0AGUAS PROFUNDAS

Aguas Profundas

Aguas Profundas 22A.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

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El potencial de la exploración yproducción en aguas profundas esconsiderable en muchas locacionescostafuera por todo el mundo. Engeneral, la perforación en aguasprofundas tiene un mayor grado dedificultad que la perforaciónconvencional, y presenta muchos retosoperacionales. Los recientes avancestecnológicos han motivado laexpansión actual de la perforación yproducción en aguas profundas, y latendencia alrededor del mundo siguesiendo hacia aguas más profundas. Laselección y aplicación del fluidocorrecto es uno de los factores clavespara la perforación exitosa en aguasprofundas.

Cuando se usa el término “aguasprofundas” para describir la perforacióny producción, puede significar variascosas. Sin embargo, a los efectos de estecapítulo, este término se refiere a lospozos perforados en profundidades deagua mayores que 1.500 pies. Estospozos se caracterizan por el uso deequipos de perforación flotantes,posicionados dinámicamente oanclados por cadenas, del tipo deplataformas semisumergibles o buquesde perforación, que usan cabezales depozo submarinos y largos sistemas deriser (ver la Figura 1). Los pozos sonperforados en formaciones másrecientes que tienen perfiles degradiente de fractura a presión poralmás estrechos, requieren un mayornúmero de tuberías de perforación ygeneran mayores costos de operación.Debido a los altos costos diarios deoperación, la selección del fluido deperforación correcto es crítica. Si se

logra mejorar el rendimiento, losmayores costos del fluido deperforación estarán justificados, ya queproducirán ahorros globales.

Muchos de los temas descritos en estecapítulo serán aplicables a cualquierpozo para el cual se necesite un equipode perforación que use un cabezal depozo y un sistema de riser submarinos.Las dificultades relacionadas con laperforación, completación y producciónde estos tipos de pozos exige un diseñominucioso de los sistemas de fluidos.Una lista de los factores y lasconsideraciones relacionadas con eldiseño de los sistemas de fluidosincluye:• Hidratos de gas.• Geología/formaciones reactivas.• Presión poral y bajos gradientes de

fractura.• Volúmenes del riser/diseño/logística

de pozo con tubería derevestimiento grande.

• Pérdida de circulación.• Temperaturas bajas de la línea de

flujo.• Limpieza del pozo.• Control del pozo.• Altos costos diarios del equipo de

perforación.

El diseño y la aplicación del sistemade fluido correcto requieren laevaluación de cada uno de estosfactores con respecto a su impactosobre el proyecto en aguas profundas.No todos los pozos en aguasprofundas presentarán todos losfactores indicados anteriormente,pero muchos de éstos estaránpresentes. Este capítulo describe acada uno de estos factores.

Perforación en Aguas Profundas

La selección yaplicación delfluidocorrecto esuno de losfactoresclaves...

Aguas ProfundasCAPÍTULO

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Figura 1: Ilustración de los equipos de perforación en aguas profundas.

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Buque deperforación

Plataformasemisumergible

ROV (vehículooperado porcontrol remoto)

Junta flexible

RiserCadenas de

anclaje

Ancla

Conjunto de BOP

Base guía

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Antes de describir los retos de la perforaciónen agua profundas, se requiere lograr unentendimiento básico de los equipos deperforación y aparejos usados para perforarestos pozos.

Como se mencionó anteriormente, lasplataformas semisumergibles y los buquesde perforación son los tipos básicos deequipos de perforación usados para perforaren aguas profundas. Las profundidades deoperación para los buques de perforaciónpueden variar de cientos de pies a más de10.000 pies. En general, los buques deperforación son usados para perforar en lasaguas más profundas y en las locacionesmás remotas. Una vez que los pozosdescubridores en aguas profundas han sidoperforados, se suele usar plataformas yequipos de perforación fijos o flotantesespecialmente diseñados para desarrollar yproducir estos pozos. En general, lasplataformas semisumergibles se limitan aprofundidades de agua de 6.500 pies omenos.

Las plataformas semisumergibles y losbuques de perforación tienen unacaracterística en común: son plataformasflotantes de perforación que suben y bajandebido a la acción de las mareas y de lasolas. Estos equipos de perforación tienencompensadores de movimiento queatenúan la acción de las olas y permitenmantener constante el peso aplicado sobrela barrena y la tensión impuesta sobre elriser. Los Preventores de Reventones (BOPs)son instalados sobre el fondo marino yconectados al equipo de perforación por unsistema de riser. El riser es un sistema detuberías que conectan el flujo de lodo desdeel pozo hasta el equipo de perforaciónubicado en la superficie. Además, el sistemade riser incluye líneas redundantes deestrangular y matar, y generalmente unalínea dedicada de circulación de lodo parapermitir una mayor velocidad anular en elriser de gran diámetro a fin de mejorar lalimpieza del pozo.

En aguas de poca profundidad aprofundidad media, estos equipos deperforación están amarrados a anclasubicadas en el fondo marino. Enprofundidades de agua extremas, se usa unsistema de posicionamiento dinámico conhélices propulsoras para mantener el equipode perforación encima de la locación, sinque sea necesario usar líneas de amarre y

anclas. El posicionamiento dinámico, aveces llamado mantenimiento dinámico dela posición, es más común en los buques deperforación y las plataformassemisumergibles de aguas ultra-profundas.

Típicamente, se usa una señal acústicacon sonar y un Vehículo Operado porControl Remoto (ROV) con video paraposicionar el equipo de perforación yconectar el riser al conjunto de BOPsubmarino. El riser debe ser sostenido por elequipo de perforación para impedir que lapresión hidrostática del agua y el peso delriser causen el colapso (pandeo) del riser, dela misma manera que se introduce lacolumna de perforación bajo tensión paraprevenir el pandeo. Por lo tanto, el riserdebe ser sometido a una tensión mientrasque está conectado. Se suele revestir el risercon una camisa de espuma para aumentarsu flotabilidad y reducir la carga sobre elequipo de perforación. El riser tiene unajunta flexible en la parte superior parapermitir el movimiento causado por lasolas, y conexiones giratorias con uniónesférica arriba y abajo, para permitir elmovimiento angular.

El conjunto de BOP submarino estáunificado con doble redundancia y puedequedar instalado en el fondo marino, auncuando se desconecta y se recupera el riser.La mayoría de los risers tienen por lo menoscuatro líneas separadas de estrangular ymatar que pueden ser activadas, si esnecesario. Los equipos de perforaciónflotantes tienen sistemas desviadores dereventones, además de las líneas deestrangular y matar y de los conjuntos deBOP submarinos. Los sistemas desviadoresse usan para manejar las situaciones decontrol de pozo en intervalos pocoprofundos y las situaciones incontrolables.Estos sistemas “desvían” el flujo de fluidos,alejándolo del cuerpo principal del equipode perforación.

En los casos de control de pozo enintervalos poco profundos, el gradiente defractura es demasiado bajo para la presiónde cierre del amago, y causará un reventónsubterráneo. El sistema desviador permiteque el gas y los fluidos suban por el pozo ya través de las tuberías superficiales, haciaun lugar seguro donde serán descargados.Los sistemas desviadores están expuestos auna erosión extrema causada por la arena ypueden desgastarse rápidamente.

Generalidades

...lasplataformassemisumergiblesy los buques deperforación sonlos tipos básicosde equipos deperforaciónusados paraperforar enaguasprofundas.

El riser es unsistema detuberías queconectan elflujo de lododesde el pozohasta elequipo deperforación...


