Oilfield Review

Innovaciones en operaciones de disparos:
Perforación de orificios y modelos de desempeño
Carlos Baumann
Alfredo Fayard
Brenden Grove
Jeremy Harvey
Wenbo Yang
Rosharon, Texas, EUA
Amit Govil
Tananger, Noruega
Las cargas explosivas premoldeadas (huecas) crean orificios a través de la tubería de
revestimiento de los pozos de petróleo y gas y generan túneles que conectan el pozo con
la roca presente más allá de la tubería. Para determinar el desempeño de la penetración
en condiciones conocidas, las compañías de servicios efectúan pruebas en la superficie,
haciendo detonar cargas premoldeadas en objetivos de concreto no sometidos a esfuerzos.
Después de determinar que los programas de modelado pueden no pronosticar
Andy Martin
Cambridge, Inglaterra
correctamente el desempeño de las cargas en el fondo del pozo, los científicos de
Roberto Franco Méndez García
Arturo Ramírez Rodríguez
Petróleos Mexicanos (PEMEX)
Agua Dulce, Veracruz, México
de penetración, la efectividad de los disparos y las respuestas dinámicas del sistema.
Schlumberger desarrollaron un software que computa con precisión la profundidad
Además, utilizaron este conocimiento con el fin de desarrollar cargas optimizadas
para disparar rocas sometidas a esfuerzos.
Jock Munro
Aberdeen, Escocia
César Vélez Terrazas
Villahermosa, Tabasco, México
Lang Zhan
Shell Oil Company
Houston, Texas
Traducción del artículo publicado en
Oilfield Review Otoño de 2014: 26, no. 3.
Copyright © 2015 Schlumberger.
ASFS, CIRP, HSD, PowerJet Nova, PowerJet Omega, PURE,
S.A.F.E., SafeJet, Secure, Secure2, SPAN, SPAN Rock y
TuffTRAC Mono son marcas de Schlumberger.
1. Behrmann L, Grove B, Walton I, Zhan L, Graham C,
Atwood D y Harvey J: “A Survey of Industry Models for
Perforator Performance: Suggestions for Improvements,”
artículo SPE 125020, presentado en la Conferencia y
Exhibición Técnica Anual de la SPE, Nueva Orleáns,
4 al 7 de octubre de 2009.
2. Instituto Americano del Petróleo: RP 19B, Recommended
Practices for Evaluation of Well Perforators, 2da edición.
Washington, DC: Instituto Americano del Petróleo, 2006.
3. Para obtener más información sobre las operaciones
de disparos en condiciones de bajo balance
dinámico, consulte: Baxter D, Behrmann L, Grove B,
Williams H, Heiland J, Hong LJ, Khong CK, Martin A,
Mishra VK, Munro J, Pizzolante I, Safiin N y
Suppiah RR: “Operaciones de disparos: Cuando
la falla es el objetivo,” Oilfield Review 21, no. 3
(Marzo de 2010): 4–17.
14
> Objetivos de concreto. Un especialista en operaciones de disparos
examina un objetivo de concreto para evaluar la geometría del túnel dejado
por los disparos con cargas de penetración profunda (líneas verticales).
Después de las pruebas, los túneles dejados por los disparos en los
objetivos de concreto se orientan en sentido horizontal; el objetivo de
concreto ha sido abierto y colocado sobre uno de sus lados para asegurar
su estabilidad durante el examen. La prueba correspondiente a la Sección
1 de la norma API RP 19B contempla procedimientos específicos para la
construcción de estos objetivos de concreto.
Oilfield Review
La ejecución de operaciones de disparos con cargas explosivas premoldeadas es la forma más usual
de conectar las formaciones hidrocarburíferas con
el pozo a través de la tubería de revestimiento.
Los operadores llevan a cabo estas operaciones en los
pozos de petróleo y gas desde hace más de 60 años.
Y durante un lapso de tiempo casi equivalente, los
científicos han trabajado para desarrollar modelos de penetración que vinculan el desempeño de
las cargas en pruebas controladas al desempeño
en el fondo del pozo. No obstante, la validación del
desempeño de las cargas en el fondo del pozo es
dificultosa debido a la falta de acceso directo a los
disparos después de concluir las operaciones.
En los últimos años, las compañías de servicios han introducido cargas de disparos que
penetran a mayor profundidad y generan túneles
más grandes que nunca en objetivos de concreto.
La investigación indica que la vinculación entre
las pruebas en objetivos de concreto y los resultados en rocas sometidas a condiciones similares a
las existentes en el fondo del pozo quizás no sea
tan directa como los sugieren muchos modelos.1
Las predicciones de los modelos parecen demasiado optimistas para la profundidad de penetración, la geometría del túnel dejado por los
disparos (túneles de disparo) y la efectividad del
flujo en condiciones de fondo de pozo.
Las predicciones acerca del desempeño y la
penetración de las cargas se efectúan tradicio-
Volumen 26, no.3
nalmente con los datos adquiridos en la superficie, que luego son corregidos por el ambiente de
fondo de pozo. La Práctica Recomendada (RP)
19B del Instituto Americano del Petróleo (API)
establece procedimientos para calificar el desempeño de las cargas.2 Las técnicas y procedimientos de pruebas en objetivos que simulan las
condiciones de fondo de pozo se incluyen en la
norma API RP 19B; no obstante, los proveedores
de cargas premoldeadas con frecuencia se remiten
a las pruebas correspondientes a la Sección 1—
cargas disparadas en objetivos de concreto no
sometidos a esfuerzos— a la hora de comparar
las cargas (página anterior). Los resultados de
las pruebas correspondientes a la Sección 1 también constituyen la base de las aplicaciones de
modelado que pronostican el desempeño de las
cargas utilizando los parámetros de las rocas y las
formaciones, las propiedades del cemento y la
tubería de revestimiento, los efectos del fluido de
terminación de pozos, y los datos de temperatura
y presión.
En el año 2004, Schlumberger inauguró el
laboratorio de investigación más avanzado de la
industria del petróleo y el gas para estudiar las
ciencias de los disparos. Se trata de una expansión del primer laboratorio de operaciones de disparos de la industria, promovida por Schlumberger
en 1953. En el Campus de Schlumberger en
Rosharon (SRC), Texas, EUA, los especialistas del
laboratorio llevan a cabo pruebas de cargas premoldeadas, que incluyen comparaciones de los
resultados de laboratorio con el desempeño pronosticado por el software de modelado. Las pruebas pueden ser efectuadas en objetivos de rocas
sometidas a esfuerzos que reproducen las condiciones de fondo de pozo y por consiguiente generan
resultados más representativos de las operaciones
reales que los resultados de las pruebas en objetivos de concreto no sometidos a esfuerzos, efectuadas en la superficie.
Las actividades de investigación llevadas a cabo
en el laboratorio SRC han permitido actualizar el
conocimiento del desempeño de las cargas premoldeadas y los sistemas de disparos. Los resultados
de las pruebas de laboratorio fueron incorporados en el software de análisis de operaciones de
disparos SPAN de Schlumberger. Este software
pronostica el desempeño que se ajusta mejor a
los resultados de las pruebas en rocas sometidas
a esfuerzos que los sistemas de modelado previos.
El programa actualizado ahora se denomina análisis de operaciones de disparos en rocas sometidas a
esfuerzos SPAN Rock; el software actualizado
incluye además el modelado de los disparos limpios PURE y los sistemas de disparos en condiciones de bajo balance dinámico (DUB). El software
predice las fuerzas dinámicas producidas durante
las operaciones de disparos y proporciona expectativas de productividad realistas.3
15
Resultados de los
modelos de penetración
Pistola o cañón
Briqueta
de prueba
Agua
Concreto
de 28 días
Conducto
de acero
Predicción de la penetración, pulgadas
40
Tubería de
revestimiento
35
30
25
Modelo 1
Modelo 2
Modelo 3
Modelo 4
Modelo SPAN, concreto
Prueba en rocas sometidas
a esfuerzos
20
15
10
5
0
Modelo de penetración
> Modelos industriales de predicción de la profundidad de penetración. Los resultados de las pruebas
efectuadas en objetivos de concreto (izquierda), construidos según las especificaciones de la
Sección 1 de la norma API RP 19B, son utilizados en modelos industriales para predecir el desempeño
de los disparos en condiciones de fondo de pozo. El concreto se deja curar durante 28 días antes de
las pruebas. Los técnicos utilizan una briqueta de prueba hecha con el mismo lote de concreto para
confirmar las propiedades mecánicas del objetivo. Los investigadores de Schlumberger compararon
diversos modelos (derecha) para predecir la penetración de las cargas, utilizando el mismo tipo de carga
en idénticas condiciones. El modelo SPAN tradicional basado en el uso de concreto (azul claro) predijo
la profundidad de penetración (DoP) más somera. Para reforzar la validación, se efectuó una prueba en
una muestra de roca sometida a esfuerzos; las propiedades fueron cargadas en los diversos modelos.
Todas las predicciones de los modelos resultaron excesivamente optimistas en comparación con la DoP
real de la muestra sometida a esfuerzos. (Adaptado de Harvey et al, referencia 14.)
Este artículo describe las actividades de
Los investigadores que trabajan para comprender el desempeño de las cargas también han investigación en curso asociadas con las cargas
desarrollado cargas optimizadas para las condicio- premoldeadas y expone sucintamente los desarrones del mundo real. Las cargas premoldeadas de llos recientes en materia de software de modelado
penetración extra profunda PowerJet Nova consti- de la penetración y el desempeño de las cargas.
tuyen un ejemplo de carga diseñada que incorpora Algunos operadores de México y el Mar del Norte
los resultados de las investigaciones en curso. aprovecharon los avances registrados en el modeÉsta es la primera familia integral de cargas de la lado y el diseño de las cargas premoldeadas para
industria, optimizada específicamente para rocas mejorar la productividad de los pozos. Un ejemplo
adicional del Mar del Norte demuestra las ventasometidas a esfuerzos.
Además de mejorar el desempeño
de
las
carOilfield Review jas y las eficiencias operacionales de la tecnoloSUMMER 14 gía de disparos SafeJet.
gas, los ingenieros de diseño están desarrollando
Perforatioin
nuevas tecnologías para mejorar la seguridad
de Fig. 2
ORSUMM 14 PERFOTN 2
las operaciones de disparos. El Equipo de Disparo Formulación de nuevas normas
Activado por Impacto S.A.F.E. fue el primer sis- Los ingenieros y científicos llevan a cabo experitema de disparos intrínsecamente seguro de la mentos con cargas premoldeadas desde la década
industria del petróleo y el gas. Dicho equipo utili- de 1950. La actividad de experimentación se ha
zaba un iniciador de laminilla fusible (EFI) en centrado mayormente en la determinación de la
vez de los explosivos primarios empleados gene- profundidad de penetración (DoP) porque la proralmente en los casquillos detonadores. El sis- ductividad de las terminaciones naturales de los
tema más avanzado de pistolas (cañones) de pozos —aquéllas que no requieren tratamientos
disparos SafeJet fue introducido recientemente. de estimulación— depende de la medida en que
Este sistema incluye características de seguridad los túneles de disparos se extienden más allá del
adicionales, tales como los iniciadores electróni- daño inducido por la perforación en la región
cos, que permiten el disparo selectivo de múltiples vecina al pozo.4 Recientemente, los investigadocargas individuales o grupos de cargas. La tecnolo- res compararon el desempeño en términos de
gía SafeJet mejora la eficiencia de las operacio- penetración de las cargas premoldeadas modernes de disparo selectivas utilizadas habitualmente nas, en condiciones simuladas de fondo de pozo,
en los programas de tratamientos de estimulación con las predicciones de penetración derivadas de
por fracturamiento.
los modelos utilizados normalmente en la indus-
16
tria, desarrollados en su mayor parte antes de la
década de 1990. Los resultados de las pruebas
indican que la precisión de las predicciones de
desempeño no ha acompañado a los cambios introducidos en el diseño de las cargas.5 Por otra parte,
si se evalúa el mismo sistema de disparos en idénticas condiciones simuladas, existen grandes discrepancias entre los modelos respecto de las
predicciones de desempeño (izquierda).
Las pruebas de las cargas efectuadas en la
superficie constituyen la base de las predicciones
de desempeño. Las normas para las pruebas de
las cargas de los disparos fueron desarrolladas por
el API y se describen en las pruebas en objetivos
de concreto de la Sección 1 de la norma RP 43.
Estas normas se publicaron por primera vez en
1962 y con el tiempo evolucionaron para incluir
cuatro procedimientos de pruebas:
•Sección 1: Pruebas del sistema en concreto a
presión y temperatura ambiente
•Sección 2: Pruebas de un solo disparo en objetivos de arenisca Berea sometidos a esfuerzos
(3 000 lpc [20,7 MPa]) a temperatura ambiente
•Sección 3: Pruebas del sistema en acero a temperatura elevada
•Sección 4: Pruebas de desempeño del flujo de
un solo disparo en muestras de arenisca Berea
sometidas a esfuerzos (3 000 lpc) a temperatura ambiente.
