1. INTRODUCCION
En la actualidad, la tecnología en la construcción de cargas y sistemas de disparos ha evolucionado rápidamente, y es posible encontrar en el mercado un gran número de opciones y proveedores. Durante la etapa de terminación de los pozos el disparo de producción es la fase más importante, ya que permite establecer comunicación efectiva entre el yacimiento y el interior del pozo a través de orificios creados en el revestidor, cemento y formación. Para que la operación de cañoneo resulte más eficiente radica básicamente en las penetraciones alcanzadas y por ende en las razones de productividades estimadas a partir de estas, sin dejar de tomar en cuenta el daño total generado por las diferentes técnicas en estudio. La optimización de la producción demanda diseños cuidadosos, para obtener disparos conductores limpios. Un diseño óptimo se refiere a la elección del mejor y más eficiente sistema de disparos, cargas, cañones, fase, diámetro de los orificios, densidad de disparo, y asi mismo la determinación del sistema de Completación y Producción que asegure una buena relación de productividad, aun después de que un porcentaje de los punzonamientos se taponen a medida que produce el pozo. Figura 1: Acción 1: Acción del baleo.
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2. OBJETIVOS El objetivo del cañoneo, es establecer una comunicación efectiva entre el yacimiento y el interior del pozo a través de orificios creados en el cemento, revestidor y la formación. El cañoneo permite, evaluar las zonas productoras, mejorar la producción por inyección y efectuar trabajos de cementación.
3. EVOLUCIÓN DEL CAÑONEO La evolución del cañoneo ocurrió antes de 1926, el cañoneo consistía simplemente en orificios realizados en el acero del revestidor con cortadores mecánicos. Posteriormente en 1932 se empezarían a utilizar perforadores tipo bala que eran disparadas hacia el revestidor para penetrarlo junto con el cemento y la formación, es un método que pierde eficiencia a medida que la formación tenga mayor dureza y, en cementos y tuberías muy resistentes. A partir de 1958 se desarrolló el método de bombeo de abrasivos, cañones con chorros de agua a alta presión, donde los fluidos son bombeados a través de tubería con orificios direccionados, los cuales cuales son hechos de a uno y dejando túneles limpios este sistema era lento y costoso. La investigación desarrollada por Exxon descubrió la trascendencia del taponamiento de los disparos con lodo o con residuos de las cargas preformadas, disparan con precisión diferencial hacia el fondo del pozo y el efecto de la resistencia a la compresión de la formación sobre el tamaño del agujero de los disparos y su penetración. Este trabajo condujo al desarrollo de cargas preformadas no obturantes; de pistolas disparables a través de la tubería de producción y la norma API RP-43 para evaluar los disparos bajo condiciones de flujo simulado en el pozo. El desarrollo de pistolas a chorro efectivas, ha mejorado la penetración cuando se presentan formaciones y cemento de alta resistencia a la compresión y/o tuberías de revestimiento de alta resistencia con espesor grueso.
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2. OBJETIVOS El objetivo del cañoneo, es establecer una comunicación efectiva entre el yacimiento y el interior del pozo a través de orificios creados en el cemento, revestidor y la formación. El cañoneo permite, evaluar las zonas productoras, mejorar la producción por inyección y efectuar trabajos de cementación.
3. EVOLUCIÓN DEL CAÑONEO La evolución del cañoneo ocurrió antes de 1926, el cañoneo consistía simplemente en orificios realizados en el acero del revestidor con cortadores mecánicos. Posteriormente en 1932 se empezarían a utilizar perforadores tipo bala que eran disparadas hacia el revestidor para penetrarlo junto con el cemento y la formación, es un método que pierde eficiencia a medida que la formación tenga mayor dureza y, en cementos y tuberías muy resistentes. A partir de 1958 se desarrolló el método de bombeo de abrasivos, cañones con chorros de agua a alta presión, donde los fluidos son bombeados a través de tubería con orificios direccionados, los cuales cuales son hechos de a uno y dejando túneles limpios este sistema era lento y costoso. La investigación desarrollada por Exxon descubrió la trascendencia del taponamiento de los disparos con lodo o con residuos de las cargas preformadas, disparan con precisión diferencial hacia el fondo del pozo y el efecto de la resistencia a la compresión de la formación sobre el tamaño del agujero de los disparos y su penetración. Este trabajo condujo al desarrollo de cargas preformadas no obturantes; de pistolas disparables a través de la tubería de producción y la norma API RP-43 para evaluar los disparos bajo condiciones de flujo simulado en el pozo. El desarrollo de pistolas a chorro efectivas, ha mejorado la penetración cuando se presentan formaciones y cemento de alta resistencia a la compresión y/o tuberías de revestimiento de alta resistencia con espesor grueso.
