Disparos sobre el objetivo

Disparos sobre el objetivo
Las compañías de exploración y producción utilizan la nueva tecnología de disparos
orientados para optimizar la productividad del pozo, minimizar la producción de arena
y reducir los costos totales de terminación de pozos en ambientes difíciles. El cuidado
en la planeación, la selección de tecnología y la evaluación posterior a los trabajos,
es esencial para una estrategia de operaciones de disparos optimizadas.
Kjell Bersås
Morten Stenhaug
Statoil
Bergen, Noruega
Fokko Doornbosch
Bjorn Langseth
Stavanger, Noruega
Helge Fimreite
Hydro
Bergen, Noruega
Bob Parrott
Rosharon, Texas, EUA
Por su colaboración en la preparación de este artículo, se
agradece a Wallace Pescarini, Al Salsman, George Spencer
y Ian Walton, Rosharon, Texas, EUA.
DepthLOG, eFire-CT, OCD (Dispositivo de Confirmación de
Orientación), OrientXact, PowerJet, PowerJet Plus y PURE
(Operaciones de Disparos para la Explotación Total del
Yacimiento) son marcas de Schlumberger.
1. Morton N: “Screening Out Sand,” BP Frontiers, edición 2
(Diciembre de 2001): 18–22.
2. Almaguer J, Manrique J, Wickramasuriya S, Habbtar A,
López-de-Cárdenas JE, May D, McNally AC y Sulbarán A:
“Orientación de los disparos en la dirección correcta,”
Oilfield Review 14, no. 1 (Verano de 2002): 18–33.
3. Sulbarán AL, Carbonell RS y López-de-Cárdenas: “Oriented
Perforating for Sand Prevention,” artículo de la SPE
57954, presentado en la Conferencia Europea sobre Daño
de la formación de la SPE, La Haya, Países Bajos, 31 de
mayo al 1° de junio de 1999.
30
La producción de arena puede generar problemas tan serios, que un pozo cuya perforación y
terminación cuestan millones de dólares puede
perder totalmente su valor. Para proteger sus
inversiones, las compañías de exploración y producción (E&P, por sus siglas en inglés) hoy
pueden orientar los disparos que ejecutan en sus
pozos. Los disparos orientados permiten minimizar la producción de arena, mejorar la
productividad y reducir los costos de terminación.
En el año 2001, una importante compañía productora de petróleo informó que un 60% de su
producción mundial, aproximadamente 2 millones de barriles [317,800 m3] de petróleo crudo
equivalente por día, provenía de campos que
requerían cierto nivel de manejo de la producción
de arena.1 Si no se controla, la producción de
arena erosiona el equipo de fondo de pozo, tapona
el mismo y finalmente obstruye el flujo de fluido.
Los operadores recolectan cantidades significativas de datos relacionados con la composición de
la formación, el plano de estratificación y la
orientación de los esfuerzos, ya sea mediante la
adquisición de registros durante la perforación
(LWD, por sus siglas en inglés) o con herramientas de adquisición de registros operadas a cable.
Estos datos, en conjunto con el análisis de
núcleos y el desempeño de los pozos vecinos, ayudan a los operadores a establecer el potencial de
producción de arena de un yacimiento.2
En yacimientos que presentan perfiles de
esfuerzos anisotrópicos, y probabilidades de producción de arena, la integración de modelado de
análisis de esfuerzos, técnicas de bajada de
herramientas, nuevos avances en el diseño de
herramientas de disparos y cargas, y evaluación
posterior a la detonación, permite la optimización general de la terminación de pozos y la
productividad.
En este artículo analizamos los efectos perjudiciales de los disparos incorrectamente
alineados y luego describimos cómo la aplicación
cuidadosa de tecnologías interdependientes
mejora los resultados de los disparos. Algunos
ejemplos de campo ilustran los avances registrados
recientemente en la tecnología de herramientas
de disparos orientados bajadas con la tubería de
producción para la optimización de la productividad inicial del pozo y la intervención de pozos
con desempeños deficientes.
Orientaciones que demandan precisión
En 1999, un importante operador detectó graves
problemas de producción de arena en el yacimiento Eoceno C del Lago de Maracaibo,
Venezuela. Se trata de un yacimiento competente
y consolidado, pero que presenta grandes esfuerzos locales como resultado de su complejo
ambiente tectónico. A través de la orientación de
los disparos en la dirección del esfuerzo máximo,
el operador redujo el volumen promedio de arena
producida de aproximadamente 40 g/m 3 [14
lbm/1,000 bbl de petróleo] a un promedio de
menos de 6 g/m3 [2 lbm/1,000 bbl de petróleo],
una reducción del volumen de arena producida
superior al 85%.3 Los primeros cuatro pozos con
disparos orientados mostraron regímenes de producción 30% mayores que el promedio del
campo. Esta experiencia demuestra que la técnica de disparos orientados correctamente
aplicada, permite reducir significativamente la
producción de arena y mejorar la productividad
del pozo (véase “Métodos prácticos de manejo de
la producción de arena,” página 10).
A pesar del éxito de las operaciones de disparos en muchas áreas del mundo, los diseños de
las herramientas de disparos han resultado inadecuados en pozos muy desviados. Durante su
Oilfield Review
Verano de 2004
31
bajada al pozo, las herramientas experimentan
diversos grados de esfuerzo de fricción, curvatura y torsión, causando arrastre y desalineación
de los tubos de las pistolas. Los fabricantes de
pistolas de disparos habitualmente aíslan la
sarta de las pistolas de estos esfuerzos y de la
fuerza de rotación de la sarta de bajada, colocando varios adaptadores giratorios por encima
de los tubos de las pistolas para facilitar la
orientación automática de la herramienta por
efecto de las fuerzas gravitacionales.