Para predecir la DoP en el fondo del pozo, los
primeros modelos de penetración comenzaron
con los datos de profundidad de penetración
correspondientes a la Sección 1 de la norma
API RP 43 y aplicaron una serie de correcciones
(próxima página). El proceso secuencial empleado
para convertir los resultados de las pruebas
correspondientes a la Sección 1 en DoP de fondo
de pozo en modelos predictivos generalmente
consiste en los cinco pasos siguientes:
•Ejecución de las pruebas en concreto descritas
en la Sección 1 de la norma API RP 43 conforme a las normas.
•Normalización de estos resultados para la arenisca Berea con una resistencia a la compresión
no confinada (UCS) de 7 000 lpc [48,3 MPa].
•Normalización de los datos de la arenisca Berea
corregidos para otros tipos de rocas no sometidas a esfuerzos.
•Corrección de los datos de penetración en rocas
no sometidas a esfuerzos para determinar el
esfuerzo efectivo.
•Aplicación de los efectos del cemento, la tubería de revestimiento y el fluido del pozo para
proporcionar el producto final.6
Oilfield Review
Base de los modelos industriales
Pruebas en objetivos de concreto
de la Sección 1
Pruebas en la arenisca Berea a 7 000 lpc
Entrada de fluido
Ventilación del núcleo
Tubería de
revestimiento
Pistola o cañón
Agua
Briqueta
de prueba
Otros tipos de rocas
Concreto de
la Sección 1
Concreto
de 28 días
Núcleo de 4 o 7 pulgadas
de diámetro
24
22
Camisa de caucho
Arenisca
Caliza
20
Placa del objetivo
Carga premoldeada
Fluido anular
Penetración en la roca, pulgadas
Conducto
de acero
18
16
14
12
10
8
6
Salmuera
Cemento
Zona de daño
Formación
3,38
2,17
0,48
0,00
0,48
2,17
1,45
14,89
17,64
19,99
19,22
19,99
17,64
18,23
13,73
16,49
18,83
18,07
18,83
16,49
17,07
0,43
0,52
0,93
0,78
0,93
0,52
0,71
Área de flujo
abierto,
pulgada2/pie
0,20
0,25
0,43
0,36
0,43
0,25
0,32
0,48547 con
6 disparos
por pie
Condiciones de
fondo de pozo
Fracción de penetración de superficie
1,0
Ángulo Separación, Penetración total, Penetración en Diámetro de
Diámetro del
de fase,° pulgadas
pulgadas
la formación, la formación,
orificio de
pulgadas
pulgadas
entrada, pulgadas
0
60
120
180
240
300
Promedio
Sistema 1
Sistema 2
Sistema 3
Sistema 4
0,9
4
2 000
6 000
10 000
14 000
18 000
22 000
Resistencia axial medida, lpc
0,8
0,7
Esfuerzo efectivo
0,6
0,5
0
2 000
4 000
6 000
8 000
Esfuerzo efectivo aplicado, lpc
> Modelado secuencial. La mayoría de las aplicaciones de modelado predictivo de la profundidad de penetración utilizados en la industria siguen un trayecto
secuencial: los datos de las pruebas de la Sección 1 de la norma API RP 19B efectuadas en concreto (extremo superior izquierdo) son corregidos para la arenisca Berea con una UCS de 7 000 lpc [48,3 MPa] (arriba, centro), por el tipo de roca (derecha) y el esfuerzo efectivo (extremo inferior derecho), y luego se
corrigen por las condiciones de fondo de pozo, incluidos el tamaño y el tipo de tubería de revestimiento, las propiedades de los fluidos y la geometrías de las
pistolas. El resultado se presenta a menudo como un modelo 2D de la DoP (extremo inferior izquierdo). Para los resultados finales que se obtienen utilizando
el modelo secuencial, la interacción de los diversos parámetros entre sí no se tiene demasiado en cuenta. (Adaptado de Martin et al, referencia 13.)
En el año 2001, la norma API RP 19B,
Recommended Practices for Evaluation of Well
Perforators, reemplazó a la norma API RP 43 y
fue actualizada en el año 2006.7 El cambio más
significativo introducido por las nuevas normas
fueron las especificaciones estrictas para los
4. McDowell JM y Muskat M: “The Effect on Well
Productivity of Formation Penetration Beyond
Perforated Casing,” Actas de AIME 189 (1950):
309–312.
5. Behrman et al, referencia 1.
6. Harvey J, Grove B, Zhan L y Behrmann L:
“New Predictive Model of Penetration Depth for
Oilwell-Perforating Shaped Charges,” artículo SPE
127920, presentado en el Simposio y Exhibición
Internacional de la SPE sobre el Control del Daño
de la Formación, Lafayette, Luisiana, EUA, 10 al
12 de febrero de 2010.
7. Instituto Americano del Petróleo, referencia 2.
8. Para obtener más información sobre los efectos del
agregado de concreto en las pruebas, consulte:
Brooks JE, Yang W y Behrmann LA: “Effect of Sand-Grain
Size on Perforator Performance,” artículo SPE 39457,
presentado en el Simposio Internacional de la SPE sobre
el Control del Daño de la Formación, Lafayette, Luisiana,
18 al 19 de febrero de 1998.
9. Harvey et al, referencia 6.
Volumen 26, no.3
objetivos de agregado de concreto utilizados para
evaluar la penetración de las cargas en las pruebas
correspondientes a la Sección 1.8 Estas prácticas
actualizadas incluyeron tolerancias estrechas que
aseguraron que las comparaciones entre las cargas premoldeadas de diversos proveedores se
basaran en resultados de objetivos idénticos. No
obstante, es probable que las pruebas efectuadas
en la superficie, descritas en la norma API RP 19B,
no se correlacionen directamente con las predicciones de desempeño de las cargas en el fondo del
pozo porque la mayoría de los modelos de penetración fueron desarrollados a partir de datos DoP
Oilfield Review
desactualizados,
adquiridos
SUMMER
14 mediante la aplicación de las prácticas
API
RP 43.
Perforatioin Fig.
4
14 PERFOTN
4 de laboraSobre laORSUMM
base de extensivas
pruebas
torio, los investigadores del SRC descubrieron que
la práctica común de aplicar correcciones en
secuencia a los datos DoP de la Sección 1 de la
norma API RP 19B genera predicciones demasiado optimistas del desempeño en el fondo del
pozo, que no son representativas de los resultados
observados en las pruebas efectuadas en rocas
sometidas a esfuerzos. Las discrepancias entre las
predicciones de desempeño y los resultados del
laboratorio se atribuyen a lo siguiente:
•dependencia excesiva con respecto a los resultados de la Sección 1 de la norma API RP 19B
en rocas no sometidas a esfuerzos
•falta de investigación asociada con el empleo
de las cargas modernas
•tratamiento no realista de los efectos de los
esfuerzos locales en los programas de modelado.9
Las cargas premoldeadas más nuevas penetran
en los objetivos de las pruebas a mucha mayor profundidad que las cargas de generación más antigua
y las extrapolaciones simples de los datos de las
pruebas a menudo arrojan resultados incorrectos.
En comparación con las cargas de los sistemas de
disparos más antiguos, las cargas premoldeadas
modernas utilizadas en ambientes similares pueden exceder el desempeño de penetración en un
100% o un porcentaje mayor. Esto agrava considerablemente los efectos de la incertidumbre aso-
17
Sección 2 de la norma API RP 43
Penetración en la arenisca Berea, pulgadas
40
30
Área de incertidumbre
20
Desempeño de las
cargas modernas
10
0
10
0
20
30
40
50
60
Sección 1 de la norma API RP 43, penetración en concreto, pulgadas
> Datos históricos de profundidad de penetración utilizados en los modelos de predicción de la
profundidad de penetración. Los datos históricos, basados en las directrices de la norma API RP 43
(sombreado azul), fueron utilizados para desarrollar muchos de los modelos de predicción de la
profundidad de penetración que se utilizan hoy en día. Los valores de la DoP (puntos negros) en los
que se basan estos modelos fueron todos inferiores a 76 cm [30 pulgadas]; las cargas modernas de
penetración profunda, no disponibles cuando se creó la mayor parte de estos modelos, pueden
exceder los 152 cm [60 pulgadas] de DoP. Los investigadores de Schlumberger observaron que la
hipótesis de una relación lineal (línea negra) entre el valor de DoP derivado de las pruebas en
objetivos de concreto y los valores obtenidos en la arenisca Berea no se mantiene para estas
cargas de penetración profunda. La relación puede ser asintótica (rojo). Debido a la diferencia entre
las profundidades de penetración históricas y actuales, los errores pequeños del modelo pueden
introducir una gran incertidumbre en la predicción de la DoP en muestras de rocas (sombreado
rosado). (Adaptado de Martin et al, referencia 13.)
DoP = DoP en la formación productiva.
In
DoP
DoPref
(
DoPref = DoP en una formación de referencia
utilizando F BI ref a 10 000 lpc.
(
= αo F BI ref – F BI .
αo = Coeficiente de carga exponencial.
FBI = UCS + b × Peff .
FBI = Función de indicador balístico de la
formación productiva, lpc.
FBI ref = La función de indicador balístico en
una formación de referencia a 10 000 lpc.
UCS = UCS de la formación productiva, lpc.
Peff = Pc – a × Pp .
()
a φ = 0,0967 × φ 0,428.
b=
Peff = Esfuerzo efectivo balístico, lpc.
0,7336 – 1,813 × 10 –5 × UCS, UCS < 30 000 lpc.
3,33 × e –9,55 × 10 –5 × UCS, UCS >– 30 000 lpc.
Pp = Presión de poro, lpc.
a = Coeficiente balístico de presión de poro.
αo = 8 × 10 –5
αo = 7 × 10 –5
αo = 6 × 10 –5
αo = 5 × 10 –5
αo = 4 × 10 –5
30
25
DoP, pulgadas
Pc = Esfuerzo de confinamiento, lpc.
b = Coeficiente de influencia del esfuerzo.
Oilfield Review
SUMMER 14
φ = Porosidad, %.
Perforatioin Fig. 3
ORSUMM 14 PERFOTN 3
35
20
15
10
5
0
0
5 000
ciada con los modelos (izquierda). Las pruebas
efectuadas en objetivos de concreto no sometidos
a esfuerzos pueden introducir incertidumbres
considerables en la predicción de la penetración
real, si bien se llevan a cabo en objetivos que responden a las normas más estrictas de la Sección 1
de la norma API RP 19B.
Mediante la utilización de modelos industriales, los ingenieros observaron una gran variabilidad en las predicciones de desempeño de las
cargas. Estos modelos comienzan con los datos
del desempeño en concreto correspondientes a la
Sección 1 de la norma API RP 19B, seguidos por
aplicaciones de correcciones en secuencia por el
tipo de roca, el esfuerzo en el fondo del pozo y las
condiciones ambientales. Las cargas modernas
exceden considerablemente el desempeño de las
cargas de generación más antigua respecto de la
penetración, si bien los ingenieros determinaron
que el desempeño de estas cargas es más afectado por los esfuerzos locales que las cargas de
generación más antigua. Los investigadores del
SRC llegaron a la conclusión de que el enfoque
simplista de aplicación de correcciones secuenciales en los modelos de predicciones arroja
resultados engañosos para las cargas modernas.
Además, observaron que los esfuerzos efectivos
producen un mayor efecto en la DoP y en la geometría de los túneles de disparos de lo que se creía
previamente, y los programas de modelado no dan
10 000
15 000
20 000
, Predicción de la DoP utilizando la función de
indicador balístico. Después de efectuar cientos
de disparos de pruebas en muestras, los
investigadores de Schlumberger desarrollaron
un modelo realista para predecir la DoP (extremo
superior); el nuevo modelo incluye datos derivados
de las cargas modernas de penetración profunda.
Este método incluye una función de indicador
balístico (FBI ), que se computa a partir de la UCS
y del esfuerzo efectivo balístico, Peff . El Peff es
determinado a partir del esfuerzo de confinamiento, Pc, la presión de poro, Pp, y un coeficiente
balístico de presión de poro, a. El coeficiente
balístico de presión de poro se computa a partir
de la porosidad. El coeficiente de influencia del
esfuerzo, b, es una función de la UCS. El coeficiente de carga exponencial sin unidades, α0,
debe ser determinado empíricamente para cada
carga premoldeada. Para el coeficiente de carga
exponencial, puede utilizarse un valor fijo de
8 × 10–5 (extremo inferior, azul oscuro), pero si este
parámetro se escoge con precisión se obtienen
predicciones más representativas, especialmente
en las rocas más débiles. Los diversos parámetros
se incorporan luego en una ecuación que incluye
dos valores de referencia, FBI ref y DoPref , determinados a partir de las pruebas efectuadas en rocas
con una UCS de 10 000 lpc [69 MPa]. Desde la
introducción de este modelo, los ingenieros
validaron los resultados con miles de pruebas.
(Adaptado de Harvey et al, referencia 6.)