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Muchos sistemas diferentes de lodopueden y han sido usados en lasaplicaciones de aguas profundas. Éstosvarían de sistemas simples como lodosde lignosulfonato base agua salada alodos sintéticos de alto rendimientoaprobados desde el punto de vistaambiental. Los sistemas dePoliacrilamida Parcialmente Hidrolizada(PHPA)/20% de sal, tal como el sistemaPOLY-PLUS®, son indudablemente lossistemas base agua más usados. Losfluidos sintéticos de baja viscosidad, talcomo el sistema NOVAPLUS®, se usan cadavez más para la perforación en aguasprofundas. Estos sintéticos gozan deuna popularidad cada vez mayor debidoal mayor rendimiento de la perforacióny a la mejor estabilidad del pozo queproporcionan, en comparación con losfluidos base agua. El gas natural, el CO2y el H2S son muy solubles en aceitediesel, aceite mineral y fluidossintéticos. La solubilidad del gas y suefecto sobre la detección de amagos y el

control del pozo deberían serconsiderados para todos los pozos enaguas profundas. Los sistemas sintéticosson costosos y no se recomiendan parazonas que tienen altas posibilidades depérdida de circulación. Cabe reiterarque la selección apropiada y el diseñocorrecto del fluido de perforacióndependen de la consideración de losfactores más importantes para unproyecto determinado en aguasprofundas, así como de laspreocupaciones y preferencias delcliente. Con los avances tecnológicos,nuevos sistemas de lodo serán sin dudadesarrollados y superarán a los sistemasactuales en lo que se refiere altratamiento de las cuestionesrelacionadas con aguas profundas. Lascuestiones específicas concernientes alos sistemas de lodo serán tratadas conrespecto a los factores relacionados conla perforación en aguas profundas quese describen a continuación.

Sistemas de Lodo

Hidratos de Gas

Los hidratos de gas constituyen unmotivo clave de preocupación para losoperadores que perforan en aguasprofundas. Los hidratos de gas son unamezcla de gas y agua “parecida alhielo”. A la presión atmosférica, el aguadulce se congela a 32ºF (0ºC). Apresiones elevadas, los hidratos de gasse forman a temperaturas moderadas –incluso a la temperatura ambiente. Loshidratos de gas existen naturalmente enel permafrost (hielo permanente) árticoy en depósitos del lecho marino enaguas profundas, generalmente aprofundidades mayores que 800 pies.Existen naturalmente en el Golfo deMéxico, a profundidades de sólo 1.750pies y a una temperatura de 45ºF(7,2ºC). Un pie cúbico de hidratos degas puede contener 170 pies3 de gasnatural. Los hidratos de gas de origennatural pueden causar problemas decontrol de pozo al ser perforados, perola formación de hidratos de gas en elfluido de perforación presenta un

problema más grave de control de pozoen situaciones de aguas profundas.

Los hidratos de gas pueden formarseen lodos de perforación de bajasalinidad, en condiciones depresión/temperatura tan moderadascomo 480 psi y 45ºF (7,2ºC), las cualesse encuentran comúnmente durante elcontrol de amagos en aguas profundas.Durante las situaciones de control depozo, los hidratos pueden obturar losrisers, las líneas de BOP y las líneas deestrangular y matar, afectando elcontrol eficaz del pozo. Aunque loscasos reportados de hidratos de gas seanpocos, el riesgo de perder la capacidadde operar correctamente el equipo deBOP siempre está presente. Por estemotivo, todos los sistemas de lodo deaguas profundas deben ser formuladospara eliminar la formación de hidratosde gas.

El aumento de la salinidad de loslodos base agua es el método que sesuele usar para eliminar los hidratos. El

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Los hidratosde gas sonuna mezclade gas yagua“parecida alhielo”.

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sistema estándar de lodo base agua paraaguas profundas usa 20% en peso de salpara inhibir los hidratos de gas. Alaumentar la salinidad de un sistema delodo base agua, se reduce latemperatura a la cual los hidratos de gaspueden formarse a una presióndeterminada. La cantidad de salrequerida depende de las presiónhidrostática y de la presión estática delpozo cerrado, así como de latemperatura del fondo oceánico. Loslodos con veinte por ciento de gas noson suficientes para la perforación enaguas ultra-profundas o árticas. Apresiones más altas y temperaturas másfrías, se recomienda usar unacombinación de sal y glicerol o glicolsoluble en agua, para mejorar lainhibición. M-I ha identificado muchosfactores que afectan la formación dehidratos de gas. El grupo de serviciostécnicos de la compañía puede ayudar adeterminar una formulación adecuadapara eliminar los hidratos en un pozodeterminado.

Los sistemas de aceite diesel, aceitemineral y sintético proporcionan unaexcelente eliminación de hidratos. Estainhibición resulta de la cantidadlimitada de agua que contienen y delhecho que la fase acuosa suele teneruna alta concentración (>25% en peso)de cloruro de calcio. El gas natural, elCO2 y el H2S son muy solubles enaceite diesel, aceite mineral y fluidossintéticos. En realidad, esta solubilidadaumenta el área de contacto con la faseemulsionada de la salmuera y aceleraríala formación de hidratos de gas, si nofuera por al salinidad elevada. Lasolubilidad del gas y su efecto sobre ladetección de amagos y el control depozo deberían ser considerados paratodos los pozos en aguas profundas.Estos sistemas son atractivos para laperforación en aguas profundas, porquetambién proporcionan excelentescaracterísticas de inhibición de lutitas ylubricidad. Estos sistemas son costosos yno se recomiendan para zonas quetienen altas probabilidades de pérdidade circulación.

Geología/Formaciones Reactivas

La geología de la perforación en aguasprofundas es diferente de la geologíaen tierra y en aguas poco profundas.Por ejemplo, las formaciones sonrelativamente recientes y muyreactivas. Las arcillas y los limos nohan sido alterados por temperaturas opresiones extremas y no están muydeshidratados. Las arenas songeneralmente no consolidadas y nohan sido compactadas. Lasformaciones de arcillas pocoprofundas, llamadas gumbo, son muyblandas y pegajosas. Los recortes deestas formaciones pueden causar elempaquetamiento del pozo, líneas deflujo taponadas, y Velocidades dePenetración (ROPs) reducidas. Elmecanismo que causa estos problemases tanto mecánico (formación deranuras por los estabilizadores) comoquímica (hidratación). Además, lasarcillas recientes contienen altosvolúmenes de agua y pueden serextremadamente pegajosas yproblemáticas, independientementedel grado de inhibición. El

hinchamiento y la dispersión de laslutitas reactivas deben ser tratadoscuando se perfora en aguas profundas.Los sistemas base sintético, aceitediesel, aceite mineral, PHPA, cloruromejorado y lignosulfonato han sidousados en aplicaciones de aguasprofundas. Los lodos base sintético yaceite proporcionan una inhibiciónexcelente, eliminando prácticamentetodos los problemas relacionados conel gumbo (debido a la humectaciónpor aceite de las superficies pegajosas),y proporcionan buenas característicasde lubricidad y eliminación dehidratos de gas. Los sistemas base aguarequieren aditivos para aumentar surendimiento y minimizar losproblemas relacionados con el gumboblando y pegajoso, y para la inhibiciónde hidratos. A pesar de eso, lossistemas de lodo base agua cuestanmenos y pueden constituir el sistemapreferido cuando hay motivos depreocupación debido a bajosgradientes de fractura y a la pérdidade circulación.

Los sistemasde aceitediesel, aceitemineral ysintéticoproporcionanunaexcelenteeliminaciónde hidratos.


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La perforación en aguas profundas seenfrenta a retos, debido a que laspresiones porales y los gradientes defractura de la formación a pequeñasprofundidades son casi iguales. Para lasaplicaciones en aguas profundas, elgradiente de fractura y la presión poralequivalente disminuyen cuando laprofundidad de agua aumenta. Aprofundidades extremas de agua(±10.000 pies), estos valores bajos degradiente de fractura (debido a la faltade sobrecarga) y presión poralequivalente hacen que la perforaciónsea poco práctica, incluso si se usa lodono densificado, porque las pérdidas depresión anular aumentan la DensidadEquivalente de Circulación (ECD). Sehan propuesto muchos esquemas paraaliviar la densidad de la columna delodo en el riser para estas situaciones deaguas ultra-profundas. En aguasprofundas normales (1.5000 a 5.000pies), los bajos gradientes de fracturacomplican las situaciones de control depozo, ya que el asiento de la zapata nosoportará una presión alta de cierre dela tubería de revestimiento. El pozotípico en aguas profundas usa

frecuentes tuberías de revestimientopoco profundas para sellar lasformaciones de bajo gradiente defractura. Los bajos gradientes defractura también presentan problemasde pérdida de circulación causados porlas presiones de surgencia y pistoneo.Esto ocurre especialmente con lossistemas base sintético, aceite mineral yaceite diesel, los cuales soncomprimibles y tienden a reducir losgradientes de fractura admisibles. Laspresiones de surgencia, pistoneo y ECDson una de las principales causas depreocupación para todas lasoperaciones de perforación en aguasprofundas, especialmente durante laintroducción y cementación de latubería de revestimiento. Es muyimportante entender los efectos de latemperatura y la presión sobre lahidráulica y la reología de fluido deperforación en las aplicaciones de aguasprofundas. Las temperaturas bajas delagua y las temperaturas bajasresultantes del riser pueden causar unareología elevada del fluido y altaspresiones de surgencia y pistoneo.