Los fabricantes han empleado diversos métodos para generar la alineación gravitatoria de la
herramienta de disparo.4 Un método muy conocido utiliza aletas de desviación, soldadas al tubo
de la pistola (derecha). Las aletas de desviación
modifican el centro de gravedad del tubo de la
pistola y generan una orientación excéntrica. La
precisión de la orientación utilizando aletas de
desviación generalmente es mayor en los ángulos
bajos de la desviación del pozo.
En un esfuerzo por superar las deficiencias
propias de este método, algunos fabricantes
aumentaron la altura de las aletas, mientras que
otros las acortaron. Las aletas más altas proveían
un ajuste más estrecho pero aumentaban el
potencial de atascamiento de la sarta de las pistolas en el pozo. Las aletas más cortas
proporcionaban más holgura pero otorgaban al
arreglo de pistolas mayor libertad de rotación,
introduciendo así un error en la orientación.
Los primeros diseños de Schlumberger utilizaban espaciadores contrapesados internamente
para ayudar a orientar la sarta de las pistolas.
Una barra de acero semicircular, sólida, ocupaba
la mitad inferior del espaciador, habitualmente
de 6 m [20 pies] de largo. Este diseño resultaba
adecuado para intervalos cortos de pozos verticales, en desviaciones moderadas y en situaciones
que requerían sólo una precisión mínima en la
orientación.
En los tramos de pozos horizontales extendidos más largos, a veces se corren 250 o más tubos
de pistolas en una sarta. Cada sección de la pistola debe alinearse estrechamente con la
siguiente para garantizar la alineación correcta
4. Benavides SP, Myers WD, Van Sickle EW y Vargervik K:
“Advances in Horizontal Oriented Perforating,” artículo de
la SPE 81051, presentado en la Conferencia de Ingeniería
Petrolera de América Latina y el Caribe de la SPE, Puerto
España, Trinidad, Indias Occidentales, 27 al 30 de abril de
2003.
5. Stenhaug M, Erichsen L, Doornbosch FHC y Parrott RA:
“A Step Change in Perforating Technology Improves Productivity of Horizontal Wells in the North Sea,” artículo
de la SPE 84910, presentado en la Conferencia Internacional sobre Recuperación Mejorada de Petróleo en el
Pacífico Asiático de la SPE, Kuala Lumpur, Malasia, 20 al
21 de octubre de 2003.
6. Sulbarán et al, referencia 3.
32
Tubería
Herramienta
Aleta de desviación
Tornillo con resalto
Placa de alineación superior
Tubería de revestimiento
Contrapeso en forma de semibarra
> Diseño de las aletas de desviación. Los diseños más antiguos con aletas de
desviación incorporadas pueden atascarse dentro de la tubería de revestimiento. A menudo, las aletas de desviación se configuran lo más grandes posible con respecto al diámetro interno de la tubería de revestimiento (extremo
superior). Con esta tolerancia estrecha, la arena y los detritos que se acumulan dentro y alrededor del tubo de la pistola después de los disparos pueden
hacer que la pistola se atasque, o quede suspendida, en el pozo. Las aletas
más pequeñas permiten que el arreglo de pistolas caiga sobre un costado
produciendo la desalineación de los disparos. Durante la bajada del sistema
en pozos muy desviados, la forma excéntrica del arreglo de tubos de pistolas
puede contribuir a la torsión y a la fricción rotacional produciendo la desalineación de los disparos. Otros diseños utilizan espaciadores contrapesados
(extremo inferior) para generar el esfuerzo de torsión rotacional. Si se genera
un esfuerzo de torsión insuficiente para superar la resistencia a la fricción, el
resultado es la desalineación de los disparos.
de los disparos. No obstante, las fuerzas compresionales que actúan sobre los conectores
comprimen cualquier tolerancia de ajuste del
fabricante, girando levemente las roscas derechas
del conector y generando un error de orientación
gradual, en sentido horario. Si bien cada uno de
esos giros es pequeño, el error de orientación
acumulado puede ser considerable a lo largo de
los intervalos de disparo con muchas conexiones
(próxima página).5 Si bien la desviación admisible respecto del ángulo de disparo óptimo varía
entre un yacimiento y otro, una variación de más
de 25° respecto del esfuerzo horizontal máximo
puede inducir la producción de arena.6
Hasta hace poco, los proveedores de servicios
trataban de minimizar la acumulación de error de
alineación y del subsiguiente error de orientación
manteniendo corta la longitud de la sección de la
pistola que media entre las uniones giratorias.
Sin embargo, las secciones cortas a menudo
generan un esfuerzo de torsión gravitatorio insuficiente para orientar las pistolas en los pozos
más desviados.
Intervención en el Mar del Norte
La compañía Hydro observó que los intentos de
orientación de los disparos en pozos muy inclinados del Mar de Norte a menudo se traducían en un
defecto de alineación de hasta 45° en los disparos.
En el año 2001, el desempeño inferior al esperado
exhibido por los primeros pozos del campo Visund
condujo a Hydro a evaluar los efectos de las técnicas de disparos sobre la producción de arena y la
productividad de los pozos.
