozo fluidos de otras formaciones. (es decir una patada) En este caso, el pozo está fluyendo a una profundidad y perdiendo en otra. Los fluidos de formación pueden fluir entre los dos intervalos, resultando en un reventón subterráneo. Este flujo incontrolable de fluidos bajo la superficie, es una situación muy crítica y muy difícil de resolver. Otras consecuencias pueden ser: El Daño a la formación • Incremento en los costos como resultado del tiempo que lleve resolver los problemas y el costo del lodo perdido. • Cambio en las propiedades del lodo, y cambios en las ratas de flujo para controlar la pérdida de circulación pueden reducir la eficiencia en la perforación, al gastar tiempo e incrementando el costo. • Pega diferencial de tubería en la zona de pérdida o por encima de ella, debido a la ausencia de lodo en el anular.
3.4 ACCIONES PARA PREVENIR LAS PERDIDAS DE CIRCULACIÓN El control apropiado para prevenir la pérdida de circulación incluye mantener el hoyo lleno para prevenir un influjo, evitar el atascamiento de tubería, sellar las zonas de pérdida y vigilar cautelosamente la circulación. Generalmente, las pérdidas pueden ser corregidas añadiendo materiales especiales para pérdida de circulación al fluido de perforación, ya que los sólidos que contienen dichos materiales son más grandes que los usados en los fluidos de perforación convencionales, es por ello que sellan las zonas de pérdida. Pueden ser fibrosos (papel, semillas de algodón), granulares (conchas de nueces) o en hojuelas (mica). Cuando ocurren pérdidas parciales la mecha debe ser extraída de la zona de pérdida si esta ocurrió en el fondo, el hoyo se debe mantenerse lleno con un fluido de perforación de baja densidad para permitir su asentamiento entre 4 y 8 horas. Luego la mecha se debe llevar nuevamente hacia el fondo del hoyo cuidadosamente. Si aún así no se alcanza nuevamente la circulación del fluido de perforación se debe colocar una píldora o lechada en el sistema de circulación. Si el fluido de perforación es un fluido de perforación base aceite se recomienda colocar una arcilla organofílica en agua. Las pérdidas totales por su parte requieren un fluido de perforación especial para altas pérdidas o un tapón de cemento para sellar la zona. Otras medidas preventivas son minimizar las presiones de fondo ejerciendo buenas prácticas de perforación que mantengan los aumentos bruscos de presión al nivel de la presión de fractura y de formación, o interrumpiendo la circulación del fluido de perforación por varios intervalos de tiempo durante los viajes de tubería. Esta acción generalmente se aplica cuando se paran repentinamente las bombas puesto que con ello se generan grandes aumento de presión.
3.5 SO LU CIO NE S PA RA PE RDI DA S DE CIR CU LA CIÓ N Si ocurre una pérdida de circulación, se pueden adoptar ciertos procedimientos para minimizar y eventualmente hasta evitar futuras pérdidas: • Reducir el peso del lodo ( pero manteniendo el balance con las otras formaciones). • Reducir la rata de circulación (esto reduce la densidad equivalente de circulación, pero debe existir una velocidad anular suficiente para arrastrar los cortes y mantener limpio el hueco) • Incrementar la viscosidad del lodo (un lodo más viscoso reduce la rata de pérdida). Estos parámetros, o la combinación de ellos pueden ser alterada sólo dentro de ciertos límites. Si estas modificaciones no detienen, o reducen suficientemente, la pérdida de circulación, puede añadirse al lodo material de control de pérdidas (Lost Circulation Material) (LCM) que es fibra de madera, cáscaras de nueces, cáscaras de semilla de algodón, de arroz, conchas marinas, celofán o asfalto.
Este material es bombeado en píldoras, pues el LCM no sólo hace más espeso el lodo sino que tiende a taponar las fracturas que estén causando la pérdida del lodo. Si ninguno de estos procedimientos funciona suficientemente, un recurso final es el de bombear cemento en la zona fracturada. Se espera que esto selle la formación, evitando más pérdidas de circulación y se pueda continuar la perforación. Durante la prevención de la pérdida de circulación, la prioridad suma es la de evitar que se pierda cabeza hidrostática dentro del pozo, lo cual podría resultar en un reventón subterráneo. Si esto ocurriese, se bombearía agua dentro del anular con el fin de mantener un nivel suficiente.
ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA PERFORACIÓN POR ROTACIÓN DE UN POZO -Columna o sarta de perforación -La máquina perforadora que, desde la superficie del terreno, proporciona a la sarta el movimiento de giro y avance que se transmite al útil de corte. -El fluido de perforación, que en general es un lodo formado por bentonitas a las que se han añadido ciertos aditivos para adecuar sus características a las necesidad de perforación para pozos.
TECNICA En la construcción de pozos para agua se aprovechan los conocimientos y técnicas puestas a punto para los sondeos de petróleo, pero con las simplificaciones de todo orden que se derivan de su menor profundidad y con algunas peculiaridades propias, como el empleo de mayores diámetros, colocación de filtros, desarrollo con aire comprimido y otros procedimientos. La perforación a rotación se realiza el fluido de perforación se inyecta a alta presión desde el cabezal a la herramienta de corte a través del interior del tren de varillaje. El mecanismo impulsor suele ser una bomba de pistones (bomba de lodos). El lodo inyectado en el tricono sale a alta presión a través de unos orificios, los "jet" cumpliendo con la doble función de refrigerar y limpiar las piñas del tricono y arrastrar los detritus. El lodo asciende, impulsado por la propia presión de inyección, por el espacio anular entre el varillaje y las paredes de la perforación hasta el exterior, donde es canalizado hacia el sistema de balsas. Antes de rebombearlo al interior del sondeo se debe descargar en la medida de lo posible su contenido en detritus, bien mediante dispositivos tipos mesas vibrantes y tamices, o simplemente mediante decantación en balsas. En general, suelen presentar mayores dimensiones y suelen ser más complejos que los de percusión. Si se comparan, ambos coinciden en el tipo de plataforma (trailer o semitrailer) normalmente con mayor número de ejes para mejor reparto del peso. El mástil, a veces de tipo telescópico, está constituido por una estructura metálica reforzada y es abatible y/o desmontable para el transporte. Además de los motores, cabrestantes, etc., suelen llevar montados sobre el chasis otros elementos mecánicos como bombas de lodos, compresor, etc, según las características de cada equipo. Pero en cambio, son claramente distintos los elementos que constituyen la sarta de perforación. La mecánica de perforación se basa en el corte por cizallamiento o desgaste por abrasión. Este efecto se produce en esquema mediante una herramienta de corte combinando presión/peso sobre la formación, y un movimiento rotativo, al tiempo que un fluido limpia, transporta y extrae los detritus arrancados. Los principales parámetros que se definen en la perforación a rotación son: el peso sobre la herramienta, la velocidad de rotación, las características de la herramienta de corte y la naturaleza y sentido de la circulación del fluido de perforación.
SISTEMAS DE PERFORACION A ROTACION CON CIRCULACION DIRECTA Y CON CIRCULACION INVERSA Las dos principales variantes del sistema de rotación son la rotación con circulación directa y la rotación con circulación inversa. La principal diferencia entre ambas radica en el sentido de circulación del fluido de perforación. No obstante, ya los modernos equipos de perforación a rotación suelen estar preparados para trabajar a varios sistemas (circulación directa o inversa, retopercusión, rotación con aire), pudiendo de este modo adaptarse a las condiciones específicas de cada perforación.