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En la actualidad se utiliza el cañoneo con cargas moldeadas con cubierta de metal y explosivos de alta potencia, este método es utilizado en el 95% de las operaciones de cañoneo siendo muy versátil ya que permite seleccionar las cargas para diferentes formaciones, tuberías y cemento, donde los cañones pueden ser bajados usando guaya eléctrica, tubería flexible o tubería de producción.
4. TIPOS DE CAÑONEO Tipo Chorro, Tipo Bala y Tipo Hidráulico. Los tipo Chorro son los más utilizados en la actualidad.
4.1 Cañoneo tipo bala En este método las balas son disparadas hacia el revestidor atravesando el cemento hasta llegar llegar a la la formación, formación, el desempeño disminuye sustancialmente al incrementar la dureza de la formaciones, del revestidor y cementos de alta consistencia. Figura 4.1: Cañoneo tipo bala.
Las pistolas a bala pueden diseñarse para disparar selectiva o simultáneamente., este método es poco utilizado en Ia actualidad, pero continúa aplicándose en formaciones blandas o formaciones resquebrajadizas.
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La baIa da un agujero mucho más redondo, reduciendo así Ia caída de presión por fricción durante la estimulación. Figura 4.1.1: Cañoneo Tipo Bala- Tipo Jet
4.2 Cañoneo con chorro de agua de alta presión En el cañoneo con chorros de agua de alta presión el chorro presurizado lanzado hacia la formación, deja túneles limpios con muy poco daño. Los agujeros son creados uno a la vez pero tiene la desventaja de ser un sistema lento y muy costoso. Una acción cortante se obtiene lanzando a chorro un fluido cargado de arrena, a través de un orificio, contra la tubería de revestimiento. La penetración se reduce grandemente a medida que la presión en el fondo del pozo aumenta de 0 a 300 / 2 . La penetración puede incrementarse apreciablemente adicionando
nitrógeno a la corriente del fluido. Las tres causas más probables para la obtención de disparos deficientes son:
Desconocimiento de los requerimientos para disparar óptimamente.
Control inadecuado del claro
(distancia entre la carga y la tubería
de revestimiento), particularmente cuando se corren las pistolas a través de la tubería de producción.
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La práctica generalizada de preferir realizar los disparos en función de su precio en lugar de su calidad.
Para disparar se utilizan principalmente, las pistolas de bala y las pistolas de chorro. Estudios realizados con varias pistolas, demuestran que con un claro de ½ a ¾ de pulgada se tiene un diámetro de entrada del disparo y una penetración aún mayor, que si estuviera la pistola pegada a la tubería de revestimiento. Se ha demostrado que a mayor diámetro de la pistola, se tienen penetraciones mayores, por eso hay que seleccionar la pistola de mayor diámetro posible. Hay que seleccionar la pistola de acuerdo a las condiciones de presión y temperatura en el pozo. Se recomienda disparar siempre en condiciones de desbalanceo, es decir, que la presión de la formación sea mayor a la presión que genera la columna de fluido dentro del pozo, para que al disparar, el flujo sea de la formación hacia el pozo y así evitar que se taponen los disparos con posibles residuos, para esto es recomendable utilizar fluidos de control de baja densidad dentro del pozo y no lodo que pueda dañar la formación. Estudios realizados, demuestran que cuatro perforaciones por pie (13 por metro) dan una excelente eficiencia de flujo, pero el ingeniero de campo tendrá el criterio suficiente para decidir si se requiere una mayor densidad de disparos, dependiendo del tipo de formación.
4.3 Cañoneo con cargas moldeadas tipo chorro Una de las últimas tecnologías introducidas, en el proceso de cañoneo fueron las cargas moldeada tipo chorro, este método involucra el uso de explosivos de alta potencia y cargas moldeadas con una cubierta metálica. Un detonador eléctrico inicia una reacción en cadena que detona sucesivamente el cordón explosivo, la carga intensificada de alta velocidad
y finalmente el
explosivo principal, la lata presión generada por el explosivo origina el flujo del recubrimiento metálico separando sus capas interna y externa. El incremento 5
continuo de la presión sobre el recubrimiento provoca la expulsión de un haz o chorro de partículas finas, en forma de aguja, a una velocidad aproximadamente de 20000 / . Con una presión estimada de 5 millones de / 2 . Es la técnica de cañoneo más utilizada en la actualidad, más del 95°/o de las operaciones de cañoneo utiliza este método y las cargas son seleccionadas para los diferentes tipos de formación. Los cañones pueden ser bajados simultáneamente dentro del pozo,
utilizando
guayas eléctricas, guaya mecánica, tubería de producción o tubería flexible (Coiled tubing).