El campo Visund, operado por Statoil desde el
año 2003, se encuentra ubicado a unos 150 km [90
Oilfield Review
0°
1.25°
2.50°
Ventana de estabilidad de ±12.5°
3.75°
Error acumulado
50 secciones de pistolas a 1.25°/sección de la
pistola = 62.5° de rotación potencial respecto de la vertical
> Acumulación del error de alineación. En los diseños de pistolas de disparos previos, se introducía un error rotacional leve en
cada sección de la pistola cuando las roscas derechas de cada conexión se ajustaban bajo la creciente carga compresiva. Si
bien cada error rotacional puede ser pequeño, el error de alineación acumulado se vuelve significativo, lo que ubica a un número indefinido de pistolas fuera de la ventana de estabilidad de los túneles de los disparos. La curvatura y la torsión rotacional resultantes de los cambios en la trayectoria del pozo a menudo exacerban el error de orientación total. En este ejemplo, un error
de 1.25° por sección de la pistola se traduce en una rotación de 62.5° respecto de la vertical si se acumula a lo largo de las 50
secciones de la pistola.
millas] frente a la costa de Noruega, al noroeste
de Bergen. La producción se inició en 1999, mientras el campo era operado por Hydro. Los dos
primeros pozos del campo Visund fueron terminados utilizando cedazos (filtros) de arena. Con el
tiempo, los ingenieros de Hydro determinaron que
era necesario recurrir al aislamiento por zonas
para manejar adecuadamente la producción
proveniente de este campo petrolero. En consecuencia, se colocaron y se cementaron revestimientos de producción cortos a lo largo de los
intervalos productivos; los pozos fueron terminados utilizando un sistema de disparos orientados
estándar con cargas revestidas de cinc.
Verano de 2004
El yacimiento del campo Visund es un yacimiento geológicamente complejo que corresponde a areniscas débiles con permeabilidades
que oscilan entre 300 y 3,000 mD y una resistencia a la compresión no confinada que fluctúa
entre 725 y 2,900 lpc [5 y 20 MPa]. Los estudios
sobre mecánica de rocas indicaron que era posible mantener suficiente resistencia de los
túneles dejados por los disparos (túneles de los
disparos) con una desviación máxima de 25° respecto del plano vertical; es decir, la dirección
del esfuerzo máximo.
Hydro planificó intervalos de disparos de más
de 2,000 m [6,561 pies] a lo largo de los tramos
de pozos casi horizontales. La deriva admisible
combinada para la alineación y la orientación de
las pistolas sería ±10°, precisión que supera la
capacidad de los equipos de disparos ordinarios.
Los ingenieros de Hydro consideraron que un
nuevo diseño de sistema de disparos podría
mejorar la productividad del campo Visund.
Hydro estableció los objetivos de desempeño
de un nuevo sistema de disparos orientados. Se
requeriría que los tubos de las pistolas se orientaran dentro de un ángulo de 20° respecto de la
vertical, a través de una curva o pata de perro de
5°/30 m [5°/100 pies]. Sería necesario que las
cargas tuvieran una eficiencia del 75% respecto
33
Arreglo de anillos de fijación
Anillo A
Columna de perforación
(sarta cerrada)
Medidores de presión
Anillo B
Ajuste de interferencia
Resorte ondulado
Cabezal de disparo de
retardo hidráulico dual (HDF)
Unión giratoria de
baja fricción
Espaciador
Arreglo de pistolas
Pistola de disparos
orientados de 4.5 pulgadas,
escasos detritos, 4 tiros por
pie, 10°/350°
Contrapeso para orientación
Transferencia balística
sellada
Tubería de revestimiento
corta de 7 pulgadas
Dispositivo de Confirmación
de Orientación OCD
Nariz inferior
> Diseño del sistema de disparos orientados bajado con la tubería de producción OrientXact. El diseño OrientXact orienta todos los disparos en la
dirección vertical con fases de la pistola de
10°/350°. Se pueden utilizar medidores de presión
para registrar los cambios de presión durante la
descarga. Una o más uniones giratorias de baja
fricción soportan la sarta de pistolas. En los extremos de cada sección soportada por una unión
giratoria se localiza un Dispositivo de Confirmación
de Orientación OCD. La necesidad de disponer de
contrapesos para la orientación queda determinada por los requerimientos de torsión rotacional.
34
Tornillo de fijación
Dispositivo de acoplamiento
Arreglo de pistolas
> Eliminación de la rotación en las conexiones. Cada pistola se alinea y se fija a la siguiente con un
dispositivo de acoplamiento enchavetado y ranurado de ajuste de interferencia. Durante el armado,
el Anillo de fijación A del dispositivo de acoplamiento es forzado dentro de las ranuras hembra del
tambor de la pistola y es sostenido en sitio con un resorte ondulado, y el Anillo B con resalto. Este
diseño elimina el juego, o la rotación, entre las secciones de la pistola. No es inusual registrar errores de alineación acumulados de menos de 10 minutos de un grado por arreglo de pistolas.
de las cargas revestidas de acero estándar. Se
establecieron los criterios para el desempeño de
las uniones giratorias bajo cargas que alcanzaban
50,000 lbf [222 kN] en entornos verticales y desviados. Hydro también requería un método de
confirmación de la orientación de los disparos
con una precisión de 2°. Por último, se establecieron los criterios posteriores a las
detonaciones, incluyendo el requerimiento de
limitar los detritos de las pistolas a 50 gm/m [0.5
onza/pie] de material que no fuera cinc.
Los ingenieros de Schlumberger desarrollaron un sistema avanzado de disparos bajado con
la tubería de producción capaz de orientar los
disparos en forma precisa, independientemente
de la tortuosidad, en pozos de gran inclinación.
El nuevo sistema de disparos orientados bajado
con la tubería de producción OrientXact depende
de varios componentes clave para lograr la precisión requerida en la orientación, incluyendo una
combinación de pistolas, adaptadores de fijación
de las secciones de las pistolas, contrapesos para
orientación y uniones giratorias (izquierda).