Cuando el diámetro de una perforación es grande, la velocidad del lodo en el anular comprendido entre la pared del varillaje y el terreno, resulta muy pequeña e insuficiente para elevar el detritus o ripio a la superficie, haciendo lenta y peligrosa la perforación. Para evitar esto se invierte el sentido de circulación del lodo, es decir, se le hace descender por el anular y retornar por el interior del varillaje, que además, es de mayor diámetro. Con ello se obtienen 3 ventajas: (1) gran capacidad de extracción de detritus debido a la alta velocidad del lodo en el interior del varillaje; (2) pequeña cantidad de descenso del lodo por el anular, con mínimo efecto de erosión en las paredes del terreno, disminuido aún por tratarse de lodo limpio, sin partículas de detritus; (3) posibilidad de emplear (si la formación se sostiene) lodos de baja densidad y viscosidad, puesto que la capacidad de arrastre del detritus está confiada a su alta velocidad en el interior del varillaje. Con estos lodos ligeros, que pueden llegar a ser agua limpia, no se corre el riesgo de impermeabilizar acuíferos de poca potencia o escasa presión. La principal diferencia entre los equipos de rotación directa o los de rotación inversa es que, mientras los primeros utilizan una bomba de lodos, los segundos utilizan un compresor, que generalmente suele llevar su propio motor. En ambos casos, estos elementos suelen ir montados sobre el propio chasis de la máquina, aunque a veces, debido al tamaño de los compresores suelen ir en remolques independientes. Otra diferencia entre la rotación directa y la inversa estriba en el varillaje, aunque en la circulación inversa las varillas que se utilizan por debajo de la cota de inyección del aire son comunes a las de circulación directa. En cuanto a las herramientas de corte son iguales en la rotación directa y en la inversa, aunque adaptadas al particular tipo de circulación. Por ejemplo, a los triconos se les obturan los "jets", mientras que para la aspiración se abre un orificio central. Mientras que el problema más frecuente de la circulación directa es el emboce de las piñas del tricono por insuficiente limpieza, en la circulación inversa, el problema más frecuente es la obstrucción de la aspiración de cantos gruesos. En sondeos poco profundos, el efecto de circulación inversa se puede provocar por aspiración, generalmente mediante bombas centrífugas, aunque en la práctica, su eficacia se ve limitada a unos 6 m. El efecto de "aspiración" se puede lograr de varios sistemas: utilizando un varillaje de doble pared o con conductos laterales, de forma que puede inyectarse aire a presión mediante un compresor. A una profundidad determinada se introduce el aire, mediante un sistema de válvulas, al interior del varillaje, que está relleno de agua o lodo. La inyección del lodo provoca un "aligeramiento" en la columna de lodo del interior del varillaje con respecto a la columna del anular, con la consiguiente diferencia de presión que induce un efecto de "aspiración". De este modo el lodo asciende por el interior del varillaje, arrastrando los detritus de perforación hasta el exterior.
SISTEMAS DE TRANSMISION DE ENERGIA A LA SARTA DE PERFORACIÓN Actualmente existes dos sistemas de transm isión de la energía rotativa a la sart a de perforación: mediante mesas de rotación y mediante un cabezal de rotación. * Mesas de rotación: La mayor parte de los equipos, sobre todos los de mayor capacidad, transmiten el movimiento rotativo mediante mesas de rotación. Este elemento lleva en su eje un hueco ajustado a la sección de la barra Kelly. Suelen ser elementos abatibles o incluso totalmente desmontables, para permitir las operaciones de entubación. Por esta razón requieren de otro elemento para soportar el peso de la sarta de perforación, y al mismo tiempo, conectar el circuito del fluido de perforación en el tren de varillaje, que es el denominado giratoria de inyección y que está soportado por un cabrestante y debe tener capacidad para soportar grandes cargas a considerables revoluciones. Su principal ventaja radica en su elevado par de rotación, su capacidad para trabajar a mayor rango de velocidad y la sencillez de su mecánica. * Cabezal de rotación. Consiste en un elemento de accionamiento mecánico-hidráulico que se
desplaza a lo largo de la torre de perforación gracias a cilindros hidráulicos y/o transmisiones de cadenas. Este sistema se instala en la mayoría de las perforaciones modernas. Disponen de capacidad de empuje sobre la herramienta de corte, importante en la primera fase de perforación, mientras que en las otras perforadoras apenas existe peso disponible. También disponen de mejor control sobre el peso, mayor velocidad de maniobras (los cabezales suelen tener capacidad para autoalimentarse y roscar nuevas varillas) y precisan de menor número de operarios ya que el manejo es más automatizado.