5. LOS EXPLOSIVOS La eficiencia de las cargas utilizadas en las operaciones de cañoneo dependen en su mayoría de los explosivos, los cuales suplen la energía necesaria para realizar una penetración efectiva en el revestidor, cemento y formación, estos actúan rápidamente, producen una explosión caracterizada por la producción de una onda de alta velocidad .
5.1 Tren de explosivos La secuencia de explosión consta de vanos dispositivos que son utilizados para iniciar y extender la detonación de los cañones, el conjunto de estos dispositivos se denomina tren de explosivos. Este se encuentra conformado de la siguiente forma: 1.
Detonador o Iniciador
2.
Cordón Detonante
3.
Carga Explosiva Moldeada
Figura 5.1: componentes de un tren explosivo.
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5.2. Detonador El detonador inicia el proceso explosivo. el explosivo del cordón detonante deberá estar en contacto con el explosivo del detonador. El iniciador puede estar localizado encima o debajo de los cañones. existen dos tipos en la aplicación de la industria petrolera: o
detonadores eléctricos: los detonadores eléctricos son utilizados para cañones transportados con guaya eléctrica. hay sensibles al fluido y no sensibles.
o
detonadores de percusión: los detonadores de percusión son utilizados para cañones transportados con tubería. los impactos con el pin de disparo causan la detonación, de 5 a 7 ft-lb. estos detonadores no son sensibles a corrientes eléctricas.
5.3. Cordón detonante Es un cordón plástico o metálico que cubre el núcleo, el cual es un explosivo secundario. consiste en un sistema de conexiones que permite la transmisión del iniciador a las cargas huecas. permite la detonación a lo largo del eje cañón.
5.4. Cargas moldeadas carcasa de la carga: permite alojar los otros componentes de la carga. debe soportar altas presiones y temperaturas. son generalmente fabricadas de zinc o aceros suaves. las carcasas de zinc se quiebran en pequeñas partículas solubles en ácidos, que también se pueden hacer circular hacia fuera. las carcasas de acero se fragmentan en trozos grandes.
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6. PROCESO DE CAÑONEO El punzonamiento o cañoneo comienza desde el posicionamiento en el fondo del pozo, junto a una zona productora, de un “CAÑÓN”, que contiene explosivos con cargas hechas especialmente para poder causar perforaciones en pozos entubados. Todo cañoneo se genera, en una fracción de segundo, por medio de cargas huecas, las cuales tienen un efecto de cavidad explosiva, es decir, tiene un revestimiento de partículas metálicas prensadas cuyo objetivo es aumentar la penetración. Las cargas consisten de tres partes principales que son: un explosivo, un casco, un liner cónico con un cable detonador. Cada uno de estos componentes debe estar fabricado con características exactas y con estrictos estándares de calidad. Figura 6. Componentes de las cargas explosivas.
6.2. Proceso de penetración de la carga. El proceso para realizar los disparos, comienza cuando al detonar el explosivo principal, se produce un colapso en la camisa dando lugar a un chorro de partículas metálicas fundidas que se impulsa a alta velocidad a lo largo del eje de la carga. Este chorro es de gran potencia y se presenta en una forma similar a una ráfaga, la cual tiene una punta que va a una velocidad mayor que la de la cola de la misma
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Dirección de Tiro (Fases): Indica el ángulo entre cargas, por ejemplo, las cargas pueden estar disparadas en una o varias direcciones de acuerdo con el ángulo. (0º, 90º 120º Y 180º). La selección del ángulo entre disparos influye en la tasa de flujo del pozo, porque mientras menor sea el ángulo de fase la densidad de cañoneo será mayor teniendo una mejor comunicación la zona productora con el pozo; por otra parte con ángulos muy pequeños se reduce la interferencia de los fluidos en el yacimiento favoreciendo el flujo radial hacia el pozo. Separación de Cargas: Indica la distancia existente entre la pared interior del revestidor y la carga. Penetración: Es la longitud de la perforación realizada por una carga dada. Diámetro a la entrada de la perforación: Representa el diámetro del agujero que se crea en el revestidor durante el cañoneo, a mayor diámetro menor alcance, la escogencia de la relación entre diámetro y distancia queda a criterio de cada ingeniero. Figura 6.2 : Proceso de detonación de la carga.
