Perforación de pozos de alcance extendido #3
Esta entrega aborda la inestabilidad mecánica como una preocupación de alcance extendido de los pozos, explica la teoría de la mecánica de rocas en relación con los pozos de alto ángulo y se esboza un caso histórico del Pozo de alcance extendido en los que la mecánica de las rocas en el reservorio es fundamental para p ara el éxito del pozo. Un modelo matemático demostró que en algunos casos a medida que aumenta la inclinación se necesita también un mayor peso en el fluido de perforación o lodo esto generalmente para evitar el colapso. En 1980, los esfuerzos por realizar perforaciones con desplazamiento extendidos, para poder explorar yacimientos que antes estaba fuera de alcance se los realiza ahora con un éxito significativo. La empresa Unocal había roto el récord de 14000 pies de desplazamiento durante la perforación. A comienzos de 1990, Statoil había roto la barrena de 23000 pies. La perforación se estaba produciendo en las inclinaciones y desplazamiento nunca antes previstos. Todos los aspectos de la operación se están probando en los márgenes de viabilidad, incluyendo la estabilidad del Pozo. A mediados de 1980, varios profesionales de perforación comenzaron a darse cuenta de que evitar ev itar la inestabilidad mecánica mecán ica del pozo es fundamental para el éxito de una perforación direccional eficiente y no se tenga problemas debido a una estabilidad mecánica. La preocupación por la inestabilidad mecánica del pozo en los pozos de alcance extendido esta justificada. Varias cuestiones relacionadas con pozos de alcance extendido en la perforación han llevado a esta preocupación. Estrecho rango de operación.- En general cuando se da una inclinación durante la perforación de un pozo poz o a través de las formaciones se debe tomar una mayor presión en el peso del lodo para evitar que el pozo se derrumbe. Al mismo tiempo se deben tomar en cuenta otros factores que son muy importantes como ser: Gradiente de fractura, el peso del lodo, además se debe tomar en cuenta Radio de curvatura entre la fractura y el colapso se estrecha. Dependencia del tiempo.- Debido a las secciones del pozo de alcance extendido, los agujeros tienden a ser largos y se debe tener mas cuidado al limpiar los recortes generados durante la perforación. Se dedicara mucho mas tiempo a la perforación de un pozo
inclinado en comparción con una perforación vertical o de bajo ángulo y perforaciones convencionales. Por lo tanto, se debe tener un mayor cuidado al utilizar el agua como base del fluido de perforación base. A consecuencia del fluido o lodo de perforación a base de agua, la hidratación aumenta el contenido de agua de la roca del pozo que a su vez, afecta a la estabilidad del pozo y reduce su fuerza. Esto no suele ser una preocupación con el lodo de perforación a base de petróleo debido a que no entrará en los poros de un pozo. Densidad de circulación equivalente alta.- (EDC) Debido a las secciones del hoyo son largas, una caída de presión alta dentro del espacio anular de una operación del fluido de perforación puede aumentar la densidad de circulación equivalente hasta el punto de fractura del pozo. Los efectos de las inclinaciones tiempo del azimut, el peso del lodo, el tipo de barro, el impacto ECD las presiones impuestas sobre el pozo son factores claves para tener un pozo estable.