La utilización de adaptadores de alineación y
fijación especiales asegura un incremento
mínimo del error de alineación dentro de las secciones de la sarta de las pistolas. Cada tubo de
pistola se conecta al siguiente con anillos de fijación (arriba). Las estrechas tolerancias de
fabricación eliminan virtualmente los errores de
alineación causados por el pequeño espiral de la
sarta de pistolas, que opera en sentido horario y
es característico del antiguo diseño roscado. El
error de alineación promedio se reduce a 10
minutos, ó 0.167° por arreglo de pistolas, lo que
satisface los exigentes requisitos del proyecto de
operaciones de disparos del campo Visund.
La carga de compresión y tensión ejercida
sobre las uniones giratorias, en las sartas de disparos largas, puede alcanzar 55,000 lbf en los
tramos horizontales y 250,000 lbf [1112 kN] en
los tramos verticales.7 Schlumberger desarrolló
uniones giratorias especiales de baja fricción
para tolerar grandes cargas manteniendo al
mismo tiempo la precisión de los disparos. Bajo
las condiciones operativas existentes habitualmente en el pozo, las nuevas uniones giratorias
con cojinetes de rodillo redujeron diez veces la
fricción rotacional. Las pruebas realizadas en el
Centro de Terminaciones de Yacimientos de
Schlumberger (SRC, por sus siglas en inglés),
ubicado en Rosharon, Texas, EUA, verificaron
que la nueva sarta de pistolas podía desarrollar
suficiente esfuerzo de torsión para superar la
Oilfield Review
> Pruebas de desempeño bajo curvas distintas.
En el Centro de Tecnología de Terminaciones de
Yacimientos de Schlumberger, ubicado en
Rosharon, Texas, EUA, se probó el sistema
OrientXact en curvas que oscilan entre 5°/30 m
[5°/100 pies] y 10°/30 m [10°/100 pies]. Los giróscopos operados a cable confirmaron una variación de la orientación de 6 o menos grados a
través de las secciones curvas, lo que indica que
los diseños de las uniones giratorias y los transportadores de pistolas OrientXact tendrían el desempeño requerido por Hydro en aplicaciones
de campo con patas de perro severas.
resistencia de la unión giratoria con cargas de
tensión y compresión de 55,000 lbf, con una curvatura simultánea de hasta 10° cada 30 m [100
pies] (arriba a la izquierda). Se puede lograr una
precisión en la orientación de ±10° con secciones de más de 488 m [1600 pies] de largo entre
las uniones giratorias.
La curvatura de una sarta de pistolas puede
generar un esfuerzo de torsión significativo sobre
el arreglo; con el riesgo de que la rotación tenga
lugar fuera de la orientación de los disparos
deseada (arriba a la derecha). Para abordar este
problema, los ingenieros desarrollaron una serie
de transportadores de pistolas direccionalmente
sesgados, diseñados con incrementos de 30° de
la dirección de la curvatura preferencial. Estos
transportadores de pistolas pueden colocarse en
la sarta de las pistolas para coincidir con la trayectoria del pozo. Cuando los transportadores
sesgados se ubican en su dirección de curvatura
preferencial, sirven para orientar la sarta de las
pistolas. Después de disparar las pistolas, el sistema de orientación está diseñado para seguir
aplicando esfuerzo de torsión, manteniendo
Verano de 2004
> Material de transportador de pistolas libre de curvas. Con los materiales de transportadores de pistolas convencionales, la torsión rotacional generada cuando se corre la sarta de disparos en el pozo
hará rotar las pistolas de disparos alejándolas de la orientación pretendida. Los nuevos diseños de
transportadores libres de curvas, los avances en la ciencia de los materiales y las estrechas tolerancias de fabricación permiten que las sartas de pistolas OrientXact se curven a través de las desviaciones del pozo sin que ello produzca la desalineación de los disparos.
derechos los orificios de salida del transportador
e impidiendo que los detritos internos de las cargas se introduzcan en el pozo.
Entre los desarrollos posteriores se encuentra
un nuevo material para transportadores de pistolas sin dirección preferencial de la curva. Los
transportadores de pistolas hechos con este material libre de curvas, o no sesgado, no generan
ningún esfuerzo de torsión. Cuando se emplean
con otras piezas internas no sesgadas de las pistolas, pueden utilizarse en cualquier parte de la
sarta de pistolas, independientemente de la trayectoria del pozo.
Para verificar la orientación del sistema, los
ingenieros diseñaron un Dispositivo de Confirmación de Orientación OCD. El dispositivo OCD
registra la orientación de los disparos con precisión de 0.5°. Los datos son descargados de la
memoria de la herramienta cuando ésta llega a la
superficie. Sólo se necesitan dos dispositivos OCD
por sección para confirmar la dirección de la
orientación de todos los túneles de los disparos.
El nuevo sistema OrientXact logró satisfacer
cada uno de los requisitos de Hydro en términos
de ingeniería y desempeño. Utilizando novedosos
contrapesos para orientación pasiva y secciones
de pistolas unidas por uniones giratorias con
cojinetes de rodillo, el sistema es capaz de manipular grandes cargas. Se trata de un sistema de
orientación automática que requiere espaciado7. Stenhaug et al, referencia 5.
35
res contrapesados sólo para las condiciones de
pozos desviados más difíciles. Un nuevo diseño
de cargas provee túneles de disparos profundos y
de diámetro reducido e impide el exceso de
detritos y la precipitación química posterior a los
disparos. A través de fases de 10°/350° se evita la
generación de túneles de disparos sucios en el
lado bajo del pozo. El sistema OrientXact fue desplegado para Hydro en el campo Visund en
noviembre de 2001.