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6.3. Factores a considerar 6.3.1. Taponamiento de los disparos El taponamiento de los disparos con residuos del recubrimiento metálico puede ser muy severo. Mediante el empleo de recubrimientos cónicos elaborados con metal pulverizado, los residuos mayores han sido eliminados en varias de las cargas especiales. Los residuos del recubrimiento también se forman, pero son acarreados al fondo del agujero en forma de partículas del tamaño de arena o más pequeñas. La presencia de partículas compactadas y trituradas de la formación alrededor de los disparos reduce aún más la probabilidad de limpiar los disparos. Los lodos con alta densidad mezclados con sólidos pesados, provocan la formación de tapones densos en los disparos.
6.3.2. Efecto de la presión diferencial Cuando se dispara en lodo, con una presión diferencial hacia la formación, los disparos se llenan con partículas sólidas de lodo de la formación y residuos de las cargas. Los tapones del lodo son difíciles de remover, produciendo en algunos disparos un taponamiento permanente y reduciendo la productividad del pozo.
6.3.3. Efecto de usar fluidos limpios La productividad del pozo, en todos los pozos de arena y carbonato, será maximizada por el cañoneo en aceite o salmuera limpios con una presión diferencial a favor de la formación, además, es necesario tener un periodo de limpieza de los punzonamientos
6.3.4. Efecto de la resistencia a la compresión La penetración y tamaño del hueco hechos por los cañones son reducidos cuando aumenta la resistencia de compresión del casing, cemento y roca de formación.
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6.3.5. Determinación de la densidad de los disparos La densidad de los disparos generalmente depende del ritmo de producción requerido, la permeabilidad de la formación y la longitud del intervalo disparado. Para pozos con alta producción de aceite y gas, la densidad de los disparos debe permitir el gasto deseado con una caída de presión razonable. Generalmente son adecuados 4 disparos por pie de 0.5 pulg., siendo satisfactorio uno o dos disparos por pie para la mayoría de los pozos con producción baja. En los pozos que serán fracturados, los disparos se planean para permitir la comunicación con todas las zonas deseadas. Para operaciones en arenas consolidadas, generalmente se prefieren 4 disparos por pie de diámetro grande. Para terminaciones con empaque de grava se prefieren de 4 a 8 disparos por pie de 0.75 pulg. de diámetro o mayores. Los disparos de 4 o más cargas por pie en tuberías de revestimiento de diámetro pequeño y de baja resistencia, con cañones con cargas expuestas, pueden agrietar la tubería de revestimiento. También el cemento puede fracturarse severamente, siendo necesario efectuar cementaciones forzadas para controlar la producción indeseable de agua o gas.
6.3.6. Limitaciones de presión y temperatura Existen especificaciones sobre las presiones y temperaturas de operación para todos los cañones. Las presiones en el fondo del pozo pueden limitar el uso de algunos cañones con cargas expuestas. Como regla general, las cargas de alta temperatura no deben ser empleadas en pozos con un rango de temperatura entre 300-400 °F.
6.3.7. Daños del cemento y la tubería de revestimiento Los cañones con cargador de tubo absorben la energía no empleada al detonar las cargas. Esto evita el agrietamiento de la tubería de revestimiento y elimina virtualmente que el cemento se resquebraje. Con el uso de los cañones a bala convencionales no se dañan mucho las tuberías de revestimiento.
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6.3.8. Medición de la profundidad El método aceptado para asegurar un control preciso en la profundidad de los disparos consiste en correr un registro localizador de collares (CCL) con los cañones, y medir la profundidad de los collares que han sido localizados, respecto a las formaciones, usando registros radioactivos. Pastillas radioactivas pueden ser insertadas dentro de la sarta de cañoneo para ayudar en la localización exacta de profundidad del punzonamiento con un registro de rayos gamma
6.3.9. Penetración contra tamaño del agujero. Al diseñar cualquier carga moldeada puede obtenerse una mayor penetración sacrificando el tamaño del agujero. Debido a que una máxima penetración parece ser más importante, con fundamento en los cálculos teóricos de flujo, se han solicitado frecuentemente a la industria petrolera, y se han recibido a menudo, cargas de mayor penetración sacrificando el tamaño del agujero. Cuando se perforan tuberías de revestimiento de alta resistencia y de pared gruesa, o formaciones densas de alta resistencia, probablemente se requiera una penetración máxima aún cuando el tamaño del agujero sea reducido hasta 0.4 pulg. Sin embargo, en situaciones normales, debido a la dificultad en remover el lodo, los residuos de las cargas, la arena y las partículas calcáreas de un disparo del diámetro y la formación, deberá normalmente tener un diámetro mínimo de entrada de 0.5 pulg., con un agujero liso y de tamaño uniforme de máxima penetración Patrón de agujeros para pistolas fase 0° y 60° Patrón de agujeros para pistolas fase 30° y 90
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Una vez la carga está bien posicionada es detonada desde superficie lo que hace que la carcasa se expanda y el liner comience a colapsarse. Se forma un chorro de alta presión de partículas de metal fluidizado donde la onda de presión viaja a 8000 / y 7000000 psi. La presión hace que la velocidad aumente a 23000 / , luego el chorro es elongado debido a que la parte posterior viaja a una velocidad menor (3000 / )
Se logra la penetración mediante una presión de Impacto elevada: 3 - 5 millones de lpc en el revestidor y cerca
de
300.000
lpc en la formación.