Presión Poral y Bajos Gradientes de Fractura

Volúmenes del Riser/Tubería de Revestimiento de GranTamaño/Logística

Como se mencionó anteriormente,los pozos perforados en aguasprofundas requieren risers largos ytuberías de revestimiento de grandiámetro. El riser, la tubería derevestimiento de gran diámetro y lospozos de gran tamaño requierengrandes volúmenes del sistema delodo. Un riser con un DI de 20 pulg.en 2.500 pies de agua tiene unvolumen de 972 bbl. No es raro queuna operación de perforación enaguas profundas tenga un sistema decirculación de 4.000 bbl o más. Estossistemas grandes requieren cantidadesproporcionalmente más grandes deaditivos de lodo para elmantenimiento y el tratamiento.

Las cantidades de aditivos

requeridas y los límites impuestos porel espacio disponible y las cargas enlas cubiertas hacen que el manejo delas existencias sea crítico. Debido a ladistancia entre estos pozos y lasinstalaciones portuarias, y a lalogística relacionada con lasoperaciones costafuera, la entrega delos materiales de lodo al pozo puedellevar mucho tiempo. Otrascondiciones, como la disponibilidadde los barcos de trabajo y lascondiciones oceánicas, puedendemorar aún más el tiempo deentrega. Por último, las existenciasmínimas requeridas no pueden sercalculadas exclusivamente en base alconsumo del día anterior. Loscambios de las condiciones y de los

Las presionesde surgencia,pistoneo yECD son unade lasprincipalescausas depreocupación...

...los pozosperforados enaguasprofundasrequierenrisers largos ytuberías derevestimientode grandiámetro.

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requisitos del tratamiento deben seranticipados.

Otros tipos de envasado deproductos deberían ser considerados.En muchos casos, la entrega deproductos premezclados en formalíquida o a granel puede serbeneficiosa. Por ejemplo, se requieresal para los sistemas base agua quesuelen ser usados en aguas profundas.La entrega a granel o en sacos grandes(“big-bag”) de 1 tonelada proporcionamayor flexibilidad para las adiciones,el almacenamiento y el transporte delos productos. En vez de ser entregadaen sacos o a granel, la sal tambiénestá disponible en forma de salmuera.Muchos equipos de perforaciónflotantes tienen una capacidad dealmacenamiento de líquidos quepuede ser usada para almacenar lasalmuera, dejando espacio en lascubiertas para otros productos.

Un sistema de manejo de productos a

granel debería ser considerado comoopción para otros productos, a fin desimplificar la logística, reducir losdesechos de productos y reducir laeliminación de recipientes. Aunqueestos sistemas requieran modificacionesdel equipo de perforación, los ahorrospotenciales que pueden proporcionarson considerables para las operacionesen aguas profundas de costo elevado. Eluso de un sistema computarizado demonitoreo y adiciones de productospueden hacer que estos sistemas seanmuy eficaces para obtener un sistemade lodo tratado de manera uniforme.

Se requieren cálculos correctos delconsumo de materiales y unaplanificación adecuada delabastecimiento de productos para queel proyecto sea exitoso. Igual que todaslas cuestiones descritas en este capítulo,estos factores son parte integrante delsistema total de perforación en aguasprofundas.

Pérdida de Circulación

La pérdida de circulación siempreconstituye un problema potencial y unmotivo de preocupación cuando seperfora en aguas profundas. Esto sedebe a la pequeña diferencia entre lapresión poral y el gradiente de fractura,y al efecto de las pérdidas de presiónanular. Considerando que los costostotales de perforación pueden exceder10.000 US$/hora (1997), cualquierdemora en la perforación, tal como eltiempo requerido para tratar la pérdidade circulación, puede aumentarconsiderablemente los costos del pozo.Durante le perforación en aguasprofundas, cuando se usa un riser largopara conectar los BOPs del fondooceánico, la pérdida de circulaciónpresenta problemas únicos que no seproducen cuando se perfora con BOPsmontados en la superficie. Si se produceuna pérdida total de circulación y elnivel de lodo en el riser disminuye, lapresión hidrostática del agua del marpuede colapsar y dañar el riser.

La pérdida de circulación causada porformaciones débiles o porosas y bajosgradientes de fractura es característica

de los proyectos de perforación enaguas profundas. Las velocidades deviaje, las velocidades de perforación, lasdensidades equivalentes de circulación,la viscosidad del fluido y la densidaddel lodo deben ser manejadascorrectamente para prevenir la pérdidade circulación. El riesgo de pérdida decirculación es especialmente importantecuando los operadores tratan de colocarla tubería de revestimiento a mayorprofundidad. Esta práctica es comúncuando se produce algún incidenteimprevisto en la perforación querequiere colocar la tubería derevestimiento a niveles menosprofundos y gradientes de fractura másbajos de lo previsto. Para alcanzar laprofundidad y el gradiente de fracturaprevistos para la siguiente tubería derevestimiento, los operadores a vecesdeben perforar con un margen reducidoentre el peso del lodo y el gradiente defractura. Esto se hace para que laprofundidad total del pozo pueda seralcanzada con el tamaño previsto detubería de revestimiento. Esta prácticapresenta un riesgo elevado de pérdida

Un sistema demanejo deproductos agranel deberíaserconsideradocomo opciónpara otrosproductos...

El riesgo depérdida decirculación esespecialmenteimportantecuando losoperadorestratan decolocar latubería derevestimientoa mayorprofundidad.


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de circulación. El peso de lodorequerido para perforar hasta lasiguiente profundidad planeada de latubería de revestimiento puede excederel gradiente de fractura en la zapata dela tubería de revestimiento anterior, ycausar la pérdida de circulación.

La optimización de la operación deperforación y de las propiedades delfluido de perforación puede ser el factordeterminante que permita prevenir lapérdida de circulación y lograr laprofundidad total (TD) planeada. Laspresiones de pistoneo y surgenciadeberían ser calculadas antes de realizarlos viajes para determinar lasvelocidades máximas seguras de viaje.Los programas de modelación dehidráulica deberían ser usados paraevaluar los efectos sobre la densidadequivalente de circulación de factorescomo la velocidad de bombeo,velocidad de perforación, geometría delpozo, limpieza del pozo, reología ydensidad del lodo. Podría se necesarioajustar estos parámetros para prevenir lapérdida de circulación. Cuando seperfora con sistemas de lodo base aceiteo sintético, el programa VIRTUALHYDRAULICS® de M-I debería ser usadopara analizar los efectos de lastemperaturas y presiones de fondosobre la reología, la ECD y la densidad.

El tipo y la concentración de materialde pérdida de circulación que se usará

serán determinados por el tipo de zonade pérdida, la compatibilidad con elsistema de lodo, y el equipo deperforación usado. La mayoría de losmateriales de pérdida de circulación soncompatibles con lodos base agua, peroalgunos no son compatibles con fluidosbase aceite y sintéticos. Los materialesfibrosos de celulosa como el papel, lacorteza desmenuzada o los materialesagrícolas molidos, absorben la faselíquida del lodo y aumentan laviscosidad. El carbonato de calcio, lamica, el grafito granular y las cáscarasde nueces son generalmente aceptablesen los lodos base aceite y sintético. Elmaterial de pérdida de circulación nodebe taponar los equipos de fondocomo las herramientas de MWD yLWD, los motores de fondo y laspequeñas toberas. Antes de ser añadidosal sistema de lodo, los materiales depérdida de circulación propuestos y susconcentraciones deberían ser revisadospor el operador del equipo paradeterminar si son aceptables. Losequipos taponados requieren viajesadicionales y mayores costos, ademásdel problema de pérdida de circulación.En la práctica, los factores limitantes delos materiales de pérdida de circulacióndeberían ser examinados durante la fasede planificación del pozo y confirmadosen el pozo antes de que surja algúnproblema.