FBI , lpc
18
Oilfield Review
cuenta de la totalidad de estos efectos. El desempeño de las cargas en cuanto a penetración, en
condiciones de fondo de pozo, puede ser sobrestimado hasta en un 240% en comparación con las
predicciones de los modelos tradicionales.10
Correlación con la penetración
en rocas sometidas a esfuerzos
La mayor parte de las aplicaciones de modelado
aplican los efectos de la resistencia de las rocas en
las predicciones de la DoP basadas en investigaciones efectuadas a comienzos de la década de
1960.11 Estos modelos tratan la resistencia de las
rocas y las condiciones de los esfuerzos de fondo
de pozo por separado sin considerar cómo estas
condiciones interactúan entre sí. En esa época, los
investigadores desarrollaron una fórmula logarítmica simple que computa la DoP a partir de la
UCS esperada en condiciones de fondo de pozo.12
La relación se basa en las siguientes suposiciones:
•El desempeño de la penetración a través de
múltiples objetivos puede ser caracterizado en
base a una medición en un objetivo simple.
•Las cargas no pueden ser optimizadas para una
resistencia dada del objetivo.
•La corrección por la UCS es la misma independientemente del tipo de roca.
•Las tendencias de desempeño en objetivos no
sometidos a esfuerzos como los de las pruebas
correspondientes a la Sección 1 de la norma
API RP 19B (o 43B) serán las mismas que en
objetivos sometidos a esfuerzos.
Las pruebas de sistemas de pistolas o cañones de
disparos de última generación demostraron que
algunas de estas suposiciones producen discrepancias entre el desempeño real y los resultados
de los modelos.13
Para abordar estas discrepancias, los investigadores de Schlumberger desarrollaron un nuevo
parámetro; la función de indicador balístico, FBI.
Esta función combina las propiedades intrínsecas de la formación (UCS y porosidad) con las
propiedades extrínsecas (esfuerzo de los estratos
de sobrecarga y presión de poro) para predecir
con más precisión el desempeño de los disparos
en condiciones de fondo de pozo (página anterior, abajo). Este parámetro fue definido después
de que los investigadores efectuaran más de 200
experimentos utilizando cuatro tipos de cargas y
objetivos con valores de UCS oscilantes entre 1 600
y 16 000 lpc [11 y 110 MPa].14
Sobre la base de los resultados de sus experimentos, los investigadores desarrollaron e introdujeron un nuevo modelo de cómputo de la DoP.
Los modelos previos a menudo utilizaban una
ecuación simple para determinar la DoP en condiciones de fondo del pozo. Los resultados de las
pruebas descritas en la Sección 1 para la DoP en
objetivos de concreto fueron ajustados utilizando
solamente la diferencia entre la UCS del objetivo
de la prueba y la UCS estimada en condiciones de
fondo de pozo. El nuevo modelo requiere seis
parámetros: dos parámetros específicos de las
25
A
20
UCS, lpc
Pc, lpc
Pp, lpc
20,8
4 500
1 600
4 000
0
16,5
10 400
8 000
4 000
0
40Nugget
9,0
17 800
16 000
4 000
0
35Berea
8,5
19 800
8 000
20 000
0
DoP, pulg
A
Castlegate
B
Berea
C
D
30
15
C
10
DoP, pulgadas
DoP, pulgadas
10.Harvey et al, referencia 6.
11.Thompson GD: “Effects of Formation Compressive
Strength on Perforator Performance,” artículo
API-62-191, presentado en la Conferencia sobre
Prácticas de Perforación y Producción, Ciudad
de Nueva York, 1º de enero de 1962.
12.La resistencia a la compresión no confinada, una
medida de la resistencia de la roca, es el esfuerzo
de compresión uniaxial máximo que puede tolerar
un material bajo condiciones de esfuerzo sin
confinamiento.
13.Martin A, Grove B, Harvey J, Zhan L y Atwood D:
“A New Direction for Predicting Perforating Gun
Performance,” artículo MENAPS-11-12, presentado en
el Simposio sobre Operaciones de Disparos de Medio
Oriente y África Septentrional, Abu Dhabi, Emiratos
Árabes Unidos, 28 al 30 de noviembre de 2011.
14.Harvey J, Grove B y Zhan L: “Stressed Rock Penetration
Depth Correlation,” artículo SPE 151846, presentado en
el Simposio y Exhibición Internacional de la SPE sobre
el Control del Daño de la Formación, Lafayette, Luisiana,
15 al 17 de febrero de 2012.
FBI , lpc
Formación
B
cargas premoldeladas y cuatro parámetros específicos de la formación (UCS, porosidad, presión
de confinamiento y presión de poro). Se escogió
un FBI de referencia utilizando como base un valor
de 10 000 lpc [69 MPa], que representa el centro
del conjunto de datos. El reemplazo de un parámetro específico de la carga por dos significa que los
ingenieros pueden optimizar los diseños de los disparos para objetivos específicos: por ejemplo, formaciones duras versus formaciones blandas.
Luego de la introducción del modelo de seis parámetros, se efectuaron cientos de pruebas adicionales para confirmar la validez del método (abajo).
No obstante, la DoP es sólo una parte del escenario general del desempeño de los disparos;
D
Arenisca
Carbonato
25
20
15
10
5
5
0
0
5 000
10 000
15 000
FBI, lpc
20 000
25 000
0
0
5 000
10 000
15 000
20 000
25 000
30 000
FBI, lpc
> Respuesta logarítmica y correcciones específicas de cada roca. Las pruebas de penetración, efectuadas en núcleos de areniscas de esfuerzo variable
aplicado y UCS (extremo superior derecho), indican que la relación entre FBI y DoP es logarítmica (izquierda). Además, la gráfica de DoP versus FBI (extremo
inferior derecho) indica que el desempeño depende de las rocas. Utilizando el mismo tipo de carga, los técnicos efectuaron pruebas en núcleos de areniscas
(diamantes azules) y carbonatos (cuadrados rojos); las curvas ajustadas a los datos —areniscas (azul) y carbonatos (rojo)— indican que la DoP en las
areniscas es mayor que la DoP en los carbonatos. La diferencia de la DoP es más pronunciada en las rocas más débiles. El programa SPAN Rock incluye
correcciones tanto para la resistencia de la roca como para el tipo de roca. Estas pruebas validan el modelo de la función de indicador balístico de manera
más exhaustiva.
Volumen 26, no.3
19
Condición asumida después
del tratamiento convencional
Modelo no realista
Disparos convencionales
Detritos de los disparos
Daño uniforme
Condición probable
después del tratamiento
1 pulgada
Flujo inefectivo
Detritos de los disparos
Daño no uniforme
> Limpieza del túnel después de los disparos tradicionales. Los túneles producidos con las técnicas de disparos
tradicionales pueden ser taponados con detritos que impiden el flujo (izquierda). Las paredes de los túneles son revestidas
con rocas dañadas que también pueden actuar como impedimento para el flujo (arriba, centro). Los métodos de predicción
de la efectividad del flujo hacia el interior del pozo asumen un flujo uniforme desde la formación hacia los túneles de
disparos (extremo superior derecho). Dado que los túneles presentan un daño no uniforme a lo largo de sus paredes y
taponamientos variables (abajo, centro), el flujo uniforme es atípico, y en la realidad, el flujo hacia los túneles de disparos
con métodos convencionales es restringido (extremo inferior derecho). (Adaptado de Grove et al, referencia 15.)
Relaciones de productividad computadas
Disparos DUB PURE, flujo efectivo
1,2
Relación de productividad
1,0
0,8
0,6
Disparos convencionales, flujo inefectivo
0,4
0,2
0
OilfieldCaso
Review
C
SUMMER
14PURE,
Disparos DUB
modelo nuevo
Perforatioin
Fig. 7
PERFOTNde7 bajo balance dinámico. En las operaciones de disparos convencionales,
> Mejoramiento de las relaciones de productividad con los ORSUMM
disparos en 14
condiciones
Caso A
Disparos convencionales,
modelo nuevo
Caso B
Disparos convencionales,
modelo tradicional
incluso en condiciones de bajo balance, la roca dañada presente a lo largo de la pared del túnel y los detritos pueden reducir sustancialmente la relación de
productividad (PR) (izquierda). Algunos detritos de los disparos pueden removerse haciendo fluir el pozo, si bien los túneles con las mejores características
de flujo aportarán la mayor parte del flujo y los disparos taponados quizás no aporten nada de flujo. El comportamiento total del pozo en los tres escenarios
de disparos ilustra los efectos del daño de los disparos y la aplicación del nuevo modelo de flujo. El caso A muestra una PR computada a partir del tratamiento
realista de un pozo disparado convencionalmente, analizado mediante la utilización del nuevo modelo. El modelo reconoce que sin la técnica de disparos
DUB PURE, el influjo puede ser restringido solamente a una porción pequeña de cada túnel. El caso B muestra una PR excesivamente optimista, computada
con un modelo convencional de daño de los disparos. Este modelo asume un influjo restringido por una zona triturada uniforme de permeabilidad reducida
a lo largo de todo el túnel de disparos. El caso C muestra una PR computada para un pozo con la técnica de disparos DUB PURE. Dado que todos los
disparos se encuentran limpios y sin restricciones para el influjo del yacimiento, este método maximiza el desempeño del pozo. Esto fue demostrado por los
ingenieros mediante la comparación del flujo de un tinte fluorescente en el interior del túnel de una muestra de núcleo disparada con la técnica DUB PURE
(extremo superior derecho) con el flujo hacia el interior del túnel de una muestra de núcleo disparada en forma convencional (extremo inferior derecho).
El tinte fluorescente (azul claro) ingresa en todo el túnel de disparos DUB PURE, pero sólo fluye hacia el interior de una porción pequeña del túnel
convencional porque la mayor parte del túnel se encuentra taponada con detritos y roca dañada. La ventaja de la técnica de disparos DUB PURE se
refleja con más precisión comparando el caso C con el caso A, en vez de compararlo con el caso B.
20
Oilfield Review
SUMMER 14
Perforatioin Fig. 8B
ORSUMM 14 PERFOTN 8B
Oilfield Review
los investigadores también pusieron su atención
en la efectividad del flujo de los túneles de
disparos.15
Disparos efectivos
Los disparos abren agujeros en las tuberías de
revestimiento de acero sólido y luego generan
túneles que se rellenan generalmente con detritos (escombros) y se revisten con una capa de
roca dañada por los impactos (página anterior,
arriba).16 La roca dañada y los detritos impiden el
flujo del fluido. Los efectos pueden ser cuantificados con el factor de daño, que incluye el daño de
la formación causado por las prácticas de perforación, terminación y disparos.17 Si bien la DoP se
considera a menudo el componente más crucial
de la eficiencia de la producción, en la práctica,
el estado y la geometría del túnel de disparos se
asocian tanto con la efectividad de los disparos
como la DoP.18
Un predictor convencional de la efectividad de
los disparos es la eficiencia de flujo en los núcleos
(CFE); se trata de la relación entre la productividad medida y la productividad teórica de un
núcleo disparado en el laboratorio. El parámetro
CFE de un túnel de disparos ideal sin daños es de
1,0; todo valor por debajo de 1,0 indica la existencia
de daños causados durante los disparos. Un valor
de CFE mayor que 1,0 indica estimulación.
Un valor de CFE computado a partir de la relación entre la productividad medida y la productividad teórica plantea numerosos interrogantes
debido a las suposiciones formuladas en el método.19
Bajo balance dinámico
El cómputo tradicional del parámetro CFE asume la
presencia de flujo radial 1D en los túneles de disparos con un diámetro constante de los túneles, situación que no suele darse en la realidad. Los modelos
para la predicción de CFE asumen además que la
zona triturada, la roca dañada a lo largo de la
pared del túnel, es el único elemento que contribuye a la reducción del flujo e ignoran los detritos
de los disparos que quedan en los túneles.20
Además, se asume una zona triturada de permeabilidad deteriorada y espesor constante para toda
la longitud del túnel, si bien se sabe que el espesor y la permeabilidad varían a lo largo del túnel.
Otra suposición utilizada para desarrollar el cómputo de CFE es que la limpieza durante el flujo de
retorno puede mejorar la permeabilidad de la
zona triturada, lo cual puede no ser válido para
todos los túneles de disparos. Una última suposición crucial es que el parámetro CFE es la relación
entre la productividad del túnel de disparos
dañado y la productividad de un túnel teórico sin
daño; no obstante, la productividad del túnel sin
daño puede ser difícil de cuantificar.
Muchos pozos se dejan fluir después de ser disparados para remover la roca dañada y los detritos
de los disparos. Un método común utilizado por
los operadores para iniciar el flujo inmediatamente después de los disparos es el de los disparos en condiciones de bajo balance estático; una
operación en la cual la presión existente en el
pozo antes de abrir orificios en la tubería de
revestimiento se mantiene por debajo de la presión de poro de la formación. La efectividad de la
Resultados de los disparos en
condiciones de bajo balance dinámico PURE
Presión, lpc
6 000
limpieza de los disparos utilizando la técnica de
bajo balance estático depende de la eficiencia de
flujo de los disparos individuales y de la efectividad del flujo del yacimiento hacia los disparos.