Vinculación de tecnologías interdependientes
Hydro identificó diversas áreas susceptibles de
mejoramiento, fuera de la orientación de los disparos, incluyendo el daño de la formación, la
profundidad de penetración de las cargas, la
química de las cargas, los detritos de las detonaciones y la química de los fluidos en el
entorno de los disparos.
El daño de la formación en la región vecina al
pozo, o daño mecánico, se produce por diversos
motivos. Durante la perforación, la roca yacimiento está expuesta a significativos cambios
ambientales, incluyendo presión, sacudidas producidas por la barrena, e invasión del filtrado del
lodo y de los sólidos. La profundidad del daño es
generalmente una función de la porosidad de la
roca, la permeabilidad, el diferencial de presión,
el tiempo de exposición y las características del
fluido de perforación o de terminación.
Los largos tiempos de perforación insumidos
en los pozos del campo Visund produjeron la
invasión profunda del filtrado del lodo. Los ingenieros creían que las cargas de penetración
profunda estándar no podrían llegar más allá de
0
0
daño y los detritos que acompañan a las cargas
revestidas de acero estándar. Como parte de la
evaluación del campo Visund, los ingenieros
observaron que las cargas revestidas de cinc no
penetraban tan profundamente como se creía
previamente. Por otra parte, los subproductos
pulverizados de la detonación del cinc tienen el
potencial de reaccionar con el fluido del pozo y el
agua connata para precipitar oxido de cinc en la
roca yacimiento de la región vecina al pozo y en
el pozo. Además, los estudios realizados en el
SRC demostraron que las interacciones entre el
cinc y las píldoras de ahogo a base de bromuro de
calcio podían producir la falla de los aditivos de
control de pérdida de fluido.9 El resultado es una
invasión excesiva de filtrado, que conduce a la
reducción de la productividad.10
1 cm
1 pulgada
> Precipitación de óxido de cinc. Los subproductos de la detonación del cinc pueden reaccionar
con los fluidos del pozo y los fluidos de la formación para formar un precipitado de óxido de cinc.
El material se puede precipitar dentro de la formación, los túneles de los disparos y el pozo,
generando un mayor daño de la formación y produciendo el taponamiento de los disparos. Las
pepitas grandes, como las que se muestran aquí,
pueden taponar el equipo de seguridad y control
de fondo de pozo, planteando serios riesgos operacionales y problemas de remediación.
36
la zona dañada. Aún bajo condiciones ideales, las
especificaciones de prueba del Instituto Americano del Petróleo (API, por sus siglas en inglés)
indican que la profundidad efectiva de los disparos y la penetración, bajo condiciones de fondo
de pozo reales, pueden ser significativamente
inferiores a las previstas.8 El análisis de laboratorio, realizado en secciones de núcleos del campo
Visund, indicó que se requeriría una profundidad
efectiva de penetración del disparo de 40 a 50 cm
[16 a 20 pulgadas] para sortear la roca yacimiento dañada.
En las primeras terminaciones disparadas, se
creía que las cargas revestidas de cinc eran las
menos dañinas, porque el revestimiento de cinc
se desintegra formando un polvo fino durante la
detonación. En teoría, esto debería minimizar el
> Penetración profunda con las cargas huecas (premoldeadas) de penetración profunda PowerJet. Estas cargas producen túneles de disparos largos y
angostos. El bloque de concreto de la foto corresponde a un objetivo de prueba de la Sección 1 del API. El bloque fue disparado con cargas PowerJet revestidas de acero a través de una tubería de revestimiento L-80, de 7 pulgadas
y 32 lbm/pie. La penetración promedio en este objetivo fue de 137.4 cm [54.1
pulgadas]. El túnel de los disparos que se estaba midiendo penetró 152.4 cm
[60 pulgadas] dentro del objetivo. Similar desempeño se observa con las cargas
huecas de penetración profunda y bajo volumen de detritos PowerJet Plus.
Oilfield Review
7,500
Presión, lpc
6,500
5,500
4,500
Presión del yacimiento
Presión del pozo
3,500
2,500
-1
0
1
2
3
Tiempo, segundos
4
5
6
> Logro de condiciones de bajo balance dinámico en el pozo A-21 del campo
Visund. Los cambios de presión fueron registrados por sensores de presión
de fondo de pozo, a lo largo de todo el proceso de ejecución de los disparos.
El cambio de la presión del pozo (negro) se representa gráficamente en función de la presión del yacimiento medida previamente (rojo). El pozo A-21 del
campo Visund fue sobrebalanceado en 508 lpc [35 bares] antes de los disparos. La técnica de disparos PURE produjo una caída de presión del pozo de
4,206 lpc [290 bares] en un segundo, después de la detonación de las pistolas
de disparos. Una breve condición de bajo balance justo después de disparar
las pistolas minimizó el daño de la formación y contribuyó a la limpieza de los
túneles de los disparos.
En varios de los primeros pozos del campo
Visund, disparados con cargas huecas (premoldeadas) revestidas de cinc, se observó la
precipitación de óxido de cinc durante la limpieza posterior a los disparos. Las pepitas duras
de óxido de cinc, de 5 a 20 mm [0.2 a 0.8 pulgadas] de diámetro, que se hacían circular hacia la
superficie (página anterior, izquierda) taponaron
los estranguladores submarinos y otros equipos
de control, generando una situación peligrosa y
difícil de remediar.