Temperaturas Bajas de la Línea de Flujo

Como se explicó anteriormente, latemperatura del agua disminuye con laprofundidad. Los risers largos rodeadospor agua del mar fría producirántemperaturas del lodo mucho más fríasy viscosidades más altas en el riser y enla línea de flujo. El aumento deviscosidad causado por la temperatura,especialmente en los lodos base aceitey sintético, puede limitar el tamaño delas mallas de la zaranda – que sepueden usar sin perder lodo – aentramados relativamente grandes.Muchas veces se cae en la tentación detratar el sistema de lodo para reducir laviscosidad en la línea de flujo, peroesto se debería evitar ya que reducirá la

limpieza del pozo en el riser. Haciendocircular una tercera bomba de lodo“reforzadora” en el riser, se puedelimitar la cantidad de enfriamientoque ocurre dentro de éste. Se puedeusar un viscosímetro ATAP Fann deModelo 70 para obtener un perfil másexacto de los efectos de lastemperaturas frías y calientes y de laspresiones sobre un lodo determinado.Los datos del viscosímetro pueden serusados con el programa VIRTUALHYDRAULICS de M-I para construir unperfil reológico del pozo para unsistema de lodo en un pozodeterminado.

La mayoría delos materialesde pérdida decirculaciónsoncompatiblescon lodos baseagua...

Los datos delviscosímetropueden serusados...paraconstruir unperfilreológico delpozo...

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La limpieza del pozo es un factor críticopara la perforación en aguas profundas.La falta de limpieza del pozo o riserpuede causar la pérdida de circulación,camas de recortes, el empaquetamientodel pozo y la pega de la tubería. Debidoa estos factores, es imprescindibleplanear y monitorear la limpieza delpozo. La reología del lodo, el caudal y lavelocidad de penetración deben serconsiderados y comparados para lograruna limpieza apropiada del pozo. Elanálisis de la hidráulica debería incluircálculos de la densidad equivalente decirculación y del efecto de lasconcentraciones de recortes sobre laECD. Altas ECDs causadas por la faltade limpieza del pozo o una ROPexcesiva, unidas a bajos gradientes defractura en los ambientes de aguasprofundas, crean una fórmula para lapérdida de circulación. La reología amuy baja velocidad de corte del lodo escrítica para la limpieza del pozo.Debería ser monitoreada y ajustada paraproducir la limpieza del pozo requeridapara el perfil de pozo planeado. Lalimpieza del pozo aún puede serproblemática cuando se optimiza la

reología del lodo en términos decapacidad de transporte (i.e.: bajavelocidad de caída), a menos que se useuna velocidad de circulación adecuaday buenas prácticas de perforación. Laalta ROP y los bajos caudales puedengenerar recortes más rápidamente quela velocidad a la cual éstos pueden serextraídos del pozo. Después deoptimizar la reología del lodo, podríaser necesario controlar la ROP y/oaumentar el caudal para mantener elpozo limpio. Podría ser difícil limpiar elriser, aún cuando todos los parámetrospara limpiar el pozo son correctos.Muchas veces se usa una tercera bombade lodo “reforzadora” para bombeardentro de una línea dedicadareforzadora del riser a fin deproporcionar un caudal y una velocidadsuficientes para limpiar el riser. Laacumulación de recortes en el riser o enel conjunto de BOP submarino puedecausar demoras costosas para el equipode perforación, cuando las pruebas delos BOPs fallan, o para la circulación delos recortes fuera del riser, o cuando sesaca el riser y el conjunto de BOPsubmarino para limpiarlos y repararlos.

Limpieza del Pozo

Control del Pozo

El gradiente de fractura bajo que escomún en los pozos perforados enaguas profundas no permite altaspresiones de cierre de la tubería derevestimiento, especialmente en losintervalos poco profundos. La altapresión de cierre de la tubería derevestimiento en intervalos pocoprofundos podría causar un reventónsubterráneo. Se usan sistemasdesviadores para controlar los amagosde zonas de gas poco profundas.

El riser complica las situaciones decontrol del pozo. Se trata de unatubería que tiene una presiónrelativamente baja y que no estádiseñada para contener presioneselevadas. En las situaciones de controldel pozo, se circula alrededor del risercon el equipo de BOP submarino, y se

hace circular el pozo bajando en latubería de perforación, subiendo por elespacio anular, pasando a través de losBOPs y subiendo por la línea deestrangular paralela al riser, hasta llegaral estrangulador, el cual está ubicado enla cubierta del equipo de perforaciónflotante.

Las líneas largas de estrangular ymatar requieren que se modifique elprocedimiento típico de matarutilizando BOP. Las líneas deestrangular de diámetro pequeñotienen altas pérdidas de presión queimponen una contrapresión sobre lacolumna de lodo y la formación. Lapresión inicial de la tubería derevestimiento (presión en elestrangulador) debe reducirse en unapresión igual a la Pérdida de Presión en

La limpiezadel pozo esun factorcrítico parala perforaciónen aguasprofundas.

Se usansistemasdesviadoresparacontrolar losamagos dezonas de gaspocoprofundas.


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la Línea de Estrangular (CPL). Si no sehace esto, la presión de fondoresultante puede ser mucho más altaque la presión necesaria para controlarel amago y puede causar un reventónsubterráneo. Dos o más líneas deestrangular pueden ser usadassimultáneamente para reducir la CPL,la cual debe ser deducida de la Presiónde Cierre de la Tubería deRevestimiento (SICP) inicial.

Si se produce un amago, las presionesdeberían ser determinadas y la Hoja deMatar rellenada. Luego, el sistema delodo de superficie debe ser densificadohasta alcanzar el peso para matar elpozo, con el pozo cerrado. Por último,se arranca la bomba y se usa elestrangulador para mantener la presiónde la tubería de revestimiento a la SICPinicial menos la CPL, hasta que la

bomba alcance la velocidad lenta debombeo. Una vez que se alcanza lavelocidad lenta de bombeo, se usan losmanómetros del estrangulador y deltubo vertical para mantener elprograma de presiones indicado en laHoja de Matar. Cuando cualquiercantidad de gas o fluidos más ligerosalcanza las líneas de estrangular ydesplaza el lodo pesado, la presiónhidrostática que actúa sobre el pozodisminuye, y se debe cerrar elestrangulador para mantener unapresión constante en la tubería deperforación. Una vez que el pozo estámuerto, el riser debe ser desplazado conlodo densificado y cualquier cantidadde gas entrampada en el conjunto deBOP debe ser desplazada antes de quese pueda abrir y hacer circular el pozo.

Alto Costo Diario del Equipo de Perforación

Resumen

Como se mencionó anteriormente, lasprácticas de perforación y completaciónde pozos en aguas profundas sonoperaciones de alto costo. Estasoperaciones pueden ser optimizadasmediante una planificación biencoordinada y la implementaciónadecuada de todos los esfuerzosrelacionados en un proyecto de aguasprofundas, para reducir los costos ymaximizar la productividad. Sinembargo, un enfoque de los fluidosbasado en precios bajos no siempre

constituye el mejor enfoque para losproyectos en aguas profundas.Cualquier sistema o proceso de fluidosde perforación que pueda ayudar areducir el tiempo requerido para lograrlos objetivos del operador debería serconsiderado, independientemente delcosto. El costo de un sistema de lodo dealto rendimiento puede ser fácilmentecompensado por los ahorros de costosdel equipo de perforación obtenidos alreducir el número de días requeridospara completar el proyecto.

La perforación en aguas profundas esuna tarea compleja y costosa. Losfactores y problemas son únicos yrequieren una planificación yconsideración meticulosa. Debido a laestructura de altos costos, se sugiereestablecer planes para imprevistos. Serequieren lodos de perforación de alto

rendimiento para optimizar lalimpieza del pozo, la estabilidad delpozo y la inhibición de los hidratosde gas. Unidas a buenas prácticas deperforación, estas medidas tienen elpotencial de maximizar lasposibilidades de éxito, minimizandolos costos del pozo.