Un problema con este método es que los disparos
con las mejores características de flujo aportan la
mayor parte del flujo, y los que más se beneficiarían con la limpieza permanecen rellenos de
detritos y dañados.
Una alternativa a las operaciones de disparos
en condiciones de bajo balance estático es la técnica de disparos DUB PURE, un método comprobado de mejoramiento de la eficiencia de flujo de
los túneles de disparos, que se mide por el coeficiente de productividad del pozo (página anterior,
abajo).21 La técnica remueve la roca dañada de las
paredes de los túneles de disparos y los detritos
de los túneles que restringen el flujo.22 Además de
mejorar el desempeño del pozo, la técnica de disparos DUB PURE ofrece ventajas operacionales y
de seguridad; por ejemplo, los disparos DUB PURE
pueden ser logrados incluso en condiciones en las
que un pozo no puede mantener un estado de bajo
balance estático previo a los disparos, tal como
cuando existen disparos abiertos presentes o
cuando se requieren condiciones de sobre balance
estático para el control del pozo.
El concepto de los disparos en condiciones DUB
surgió a partir de estudios efectuados en el laboratorio SRC. El proceso de limpieza de los disparos es
controlado principalmente por las propiedades de
la formación y las presiones transitorias del pozo
generadas por un sistema de pistolas (abajo).
Flujo uniforme
Túnel limpio
4 000
2 000
0
0
2
4
Tiempo, segundos
1 pulgada
> Modelo de disparos en condiciones de bajo balance dinámico (DUB) PURE. Los sistemas de disparos con bajo balance dinámico generan diferenciales
de presiones transitorias (izquierda) en el túnel de disparos. Los detritos de los disparos y la roca dañada a lo largo de la superficie del túnel han
sido barridos (centro a la izquierda). Estos túneles de disparos completamente limpios proporcionan un flujo efectivo a lo largo de todo el túnel (centro
a la derecha). El flujo proveniente de la formación ingresa en cada túnel de disparos y luego fluye hacia el interior del pozo (derecha), situación que mejora
la productividad en comparación con las técnicas convencionales.
15.Grove B, Harvey J y Zhan L: “Perforation Cleanup by
Means of Dynamic Underbalance: New Understanding,”
SPE Drilling & Completion 28, no. 1 (Marzo de 2013):
11–20.
16.Para obtener más información sobre las operaciones de
disparos, las zonas de daño y los detritos de los túneles
de disparos, consulte: Baxter et al, referencia 3.
17.Factor de daño es un término utilizado en la teoría de la
ingeniería de yacimientos para describir la restricción
para el flujo de fluidos en una formación geológica o
en un pozo. Los valores de factor de daño positivos
cuantifican las restricciones del flujo, en tanto que
los valores de factor de daño negativos cuantifican
los mejoramientos del flujo, generados habitualmente
por las operaciones de estimulación artificial,
Volumen 26, no.3
tales como los tratamientos de acidificación y
fracturamiento hidráulico.
18.Grove et al, referencia 15.
19.Harvey J, Grove B, Walton I y Atwood D: “Flow
Measurements in the Perforation Laboratory:
Re-Thinking Core Flow Efficiency (CFE),” artículo
IPS-10-015, presentado en el Simposio Internacional
sobre Operaciones de Disparos, The Woodlands,
Texas, EUA, 5 al 7 de mayo de 2010.
Grove B, Harvey J, Zhan L y Atwood D: “An Improved
Technique for Interpreting Perforating-Flow-Laboratory
Results: Honoring Observed Cleanup Mechanisms,” SPE
Drilling & Completion 27, no. 2 (Junio de 2012): 233–240.
20.La zona triturada se refiere a la roca dañada existente
a lo largo de la pared del túnel de disparos.
21.La relación de productividad se define como el índice de
productividad medido de un pozo, lo cual incluye las
influencias de la región vecina al pozo y la terminación,
divididas por el índice de productividad ideal teórico de
un pozo terminado en agujero descubierto. Para obtener
más información sobre la relación de productividad,
consulte: Behrmann L, Brooks JE, Farrant S, Fayard A,
Venkitaraman A, Brown A, Michel C, Noordermeer A,
Smith P y Underdown D: “Técnicas de diseño de los
disparos para optimizar la productividad,” Oilfield
Review 12, no. 1 (Verano de 2000): 54–79.
22.Para obtener más información sobre las operaciones de
disparos en condiciones de bajo balance dinámico,
consulte: Baxter et al, referencia 3.
21
Propiedades
del yacimiento
Formación en la región vecina al
pozo y condición del flujo de fluidos
• Propiedades mecánicas de las rocas
• Condición de esfuerzos
• Tipo de roca
• Permeabilidad de la formación
• Porosidad de la formación
• Anisotropía de la formación
• Heterogeneidad de la formación
• Propiedades de los fluidos de
formación (viscosidad, presión del
yacimiento, temperatura, etc.)
• Invasión del fluido de perforación
y migración de partículas (radio y
severidad del daño de la formación
en la región vecina al pozo)
• Condición del flujo de fluidos en
la región vecina al pozo (flujo
laminar o flujo turbulento)
Pozo y condición
del pozo
Sistema de cargas, pistolas
y sartas de herramientas
• Geometría del pozo
• Especificaciones de la tubería
de producción y del cemento
• Propiedades del fluido de pozo
• Orientación y desviación del pozo
• Condición de presión del fluido
del pozo con respecto a la presión
del fluido del yacimiento
• Empaque de grava
• Propiedades del filtro (cedazo)
• Tipo y tamaño de las cargas
• Tipo y tamaño de las pistolas
• Régimen de carga de las cargas
(puesta en fase y densidad
de disparo)
• Otras herramientas de la sarta
• Condición de la instalación de la
sarta de herramientas (geometrías
centradas o excentradas y
detalladas)
Recolección de datos
Nuevo modelo de
predicción de la penetración
basado en rocas
Simulador de predicciones
de presiones transitorias
del pozo
Modelo preciso de factor
de daño provocado
por los disparos
Modelo mejorado de
factor de daño del pozo
Profundidad de los disparos,
estimación del tamaño de
los orificios de entrada y del
diámetro de los disparos
Profundidad de los disparos,
valores del tamaño de los orificios
de entrada y del diámetro de los
disparos iniciales
Evaluación de la
condición de los túneles
de disparos
Propiedades DUB, daño de la zona
triturada, relleno del túnel,
largo del túnel limpio y diámetro
del túnel refinado
Coeficiente de productividad, índice de
productividad, tasa de producción,
factor de daño total y todos los
componentes del factor de daño y los
resultados del análisis de sensibilidad
Cálculo de la productividad
del pozo y evaluación del
desempeño de las pistolas
¿Se modifican los datos
de entrada o los parámetros
del sistema de pistolas?
Si
No
Seleccionar el sistema
de pistolas óptimo
> Nuevo flujo de trabajo para la selección de las pistolas y las cargas. El software SPAN Rock proporciona predicciones
realistas acerca de la penetración de las cargas premoldeadas utilizando datos de múltiples fuentes. El nuevo modelo de
predicción de la penetración basado en rocas constituye la salida predeterminada, si bien pueden efectuarse predicciones
tradicionales basadas en objetivos de concreto. Los ingenieros también pueden modelar sistemas de pistolas que utilizan
las técnicas de disparos DUB PURE. Además, se dispone del parámetro de productividad del pozo que refleja las condiciones
del túnel de disparos y el factor de daño. Este flujo de trabajo puede ser utilizado iterativamente para maximizar el
desempeño de los disparos; los resultados se vinculan directamente con el desempeño en las rocas sometidas a esfuerzos.
Para la limpieza, la técnica de disparos DUB PURE
es más efectiva que hacer fluir el pozo o efectuar
disparos en condiciones de bajo balance. Las investigaciones recientes arrojan luz sobre la técnica y
han demostrado que los pozos disparados con los
sistemas DUB PURE experimentan mejoras significativas de la eficiencia de flujo.
22
Una característica del programa SPAN Rock
es la introducción de un modelo de flujo actualizado que supera las limitaciones del método CFE
convencional y pronostica con mayor precisión los
resultados del método de disparos DUB. El modelo
desarrollado en el laboratorio SRC se basa en múltiples experimentos, incorpora el modelado de
flujo realista y es consistente con los mecanismos
reales de limpieza de los disparos.23
Los procesos involucrados en las operaciones
de disparos DUB son complejos, si bien se ha
desarrollado un software de modelado para predecir la efectividad de un sistema de disparos,
que da cuenta de las presiones transitorias del
Oilfield Review
pozo, las propiedades de la formación y la simulación del influjo.24 El flujo de trabajo y el modelado
son parte integrante del software SPAN Rock.
23.Grove et al, referencia 15.
24.Para obtener más información sobre la implementación
del modelado en el software SPAN Rock, consulte: Zhan
L, Doornbosch F, Martin A, Harvey J y Grove B:
“Perforated Completion Optimization Using a New,
Enhanced and Integrated Perforating Job Design Tool,”
artículo SPE 151800, presentado en el Simposio y
Exhibición Internacional de la SPE sobre el Control del
Daño de la Formación, Lafayette, Luisiana, 15 al 17 de
febrero de 2012.
25.Un modelo DoP basado en objetivos de concreto es
una opción disponible en el software.
26.Harvey J, Grove B y Zhan L: “A Laboratory Correlation
for Dynamic Underbalance Core Flow Efficiency,“
artículo IPS-12-26, presentado en el Simposio
Internacional sobre Operaciones de Disparos,
The Woodlands, Texas, 26 al 28 de abril de 2012.
27.La relación entre la permeabilidad de la capa dañada
(kd) y la permeabilidad de la roca no perturbada (k)
es una medida del deterioro del flujo. Dado que los
disparos en condiciones DUB pueden remover la roca
perturbada a lo largo de una porción del túnel, se
desarrolló un nuevo modelo para el cómputo del flujo
efectivo, que es la relación entre el largo limpiado del
túnel de disparos (Lc) y la DoP total (L).
Volumen 26, no.3
Sistema de pistolas 1
Sistema de pistolas 2
Sistema de pistolas 3
Tipo de pistola
Pistola HSD de 4½ pulgadas,
condiciones DUB, Carga 1
Pistola HSD de 4½ pulgadas,
sin condiciones DUB, Carga 2
Pistola HSD de 4½ pulgadas,
condiciones DUB, Carga 2
DP, HMX
Tipo de carga
Carga PowerJet Omega, HMX
DP, HMX
Carga estándar (dpp)
4,5
12
8
Carga de tipo punzón en
condiciones DUB (dpp)
0,5
0
0,5
Posición de la pistola
Excentrado
Excentrado
Excentrado
Peso del explosivo, g
38,8
22
22
Penetración API, pulgadas
59,2
34
34
1,2
1,20
1,1
1,18
Relación de productividad
Relación de productividad
Software SPAN Rock
El programa de análisis de operaciones de disparos SPAN de Schlumberger fue introducido en la
década de 1980. Este programa permitió computar
la DoP a partir de los resultados de las pruebas
efectuadas en objetivos de concreto y predecir la
geometría de los disparos para cualquier combinación de pistolas y tipo de cargas de Schlumberger,
en cualquier tamaño de tubería de revestimiento,
incluidas sartas de revestimiento múltiples. En el
programa se incluyó un módulo de productividad
para evaluar la efectividad y la eficiencia de los
disparos. Una interfaz gráfica permitió efectuar
comparaciones visuales del desempeño de diversos sistemas de pistolas.
El software SPAN ha experimentado numerosas
actualizaciones desde su introducción. En su versión actual, el modelo de penetración recién desarrollado, basado en rocas sometidas a esfuerzos,
reemplaza al modelo original basado en objetivos
de concreto.25 El nombre actualizado del programa
SPAN Rock refleja este cambio. El modelo de
penetración no es el único agregado del software;
también se han incluido numerosas mejoras significativas de funcionalidad.