En una formación compacta se deben tomar en cuenta también estos factores al igual que en una formación en la cual esta formada por fuerzas tectónicas, estos valores pueden variar significativamente. A medida que el agujero se perfora, una presión en situ está distribuida alrededor del pozo a manera de obtener el apoyo proporcionado por la roca a medida que se perfora. Un modelo matemático de mecánica de rocas se puede utilizar para relacionarse directamente. Rock fuerza. Rock no en compresión o tensión. Falta de compresión se produce cuando la compresión presiones impuestas sobre la roca superar su resistencia a la compresión. El fracaso a la tracción (rotura del pozo) se produce cuando se convierte en un esfuerzo a la tracción y supera la resistencia a la tracción de la roca. La resistencia a la compresión de la roca se puede aproximar al someter a una muestra básica de esfuerzos de compresión en una celda de ensayos triaxiales hasta que falla. La resistencia a la tracción, que es básicamente la tensión requerida para separar las muestras de roca o una fuga de prueba. Investigadores de esfuerzos mecánicos han adoptado una convención de signos de compresión y tensión. La compresión es positiva y la tensión negativa. Cuando la tensión en la roca se esta convirtiendo cada vez mas positiva, la carga de compresión en el que va en aumento. Por el contrario, cuando la presión en la roca se esta convirtiendo en negativa, la carga de roca se está convirtiendo en negativa, y de esta manera la carga de rocas se esta convirtiendo en la tracción. La conceptualización de las fuerzas que actúan sobre el pozo es otra forma de entender la naturaleza de la inestabilidad, sin tener que vadear a través de las ecuaciones de la estabilidad. Como se señalo anteriormente, a medida que aumenta la inclinación, así, el
pozo se hace mas sensible a la inestabilidad mecánica. Suponiendo que la tensión a la sobrecarga, es mayor que la tensión horizontal, (que se encuentra en una formación que esta normalmente compactada), el movimiento hacia un estado inestable a medida que aumenta la inclinación es fácil de entender. A medida que la trayectoria del pozo pasa de vertical a horizontal, la pared del pozo se somete a valor mas alto de estrés o contrapresión. Para hacer frente a este mayor nivel de estrés del pozo, el peso del lodo es mayor. Para lograr un estudio mas profundo de los factores que afectan la estabilidad, hay que examinar varias de las expresiones matemáticas para el estrés de pozo. Como veremos a continuación, esto se hace en el contexto de varias preguntas mas frecuentes sobre la mecánica de rocas y la estabilidad del pozo. ¿Por qué el pozo se vuelve más susceptible a las fracturas y colapso a medida que aumenta la inclinación?
A una determinada profundidad con el estado de estrés o sobrepresión en el terreno fijo, cambia con la posición alrededor de la pared del pozo. Si el estrés en el hoyo alrededor de la circunferencia de un pozo se puede medir en profundidad dada, no sería de un máximo. La ubicación de los valores máximos y mínimos depende del estado de tensiones in situ. Fractura.- A medida que la inclinación aumenta disminuye y se desplaza hacia un estado de tensión. Si esta tensión supera la resistencia a la tracción de la roca del pozo, el pozo se fractura. Colapso.- El colapso se debe considerar. A medida que aumenta la inclinación supera la resistencia a la compresión de la roca del pozo, entonces el pozo se derrumba. ¿Qué efecto tiene el peso del lodo en la estabilidad del pozo? Fractura.- El pozo puede presentar una fractura esto se puede cuando la resistencia a la tracción de la roca del pozo se excede. Colapso.- El peso del lodo ayuda a evitar el colapso. Esto se muestra la compresión. ¿Qué efecto tiene una tensión de sobrecarga alta sobre la estabilidad?
En general una P alta afecta negativamente a la estabilidad en el pozo se muestra que aumenta la presión y en la roca los poros se desplazan a un estado de tensión.
Diseño y perforación de pozo de alcance extendido #4
Un modelo general para el diseño de una sarta de perforación de alcance extendido y estimaciones de las cargas que la sarta de perforación será la experiencia y selecciona los componentes que puede llevar con seguridad las cargas. La selección final de la configuración de la sarta de perforación esta fuertemente influenciada por las cargas aplicadas y por muchas otras cuestiones. El diseño final será un compromiso entre todos estos temas. Varios programas de computadora base PC están disponibles para estimar la tensión y las cargas de torsión para una variedad de operaciones de perforación de mayor alcance. Ya que los cambios de entrada de datos con cada sección de pozo, todo el proceso se debe repetir por lo general en la profundidad máxima, para cada sección de pozo. Las cargas de sarta de perforación pueden variar ampliamente dependiendo del alcance extendido, la operación que se realiza, por lo que un resumen de cada sección de pozo puede ser útil. El resumen de carga de ejemplo en la tabla 1 se muestra la resistencia de el par de arrastre de salida del programa (las cargas aplicadas) en la superficie en cada una de varias operaciones típicas de un orificio de 16 plg de sección de un pozo del mar del norte. Aplicación de trépano pesado con tubería de perforación de peso normal.- Cuando la sarta de pandeo es inevitable, como en la parte inferior de la serie en las secciones de agujero vertical y casi vertical, collares de perforación y la tubería pesada de perforación. Por lo tanto, el objetivo es operar un diseño de sarta de perforación ER para eliminar la deformación simultánea y rotativa de NWDP.