Cualquiersistema oproceso defluidos deperforaciónque puedaayudar areducir eltiemporequeridopara lograrlos objetivosdel operadordebería serconsiderado...

Perforación de la Sal

Perforación de la Sal 22B.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

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Las formaciones de sal existen enmuchas regiones del mundo que sonproductoras de petróleo. Estas zonasde sal pueden tener varias formas –domos salinos, capas extremadamentegruesas, y mantos o lentes. La químicade estas sales puede variarconsiderablemente, incluso dentro deuna sola capa, desde cloruro de sodiopuro a mezclas muy complejas desales de cloruro. Los tipos principalesde sal son:• Halita (NaCl)• Silvita (KCl)• Bischofita (MgCl2•6H2O)• Carnalita (KMgCl3•6H2O)• Polihalita (K2MgCa2(SO4)4•2H2O)• Taquidrita (CaCl2•MgCl2•12H2O)

Las estructuras de sal también tienendiferencias físicas o mecánicas. La sal esimpermeable y deformable. Los domossalinos, y en grado menor las capasextremadamente gruesas, son plásticos ypueden deformarse fácilmente, según latemperatura y la presión de sobrecarga.Algunas sales son móviles, mientras queotras son fracturadas. Las formacionesde sal suelen contener otros mineralesevaporíticos como la anhidrita (CaSO4),el yeso (CaSO4•2H2O), la kieserita(MgSO4•H2O), la cal (CaCO3) o ladolomita (CaMg(CO3)2), relacionadoscon su estructura. Estos mineralespueden depositarse encima, alrededor o

dentro (interestratificados) de laestructura de sal. Estas zonas pueden serarrecifales, fisuradas o fracturadas.Pueden tener sal en la estructura de poroo contener otros fluidos.

Aunque la perforación de la sal puedaparecer simple, el comportamiento dela sal puede ser complejo. Los fluidos deperforación saturados de recortes deestas formaciones de sales mixtas,tienen una química especialmentecompleja que puede ser difícil deentender y controlar. Varios problemaspueden surgir durante la perforación desecciones de sal.• Disolución de la sal, resultando en el

ensanchamiento del pozo.- Debido a la subsaturación.- Debido a la variación química.- Debido a las fluctuaciones de las

temperaturas.• Deformación de la sal, reduciendo el

diámetro del pozo y causando que sepegue la tubería.

• Control del pozo – flujo dehidrocarburos, CO2, H2S o líquidosde salmuera, y pérdida decirculación.

• Recristalización de la sal y otrosprecipitados, separando losemulsificantes y agentes dehumectación de los lodos base aceitey base sintético, y resultando ensólidos humectados por agua.

Opciones para los Fluidos de Perforación

SISTEMAS BASE AGUA

Con los fluidos base agua, se usa uno dedos enfoques: (1) el uso de un sistemasaturado de sal o (2) el uso de unsistema ligeramente subsaturado paraestimular el ensanchamiento del pozo,lo cual impide que la deformación de lasal cause la pega de la tubería. Laopción de subsaturación a veces esdifícil de manejar, dependiendo de lascondiciones efectivas, y puede causarfácilmente el ensanchamiento excesivodel pozo, lo cual producirá otrascomplicaciones cuando se trata de

obtener una tubería de revestimientocementada, resistente al colapso.

Sistemas saturados base aguasalada. Los fluidos de perforación baseagua deberían estar diseñados para sercompatibles con la sal a perforar. Estopuede ser difícil para las formacionesde sales mixtas, como la carnalita,donde sales no estándar del campopetrolífero, como el cloruro demagnesio, serían necesarias y puede serdifíciles de obtener. Es importante queel sistema esté totalmente saturadocuando se penetra inicialmente la sal,

La químicade...salespuede variarconsiderable-mente, inclusodentro de unasola capa...

Aunque laperforación dela sal puedaparecer simple,elcomportamientode la sal puedeser complejo.

Introducción

Perforación de la SalCAPÍTULO

22B


para prevenir el ensanchamientoexcesivo del pozo en el tope de laformación de sal. Durante laperforación de la sal, el sistemapermanecerá generalmente saturado.

Estos sistemas saturados de saldifieren de otros lodos base agua enque dependen esencialmente depolímeros, no arcillas, para obtenerbuenas propiedades. Cuando se agregauna lechada de bentonita prehidratadaa base de agua dulce a un fluidosaturado de sal, las arcillas seflocularán, aumentando la reología y elfiltrado. Después de esta floculacióninicial, la viscosidad generada por labentonita disminuirá con el tiempo. Labentonita prehidratada suele serbeneficiosa para las píldoras de barridoy para obtener un revoque de buenacalidad, aunque este beneficiodisminuya en cierta medida con eltiempo. La bentonita seca noaumentará de viscosidad una vez que laconcentración de cloruros excede10.000 mg/l. Se puede usar SALT GEL®

(atapulguita) o DUROGEL® (sepiolita)para aumentar la viscosidad en aguassaladas. Los polímeros como laHidroxietilcelulosa (HEC), DUO-VIS®,XCD® o FLO-VIS®, aumentarán deviscosidad para proporcionarpropiedades reológicas. La HEC noproporciona la viscosidad a muy bajavelocidad de corte que es crítica para lasuspensión.

Se puede lograr el control de filtradocon HEC, POLY-SAL™, MY-LO-JEL™ oalmidón FLO-TROL®, o con aditivos deCelulosa Polianiónica (PAC) deviscosidad ultra-baja o super-baja comoPOLYPAC SUPREME UL, POLYPAC® UL, etc.Los polímeros de aplicación especial,estables a altas temperaturas y que

toleran calcio/magnesio, pueden serusados para el control defiltrado/reología en condiciones dealtas temperaturas (>275ºF o 135ºC).Cabe notar que el rendimiento demuchos polímeros disminuye enpresencia de salmueras de alta dureza,especialmente los polímeros aniónicoscomo las PACs y las PoliacrilamidasParcialmente Hidrolizadas (PHPA). Lapresencia simultánea de un pH alto(por ej.: después de perforar elcemento) y de una dureza alta tambiénpuede reducir el rendimiento de lospolímeros viscosificantes de xantano.

Según el tipo de sal perforada,algunos precipitados pueden formarse.Los precipitados pueden sercompuestos de sal o de hidróxido. Lasolubilidad mutua de las sales estádescrita en la sección sobre elensanchamiento del pozo. El cloruro demagnesio puede precipitar hidróxidode magnesio en un lodo de altocontenido de cal o de pH alto.

Sistemas subsaturados base agua. Enalgunas zonas, el uso de sistemassubsaturados de sal ha sidoperfeccionado de tal manera que lavelocidad de disolución de la salcorresponde a la velocidad de reptaciónde la sal. Una de las dificultades de esteenfoque es que, para las secciones largasde sal, la velocidad de reptación puedevariar considerablemente entre el tope yel fondo, y el lodo en el espacio anularpuede volverse saturado en la barrena(debido a los recortes de sal), de talmanera que no puede disolver más sal alsubir por el espacio anular. Este métodosólo debería usarse en zonas donde lasección de sal es corta y dondeconstituye una práctica común en lospozos vecinos.

La bentonitaprehidratadasuele serbeneficiosapara laspíldoras debarrido ypara obtenerun revoquede buenacalidad...

SISTEMAS DE EMULSIÓN INVERSALos lodos base aceite o sintéticotambién pueden ser usados paraperforar las secciones de sal. Lacapacidad de humectación por aceitey el contenido más bajo de aguareducen la disolución de sal ycontrolan el ensanchamiento delpozo, pero las sales seguirándisolviéndose en la fase acuosa,manteniéndola saturada. Variasreacciones pueden producirse debidoal exceso de concentración de cal y alalto contenido de cloruros. Lasreacciones pueden ser imprevisibles yvarían según la composición de la saly la temperatura. Estos sistemaspueden ser formulados con unavariedad de sales en la fase acuosa,como alternativa al cloruro de calcio.Los sistemas con una fase interna decloruro de calcio o cloruro demagnesio han sido usados con éxito.Aunque se prefiera usar sistemas baseaceite para perforar la sal, de maneraque se pueda mantener un pozo decalibre uniforme, en realidad las salespueden ser más perjudiciales para loslodos de emulsión inversa que paralos lodos base agua. Los aspectos másdañinos son la recristalización de lasal y la precipitación de hidróxido demagnesio. Ambas reaccionesproducen partículas extremadamentefinas que tienen un área superficialenorme. Esto puede causar elagotamiento rápido de losemulsificantes y agentes dehumectación por aceite. El consumo

de los emulsificantes y agentes dehumectación por aceite puede causarla humectación por agua de lossólidos.