7. GEOMETRIA DEL BALEO Para determinar la geometría del baleo se toman una serie de parámetros y definiciones: Figura 7: Geometría del baleo.
Densidad del Cañoneo: se define como el número de cargas por unidad de longitud. Las más comunes son las de 2 a 4 tiros por pie (TPP). Con dispositivos especiales, esta densidad se puede elevar a 8 y 12 TPP.
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Dirección de Tiro (fases): indica el ángulo entre cargas. Así, por ejemplo, las cargas pueden ser disparadas, de acuerdo con el ángulo que puede ser de 0°, 90°, 120°, 180°.
Separación de Cargas: indica la distancia existente entre la pared interior del revestidor y la carga.
Penetración: es la longitud de la perforación realizada por una carga dada. Usualmente se mide siguiendo el método API (API RP43 Standard Procedure for Evaluation of Well Perforations).
Diámetro a la Entrada de la Perforación: representa el diámetro del agujero que se crea en el revestidor durante el proceso de cañoneo.
Rendimiento de la Perforación: es el rendimiento real de la perforación en relación con el de una perforación ideal realizada con el núcleo experimental.
Factores de Efectividad La efectividad del cañoneo depende fundamentalmente de los siguientes factores:
Tipo de equipo usado en el proceso
Cantidad y tipo de cargas del cañón
Técnicas usadas en la completación del pozo
Características de la tubería y del cemento
Procedimiento usado para el cañoneo
También se tienen ciertos efectos a considerar:
7.1 Factores Geométricos del disparo La geometría de los agujeros hechos por las cargas explosivas en la formación influye en la Relación de Productividad del pozo y está definida por los Factores Geométricos. Estos determinan la eficiencia del flujo en un pozo disparado y son: Penetración
Densidad de cargas 14
Fase angular entre perforaciones
Diámetro del agujero (del disparo)
Otros factores geométricos que pueden ser importantes en casos especiales son:
Penetración parcial
desviación del pozo
radio de drenaje.
Junto con estos parámetros se tiene dos tipos de geometría dependiendo al tipo de carga, como ser:
Cargas con alta presión (Deep penetrating charges)
Carga de hueco grande ( big hole)
El uso de alguna de estar cargas depende del tipo de cañería o liner que se tenga en el pozo
8. TIPOS DE CAÑONES
FIGURA 8: Tipos de cañones.
Los tipos de cañones son: •
Desechables
•
Parcialmente desechables
•
Recuperables
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8.1 Cañones desechables y semi- desechables En estos cañones las cargas se encuentran expuestas a las condiciones del pozo y se deben encapsular en contenedores separados, estos pueden ser envasados individualmente y en forma hermética, los envases están construidos de: aluminio, plástico, vidrio, hierro colado y materiales cerámicos.
Figura 8.1: Cañones desechables y semi-desechables.
Al denotar los cañones los encases se desintegran en pequeños trozos, mientras que la energía desarrollada no es absorbida por el soporte de los explosivos, los soportes pueden ser o no recuperables. Ventajas
Dispositivos ligeros y flexibles.
Su paso a través de tuberías de diámetros pequeños es generalmente sencillo, lo que permite usarlos en pozos ya completados o en tubería con empacadura de prueba. 16
Facilita las operaciones de cañoneo en trabajo de aislamiento y
cementación de intervalos.
Permite el cañoneo de bajo balance y con mayor seguridad en pozos con presiones de fondo elevadas.
Desventajas
Los cañones no recuperables no son selectivos.
En caso de que se rompa el cable la pesca del canon se hace difícil.
Los desechos quedan en el pozo total o parcialmente.
Por lo general la longitud máxima del canon está limitada a 30 ft.
En pozos desviados algunas veces se presentan problemas para bajar el canon al fondo del mismo.
El revestidor debe absorber toda la onda expansiva causada por los disparos.
8.2 Cañones recuperables Características:
El tren de explosivos es protegido o cubierto del entorno del fluido del pozo.
Posee un tubo de acero aprueba de presiones.
Las cargas explosivas se colocan en el tubo y en forma radial con respecto a su eje.