Para encarar estos problemas, los ingenieros
de Schlumberger desarrollaron las cargas huecas
de penetración profunda y bajo volumen de detritos PowerJet Plus. A la vez que conservan el alto
desempeño de una carga de penetración profunda revestida de acero, las cargas PowerJet
Plus generan un mínimo volumen de detritos,
son contrapesadas para asistir en el proceso de
orientación, no producen cinc residual y, de
acuerdo con las pruebas de penetración API,
pueden generar túneles de disparos profundos y
angostos (página anterior, derecha).11
Estos túneles de disparos largos a veces resultan difíciles de limpiar. Las operaciones de
disparos en condiciones de bajo balance constituyen una técnica común utilizada para eliminar
los detritos de los túneles de los disparos y minimizar el daño de la formación.12 Los trabajos
realizados recientemente en el SRC indicaron
que el bajo balance de presión dinámica
máxima—no el bajo balance de presión estática
inicial—determina la limpieza de los disparos.
El grado de bajo balance requerido depende de
varios factores, incluyendo el diámetro de los
Verano de 2004
túneles de los disparos, la permeabilidad, la
porosidad y la resistencia de la roca. Sin
embargo, en el yacimiento Visund, es generalmente aceptado que se necesita un bajo balance
de presión mínimo de 725 a 1,450 lpc [50 a 100
bares] para minimizar los efectos del daño mecánico y eliminar los detritos de los disparos.
En un pozo dado, el logro de este nivel de
bajo balance estático puede resultar práctico o
no. En ciertos casos, las condiciones existentes
en el pozo, el método de bajada de las herramientas y la longitud de la sarta de las pistolas
pueden impedir la ejecución de disparos en condiciones de bajo balance estático. El sistema de
Operaciones de Disparos para la Explotación
Total del Yacimiento PURE optimiza este paso
crítico en la conexión del pozo con el yacimiento,
a través de la maximización del bajo balance
dinámico, o bajo balance transitorio, establecido
inmediatamente después de la creación de la
cavidad de los disparos. El sistema PURE crea
una descompresión instantánea de los fluidos del
yacimiento en torno al disparo, inmediatamente
después de ejecutadas las operaciones de disparos, ayudando a eliminar el material triturado del
túnel de los disparos mientras existen condiciones de sobre balance estático. El resultado es la
limpieza de los túneles de los disparos con
mínimo deterioro de la producción.13
En la mayoría de los casos, la técnica PURE
producirá menos efecto de daño mecánico que
las operaciones de disparos en condiciones de
bajo balance estático convencionales. Las evaluaciones de laboratorio y de campo han
demostrado que los conceptos del diseño del sis-
tema PURE a menudo arrojarán una relación
entre la permeabilidad de la zona triturada y la
permeabilidad del yacimiento (kc /k) de 1, lo que
indica un deterioro nulo de la permeabilidad. Las
técnicas de disparos en condiciones de bajo
balance menos avanzadas arrojan típicamente
una relación kc /k de 0.1 a 0.3.
En las terminaciones del campo Visund, los
problemas mecánicos impidieron la aplicación de
operaciones de disparos en condiciones de bajo
balance convencionales. Los ingenieros de proyecto determinaron que el daño de los disparos
podía eliminarse con un bajo balance de presión
de aproximadamente 1,740 lpc [120 bares]. Las
pruebas de laboratorio indicaron que con una
sarta de disparos correctamente diseñada y la
aplicación de los conceptos de bajo balance dinámico PURE, podía lograrse suficiente bajo
balance como para despejar el túnel de los disparos y minimizar el daño de la formación.
El programa de disparos del campo Visund
fue diseñado con un sobrebalance de presión
estática de 508 lpc [35 bares] y las técnicas
PURE, alcanzando un bajo balance dinámico
justo después de los disparos. El bajo balance
dinámico elimina los detritos de la zona triturada
de los túneles de los disparos. Para evitar que el
pozo volviera a un estado de sobrebalance de
presión antes de que se ecualizaran la presión
del pozo y la presión de poro, el diseño sugirió un
dispositivo de restricción al flujo para sellar el
tope del colgador de la tubería de revestimiento
corta de 7 pulgadas. El dispositivo de restricción
al flujo también actuaría como herramienta de
correlación en profundidad. Para estas primeras
aplicaciones, los ingenieros instalaron medidores
de presión de fondo de pozo justo por encima del
cabezal de disparo a fin de cuantificar la magnitud del bajo balance dinámico y confirmar que el
trabajo fuera ejecutado conforme al diseño
(arriba a la izquierda).
8. Stenhaug et al, referencia 5.
9. En este contexto, por píldora de ahogo se entiende un
fluido pesado con densidad suficiente para producir una
presión hidrostática mayor que la presión del yacimiento,
aislando así el flujo de fluidos de formación dentro del
pozo.
10. Chang FF, Kageson-Loe NM, Walton IC, Mathisen AM y
Svanes GS: “Perforating in Overbalance—Is It Really
Sinful?,” artículo de la SPE 82203, presentado en la Conferencia Europea sobre Daño de la formación de la SPE,
La Haya, Países Bajos, 13 al 14 de mayo de 2003.
11. Instituto Americano del Petróleo: publicación API RP 19B
(antes RP 43): http://api-ep.api.org (se tuvo acceso el 15
de marzo de 2004).
12. Para mayor información sobre operaciones de disparos
en condiciones de bajo balance, consulte: Bakker E,
Veeken K, Behrmann L, Milton P, Stirton G, Salsman A,
Walton I, Stutz L y Underdown D: “La nueva dinámica de
operaciones de disparos en condiciones de bajo
balance,” Oilfield Review 15, no. 4 (Primavera de 2004):
56–69.
13. Bakker et al, referencia 12.
37
ducción de arena y permitió aumentar la producción de hidrocarburos entre tres y seis veces con
respecto a los volúmenes logrados con las prácticas de disparos previas.