La estabilidad de los sistemas deemulsión inversa debería sermonitoreada de la manera indicada alfinal de este capítulo. La humectaciónpor agua puede ser monitoreada de lamanera descrita en el capítulo sobreemulsiones no acuosas. Lahumectación por agua es másevidente por el aspecto granuloso, nobrillante, y la remoción de los sólidoshumectados por agua (barita) en lazaranda. Varias pruebas pueden serusadas para anticipar un problema dehumectación por agua, incluyendo laprueba de densificación y la pruebacon frasco de vidrio.

Los tratamientos para evitar lainestabilidad del lodo en los lodosbase aceite incluyen la adición deagua para disolver los precipitados yun número considerablemente másalto de tratamientos diarios conemulsificante y agente dehumectación. La saturación totaldebería evitarse; para el cloruro decalcio, esto es aproximadamente 38%en peso. La adición de agua esespecialmente importante para pozosde Alta Temperatura, Alta Presión(ATAP) donde las temperaturaselevadas de la línea de flujo causan laevaporación del agua, produciendo lasaturación y precipitación de cristalesde sal.



CAPÍTULO

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Disolución – Ensanchamiento del Pozo

Antes de perforar la sección de sal, losfluidos base agua deberían estarsaturados con respecto a la composiciónde la formación de sal, para minimizarla cantidad de sal disuelta y elsocavamiento resultante. Elmantenimiento de un pozo de calibrecasi uniforme mejora la cementación através de estas secciones y minimizarálas posibilidades de rotura de la tuberíade revestimiento debido a ladeformación de la sal. Elensanchamiento del pozo causado por

la disolución no puede evitarsetotalmente con un fluido base agua,pero puede ser minimizado a un nivelaceptable. Varios factores contribuyen ala disolución de la sal.

La solubilidad de diferentes sales enun fluido determinado controlará lacantidad de formación disuelta. Elcloruro de calcio y el cloruro demagnesio son más solubles que loscloruros de sodio y potasio. Laimportancia de la solubilidad relativa delas sales es que en la solución, la sal que

Variaspruebaspueden serusadas paraanticipar unproblema dehumectaciónpor agua...

Lasolubilidadde diferentessales en unfluidodeterminadocontrolará lacantidad deformacióndisuelta.


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tiene la solubilidad más baja seprecipitará primero. Por ejemplo, si semezcla cloruro de calcio (solubilidadmás alta) dentro de agua saturada decloruro de sodio (menos soluble), elcloruro de calcio se precipitaríainmediatamente. Por lo tanto, si se usaun fluido de perforación saturado decloruro de sodio para perforar unasección de sal que contiene cloruro decalcio, el cloruro de calcio se disolverá yel cloruro de sodio se precipitará. Segúnla solubilidad de cada sal, se logrará unequilibrio de solubilidad mutua. LaFigura 1 muestra la solubilidad mutuapara sales de cloruro de calcio, sodio ypotasio.

Figura 1: Solubilidad mutua de CaCl-2, NaCl y KCl(según Kemp, SPE 16688).

La solubilidad mutua puede ser muycompleja. Hay una gran variabilidad enlo que se refiere a cuál sal se disuelve ycuándo se disuelve. Esto depende de lasotras sales que estén presentes, de suconcentración y de la temperatura. Lasolubilidad de las sales están indicadasen el siguiente orden, de la más solublea la menos soluble: CaCl2 > MgCl2 >NaCl > KCl. A medida que se perforandiferentes tipos de sales, este equilibriocomplejo puede cambiar. El cloruro decalcio es la sal “preferida”. Permanecerádisuelta a mayores concentracionescuando otras sales son agregadas alfluido, aunque parte del cloruro decalcio pueda ser desplazado por las otrassales.

Otra causa de la disolución estárelacionada con los efectos de latemperatura. Como lo muestran lasFiguras 2 y 3, las sales son más solublesa mayores temperaturas y su relación desolubilidad mutua cambia cuando la

temperatura aumenta. La cantidad desal que se disuelve en el fondo del pozoaumenta cuando las temperaturas sonmás altas. Cuando el fluido encirculación se acerca a la superficie, latemperatura disminuye, cristalizando lasal, y una porción de los cristales de salserá eliminada por el equipo de controlde sólidos. Cuando la circulacióncontinúa, el fluido vuelve a calentarseen el fondo y la capacidad dedisolución de sal aumenta. Este ciclo decalentamiento y enfriamiento se repiteen cada circulación subsiguiente,aumentando la cantidad de sal que sedisuelve y causando el ensanchamientodel pozo. Se pueden usar inhibidoresquímicos de cristalización y tanques delodo calentados (descritos más adelante)para mantener la saturación en el fondodel pozo. Este cambio de la solubilidadcon la temperatura también indica quela línea de flujo siempre deberíacontener cristales de sal cuando seperfora una formación de sal. Si no haycristales, es probable que el lodo noesté saturado en las condiciones defondo.

Figura 2: Efecto de la temperatura sobre la solubilidadde sales individuales.

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0

CaCl2MgCl2

KCl

NaCl

0 50 100 150 200 250 300 350Temperatura (°C)So

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sal

(% p

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Figura 3: Efecto de la temperatura sobre la solubilidad mutua.

80

60

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0

375°F (190°C)

202°F (95°C)

122°F (50°C)

86°F (30°C)

32°F (0°C)

0 5 10 15 20 25 30 35NaCl (% peso)

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El cloruro decalcio es lasal“preferida”.

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00 5 10 15 20 25 30

NaCl (% peso)

0% KCl 77°F (25°C)

5% KCl10% KCl15% KCl

CaC

l 2(%

pes

o)



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Las secciones de sal presentancaracterísticas de flujo plástico, bajotemperaturas y presiones suficientes.Aunque sea difícil correlacionar lasmagnitudes requeridas para iniciar elflujo plástico de sal, debido a lavariedad de ambientes, se hadeterminado que una sección de saltiende a ser más sensible a latemperatura y a la presión que lasformaciones adyacentes.

Las formaciones de sal son raramenteplásticas o problemáticas cuando estánubicadas a profundidades inferiores a5.000 pies, sometidas a temperaturasinferiores a 200ºF (93ºC), o cuandotienen menos de 1.000 pies de espesor.En el caso de las capas de sal, ladeformación puede ser mucho menosevidente. Cuando se perfora un pozo através de una sección de sal, el esfuerzodentro de la sal se disipa y la sal fluyehacia el pozo. Por este motivo, lassecciones de sal deberían ser perforadascon viajes cortos y ensanchadas conregularidad.

Una sal puede fluir (“reptar”) losuficiente para cerrar el pozo y pegar lacolumna de perforación. Las píldoras debarrido con agua dulce pueden serusadas para disolver la sal que estáreptando y liberar la tubería pegada.Una píldora de agua dulce de 25 a 50bbl suele ser suficiente para liberar latubería pegada. Las buenas prácticas deperforación también pueden minimizarlos problemas de deformación de sal.Perforando cada junta o grupo detuberías, y limpiando esa sección antesde realizar la conexión siguiente,asegurará que se ha abierto yestabilizado lo suficiente la sección desal. Viajes del limpiador realizados conregularidad a través de la sección de sal,hasta la tubería de revestimiento,también ayudarán a asegurar que elpozo permanece abierto.

Aumentar el peso del lodo es la únicamanera práctica de controlar lavelocidad a la cual el pozo se cierra. Elcierre nunca será eliminado, pero puedeser controlado a un nivel aceptabledurante el tiempo requerido paraperforar la sección. La fuerza que

exprime la sal es igual al peso de lasobrecarga. Esto significa que los pesosdel lodo pueden ser muy altos. Por logeneral, cuanto mayor sea laprofundidad de entierro, mayor será elpeso del lodo. Los pesos de lodorequeridos para perforar sales puedenexceder 20,0 lb/gal (SG 2,4). Como lomuestra la Figura 4, el peso de lodorequerido para reducir la reptación de lasal a menos de 0,1% por hora puede sercalculado a partir de la temperatura yprofundidad de la formación.