El programa SPAN Rock proporciona el primer modelo industrial de limpieza de los disparos
en condiciones DUB.26 Este modelo calcula la limpieza de los disparos como una función de la dinámica de la presión del pozo y de las características
de la formación. Basado en las investigaciones
publicadas actualmente y las investigaciones revisadas por pares, el nuevo modelo permite a los
Parámetro
1,0
0,9
Sistema de pistolas 1
Sistema de pistolas 3
0,8
0,7
0
4
8
12
16
1
20
Zona de daño inducido por la perforación, pulgadas
1,16
1,14
Sistema de pistolas 1
Sistema de pistolas 3
1,12
1,10
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Deterioro de la permeabilidad de la zona de daño, kd /k
> Diseño de un programa de disparos. Los ingenieros modelaron tres sistemas de pistolas (extremo
superior) para disparar un pozo, en el cual el operador esperaba un severo daño de la formación
inducido por la perforación. Parecería que los pozos disparados con una densidad de disparo más alta
deberían producir de manera más efectiva que los disparados con una densidad de disparo más baja
porque el área de influjo de los disparos abiertos es mayor. No obstante, un modelo SPAN Rock indicó
que un sistema de pistolas 1 DUB PURE de 4,5 dpp con explosivos de alta temperatura (HMX) y
penetración profunda (DP) (extremo inferior izquierdo, azul) exhibía una relación de productividad más
alta que un sistema de pistolas 2 sin condiciones DUB de 12 dpp (no mostrado aquí) y que un sistema
de pistolas 3 en condiciones DUB de 8 dpp (rojo) porque el factor de daño resultante del daño inducido
por la perforación posee un mayor efecto en la productividad del sistema de pistolas 3 que en la del
sistema de pistolas 1. Además, el sistema de pistolas 1 para disparos en condiciones DUB
no sólo penetra más allá de la zona de daño inducido por la perforación sino que además produce
túneles de disparos más largos con menos espesor de la zona de daño que el sistema de pistolas 3,
como lo indica la relación entre la permeabilidad de la zona de daño del túnel de disparos (kd) y la
permeabilidad (k) de la roca sin dañar. En consecuencia, el sistema de pistolas 1 (extremo inferior
derecho, azul) proporciona una relación de productividad más alta que el sistema de pistolas 3
(rojo) en base a la comparación del deterioro de la permeabilidad del túnel de disparos.
usuarios predecir la limpieza en la estructura de los límites del yacimiento y las terminaciones parla “zona triturada” (kc/k) convencional, o en la ciales pueden ser incluidos en el análisis de proestructura de la “longitud de flujo efectiva” (Lc/L) ductividad (página anterior).
recién publicada.27 La combinación de modelos
más precisos tanto para la DoP como para la lim- Diseños de sistemas de pistolas
pieza se traduce en predicciones mucho más con- Una de las ventajas del programa SPAN Rock es
fiables acerca del comportamiento del
pozo. Reviewque un ingeniero puede optimizar una estrategia
Oilfield
SUMMER
Junto con el modelo de la zona triturada
de los14 de disparos mediante la ejecución de un análisis
Perforatioin
sensibilidad que simula diferentes sistemas de
disparos descrito por el software SPAN
Rock, se Fig.de10
ORSUMM
pistolas y 10
cargas de disparos. En un pozo tomado
han desarrollado nuevos algoritmos para
estimar14 PERFOTN
los efectos de la resistencia de las rocas. Estas esti- como ejemplo, con un daño de formación relatimaciones computan la productividad tanto para vamente profundo, un diseño DUB PURE —el
los pozos de petróleo como para los pozos de gas. sistema de pistolas 1— utilizó un transportador
Si existen registros petrofísicos disponibles para de 4½ pulgadas cargado con cargas de penetraconstruir un modelo mecánico del subsuelo, estos ción profunda con 5 disparos por pie (dpp). Para
datos pueden ser importados directamente en el el análisis, se reemplazó una de cada 10 cargas
software y utilizarse para computar predicciones por una carga de tipo punzón DUB, lo que se trarealistas de la penetración y la producción versus dujo en 4,5 dpp efectivos (arriba). Las cargas de
la profundidad. Los efectos del empaque de grava, tipo punzón permiten que los fluidos del pozo y
23
F
A
Cargada
Empacador
Descargada
Longitud de
la pistola, 6 m
Pistola
P
ist 8
Pistola 6
Pistola 4
Pistola 2
Tubería de producción
Cabezal de disparo
Pistola 9
Pistola 7
Pistola 5
Pistola 3
Liberación automática
de la pistola
Pistola 1
Espaciador
de seguridad
Pistolas HSD
Nariz redondeada
C
Presión del pozo
13 600
− 2,2
14 000
14 100
14 200
14 300
−1,8
20
− 40
−1,6
Fuerza, 1 000 lbf
Desplazamiento, pulgadas
Profundidad medida, pies
13 900
0
− 50
− 2,0
13 800
−1,4
−1,2
−1,0
− 0,8
− 0,6
40
− 30
− 20
−10
− 0,2
14 500
0
0,2
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
Presión, lpc
0
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
10
60
80
100
120
− 0,4
14 400
Empacador, espacio anular
y tubería de producción
E
− 60
− 2,4
13 700
Carga axial de la
tubería de producción
D
Movimiento de la pistola
Fuerza, 1 000 lbf
B
140
0
Tiempo, segundos
0,02
0,04
0,06
0,08
Tiempo, segundos
0,10
160
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Tiempo, segundos
> Diseño inicial de los disparos. El software de planificación PURE puede predecir los efectos dinámicos, tales como las fuerzas que actúan sobre los
equipamientos de fondo de pozo. El operador planificó disparar un solo intervalo (B, líneas de guiones) utilizando nueve pistolas; la pistola 9 actuó como
espaciador sin carga alguna, y se dejó sin cargar una sección de aproximadamente 1,5 m de la pistola 8 (A). El modelo indica que en el momento de la
detonación de las cargas, este diseño genera una serie de pulsos de presión en los primeros 0,10 segundos (B). Los datos, codificados en colores en base
al tiempo transcurrido desde la detonación, con el azul oscuro comenzando en el tiempo cero y el rojo finalizando a los 0,10 segundos, indican que la sarta
de pistolas se desplaza hacia arriba 6,1 cm [2,4 pulgadas] (C), la tubería de producción es sometida a una carga axial de 58 000 lbf [258 kN] (D), y el
empacador y el espacio anular reciben una fuerza máxima de casi 160 000 lbf [712 kN] (E), suficiente para dañar el mecanismo de liberación automática
de las pistolas y probablemente desmontar el empacador (F).
de formación ingresen rápidamente en el transportador de pistolas, lo que genera una condición
de bajo balance dinámico.
La permeabilidad de la formación era alta,
condición que puede producir efectos de factor
24
de daño dependientes del flujo no darciano en los
sistemas de pistolas con baja densidad de dpp.28
El sistema de pistolas 2 se cargó con 12 dpp en un
transportador de 4½ pulgadas. Este sistema tenía
el potencial para superar el efecto del factor de
Oilfield Review
SUMMER 14
Perforatioin Fig. 11
ORSUMM 14 PERFOTN 11
daño dependiente del flujo no darciano debido al
incremento del área de flujo en comparación con
el del sistema de 4,5 dpp. No obstante, la pistola
de 12 dpp implica ciertas concesiones: la DoP se
reduce porque la pistola debe utilizar cargas más
Oilfield Review
pequeñas, y los efectos de los disparos en condiciones DUB no se producen porque la pistola no
incluye carga alguna de tipo punzón DUB.
Después de correr los escenarios en el programa SPAN Rock, el ingeniero de diseño demostró de manera cuantificable que el sistema de
pistolas 1 proporcionaba una productividad sustancialmente mayor que el sistema de pistolas 2.
Además, se modeló un tercer sistema de pistolas
que utilizó cargas similares a las del sistema de pistolas 2 pero que se cargó con 8 dpp; el sistema de
pistolas 3 incluyó las cargas de tipo punzón DUB.
Este sistema de pistolas tenía una mayor densidad de disparos que el sistema de pistolas 1 para
reducir el factor de daño dependiente del flujo no
darciano, y los efectos DUB fueron generados con
las cargas de tipo punzón. Debido a que las cargas
PowerJet Omega de penetración profunda del sistema de pistolas 1 penetraron más allá del daño
inducido por la perforación, el sistema de pistolas 1
superó en desempeño al sistema de pistolas 3.
El enemigo: los impactos
La mayor parte de las pruebas y caracterizaciones
de cargas premoldeadas se centra en el desempeño de las cargas individuales sin prestar demasiada atención a los componentes dinámicos del
sistema. Las interacciones transitorias que tienen lugar durante e inmediatamente después de
la detonación son difíciles de reproducir utilizando
sistemas de pruebas de superficie; no obstante,
gracias a la comprensión más profunda de los componentes físicos de los impactos de los disparos y
los avances en materia de capacidad computacional, el software de modelado ahora puede simular
las cargas por impacto de las pistolas. Estas fuerzas dinámicas son sensibles a la geometría de la
tubería de revestimiento y la tubería de producción, el hardware de las pistolas, las variaciones de
las cargas premoldeadas, la densidad de disparos
de las pistolas y los efectos del fluido. Mediante el
control de los efectos de los impactos de las pistolas, los operadores pueden mejorar el desempeño
de los disparos y evitar el costoso daño del hardware de fondo de pozo.
Durante una operación típica de una pistola
para tubería de revestimiento, se producen interacciones complejas en el pozo y en el sistema de
pistolas cuando los chorros de los disparos salen
del transportador de pistolas. Los componentes
hidrodinámicos del pozo son afectados principalmente por tres condiciones: la presión de los
gases de las detonaciones dentro de las pistolas,
Volumen 26, no.3
la presión del fluido del pozo y la presión de poro
de la formación.29 Los fluidos del pozo normalmente exhiben una alta densidad y una baja compresibilidad en comparación con el aire que se
encuentra inicialmente dentro del sistema de pistolas y los gases generados durante los disparos.
El diferencial de presión generado entre la presión existente dentro de las pistolas y la presión
hidrostática del pozo durante la detonación produce ondas de presiones transitorias en el fluido
del pozo, que se propagan radial y axialmente en
el pozo en sentido ascendente y descendente.
Estas ondas de presión viajan a través del pozo a
la velocidad del sonido del fluido, aproximadamente 1 500 m/s [4 900 pies/s].
La predicción de los efectos hidrodinámicos
producidos por estas ondas de presión y las cargas
estructurales que imponen en los sistemas de pistolas, los elementos tubulares, el hardware de fondo
de pozo, los cables (para los sistemas operados con
cable) y otros componentes del pozo, requiere el
conocimiento de la dinámica de los sistemas de
pistolas, los componentes dinámicos del pozo y
las condiciones de presión de poro del yacimiento.
El software de planificación PURE desarrollado
para predecir y optimizar los disparos en condiciones DUB también permite a los ingenieros
evaluar las cargas por impacto de las pistolas y la
respuesta dinámica estructural en el hardware
de terminación de pozos.
El valor de esta capacidad de modelado quedó
demostrado recientemente en una operación de
disparos con un sistema operado con la tubería de
producción (TCP) que utilizó un sistema de pistolas de disparos de alta densidad de disparos HSD
de 7 pulgadas. Las pistolas cubrieron un intervalo
neto de 50 m [164 pies] y fueron cargadas a razón
de 39 disparos por m (dpm) con cargas de penetración profunda. Se esperaba que la presión inicial
del pozo fuera de 5 500 lpc [37,9 MPa], y la densidad del fluido de terminación a base de salmuera
fue de 1 102 kg/m3 [9,2 lbm/galón US]. La presión
de poro esperada del yacimiento fue 6 500 lpc
[44,8 MPa]; 1 000 lpc [6,9 MPa] más alta que la
presión del pozo, lo que generó una condición de
bajo balance estático de los disparos. La distancia
entre el extremo superior de la pistola y el empacador fue de 35 m [115 pies], y la distancia hasta
la profundidad total (TD), de alrededor de 182 m
[597 pies] (página anterior). En la sarta de herramientas se incluyó un mecanismo de liberación
automática de las pistolas para dejar caer las pistolas en el fondo del pozo después de los disparos.
La liberación de las pistolas permite el acceso
inmediato a los disparos por debajo del arreglo de
empacador para posibilitar la ejecución de pruebas, el flujo de retorno o la producción a través de
la tubería de producción abierta. El arreglo de
pistolas generalmente se recupera del pozo después de recuperar la tubería de producción; no
obstante, algunos operadores utilizan este diseño
para comenzar la producción inmediata y dejan
las pistolas usadas en el pozo.
El diseño inicial de las pistolas incluía nueve
transportadores de 6 m [20 pies]; una porción de
1,5 m [4,9 pies] de la pistola 8 y la totalidad de la
pistola 9 se descargaban y actuaban como espaciador. Las otras siete pistolas estaban completamente cargadas.
Las ondas de presión provenientes de la detonación se propagan en el interior de las pistolas
con una velocidad de 6 100 m/s [20 000 pies/s].
En el pozo, las ondas de presión del fluido provenientes de la detonación se propagan con una
velocidad de 1 500 m/s [4 900 pies/s]. La diferencia de velocidad produce un diferencial de presión
entre el extremo inferior y el extremo superior de
la sarta de pistolas. El efecto neto es una fuerza
ascendente significativa, seguida por oscilaciones
provenientes de las ondas de esfuerzo transmitidas
y reflejadas en cada cambio de la sección transversal de la sarta de pistolas. El modelo indica que en
el momento de la detonación de las cargas, este
sistema de pistolas se desplazará forzosamente
hacia arriba, dañando potencialmente el hardware y cancelando la acción pretendida del mecanismo de caída de las pistolas.
Luego, los ingenieros modelaron un sistema de
pistolas con una reconfiguración bastante simple.
La pistola 1 fue cargada parcialmente, ya que se
28.La ley de Darcy asume la presencia de flujo laminar.