A
Marca de la orientación en grados
B
Perno
ajustado en 0°
Cordón detonante (verde)
C
D
Orificio del cordón detonante
Arreglo de péndulo
Tubo para la bala
> Confirmación de la orientación. El dispositivo OCD fue desarrollado por Schlumberger para confirmar el
desempeño del sistema de disparos OrientXact. La fotografía B muestra el dispositivo OCD instalado en
el arreglo del transportador con el cordón detonante (verde) atravesando la celda OCD. En la fotografía
D, se ha abierto el dispositivo OCD (C). Se muestra el arreglo de péndulo interno que consiste en un arreglo de collar de rotación libre, bala y tubo de tambor a través del cual pasa el cordón detonante. Cuando
se disparan las pistolas, la energía emitida desde el cordón detonante fuerza una bala que se encuentra
en el tubo del tambor haciéndola pasar hacia la pared interna del dispositivo OCD. En el momento de la
detonación, la bala marca simultáneamente la orientación exacta de la pistola con respecto a la vertical;
en A se muestra una orientación de 0°. La unidad OCD mide la orientación de los disparos con una
precisión de ±0.5°.
Una vez definido el entorno de los disparos,
los ingenieros de Schlumberger utilizaron un
simulador de orientación computarizado para el
diseño de las sartas de disparos OrientXact en
seis pozos del campo Visund. El más largo incluiría un intervalo de disparo total de 2,049 m [6,722
pies] con 1,705 m [5,594 pies] de disparos netos a
lo largo de un pozo horizontal con gran severidad
de pata de perro. Los ingenieros eligieron una
serie de uniones giratorias y contrapesos para
orientación suficientes para asegurar una orientación precisa. La longitud de las secciones de las
pistolas individuales entre las uniones giratorias
oscilaba entre 167 y 400 m [548 y 1,312 pies].
El sistema de disparos OrientXact, integrado
con las cargas PowerJet Plus, las técnicas de
bajo balance PURE y el dispositivo de confirmación de disparos OCD, se ha utilizado hasta ahora
en ocho pozos del campo Visund; siete producto-
38
res y un inyector. Los intervalos de producción
netos, que oscilan entre 150 y 1,705 m [492 y
5,594 pies], han sido disparados con éxito. En
comparación con los diseños previos, las cargas
PowerJet Plus sólo produjeron una fracción de
los detritos. Los disparos fueron confirmados por
los detectores OCD con una variación de ±5°; es
decir, la mitad de la desviación máxima admisible respecto del ángulo de disparo óptimo
(arriba). Los medidores de presión de fondo de
pozo indicaron un bajo balance instantáneo de
3,626 lpc [250 bares] generado dentro de una
décima de segundo después de la detonación.
La vinculación de las tecnologías interdependientes para encarar los asuntos relacionados
con el daño de la formación, la profundidad de
penetración de las cargas, la química de las cargas, los detritos de la detonación, y el entorno de
los disparos en el campo Visund, minimizó la pro-
Mejoramiento de la eficiencia en un
campo satélite del campo Gullfaks
Para mejorar los regímenes de producción en un
campo satélite del campo Gullfaks, Statoil redisparó tres pozos. Las operaciones se llevaron a
cabo con los cabezales de los pozos bajo presión.
Los ingenieros admitieron que podía ser necesario
realizar operaciones de limpieza antes de efectuar
los nuevos disparos. Habitualmente, se requerirían dos carretes de tubería flexible, uno para la
limpieza de la arena y el otro configurado con un
cable eléctrico para la correlación precisa de la
profundidad de los disparos. Los ingenieros combinaron la tubería flexible convencional con un
registro de correlación de profundidad en tiempo
real DepthLOG CT para establecer la profundidad
de los disparos, eliminando así la necesidad de
disponer de un segundo carrete de tubería flexible, ahorrando tiempo, mejorando la eficiencia y
creando un entorno de trabajo más seguro.
Los ingenieros de Statoil y Schlumberger
optimizaron las operaciones a través de la integración de múltiples tecnologías. El sistema de
pistolas de orientación automática OrientXact
proporcionó disparos correctamente alineados.
Mediante telemetría de pulsos a través de la
columna de fluido del pozo, se transmitieron los
datos de correlación de profundidad en tiempo
real al equipo a cargo de las operaciones de disparos. Las cargas PowerJet Plus penetraron
profundamente el yacimiento, dejando un volumen mínimo de detritos en la tubería de
revestimiento. Con el pozo todavía bajo presión
de producción, las técnicas PURE proporcionaron condiciones de bajo balance dinámico,
minimizando los efectos de daño mecánico de los
túneles de los disparos y asistiendo en la eliminación de los detritos de la formación triturada. El
cabezal de disparo electrónico eFire-CT, bajado
con tubería flexible, abordó los asuntos de seguridad requiriendo una secuencia codificada de
cambios en la velocidad de bombeo dentro de la
tubería flexible durante su permanencia en el
fondo del pozo para la detonación de las pistolas
de disparo. Con el sistema eFire-CT, no se requieren espaciadores de seguridad, lo que permite la
utilización de mayores longitudes de pistolas.14
En los tres pozos, se efectuaron 10 carreras
de disparos con pistolas bajadas con tubería flexible, cuya longitud oscilaba entre 50 y 100 m
[164 y 328 pies]. Utilizando las correlaciones
DepthLOG y el monitor universal de longitudes
de tuberías (UTLM, por sus siglas en inglés), los
Oilfield Review
ingenieros posicionaron las pistolas de disparos
con una precisión de ± 1 m [± 3.3 pies], a una
profundidad de 4,500 m [14,764 pies], en todas
las carreras de disparos. Todas las pistolas detonaron correctamente sobre el objetivo.