En el caso de un pozo completado, lasal puede fluir lo suficiente para causarel colapso de la tubería derevestimiento. En algunos casos, elmovimiento de la sal es tan lento queeste problema no se manifiesta pormuchos años. Una tubería derevestimiento de gran resistencia y unabuena cementación después de perforarun pozo de calibre casi uniformetienden a distribuir la carga de sal demanera más uniforme sobre elintervalo, lo cual reduce el potencial decolapso de la tubería de revestimiento.La experiencia ha demostrado queconviene usar un cemento saturado desal, de alta resistencia a la compresión,y una tubería de revestimiento de granresistencia, diseñada para un colapso de1,0 psi/pie.

Deformación – Flujo Plástico

Figura 4: Peso de lodo requerido para controlar la reptación de lasal.

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Tem

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°F

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8 10 12 14 16 18 20 22Peso del lodo (lb/gal)

Prof

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s)

...unasección desal tiende aser mássensible a latemperaturay a la presiónque lasformacionesadyacentes.

Una salpuede fluir losuficientepara cerrarel pozo ypegar lacolumna deperforación.


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Es importante entender el ambiente deesfuerzos y presiones subsuperficialescerca y dentro de las estructuras de sal.Como la sal es menos densa (SG deaproximadamente 2,1) que lasformaciones adyacentes, tenderá a flotaren el ambiente subsuperficial en eltranscurso del tiempo geológico. Estoexplica la formación de domos salinos yla migración de la sal. Debido a estasfuerzas y a estos movimientos, losesfuerzos alrededor y dentro de lasestructuras de sal pueden serconsiderables y difíciles de estabilizar.Las zonas limítrofes entre la sal y lasformaciones adyacentes suelen sermezclas geológicamente complejas derocas muy alteradas y perturbadas. Noes raro que haya una gama muylimitada de pesos de lodo que puedancontrolar las presiones de la formacióny los fluidos sin causar la pérdida decirculación.

La sal también forma una trampa obarrera para la migración de aceite, gasy aguas. Esta es una de las razones porlas cuales tantas operaciones deperforación y producción son realizadascerca de formaciones de sal. También esla razón por la cual hay tantosproblemas del pozo en las zonaslimítrofes de las secciones de sal. En laperforación por debajo de la sal, se creeque el agua entrampada puede hacerque estas zonas limítrofes se saturen deagua y sean muy parecidas al lodo ymuy débiles, sin ninguna integridad dela formación. En estas condiciones, nilas lutitas ni las arenas pueden sercompactadas, y pueden retener suconstitución original blanda y noconsolidada, independientemente de suedad. En estas situaciones, lasformaciones son muy dispersivas y sefracturan fácilmente (causando lapérdida de circulación), y sin embargoproducen amagos con cambios muyligeros del peso del lodo.

Como la sal es plástica, el ambientede esfuerzos sobre la roca es diferente delas formaciones de lutita, arena ocarbonato. En la lutita, el esfuerzomáximo está orientado normalmenteen la dirección vertical y hay una

situación de presiones desobrecarga/poro/intergranular. En la sal,las presiones y los esfuerzos son igualesen todas las direcciones, porque se tratade un material plástico. Esto hace quetoda la sobrecarga se transforme enpresión poral, y a medida que se perforala sección de sal, todo el peso de la salse suma a la sobrecarga y debe serigualada aumentando el peso del lodo.La sal tiene una gravedad específica deaproximadamente 2,1, por lo tanto, enalgunas situaciones, podría ser necesarioaumentar el peso del lodo en unasección de sal en 0,9 psi/pie, según lalongitud y temperatura de la sección. Silos fluidos comprimidos dentro de unaformación porosa ubicada por debajode secciones de sal, están entrampadospor el depósito suprayacente de salimpermeable, la presión de yacimientode los fluidos que están por debajo deeste depósito de sal será probablementeigual a la presión de sobrecarga.

Se suele asociar las secciones de salcon otras secciones de evaporita ocarbonato, anhidritas, calizas ydolomitas, que pueden contenerpermeabilidad y porosidad en la formade fisuras o fracturas. En algunos casos,estos espacios porales están llenos sal,pero en muchos sitios tienen fluidos,gas, aceite o salmuera bajo presioneselevadas. En algunos casos, las fracturasdentro de las sales contienen fluidos. Lamayoría de las sales sonautoregenerables; por lo tanto,generalmente no hay fracturas, peroamagos de alta presión se hanproducido en sales fracturadas enMichigan. El gas asociado con estasformaciones puede ser dióxido decarbono, sulfuro de hidrógeno, metanoo líquidos de hidrocarburos.

El fluido de perforación debería teneruna densidad suficiente para controlarla presión. En muchos casos, la líneadivisoria entre controlar un amago yperder la circulación es muy sutil,debido a la naturaleza fracturada y débilde estas formaciones. La selección delmaterial de pérdida de circulaciónpuede ser limitada por la alta viscosidaddel fluido y la cantidad reducida de

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La saltambiénforma unatrampa obarrera parala migraciónde aceite, gasy aguas.

Control del Pozo



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La recristalización resulta de ladisminución de la temperatura de unasolución supersaturada de sal o de laintroducción de una sal más soluble. Lasal menos soluble es la primera enrecristalizarse. Uno de los problemas dela recristalización es que la masa depequeños cristales tiene un áreasuperficial enorme, la cual estáhumectada de forma preferencial y engrado alto por agua, y es difícil dehumectar por aceite en los fluidos deemulsión inversa. En los sistemas baseaceite, estas partículas adsorbenrápidamente el agente humectante y elemulsificante, causando la inestabilidaddel fluido. El crecimiento de los cristalescomienza en un sitio de nucleación.Este sitio puede ser la superficie de unsólido perforado o las superficies de lastuberías de revestimiento o de losequipos de control de sólidos. Enmuchos casos, la recristalización serámás evidente en las zarandas, donde lasmallas serán obturadas y taponadas porsólidos y cristales de sal agregados.

Además de la recristalización de la salen partículas individuales, la sal puederecristalizarse en el fondo del pozo,formando aglomerados masivos. Se hanreportado casos en los que lasacumulaciones de sal en la zapata decementación de la tubería derevestimiento eran tan grandes que nose podía sacar la barrena del pozo. Lossólidos humectados por agua se hanacumulado dentro de la tubería deperforación, causando un aumento dela presión del tubo vertical. Esta masade sal puede ser eliminada mediantepíldoras de barrido con agua dulce. Elpotencial de este tipo de recristalización

puede ser minimizado controlando lacantidad de sólidos en un fluido con unbuen programa de control de sólidos.

Durante la perforación, lastemperaturas más bajas sonencontradas en los risers de aguasprofundas y en la superficie. En climasseptentrionales, se ha observado que losproblemas de recristalización son másgraves en primavera y en otoño,cuando hay grandes variaciones de lastemperaturas superficiales entre el día yla noche. En verano, así como eninvierno, la temperatura varíageneralmente menos entre el día y lanoche, aunque la diferencia entre lastemperaturas de fondo y lastemperaturas superficiales sea másgrande en invierno. En algunos casos,se han usado sistemas de lodocalentados en la superficie paramantener el lodo en un estado saturadoa fin de prevenir la recristalización.

A veces se usan inhibidores químicosde precipitación de sal en lodos baseagua para prevenir la recristalizaciónmanteniendo la supersaturación de lasalmuera. Estos materiales interfierencon la formación de la estructura delcristal. Muchas veces, estos materialessólo aumentan el punto de saturaciónde la salmuera y no superan elproblema de recristalización. Se requiereuna concentración suficiente deinhibidor para prevenir larecristalización. Durante la perforaciónde la sal, el sistema depende delinhibidor. Si no se mantiene laconcentración del inhibidor o éste seagota en los sólidos perforados, puedeproducirse una recristalización grave.

RecristalizaciónLarecristalizaciónresulta de ladisminución dela temperaturade unasoluciónsupersaturadade sal o de laintroducción deuna sal mássoluble.