Cargas de compresión llevan la sarta de perforación al pandeo. Sin embargo es útil para diferenciar la compresión mecánica debido a la aplicación de trépano pesado, de la compresión hidráulica inducida por la presión que actúa sobre las zonas expuestas de la sarta de perforación. En una serie de suspensión libre, las fuerzas de compresión de los efectos de la zona de presión se compensan con otras áreas de la presión de fuerzas. Cálculo de peso impulsado por debajo del punto de interés
Para la sección recta por debajo del punto tangente, si el ángulo de la tangente es menor de 90 grados, la mas alta compresión mecánica de la tubería de perforación será en su junta inferior, en este caso en la parte superior de la perforación de montar. Tubería de perforación de pandeo en este momento es impedido por mantener el peso poco por debajo de la carga crítica de pandeo de la tubería mas el peso impulsado de la perforación de montar debajo de la articulación inferior de la tubería de perforación.
Ejemplo WOB=(Fcrit+Kb*cosYt(Wda+Lda)) Donde: Lda=Longitud de una asamblea de perforación, pies Wda= Aire peso de un componente de perforación, lb/ft. Yt=Inclinación del agujero en la sección tangencial, grados La fatiga provocada por el hundimiento.- En un pozo de angulo alto con uno o mas collares de perforación por encima del estabilizador superior, la conexión superior del estabilizador es vulnerable a la fatiga debido a que el cuello se hunde abruptamente inmediatamente por encima. Esto pone alta tensión en la conexión en la parte superior del estabilizador y la fatiga acorta su vida. El problema va a ser mayor como estabilizador de calibre a cuerpo la relación aumenta debido a que el cuello de arriba tiene mas que ceder. Fallas por fatiga en las conexiones de BHA por esta causa se han reportado y se corrigen mediante la ejecución de calibración intermedia de herramienta para disminuir la brusquedad del hundimiento. Limpieza del pozo.- Limpieza del pozo será un elemento importante en la perforación de pozos ER con gran inclinación y desplazamiento largo. A medida que la tubería de perforación se gira, recortes se agitan en la corriente de flujo y la circulación de pozo. Para mejorar la limpieza del pozo, la rotación de la sarta de perforación se utiliza durante la perforación, fresado y de nuevo con la tubería de fondo.
Bomba de presión y tamaño de tubos de perforación.- Los estudios de laboratorio han indicado que el flujo turbulento es beneficioso para la limpieza del pozo. Sin embargo en pozos ER con desplazamiento largo, la capacidad de presión de la bomba puede limitar la capacidad de llegar a un flujo turbulento. Si se desea un flujo turbulento, el aumento de tamaño de tubería de perforación no solo aumentara la velocidad anular para una velocidad de bombeo dada, pero por lo general permiten tasas mas altas de la bomba para una presión de superficie dada también. La velocidad en el anular y tamaño de la tubería de perforación.- Velocidad en el anular es un factor clave en el pozo de limpieza. Por lo tanto encontrar formas de aumentar el AV es a menudo deseable. AV está directamente relacionada con el área anular entre el pozo y la tubería de perforación. Desgaste del casing y Backreaming.- Desgaste del casing se ve afectado por el tiempo de rotación, incremento angular y tensión de la tubería de perforación por debajo de la sección de construcción. Cuanto mas tiempo de rotación, mayor será el incremento angular y creará la tensión de perforación, será mayor el desgaste del casing. Si el pozo tiene un incremento angular relativamente bajo (1 a 3 /100 pies) y un angulo alto para que la tensión
sea mínima, el diseño del pozo podría no ver el desgaste del casing como un problema potencial. Sin embargo los bajos incrementos angulares y reducción de la tensión tubería de perforación puede ser compensado por la práctica de Backreaming para mantener el agujero limpio. Backreaming maximiza la tensión y las fuerzas de la pared lateral, a través de la sección de construcción, al mismo tiempo, la sarta empieza a rotar. Pozos ER generan preocupación extra.- Trayectorias ER imponen mayores cargas de torsión y baja tensión en la sarta de perforación de pozos verticales de la misma profundidad medida.