Por último, la unidad OCD confirmó los disparos en +8, +4 y +3°, en tres carreras de disparos
independientes. La vinculación de las tecnologías de disparos interdependientes en el campo
Gullfaks permitió mejorar la eficiencia operacional y optimizar los regímenes de producción.
14. Los espaciadores de seguridad se colocan entre el arreglo de pistolas y el cabezal de disparo. Esto permite que
las pistolas activas sean cargadas en el pozo o extraídas
de éste, exponiendo al personal solamente al cabezal de
disparo mientras las cargas explosivas permanecen
debajo del piso del equipo de perforación.
Verano de 2004
Cantidad de túneles
Histograma de fases
350°
700
10°
600
500
400
300
200
100
0
-20
-15
-10
-5
–+ 5°
Resultados OCD, grados/pata de perro, grados/30 m [grados/98.4 pies]
Prevención de la producción de
arena en el campo Rimfaks
La prevención de la producción de arena en el
campo Rimfaks de Statoil es esencial para optimizar la productividad de los pozos. Otro satélite
del campo Gullfaks, el campo Rimfaks se encuentra ubicado en la porción norte del sector
noruego del Mar del Norte. El pozo I-3H produce
de yacimientos de areniscas débiles que requieren que los disparos se ejecuten cerca de la
dirección del esfuerzo máximo para minimizar la
excesiva producción de arena. El equipo de control de flujo de fondo de pozo, incluyendo los
estranguladores, los empacadores y los equipos
asociados, se utiliza para controlar los regímenes
de producción a lo largo de la terminación de
horizontes múltiples. El flujo de arena y los detritos posteriores a los disparos deben evitarse para
prevenir el daño y la erosión del complejo arreglo
de terminación.
Para minimizar la producción de arena, los
ingenieros combinaron las tecnologías OrientXact y PowerJet Plus a fin de disparar
simultáneamente los objetivos a lo largo del
tramo horizontal de 1,036 m [3,400 pies]. Con un
total de ocho unidades OCD, la mayor variación
en la orientación de los disparos midió sólo 6°
(arriba a la derecha). Las cargas PowerJet Plus
proporcionaron una penetración estrecha, ultraprofunda, optimizando la estabilidad de los
túneles de los disparos y maximizando la comunicación con el yacimiento más allá de cualquier
daño de la formación en la región vecina al pozo.
Por diseño, los detritos de las cargas PowerJet
Plus son retenidos en la pistola. En el pozo I-3H,
sólo se recuperaron 130 g [4.59 onzas] de piezas
metálicas pequeñas y limaduras. La utilización de
las cargas PowerJet Plus revestidas de acero
eliminó la precipitación de subproductos de cinc
y el daño de la formación asociado en la región
vecina al pozo, observados en pozos previos.
800
5
0
Orientación de los túneles
de los disparos, grados
10
15
20
–+ 5°
15
Severidad de la
pata de perro
Peso para
orientación
Unión giratoria
Resultado OCD
10
5
Área de
la gráfica
6
5
4
0
0
-2
-1
-3
-5
-5
-10
-15
151
Cabezal de disparo
101
Componentes de la sarta de disparos
51
1
Canto redondeado
> Orientación de los disparos en el campo Rimfaks. Las unidades OCD del sistema OrientXact registraron la orientación de los disparos a través de cuatro secciones yacimiento después de disparar el pozo
I-3H del campo Rimfaks para Statoil (extremo inferior). Practicados con fases de 10°/350°, todos los
disparos exhibieron una precisión de 6° respecto del objetivo (azul). La severidad de la pata de perro
(verde) varía entre cero y aproximadamente 5° respecto de la horizontal y parece no haber tenido
ningún efecto sobre la orientación de los disparos. Las líneas rojas verticales indican las posiciones
de las uniones giratorias entre las secciones de la pistola; los contrapesos para orientación se muestran como líneas marrones verticales. Las barras verdes del histograma (extremo superior) identifican
la cantidad de túneles de disparos en cada ángulo de orientación respecto de la vertical.
Los disparos orientados con precisión, combinados con un novedoso diseño de cargas, dieron
como resultado disparos profundos, correctamente orientados y con escaso volumen de
detritos, eliminando la necesidad de efectuar
posteriores tratamientos de reparación y estimulación. Además, se limitó la producción de arena
y se mejoró el desempeño del pozo.
Nuevas trayectorias para
los disparos orientados
Los operadores han descubierto el valor de los
disparos orientados en las terminaciones iniciales y en el mejoramiento correctivo de la
productividad. Las utilidades en concepto de eficiencia en materia de costos, los ahorros de
tiempo de equipo de perforación y la optimización de la producción son los beneficios típicos
de las operaciones de disparos orientados. Los
sistemas bajados con tubería flexible, combina-
dos con las nuevas técnicas de orientación, permiten a los operadores efectuar disparos precisos
bajo condiciones de pozo activas a lo largo de
pozos horizontales tortuosos y extendidos.
Cuando la tecnología de disparos orientados se
combina con el novedoso diseño de cargas huecas, las técnicas de bajo balance dinámico, la
capacidad de correlación de la profundidad en
tiempo real, los sistemas de seguridad y los dispositivos OCD, los operadores logran optimizar
las terminaciones, los costos y la productividad
del pozo.
A medida que maduren el sistema OrientXact
y las tecnologías relacionadas, su aplicación a las
operaciones de fracturamiento hidráulico y terminaciones sin cedazos permitirá aún mayor
flexibilidad en operaciones de mejoramiento de
la producción eficaces desde el punto de vista de
sus costos mediante técnicas de orientación de
disparos exigentes.
—DW
39