El factor de daño no darciano es el resultado del flujo
de fluido restringido normalmente observado en los
pozos de gas que operan a alta tasa de flujo cuando el
flujo que converge en el pozo alcanza altas velocidades
y un flujo turbulento. Dado que la mayor parte del flujo
turbulento presente en las formaciones productivas
tiene lugar cerca del pozo, el efecto del flujo no
darciano es un efecto del factor de daño dependiente
de la tasa de flujo.
29.Baumann C, Dutertre A, Khaira K, Williams H y
Mohamed HNH: “Risk Minimization when Perforating
with Automatic Gun Release Systems,” artículo SPE
156967, presentado en la Conferencia y Exhibición de
Energía de Trinidad y Tobago de la SPE, Puerto España,
Trinidad y Tobago, 11 al 13 de junio de 2012.
25
A
Cargada
Descargada
Longitud de
la pistola, 6 m
Pistola 9
Pistola 4
Pistola 2
Pistola 7
Pistola 5
Pistola 3
Pistola 1
C
Presión del pozo
Movimiento de la pistola
13 600
0
13 700
0,5
14 000
14 100
14 200
14 300
10
3 000
4 000
5 000
6 000
Presión, lpc
20
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
30
2
3
4
5,5
40
50
60
70
4,0
80
5
90
5,0
14 500
0
1
4,5
14 400
Empacador, espacio anular
y tubería de producción
E
0
Fuerza, 1 000 lbf
Desplazamiento, pulgadas
13 900
Carga axial de la
tubería de producción
D
1,0
13 800
Profundidad medida, pies
Pistola 6
Fuerza, 1 000 lbf
B
P
ist 8
Pistola
6
0
0,02
0,04
0,06
0,08
Tiempo, segundos
0,10
100
0
0,02
0,04
0,06
0,08
Tiempo, segundos
0,10
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Tiempo, segundos
> Programa de disparos modificado. En el diseño original de carga de las pistolas, la pistola 9 y la sección superior de 1,5 m de la pistola 8 no
fueron cargadas. Este diseño habría aplicado una fuerza ascendente significativa en el empacador y el mecanismo de liberación de las pistolas.
Una modificación leve del programa de carga arrojó resultados muy diferentes. En este escenario (A), la sección inferior de 1,5 m de la pistola 1 se dejó
descargada, la pistola 8 se cargó completamente y la pistola 9 se dejó sin cargar. El modelo predice los pulsos de presión generados a lo largo de los
primeros 0,10 segundos (B) y cada gráfica se codifica en colores en base al tiempo transcurrido desde la detonación. La sarta de pistolas se desplaza
hacia el fondo del pozo inmediatamente después de la detonación de las pistolas utilizando este diseño (C), la carga axial ejercida sobre la tubería de
producción se reduce considerablemente (D) y la fuerza máxima impuesta sobre el empacador es de 100 000 lbf (E), lo que implica menos probabilidades
de dañar el mecanismo de liberación o el empacador.
dejó sin cargar la sección inferior de 1,5 m, la pistola 8 se cargó en su totalidad y la pistola 9 permaneció sin cargar (arriba). La carga experimentada
por el sistema de liberación de las pistolas en la
configuración original habría sido de aproximadamente 258 kN [58 000 lbf], lo que muy probablemente hubiese dañado el equipamiento, incluso
hasta el punto de producir la falla del mecanismo
26
de liberación. La segunda opción sometió el
mecanismo de liberación a sólo 4,4 kN [1 000 lbf],
lo que eliminó el potencial de daño. El diseño original expuso el empacador a una fuerza ascendente de Oilfield
712 kNReview
[160 000 lbf]. La nueva
SUMMER
configuración
impuso14sobre el empacador una
Perforatioin Fig. 12
fuerza descendente
445 kN [100
ORSUMMneta
14 de
PERFOTN
12 000 lbf],
que no podría desmontarlo. El proceso iterativo
de modelado de las fuerzas dinámicas demostró a
los operadores cómo hasta los cambios más simples afectan los componentes dinámicos del sistema de pistolas. El segundo sistema de pistolas
fue desplegado con éxito sin ninguna consecuencia operacional negativa.
Oilfield Review
Campo A
Campo B
160
120
110
Producción, bbl/d
Producción, bbl/d
150
140
130
120
100
90
80
110
100
70
Promedio con las cargas PowerJet Nova
Promedio del campo
> Incremento de la producción con las cargas PowerJet Nova. Para lograr
una penetración profunda más allá de la zona de daño inducido por la
perforación, PEMEX tradicionalmente efectuaba las operaciones de
disparos con pistolas que empleaban cargas premoldeadas expuestas
para maximizar el tamaño de las cargas. Las cargas PowerJet Nova,
desplegadas dentro de transportadores sellados de pistolas para
tuberías de revestimiento, proporcionaron un incremento de la producción
en comparación con los métodos de disparos tradicionales, si bien son
físicamente más pequeñas que las cargas utilizadas en las pistolas expuestas.
La producción promedio de cinco pozos del campo A se incrementó en un
13% (izquierda), y cuatro pozos del campo B mejoraron su producción en
un 23% (derecha), en comparación con la producción lograda utilizando
los sistemas de pistolas previos.
portadores huecos, pero dejan en el pozo detritos
Estrategia de operaciones de disparos
La caracterización de los objetivos de concreto provenientes de las cargas ya utilizadas después
definidos en la Sección 1 de la norma API RP 19B de la detonación. Otros problemas operacionales
constituyó un intento para simplificar la toma de son la vulnerabilidad de las cargas expuestas al
decisiones durante el diseño de los programas de daño durante el despliegue y las limitaciones del
operaciones de disparos, pero en realidad puede tipo de técnica de bajada de las herramientas
generar confusión al plantear expectativas poco que puede emplearse. Las cargas expuestas se
realistas. Contrariamente a lo que muchos creen, el bajan normalmente con cable y raramente se
desarrollo de una estrategia de disparos óptima no corren en terminaciones horizontales. A diferenes simple ni directo. En muchas ocasiones, la modi- cia de las pistolas rígidas con transportadores
ficación de las metodologías de las operaciones de huecos, la bajada de estos tipos de pistolas en el
disparos puede implicar incrementos significati- pozo es dificultosa debido a la flexibilidad de la
sarta de pistolas. Las ventajas de la penetración
vos de la producción.
Oilfield traReviewmás profunda y la relación de productividad más
Petróleos Mexicanos (PEMEX) disparaba
SUMMER 14
alta
dicionalmente los pozos de dos camposPerforatioin
del sur de Fig.
13asociada, posibilitadas por las cargas expuestas
más grandes,
deben ser ponderadas en funMéxico utilizando pistolas expansibles
con
carORSUMM 14 PERFOTN
13
gas expuestas. Las pistolas con cargas expuestas ción de los detritos, la vulnerabilidad de las
a menudo utilizan cargas más grandes y de pene- pistolas y los problemas operacionales.
Las cargas PowerJet Nova están diseñadas
tración más profunda que las utilizadas en las
pistolas para tubería de revestimiento con trans- para una penetración máxima en rocas sometidas
a esfuerzos (véase “Optimización de las cargas
30.García RFM y Fayard AJ: “Nuevos desarrollos en
para las rocas sometidas a esfuerzos,” página 28).
tecnología de disparos incrementan la seguridad y
producción — aplicaciones en la región sur,” presentado
El modelado del desempeño de las cargas en las
en la reunión de la Asociación de Ingenieros Petroleros
condiciones esperadas predijo un incremento de
de México y el Colegio de Ingenieros Petroleros de
México, Coatzacoalcos, México, 25 de octubre de 2013.
la DoP de hasta un 30% en comparación con el
31.Procyk AD, Burton RC, Atwood DC y Grove BM:
incremento resultante de las cargas premoldea“Optimized Cased and Perforated Completion Designs
Through the Use of API RP-19B Laboratory Testing to
das de generación previa. Este mejoramiento de
Maximize Well Productivity,” artículo SPE 159920,
la penetración fue logrado aunque las cargas
presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica
Anual de la SPE, San Antonio, Texas, 8 al 10 de octubre
de 2012.
Volumen 26, no.3
PowerJet Nova, que inicialmente sólo estaban
disponibles en sistemas de transportadores huecos, eran más pequeñas que las utilizadas con las
pistolas de cargas expuestas. PEMEX optó por
probar las nuevas cargas y comparar el rendimiento de los pozos con el de los pozos existentes
en los campos.
La producción promedio de cinco pozos del
campo A disparados con las nuevas cargas fue de
157 bbl/d [24,9 m3/d], lo que significó un incremento del 13% respecto del promedio del campo
de 139 bbl/d [22,1 m3/d].30 Cuatro pozos del
campo B promediaron los 119 bbl/d [18,9 m3/d];
es decir, un incremento del 23% respecto del promedio de 97 bbl/d [15,4 m3/d] de los pozos disparados con sistemas de disparos con cargas
expuestas (izquierda). Dado que las cargas
PowerJet Nova lograron penetrar más allá de la
zona de daño inducido por la perforación, la utilización de estas cargas ayudó a incrementar la
productividad. La selección de pistolas con transportadores huecos también mejoró la eficiencia,
proporcionó alternativas respecto de las técnicas
de bajada de herramientas y redujo los riesgos
asociados con las cargas expuestas.
En otro ejemplo, un operador del Mar del
Norte que explotaba un campo de condensado en
condiciones de alta presión y alta temperatura
(HPHT) requería una solución diseñada para
mejorar el rendimiento de los pozos. A partir de la
experiencia adquirida, el operador compendió los
desafíos de confiabilidad y rendimiento relacionados con las tecnologías de cargas premoldeadas
para condiciones de alta temperatura. El objetivo
del operador era lograr un contacto máximo con
el yacimiento en la roca sin dañar, mediante la
penetración más allá de la zona de daño inducido
por la perforación. A fin de lograrlo, se investigaron diversas alternativas de mejoramiento del
desempeño, que serían cuantificadas por el operador mediante la comparación del índice de productividad (PI) del sistema diseñado con el de
los métodos previos.31
Debido a la alta presión de yacimiento esperada, el operador necesitaba mantener requisitos
de seguridad estrictos, lo cual se vio aún más dificultado por la gran longitud de los intervalos de
disparo y de las sartas de pistolas. El equipo a
cargo del diseño de las operaciones de disparos
colaboró con los ingenieros de Schlumberger para
diseñar una solución a medida, que permitiera
satisfacer tanto los objetivos de productividad
como los objetivos de seguridad.
(continúa en la página 30)
27
Optimización de las cargas para las rocas sometidas a esfuerzos
La relación existente entre la DoP de las
cargas premoldeadas y la resistencia de la
roca es inversamente proporcional; es decir, la
penetración en una roca débil es mayor que la
penetración de la misma carga en una roca
más resistente. Las actividades de investigación recientes han demostrado que las cargas
optimizadas para las rocas débiles, sometidas
a esfuerzos moderados, no exhiben tan buen
desempeño en las rocas más resistentes
sometidas a altos esfuerzos.
Si bien parecería que el mejoramiento
del desempeño de las cargas en un objetivo
implicaría el mejoramiento simultáneo del
desempeño en todos los demás objetivos,
esto no siempre es así. Una observación
rápida de la física que subyace la penetración de las cargas profundas puede ayudar
a explicar el porqué.
Una carga de disparo premoldeada consta
de tres partes principales: un dispositivo de
encendido pequeño, un revestimiento cónico
y una carga explosiva principal (abajo).
El revestimiento, que controla la formación
del chorro de disparo, se fabrica generalmente con una mezcla prensada de polvos
metálicos. Un casco externo proporciona
la contención y el confinamiento. En una
pistola cargada, la región de cada carga
correspondiente al iniciador se encuentra
en contacto con el cordón de detonación.
El proceso sistemático de detonación de
las cargas y la formación de chorros resultante
suceden en unos pocos microsegundos.
El cordón de detonación es iniciado, normalmente con algún tipo de casquillo detonador,
lo que genera un frente de detonación que
pasa cada una de las cargas de una pistola de
disparo. El iniciador, que se encuentra en contacto con el cordón de detonación, se localiza
en la parte posterior de cada carga; el iniciador detona y produce la detonación del explosivo principal de la carga premoldeada.
La presión generada por esta reacción hace
que el revestimiento colapse hacia adentro
sobre la línea central de la carga, y se forma
un chorro con una velocidad extremadamente
alta que supera los 7 000 m/s [23 000 pies/s].
Este chorro de avance de material del revestimiento penetra en la pistola, los fluidos del
pozo, la tubería de revestimiento, el cemento
y la formación (próxima página).
Conforme la detonación continúa y el
revestimiento colapsa aún más, el chorro se
sigue formando pero con velocidades cada vez
más bajas. El frente del chorro, o punta,
puede viajar a una velocidad de 7 000 m/s
Revestimiento
Cordón de
detonación
Polvo del revestimiento
Carga explosiva
principal
Casco
Iniciador de la
detonación
Revestimiento
cónico
Casco
Cuerpo de
la pistola
Explosivo
del iniciador
Explosivo principal
Casco
Carga
cargada
Polvo del
revestimiento
Tubería de
revestimiento
Variaciones del revestimiento
> Componentes de una carga premoldeada. Una carga premoldeada de disparo (izquierda) se
compone de un dispositivo de encendido pequeño, un revestimiento cónico y la carga explosiva
principal. Las piezas se encuentran emplazadas en un casco de protección. El cordón de detonación
corre a lo largo de la pistola y se conecta a cada una de las cargas. Las materias primas utilizadas
para fabricar las cargas premoldeadas (extremo superior derecho) comienzan como polvo.