El tubo se cierra herméticamente y el detonante es rodeado de aire a presión atmosférica.
La detonación causa una pequeña expansión del tubo, el cual pude ser extraído del pozo junto con los residuos generados durante el proceso de cañoneo.
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Figura 8.2: Cañones recuperables.
Ventajas
No deja residuos en el pozo
No causan deformación de la tubería de revestimiento
Son operacionalmente seguros ya que los componentes explosivos están completamente encerrados, lo que representa menores fallas operativas.
Pueden hacerse disparos selectivos
Se pueden operar a grandes profundidades y a presiones relativamente altas.
Poseen buena resistencia química.
Los cañones recuperables absorben la onda expansiva después del disparo protegiendo al revestidor.
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Desventajas
Son más costosos que los otros tipos de cañones.
Su rigidez limita la longitud de ensamblajes especialmente en cañones de gran diámetro.
En cañones pequeños se limita la cantidad de explosivos que pueden ser utilizados debido al tamaño de la carga, por lo tanto se reduce la penetración que se puede alcanzar con este cañoneo.
9. MÉTODOS DE CAÑONEO Los métodos de cañoneo se pueden clasificar en tres grupos:
Cañones bajados a través de la tubería de producción (through Tubing).
Cañones bajados a través del revestidor (Casing Gun).
Cañones transportados con tubería (TCP – Tubing Conveyed Perforating). Figura 9: métodos de cañoneo.
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9.1 Cañones bajados a través de la tubería de producción (through Tubing) El procedimiento es el siguiente: Se baja la tubería con la empacadura de prueba. 2do Se establece un diferencial de presión negativa. 3ro Se baja el cañón con equipo de guaya, generalmente se usan cañones desechables o parcialmente recuperables. La tubería eductora con empacadura permite el desplazamiento del flujo de completación por un fluido de menor densidad como por ejemplo gasoil.
Figura 9.1: Cañones bajados a través de la tubería de producción.
Este desplazamiento se puede realizar a través de las camisas o mangas de circulación, las cuales se cierran con equipos de guayas.
Ventaja:
Permite obtener una limpieza de las perforaciones.
Desventajas:
No puede haber selectividad en el cañoneo.
Al probar otro intervalo, se debe controlar el pozo con lo cual expone la zonas existentes a los fluidos de control. 20
9.2 Cañones bajados a través del revestidor (Casing Gun) El procedimiento es el siguiente: Se coloca fluido en el pozo, de modo que la presión sea mayor que la presión del yacimiento. 2do Se procede al cañoneo. A continuación se presenta una representación de los cañones por revestidor (Casing Gun). Figura 9.2: Cañones bajados a través del revestidor.
Ventajas:
Son más eficientes que los de tuberías en operaciones fracturamiento o inyección.
No dañan el revestidor cuando se usan con carga tipo chorro.
Son útiles en perforaciones donde existen zonas dañadas por fluidos de perforación o por deposición de escamas, debido a su alta capacidad de penetración.
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Desventajas:
Existe la posibilidad de cañonear en forma irregular lo que permitiría que no funcionen las bolas sellantes utilizadas como desviadores en la acidificación o fracturamiento.
9.3 Cañones transportados con tubería (TCP – Tubing Conveyed Perforating). En este método el cañón se transporta en el extremo inferior de la tubería eductora. El procedimiento es el siguiente: Se introduce la tubería con el cañón junto con una empacadura. 2do Se asienta la empacadura. 3ro Se cañonea el pozo. A continuación se presenta una representación de los cañones transportado por la tubería (TCP). Figura 9.3: Cañones transportados con tubería.
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Ventajas:
Puede utilizar diferencia] de presión negativo junto con cañones grandes.
Tiene alta densidad de disparo.
Reduce el tiempo de operación.
Mayor seguridad.
Desventaja:
Alto costos.
10. CONDICIONES DE CAÑONEO El proceso de cañoneo puede realizarse bajo ciertas condiciones de presión en el fondo del pozo: 1. Sobre balance 2. Sobre balance extremo 3. Bajo balance/balance
10.1. Condición sobre balance En la condición de sobre balance se requiere que el pozo permanezca cerrado y controlado durante las operaciones de cañoneo, al disparar los cañones se genera una zona compactada de menor permeabilidad y el túnel cañoneado lleno de residuos, en esta el fluido de completación puede ser inyectado en la formación creando problemas de incompatibilidad y posible daño a la formación.
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Al inducir el pozo a producción algunas perforaciones se limpiaran y otras quedaran taponeadas o con baja eficiencia de flujo. Figura 10.1: Condición sobre balance.