Descuidando la tensión de arrastre durante la perforación rotatoria, el límite de compresión mecánica para evitar el pandeo de una sarta con un incremento angular constante positivo de construcción es la compresión que primero supera la carga crítica de pandeo en uno de los tramos rectos por encima o por debajo de la sección de construcción. Como una ayuda en la limpieza del pozo, el diseño de pozo quiere maximizar el flujo de fluidos y AV. El uso de la tubería de perforación de 6 5/8 in en su caso puede ayudar a minimizar la presión de la bomba y los recortes de la zona anular, Y la limpieza del pozo será mejor cuando la perforación este rotando. La práctica de backreaming aumentará la tensión aplicada la tubería de perforación. El tiempo dedicado a backeaming y el efecto de la carga de tensión se incremento durante backreaming se debe considerar la hora de predecir el desgaste de casing.
Diseño y perforación de pozos de alcance extendido #5
La industria petrolera esta manejando la desviación para alargar los pozos ER por varias razones. La perforación de pozos ER reduce el número de plataformas necesarias para desarrollar un reservorio. La construcción y facilidades de costo para una pequeña plataforma inicialmente estiman los 50 $ millones. Además la eliminación de un plataforma por pozos ER es atractiva. Los pozos ER proveen una alternativa económica en la competición en el fondo marino. En algunas áreas, las completaciones en el fondo marino no son factibles debido a elevados costos de operaciones de reparación. En este caso los pozos ER pueden ser una alternativa para un pozo en el fondo marino. Pozos Er permiten operar a perforaciones bajo el canal del tráfico marítimo o desde una localización en tierra firme hasta un objetivo en altamar. A medida que la industria empuja los límites de alcance, los pozos ER extenderán la capacidad de equipos alimentados por la red y materiales. También serán requeridos un alto grado técnico y destreza operacional. Por esta razón, el ingeniero de perforación con la ayuda de un sector de servicio, jugaran un rol importante durante el diseño, ejecución y post análisis de pozos ER. Estos equipos de perforación afrontan varios desafíos. Casing.- La industria está haciendo un progreso en el problema del funcionamiento del casing en altos ángulos de pozos ER encontrando métodos de desplazar el casing al fondo, usando lodos sintéticos basados en petróleo con bajos coeficientes de fricción y usando conexiones de casing con altas capacidades de torsión. Ensartar cuñas para conexiones han proporcionado a la industria incrementos significantes en la capacidad de torsión del casing. Cementación.- Factores como la centralización de la tubería, movimiento de la tubería, desplazamiento del lodo, control de densidad y el comportamiento de la temperatura del pozo son importantes en los éxitos de la cementación primaria en la mayoría de los pozos. Sin embargo, debido a que la cementación de reparación puede ser una operación deficil y costosa, estos factores son aun mas importantes en un pozo ER. También debido a que no es posible la rotación de la tubería, la centralización y el desplazamiento del lodo se vuelve aun mas importante. Diseñadores de pozos ER no solo necesitan comprender los factores importantes para un trabajo de cementación primaria exitosa, sino también deben darse cuenta que esta será una operación compleja. El éxito de una cementación tomará cuidado de la administración y calidad de garantía durante la planeación y ejecución en las fase de trabajo. Peso de la barrena de arrastre.- En un pozo de alto ángulo, es poco práctico alcanzar el peso de la barrena usando solamente el montaje de fondo de pozo. Por ejemplo un
portamechas de 8 ½ plg en 10 lb/gal de lodo tienen un peso boyante de 150 lb/ft. Sin embargo cuando incrementan los angulos de pozo a 80 grados, el mismo portamecha tiene un efectivo peso boyante axial de 25 lb/gal. Por esta razón, un incremento numeroso de pozos ER están siendo perforados con una tubería de perforación de compresión mecánica. Sin embargo evitando el pandeo, la compresión mecánica ubicada en la tubería no debe exceder el pandeo crítico cargado CBL la rotación del pandeo de tuberías de perforación lideran las fallas de fatiga.