Los revestimientos (extremo inferior derecho) se forman generalmente a partir de polvo
metálico comprimido.
28
Oilfield Review
pero la cola, el extremo final del chorro, generalmente viaja a 1 000-2 000 m/s [3 300 a
6 600 pies/s]. El gradiente de velocidad a lo
largo del chorro genera su longitud: una
extensión considerable entre las velocidades
de la punta y de la cola produce un chorro
más largo. Las reacciones que tienen lugar
durante este proceso suceden tan rápido, y las
diferencias de velocidad son suficientemente
grandes, que la cola aún se está formando
cuando la energía de la punta es consumida
por cualquier material que se encuentre
frente al chorro durante la formación del
túnel de disparos. Este túnel se genera debido
a la enorme presión creada por el chorro de
hipervelocidad.
La presión de impacto del chorro es proporcional a la densidad del objetivo, la densidad del chorro y la velocidad del chorro
al cuadrado. Las presiones de impacto pueden
ser superiores a 30 GPa, lo que hace que el
material presente en el frente del chorro fluya
como un fluido, si bien la presión no necesariamente fusiona el material. Dado que la presión de impacto es proporcional al cuadrado
de la velocidad, en las etapas posteriores de la
penetración en las que la velocidad del chorro
se reduce rápidamente, la presión de impacto
se reduce significativamente.
La longitud del chorro es uno de los factores principales para la determinación de la
DoP para un objetivo dado. La longitud efectiva del chorro es la porción del chorro que
viaja suficientemente rápido como para crear
presiones de impacto suficientes para extender
más el disparo hacia el interior del objetivo.
Una carga con un chorro largo y una cola
relativamente lenta resultará efectiva para
disparar un objetivo débil, pero este chorro
será menos efectivo en un objetivo más
Detonación y penetración repetidas
Pistola de disparo
Cordón de detonación
1 µs
Revestimiento
Dispositivo de
encendido del iniciador
Explosivo
Frente de detonación
10 µs
Punta del chorro
(7 000 m/s)
Cola del chorro
(1 000 m/s)
30 µs
Presión de
la punta del
chorro (30 GPa)
50 µs
Partículas
de cola
100 µs
> Progresión del perforador. Para disparar un pozo, el ingeniero envía la energía hacia el
fondo del pozo para disparar un detonador balístico, que inicia una rápida cadena de eventos.
El detonador explota y transfiere la energía al cordón de detonación adosado, que luego propaga
una fuerza explosiva a través de la pistola hasta cada carga premoldeada. Un dispositivo de
encendido situado en la parte posterior de la carga premoldeada (extremo superior derecho) se
encuentra en contacto con el cordón de detonación. El dispositivo de encendido detona e inicia
el explosivo principal de la carga. La fuerza de la explosión hace que el revestimiento cónico
colapse sobre sí mismo, formando un chorro cuya punta se propaga a una velocidad de 7 000 m/s
[23 000 pies/s]. El chorro de velocidad ultra alta se alarga a medida que el revestimiento continúa
colapsando y la presión en la punta puede exceder 4,4 millones de lpc [30 GPa]. La cola del
chorro viaja a 1 000-2 000 m/s [3 300-6 600 pies/s] o a menor velocidad. El gradiente de velocidad
es suficientemente grande como para que la punta haya consumido su energía en el objetivo
para el momento en que se forma la cola (izquierda).
Oilfield Review
SUMMER 14
Perforatioin Fig. Sidebar 2
ORSUMM 14 PERFOTN Sidebar 2
Volumen 26, no.3
29
Velocidad del chorro
Carga rediseñada para desplazar la energía
desperdiciada hacia donde resultará de utilidad
Energía del chorro desperdiciada
en un objetivo resistente
Región del umbral para las rocas resistentes
Región del umbral para las rocas débiles
Posición del chorro
> Diseño de disparos para rocas resistentes. En las rocas débiles, la punta y la cola de una
carga pueden tener una velocidad suficiente para formar un túnel profundo en la roca una
vez que se excede el umbral de resistencia de la roca. En las rocas resistentes, el umbral
de penetración inicial es alto, y la energía de la cola puede ser insuficiente para superar la
resistencia de la roca; por consiguiente, la energía de la cola se desperdicia. Los diseñadores
de cargas descubrieron que el traslado de la energía más cerca de la región de la punta de
la carga, que es el concepto básico de las cargas PowerJet Nova, incrementa la DoP en
las rocas duras.
resistente porque la cola generará una presión de impacto insuficiente para continuar
penetrando y en esencia será energía desperdiciada. Por consiguiente, la porción de
ciertos chorros correspondientes a la cola
puede desperdiciarse cuando se trata de
objetivos resistentes.
No obstante, se puede diseñar una
carga que relocalice su energía en la primera parte del chorro y que penetre más
efectivamente en un objetivo resistente
(arriba). Debido a las restricciones de
energía, este nuevo diseño genera un
chorro más corto que el de los diseños
previos; más material del revestimiento
tiene que ser utilizado en las primeras etapas, lo que reduce el volumen disponible
más adelante en el proceso de detonación
para la formación del chorro. La compren-
sión y la aplicación de la física de los disparos han ayudado a los científicos e
ingenieros de Schlumberger a diseñar cargas optimizadas para objetivos específicos.
Este diseño de chorro corto puede ser utilizado para fabricar una carga optimizada
para los objetivos resistentes; el diseño de
chorro largo puede optimizarse para los
objetivos débiles.
Para penetrar profundamente en las
rocas sometidas a esfuerzos, una carga
requiere un chorro de alta velocidad y alta
densidad que sea lo más largo posible pero
sin pérdida de energía en la cola. Ésta fue la
metodología utilizada por los ingenieros
para desarrollar las cargas PowerJet Nova;
cargas que han sido optimizadas para una
amplia gama de condiciones reales de yacimiento, incluidas las rocas duras.
Oilfield Review
SUMMER 14
Perforatioin Fig. Sidebar 3
ORSUMM 14 PERFOTN Sidebar 3
30
El diseño del sistema de pistolas incluyó cargas adecuadas para operaciones en condiciones
de alta temperatura y maximizó la probabilidad
de que la penetración se extendiera más allá de la
zona de daño. El proceso del cliente incluyó las
pruebas correspondientes a la Sección 4 de la
norma API RP 19B para medir la eficiencia de la
limpieza y determinar el daño causado por los fluidos del pozo y las pruebas en rocas sometidas a
esfuerzos correspondientes a la Sección 2 para
validar las predicciones de la DoP.
Las pruebas correspondientes a la Sección 4
de la norma API RP 19B fueron ejecutadas en
muestras de núcleos de areniscas Carbon Tan de
edad Cretácico, cuyas propiedades son análogas
a las de las rocas que se encuentran en las regiones más profundas del yacimiento. Las pruebas,
llevadas a cabo en condiciones de esfuerzos de
fondo de pozo, validaron las predicciones de la
técnica DUB PURE, derivadas del programa
SPAN Rock que incluía modelos mejorados para
determinar los efectos del bajo balance dinámico
y la limpieza del túnel de disparos. Las pruebas
correspondientes a la Sección 4 demostraron que
la técnica de disparos DUB PURE podía remover
porciones significativas de la roca dañada presente en la zona triturada y proporcionar un alto PI
asociado, aun cuando las pruebas fueron efectuadas con el lodo de perforación en el pozo. Las pruebas con un bajo balance estático y sin condiciones
DUB fueron significativamente menos efectivas en
cuanto a la remoción del daño de la zona triturada
y las pruebas efectuadas con el lodo de perforación
en el pozo arrojaron una productividad pobre.32
Luego de las pruebas correspondientes a la
Sección 4, que confirmaron la efectividad de la técnica de disparos DUB PURE para la limpieza de los
disparos en las zonas más desafiantes del yacimiento,
se llevó a cabo una serie de pruebas de penetración
correspondientes a la Sección 2. Los experimentos
de la Sección 2 incluían la arenisca Berea Buff de
edad Mississippiano temprano, que era análoga a
las regiones más someras del yacimiento; menos
resistencia, más porosidad.
Sobre la base de los resultados de las pruebas,
el equipo de trabajo seleccionó las cargas HPHT
PowerJet Nova, que exhibían un mejoramiento de
la penetración del 25% en comparación con las
cargas de generación previa y producían un
incremento del contacto con la formación del 50%.
La sarta de pistolas de disparos incluyó medidores de presión para confirmar que el diseño
lograra realmente las condiciones DUB pronosticadas (próxima página).
Para minimizar el daño de la formación producido por los sólidos presentes en el sistema de
Oilfield Review
La seguridad es siempre una prioridad para los
operadores y las compañías de servicios cuando el
personal manipula explosivos. Las innovaciones,
tales como el sistema CIRP, mejoran tanto el desempeño como la seguridad. Recientemente, se
han desarrollado más innovaciones en materia de
seguridad que se encuentran disponibles para las
operaciones de disparos.
13 500
13 000
Presión del pozo, lpc
12 500
Datos de fondo de pozo
12 073 lpc
12 000
11 500
11 000
10 500
Pistola 72
Pistola 59
Pistola 46
Pistola 33
10 000
9 500
9 000
0
0,5
1,0
Pistola 20
Pistola 1
Medidor superior
Medidor inferior
1,5
2,0
2,5
Tiempo, segundos
> Predicciones del método de disparos en condiciones de bajo balance
dinámico (DUB) PURE versus el desempeño en el fondo del pozo.
Los ingenieros de diseño de operaciones de disparos utilizaron el software
de planificación PURE para pronosticar la presión DUB para diversos
sistemas de pistolas PURE. La caída de presión estimada es de alrededor de
2 000 lpc [13,8 MPa] por debajo de la presión pronosticada del yacimiento,
que fue medida en 12 073 lpc [83,24 MPa] después de los disparos. Dado que
los medidores no pueden colocarse en el punto de detonación de la pistola,
el software de planificación PURE simula las respuestas de presión en
puntos situados por encima de la sarta de pistolas, como un medidor
superior (gris), y por debajo de la sarta de pistolas, como un medidor inferior
(anaranjado). Los datos derivados de un medidor de presión de fondo de
pozo de alta velocidad, emplazado por encima de la sarta de pistolas
(negro), indicaron un bajo balance de aproximadamente 2 000 lpc después
de la detonación de las pistolas, lo que confirmó las predicciones del
software de planificación PURE acerca del abatimiento de presión.
lodo, los pozos fueron disparados en aceite de requiere matar (ahogar) el pozo, lo que puede
base, que era similar al fluido del sistema de lodo permitir que los fluidos y los sólidos de los fluidos
sin los sólidos y los espesantes. Extensivas pruebas para matar el pozo fluyan hacia el interior de los
de laboratorio y los resultados de las terminacio- disparos recién abiertos. Es probable que este prones de pozos vecinos incidieron en esta decisión. ceso de invasión incremente el factor de daño y
Para el programa de terminaciones, se dispara- reduzca el PI. Después de disparar cada intervalo,
ron seis pozos con un total combinado de 2 450 m el grupo de terminación de pozos esperaba una
[8 038 pies]. El análisis de los datos de produc- presión de 6 000 lpc [41,3 MPa] en la superficie.
ción indica que las cargas HPHT PowerJet Nova En vez de matar el pozo, los ingenieros desplegacon la técnica de disparos DUB PUREOilfield
proporcioReviewron con éxito un sistema de inserción y remoción
naron disparos limpios y la soluciónSUMMER
completa-14 de la terminación bajo presión ID CIRP de 5 1/8 pulPerforatioin
13Ay por encima del árbol de producción se insmente diseñada proveyó terminaciones
con un Fig.gadas
ORSUMM 14 PERFOTN
13A esclusa de 15 000 lpc [103,4 MPa]
factor de daño bajo.
taló una válvula
Además del programa diseñado de operaciones activada en forma remota. Los brigadistas pudiede disparos y terminación de pozos, se implementó ron recuperar las pistolas en forma segura con el
otra solución en el procedimiento operativo. La recu- control de presión primario; una válvula lubricaperación de las pistolas TCP de gran longitud —la dora de fondo de pozo. En caso de requerirse el
más larga era de 514 m [1 686 pies]— usualmente control de la presión en la superficie, el sistema
CIRP permitiría recuperar las pistolas sin matar
32.Procyk et al, referencia 31.
el pozo. Las operaciones se llevaron a cabo sin
33.Huber KB y Pease JM: “Safe Perforating Unaffected by
incidente alguno; no fue necesario ahogar el pozo
Radio and Electric Power,” artículo SPE 20635,
presentado en la 65a Conferencia y Exhibición Técnica
y el rendimiento de la producción no se vio inneAnual de la SPE, Nueva Orleáns, 23 al 26 de septiembre
cesariamente comprometido.
de 1990.