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10.2 Condición de sobre balance extremo En la condición de sobre balance extremo se requiere que el pozo permanezca cerrado y controlado durante las operaciones de cañoneo , al disparar los cañones se generara un incremento de presión en la formación que será menor que la resistencia compresiva de la roca, así produciendo fracturas en la formación. Figura 10.2: Condición de sobre balance extremo.
10.3 Condición de bajo balance/balance En la condición de bajo balance/ balance se requiere antecedentes del pozo y del yacimiento para los cálculos de bajo balance y garantizar de esta manera la limpieza de los túneles cañoneados esto permite realizar las operaciones con el pozo abierto en condiciones de fluir hacia la estación de flujo. 25
Al disparar los cañones se generara una zona compactada de menor permeabilidad. Figura 10.3: Condición de bajo balance/balance.
En esta no presenta riesgos al inyectar los fluidos a la formación, el desbalance de presiones (al momento del cañoneo) genera un flujo de fluidos inmediato de la formación hacia el pozo que limpia (efecto de surgencia. En la condición de bajo balance la presión hidrostática del fluido en el pozo es menor a la presión de yacimiento.
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11 CONTROL DE PROFUNDIDAD El método aceptado para asegurar un control preciso en la profundidad de los disparos consiste en correr un localizador de coples con las pistolas, y medir la profundidad de los coples que han sido localizados, respecto a las formaciones, usando registros radiactivos. Algunos marcadores radioactivos pueden instalarse dentro de las cargas preformadas seleccionadas, para ayudar a localizar la profundidad exacta de los disparos. Los registros de detección de coples pueden mostrar la posición
de disparos recientes o anteriores hechos con cargas
expuestas, tales como las usadas en pistolas con cargas encapsuladas.
11.1 Cálculo de la profundidad de penetración de los disparos La penetración de los cañones disminuye al aumentar el esfuerzo de sobrecarga y la resistencia compresiva de la formación. Un método para su cálculo fue propuesto por Thompson en 1962, el cual relaciona la resistencia compresiva, con los resultados obtenidos de pruebas en superficie, de la siguiente manera: = ∗ [0.086(−)]
Donde: Pen: Penetración (pulg.) Pensup: Penetración en superficie, Carta API RP-43 Cr: Compresibilidad en superficie a las condiciones de la prueba, (Kpsi) Cf: Compresibilidad de la formación de interés. Las condiciones esperadas en el pozo posterior al disparo dan la pauta para decidir la forma en la cual se llevará acabo el disparo (condiciones de bajobalance o sobre-balance), las cuales están influenciadas por los fluidos en los poros, presión de poro y la presión hidrostática ejercida por los fluidos de terminación. 27
La profundidad de penetración de una carga en una roca específica puede ser determinada analíticamente empleando un simulador de cañoneo, por ejemplo el de
la empresa de servicios Schlumberger dispone del Programa SPAN
(Schlumberger Perforating Analysis), que es un simulador que emplea algoritmos teóricos y una gran cantidad de datos experimentales para simular de una forma precisa los parámetros asociados a una operación de cañoneo como por ejemplo profundidad de penetración de las cargas, el diámetro de orificio de entrada en el revestidor y diámetro promedio del túnel, como función de variables geométricas de la completación, características de las cargas y cañones y propiedades petrofísicas de la roca a disparar. Es importante recordar que los valores de profundidad de penetración y diámetro del orificio de entrada disponibles en los estándares API RP43 para la mayoría de las cargas disponibles comercialmente son resultados de pruebas llevadas a cabo en superficie sobre rocas estándar. Estas mediciones deben ser consideradas como referenciales ya que existe una importante diferencia en resultados cuando se aplican a condiciones reales en los pozos, en particular en lo que se refiere a propiedades mecánicas de la roca a disparar. Los simuladores de cañoneo como el SPAN nos permiten ajustar la diferencia entre las pruebas estándar y las condiciones de fondo y obtener valores reales de penetración de las cargas. Varios investigadores han encontrado que la penetración real de una carga de cañoneo es una función esencial delas propiedades mecánicas de la roca, específicamente su densidad y la resistencia a la compresión y esfuerzo efectivo; y en menor grado de los parámetros geométricos que incluyen el diámetro del revestidor, grado de acero y peso unitario, diámetro del cañón, calibre del pozo y excentricidad del cañón. Se observa que la mayoría de estos datos están usualmente disponibles, con excepción de la resistencia de compresión de la roca a disparar.
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13.