Volumen 26, no.3
Operaciones de disparos
intrínsecamente seguras
Numerosas industrias utilizan casquillos detonadores para iniciar los dispositivos explosivos. Sólo está
permitida la manipulación de explosivos, incluidos
los casquillos detonadores, al personal entrenado
y se han desarrollado procedimientos específicos
para garantizar la seguridad de las operaciones.
Los casquillos detonadores utilizan un explosivo
primario sensible pequeño para hacer detonar
explosivos más grandes y menos sensibles.
El empleo de casquillos detonadores convencionales se descarta en situaciones que incluyen la
presencia de campos magnéticos intensos provenientes de transmisiones de radiofrecuencia (RF),
corrientes erráticas de procesos de protección catódica y soldadura, corrientes inducidas provenientes
de líneas de alta tensión y tormentas eléctricas.
Actualmente, muchos operadores dependen de las
comunicaciones constantes basadas en RF entre
la localización del pozo y la oficina, especialmente
para las operaciones marinas, y se niegan a interrumpir las transmisiones de datos incluso durante
el corto tiempo que requieren las pistolas para ser
armadas en la superficie. Ésta y otras consideraciones condujeron al desarrollo de un detonador intrínsecamente seguro basado en el principio de un
iniciador de laminilla fusible (EFI); el Equipo de
Disparo Activado por Impacto S.A.F.E. introducido
en el año 1991.33 El dispositivo ofrece inmunidad a
las comunicaciones de RF además de protección
contra las corrientes erráticas e inducidas.
Se han introducido varias iteraciones del sistema S.A.F.E.; los sistemas de primera y segunda
generación fueron reemplazados por los detonadores electrónicos Secure y Secure2, pequeños
dispositivos de lanzamiento que reemplazan a los
casquillos detonadores convencionales. La introducción más reciente, el sistema de pistolas de disparo SafeJet, ofrece la seguridad intrínseca de los
dispositivos EFI con la flexibilidad y la escalabilidad de las operaciones tradicionales de disparos
selectivos. El sistema de disparo con interruptores
direccionales ASFS, que forma parte del sistema
SafeJet, es adecuado para las operaciones de disparos selectivos.
31
Pistola 4
Interruptor
de tipo 1
Pistola 3
Interruptor
de tipo 2
Pistola 2
Interruptor
de tipo 1
Pistola 1
Diodo
Detonador
Detonador
Detonador
Detonador
Interruptor
> Interruptores de presión de diodo. Múltiples pistolas pueden ser disparadas en una sola carrera
utilizando los interruptores tradicionales de presión de diodo (extremo superior). El ingeniero dispara
la pistola 1 con corriente continua (DC) de polaridad positiva; el interruptor de tipo 1 conecta el circuito
a un diodo invertido, lo que sólo permite el pasaje de la DC de polaridad negativa. Luego, el ingeniero
dispara la pistola 2 utilizando corriente continua negativa; el interruptor completa el circuito en el
interruptor de tipo 2, y la pistola 3 puede ser disparada utilizando DC positiva. Este proceso se reitera
hasta que se disparan todas las pistolas. Si una pistola no se disparara, o si el interruptor activado por
presión no se activara, no podría llevarse a cabo la secuencia de disparos subsiguiente. La utilización
de este tipo de interruptor se complica debido al número de conexiones de cable (extremo inferior,
cinco pares de cables), que sólo pueden conectarse en la localización del pozo. La confirmación de las
conexiones de los interruptores antes de los disparos no es posible porque el envío de corriente a
través de una pistola armada en la superficie no está permitido.
El procedimiento de disparos en muchos yaci- cie utilizadas para los disparos envían una
mientos convencionales enfatiza la alta densidad corriente DC para iniciar el detonador y disparar
de disparos, la penetración profunda y la cober- la pistola. Las pistolas son disparadas secuencialtura zonal. Para la producción de formaciones mente, a modo de cadena margarita, utilizando
que se benefician con los disparos limitados, una polaridad positiva o negativa, e interruptores
incluidos los yacimientos no convencionales esti- de diodo para controlar la polaridad de la corriente
mulados hidráulicamente, los operadores no que puede pasar (arriba). El interruptor de diodo
adoptan este procedimiento. En estos pozos, la es activado por la presión generada en el transportécnica de disparos selectivos se centra
la tador en el momento de la detonación. Si bien los
OilfieldenReview
implementación de unos pocos disparos
en
gruSUMMER 14 interruptores de diodo activados por presión han
demostrado
ser confiables, si un interruptor no
pos o en disparos únicos ampliamentePerforatioin
espaciados Fig.
14
ORSUMM
se activa, 14
la pistola siguiente no puede ser dispaa través de intervalos de gran longitud.
Los gru-14 PERFOTN
pos de disparos se emplean normalmente en los rada y las pistolas no utilizadas deben ser recupetratamientos de estimulación por fracturamiento radas del pozo. Un interruptor de diodo que no se
hidráulico de múltiples etapas. Los grupos pue- activa es una posibilidad real en los disparos
den ser geométricamente espaciados o concen- selectivos porque el número limitado de cargas
trarse en zonas identificadas como zonas con utilizadas para los grupos, que a veces consiste
características óptimas de calidad del yacimiento en una sola carga, puede no generar la fuerza
y calidad de la terminación.34 Sólo se necesitan necesaria para activar el interruptor.
La tecnología SafeJet, que incorpora las
unos pocos orificios en cada grupo y los operadores habitualmente utilizan múltiples grupos para características intrínsecamente seguras introducidas en los sistemas S.A.F.E. y Secure, incluye un
cada etapa de estimulación.
Las técnicas tradicionales de disparos selecti- interruptor direccionable pequeño controlado
vos utilizan múltiples transportadores de cargas por un microprocesador ASFS en un tablero de
premoldeadas que cuentan con detonadores explo- circuitos para cada detonador (próxima página).
sivos para cada pistola. Las unidades de superfi- Cada interruptor, al que se accede directamente
32
desde la superficie, posee una dirección única.
Los interruptores son conectados utilizando un
cable único, lo que simplifica considerablemente el
arreglo; esto reemplaza a las cinco conexiones de
cable que deben efectuarse para conectar correctamente los interruptores tradicionales. El armado
de un sistema tradicional de 10 pistolas requeriría
que el ingeniero realizara 50 conexiones, todo lo
cual debe ser ejecutado en la localización del pozo
para cumplir con las directrices de seguridad. Las
conexiones unifilares del sistema SafeJet agregan
eficiencia y a la vez reducen considerablemente
la posibilidad de error humano.
Para iniciar la detonación, el ingeniero que se
encuentra en la superficie envía un comando a un
interruptor direccionable. Para continuar, se
requiere la comunicación bilateral entre la superficie y el microprocesador. La potencia de superficie se dirige luego hacia el detonador con la
dirección específica. Si una pistola o un detonador no se dispararan, el ingeniero podría pasar
por alto la pistola con el disparo fallido y continuar con el transportador siguiente de la sarta.
Esta flexibilidad no es posible con los interruptores de diodo tradicionales. Además, las pistolas
pueden entregarse en el campo cargadas y preparadas para el despliegue, lo que elimina los procedimientos de armado en la localización del
pozo que requieren mucho tiempo.
En un pozo reciente del Mar del Norte, un operador utilizó el sistema SafeJet para disparar un intervalo horizontal de 1 250 m [4 100 pies]. El programa
de disparos requería dos etapas con 90 orificios por
etapa, lo que se tradujo en un total de 180 disparos
únicos. El plan era efectuar un solo disparo cada 7 m
[23 pies] a lo largo de la sección horizontal. El sistema de pistolas se bajó en el pozo horizontal con un
tractor de servicios para operación en pozo entubado TuffTRAC Mono.
La primera etapa de 90 disparos fue limitada
por la trayectoria del pozo y las condiciones de
fondo de pozo a 20 pistolas por carrera y se disparó
en cinco carreras. La segunda etapa requirió sólo
tres carreras de pistolas porque las condiciones
del pozo permitieron la combinación de 33 pistolas
por descenso. Dado que no fue necesario cableado
alguno en el campo, la eficiencia en la localización
del pozo se mejoró considerablemente. La calidad
del servicio fue mejorada porque el sistema de
carga contaba con interruptores y componentes
electrónicos integrados y una polaridad que no
debía ser confirmada, además de conexiones de
conductores duales, verificación con probadores
en el campo y redundancia incorporada. A cada
pistola se le asignó su propia dirección y la secuen-
Oilfield Review
Alojamiento del transportador
Tubo de carga
Carga premoldeada
Interruptor direccionable
y detonador
Cordón detonante
Conectividad
unifilar
> Comunicación con las pistolas de disparos. El sistema SafeJet incluye detonadores intrínsecamente
seguros con interruptores direccionables (extremo superior derecho) que son conectados mediante
un sistema unifilar (extremo inferior derecho). El ingeniero dispara cada pistola secuencialmente
mediante el envío de comandos al interruptor direccionable. En caso de que una pistola no dispare,
el ingeniero puede saltearla y disparar la pistola siguiente en la línea. Los detonadores SafeJet son
inmunes a las corrientes inducidas y no pueden ser activados por las emisiones RF. Antes de la
operación, los técnicos cargan las cargas premoldeadas y el cordón detonante en los tubos de carga
(centro) y los insertan en el alojamiento del transportador (extremo superior izquierdo). Hasta un total
de 33 de estas pistolas pueden ser corridas en un solo viaje. Se muestra sólo una carga colocada en
el transportador de aproximadamente 0,3 m [1 pie], si bien existen a disposición alojamientos más
largos para colocar más cargas. Dado que este sistema no utiliza ningún explosivo primario, a
diferencia de los casquillos detonadores tradicionales, las pistolas pueden ser preparadas completamente en la base de operaciones, enviarse directamente al campo y conectarse en la localización
del pozo.
cia de disparos fue controlada desde la superficie.
De los 181 disparos intentados, 180 resultaron exitosos. La flexibilidad y la redundancia del sistema
permitieron al ingeniero incluir pistolas de respaldo en la sarta; por consiguiente, durante la operación de disparo, se cubrió la totalidad de las
180 profundidades del programa original.
Necesidad de actualizar
la metodología de pruebas
La investigación indica claramente que las pruebas de caracterización de las cargas premoldeadas
tradicionales en cargas de penetración profunda
producen resultados poco realistas. Las pruebas
de calificación en muestras de rocas sometidas a
esfuerzos representan con más precisión el desem34.Para obtener más información sobre la optimización
del diseño de las terminaciones basado en las
características del yacimiento, consulte: Glaser KS,
Miller CK, Johnson GM, Toelle B, Kleinberg RL, Miller P
y Pennington WD: “En busca del punto dulce: Calidad
del yacimiento y calidad de la terminación en las lutitas
orgánicas,” Oilfield Review 25, no. 4 (Invierno de
2013/2014): 18–33.
Volumen 26, no.3
peño en el fondo del pozo. Lamentablemente, la
ejecución de pruebas en muestras de núcleos
representativas utilizando las numerosas opciones disponibles en materia de cargas puede ser
prohibitivamente costosa para la mayoría de los
operadores. No obstante, el software de modelado
predictivo desarrollado por los científicos de
Oilfield Review
Schlumberger
incluye14la función de indicador
SUMMER
balístico, método
de predicción
Perforatioin
Fig. 15 de la DoP y del
14 PERFOTN
15 mejor a
desempeñoORSUMM
que ha demostrado
ajustarse
los resultados derivados de muestras de rocas en
un estado de esfuerzos similar a las condiciones
de fondo de pozo.
Hasta que todos los proveedores de cargas
premoldeadas actualicen los modelos predictivos
de profundidad de penetración, los resultados de
las pruebas efectuadas en la superficie y los
resultados reales de fondo de pozo seguirán mostrando discrepancias. La prueba decisiva para el
desempeño de las cargas es la producción. Las operaciones de perforación y terminación de pozos en
áreas prospectivas de aguas profundas son costosas.
La ejecución de operaciones de disparos efectivas en rocas no convencionales para garantizar el
éxito de los tratamientos de estimulación hidráulica es esencial. Debido a éstos y otros factores, la
comprensión de lo que realmente ocurre en el
fondo del pozo durante los disparos se ha vuelto
más importante que nunca.
Si bien la industria lleva a cabo operaciones
de disparos en pozos desde hace más de 60 años,
los operadores y las compañías de servicios continúan mejorando los métodos y las técnicas de disparos. Sin importar las mejoras de las cargas y la
precisión de los software predictivos, la seguridad
reviste una importancia primordial. Las nuevas
tecnologías, tales como el sistema SafeJet, mejoran la seguridad y a la vez incrementan la eficiencia operacional. La meta final es conectar el
yacimiento con el pozo y producir hidrocarburos de
la manera más eficiente, efectiva y segura posible.
Y los avances registrados en la ciencia de los disparos están ayudando a lograrla. —TS
33