FACTORES DE RIESGO EN EL CAÑONEO
El taponamiento de los disparos con residuos del recubrimiento metálico puede ser muy severo. Mediante el empleo de recubrimientos cónicos elaborados con metal pulverizado, los residuos mayores han sido eliminados en varias de las cargas especiales. Los residuos del recubrimiento también se forman, pero son acarreados al fondo del agujero en forma de partículas del tamaño de arena o más pequeñas. Las pruebas superficiales a presión atmosférica, no son confiables para evaluar este tipo de taponamiento de los disparos, debido a que los residuos frecuentemente son desviados de los disparos a la presión atmosférica. Los disparos tienden a llenarse con roca triturada de la formación, con sólidos de lodo, y residuos de las cargas cuando se dispara en lodo. Estos tapones no son fácilmente removidos por el contra flujo. La presencia de partículas compactadas y trituradas de la formación alrededor de los disparos reduce aún más la probabilidad de limpiar los disparos. Los lodos con alta densidad mezclados con sólidos pesados, provocan la formación de tapones densos en los disparos.
13.1 Efecto de la presión diferencial Cuando se dispara en lodo, con una presión diferencial hacia la formación, los disparos se llenan con partículas sólidas de lodo de la formación y residuos de las cargas. Los tapones del lodo son difíciles de remover, produciendo en algunos disparos un taponamiento permanente y reduciendo la productividad del pozo. Aun cuando se dispare en fluidos limpios tales como aceite o agua que tienen altos ritmos de filtrado, las partículas procedentes de las arcillas, residuos de las cargas, o de otro tipo, pueden originar algún taponamiento de los disparos y un daño profundo en la formación. Las formaciones con permeabilidad de 250 md o mayores, permiten que las partículas de tamaño de las arcillas se desplacen hacia los poros de la formación o por las fracturas ocasionando un daño muy severo. Para formaciones de carbonato es aconsejable punzonar con HCl o ácido acético, para obtener una alta productividad, pero generalmente se cañonea con fluidos limpios. 29
13.2 Efecto de usar fluidos limpios La productividad del pozo, en todos los pozos de arena y carbonato, será maximizada por el cañoneo en aceite o salmuera limpios con una presión diferencial a favor de la formación, además, es necesario tener un periodo de limpieza de los punzonamientos. Si el pozo está cerrado hay que recuperar los cañones antes de completar la limpieza de todos los punzonamientos; muchos punzonamientos podrán permanecer taponados debido a un asentamiento de sólidos en el pozo durante el periodo de cierre.
13.3 Efecto de la resistencia a la compresión La penetración y tamaño del hueco hechos por los cañones son reducidos cuando aumenta la resistencia de compresión del casing, cemento y roca de formación.
13.4 Determinación de la densidad de los disparos La densidad de los disparos generalmente depende del ritmo de producción requerido, la permeabilidad de la formación y la longitud del intervalo disparado. Para pozos con alta producción de aceite y gas, la densidad de los disparos debe permitir el gasto deseado con una caída de presión razonable. Generalmente son adecuados 4 disparos por pie de 0.5 pulg., siendo satisfactorio uno o dos disparos por pie para la mayoría de los pozos con producción baja. En los pozos que serán fracturados, los disparos se planean para permitir la comunicación con todas las zonas deseadas. Para operaciones en arenas consolidadas, generalmente se prefieren 4 disparos por pie de diámetro grande. Para terminaciones con empaque de grava se prefieren de 4 a 8 disparos por pie de 0.75 pulg. de diámetro o mayores. Los disparos de 4 o más cargas por pie en tuberías de revestimiento de diámetro pequeño y de baja resistencia, con cañones con cargas expuestas, pueden agrietar la tubería de revestimiento. También el cemento puede fracturarse severamente, siendo necesario efectuar cementaciones forzadas para controlar la producción indeseable de agua o gas. Los acoples de las tuberías de revestimiento de alta resistencia pueden dañarse al efectuar múltiples disparos sobre ellos. 30
13.5 Limitaciones de presión y temperatura Existen especificaciones sobre las presiones y temperaturas de operación para todos los cañones. Las presiones en el fondo del pozo pueden limitar el uso de algunos cañones con cargas expuestas. Como regla general, las cargas de alta temperatura no deben ser empleadas en pozos con un rango de temperatura entre 300-400 °F.
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14. CONCLUSIONES Hemos llegado a la conclusión que el cañoneo es la fase más importante durante la etapa de producción
puesto que cumplen la misma misión principal de
establecer una comunicación efectiva entre los fluidos, el cuerpo productor y la tubería de revestimiento. Por lo tanto los ingenieros a cargo de balear la zona productora deben estar conscientes y capacitados para ejecutar cualquier maniobra con éxito siendo que un disparo bien diseñado posibilitara el flujo de los hidrocarburos en forma eficiente.
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