Se hanreportadocasos en que lasacumulacionesde sal en lazapata decementaciónde la tuberíaderevestimientoeran tangrandes queno se podíasacar labarrena delpozo.

agua libre.El fluido de perforación también

debería ser tratado para contrarrestar oeliminar los contaminantes, de lamanera descrita en el capítulo sobreContaminación y Tratamiento. Ladensidad debería ser aumentada paraeliminar el influjo de fluidos. El dióxidode carbono debería ser eliminado portratamiento, aumentando el pH a másde 10 mediante la adición de cal. La

precipitación causada por el aumentodel pH puede producir una viscosidadexcesiva; realizar pruebas piloto en lassales divalentes complejas. El sulfuro dehidrógeno debería ser tratadoaumentando el pH a más de 11mediante la adición de cal o sodacáustica y usando un secuestrante desulfuro a base de cinc, tal como óxidode cinc, carbonato de cinc o SV-120™,con una concentración suficiente paraeliminar los sulfuros.


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Conviene pretratar un sistema deemulsión inversa para la perforación dela sal, especialmente para las sales decalcio/magnesio muy solubles. Laspautas proporcionadas a continuaciónayudarán a mantener la estabilidad delfluido durante la perforación de la salcon un sistema de emulsión inversa.1. Mantener un relación sintético:agua

o aceite:agua alta para reducir elimpacto de la contaminaciónpotencial del sistema por agua osalmuera y minimizar el volumen defase acuosa disponible para disolverla sal.

2. Monitorear la composición de sal dela fase acuosa del lodo para evitar susupersaturación por uno de loscationes monovalentes. Para lasformaciones de halita, esto significaque se debe usar las valoraciones desal binaria y los cálculos descritos enel capítulo sobre Emulsiones NoAcuosas. Si la concentración decloruro de sodio de la fase internaaumenta, podría ser necesario tratarantes el lodo con emulsificante yagente de humectación, luegoañadiendo agua y posiblementecloruro de calcio al sistema. No sedebe añadir agua o sal seca a unsistema que presenta característicasde filtrado o inestabilidad de laemulsión.

3. Manejar la reología a nivelesaceptables más bajos, para minimizarcualquier aumento de viscosidad quepuede ser causado por un influjo desalmuera.

4. En condiciones “normales” deperforación, monitorear el filtradoATAP y la Estabilidad Eléctrica de laEmulsión (abreviada “ES”). Usarestos valores como guía paradeterminar los tratamientos diarioscon emulsificante, los cualesdeberían estar comprendidos entre0,25 y 0,5 lb/bbl para cadaemulsificante. Antes de perforaciónla formación de sal, el lodo debería

ser tratado con 1,0 lb/bbl deemulsificante y agente dehumectación. Determinar el filtradoATAP a dos temperaturas (porejemplo, 300ºF y 250ºF). Losresultados de la prueba a latemperatura más alta proporcionaránuna primera indicación de cualquierdebilitamiento de la emulsión.

5. Verificar con regularidad la ATAP(Alta Temperatura, Alta Presión) de la“línea de flujo”, el contenido de sal yla ES (Estabilidad Eléctrica de laEmulsión). Estas propiedadesproporcionarán una primeraindicación de los problemas dellodo. Los contenidos de sal medidosson esenciales, ya que los sólidoshumectados por agua serán puestosde manifiesto por un alto contenidode arena, debido a la agregación delos sólidos (incluyendo la barita) enpartículas del tamaño de arena. Si elcontenido de arena aumentaconsiderablemente con respecto alnivel de base, entonces puede haberun problema con el lodo. Esto sedebe averiguar corriente arriba de laszarandas, si no será necesario filtrarlas partículas de mayor tamañohumectadas por agua.

6. La perforación de formaciones de salpuede causar indicaciones erráticasde la ES. Monitorear la estabilidad dela emulsión usando los resultados deATAP.

7. Medir el contenido de magnesio,calcio y exceso de cal. El contenidoefectivo de Mg2+ en el lodo puedepermanecer constante, ya queMg(OH)2 se precipitará y seráextraído del sistema por las zarandas,resultando en bajos contenidos deMg2+. Durante la perforación, elinflujo de sales de magnesio seráindicado por las variaciones descritasa continuación:

• Marcada disminución delcontenido de cal.

Tratamiento de Fluidos de Emulsión Inversa Durante laPerforación de la Sal

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_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Convienepretratar unsistema deemulsióninversa paralaperforaciónde la sal...



CAPÍTULO

22B

• Aumento de la ViscosidadPlástica (VP).

• Disminución de la relaciónaceite:agua.

• Disminución de ATAP (debido altaponamiento del papel filtropor Mg(OH)2).

8. Si el H2S es un posible peligro, unsecuestrante de sulfuros a base decinc, como óxido de cinc ocarbonato de cinc, debe sermantenido en las existencias comoproducto de emergencia en caso deinflujo. Medir con regularidad laconcentración de sulfuro usando elTren de Gas de Garrett.

9. Mantener un exceso de cal entre 3 y5 lb/bbl. Esto debería serdeterminado usando el método devaloración directa. El método deretrovaloración puede darresultados erráticos debido a lainterferencia causada porMg(OH)2.

10. Para asegurar una humectaciónpor aceite adecuada cuando seagrega barita al sistema, laconcentración deemulsificantes/agentes dehumectación debería seraumentada.

11. Para anticipar la inestabilidadpotencial del lodo durantecualquier aumento del peso dellodo, una prueba piloto detolerancia de la densificacióndebería ser realizada antes deperforar, y con regularidad durantela perforación de la sal.

PRUEBA DE DENSIFICACIÓN:1. Tomar una muestra de lodo de un

cuarto de galón o un litro delsistema activo.

2. Agregar barita para aumentar elpeso del lodo en 3,0 lb/gal (SG0,36), para pesos de lodo < 15lb/gal. Para pesos de lodo > 15lb/gal, agregar suficiente barita paraaumentar la densidad hasta 18lb/gal.

3. Realizar un control completo dellodo mencionado, incluyendo losvalores de ATAP a 300ºF (149ºC).

4. Si los resultados del control de lodoindican la inestabilidad del lodo, lostratamientos de aceite base,emulsificantes y agentes dehumectación, posiblemente conadiciones de agua, deberían sersometidos a pruebas piloto.

Alta Temperatura, Alta Presión (ATAP)

ATAP 22C.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

22C

La clasificación de un pozo como pozode Alta Temperatura (AT) o pozo de AltaTemperatura, Alta Presión (ATAP), sueleelevarlo a la categoría de “pozo crítico ydifícil”. Los pozos están clasificadoscomo pozos ATAP cuando sus presionesde formación exceden una presiónequivalente de 15 lb/gal y lastemperaturas estáticas de fondo sonmayores que 350ºF (177ºC). Laspresiones de fondo correspondientespueden requerir pesos de lodo de hasta20 lb/gal para mantener el control delpozo.

En las zonas tradicionalmentesobrepresurizadas o de pozo caliente,como el Sur y el Este de Texas, la Bahíade Mobile, México, el Noroeste de Brasil,el Mar del Norte, Italia y Yugoslavia, noes raro que las temperaturas de lasformaciones excedan 400ºF (204ºC). Enmuchos pozos geotérmicos y profundosde gas, estas temperaturas elevadas sonmás bien la norma que la excepción.Por ejemplo, en la perforación de pozosgeotérmicos, no es raro que lastemperaturas sean mayores que 350ºF(177ºC), a profundidades de sólo 2.500pies. En estas situaciones, lastemperaturas de la línea de flujo son

excesivas (>200ºF o 93ºC) y se suelerequerir el uso de enfriadores de lodo.Después de los viajes, el lodo puedeponerse tan caliente que se vaporizainstantáneamente durante la circulacióninicial desde el fondo hacia arriba.

Históricamente, los sistemas baseaceite de alta temperatura (AT) bienformulados han proporcionado unamejor estabilidad térmica que los lodosbase agua, y por ese motivo constituyenlos sistemas preferidos para los pozosATAP. Sin embargo, debido a lasrestricciones ambientales cada vez másestrictas, se han desarrollado sistemasbase agua con bajo contenido decoloides (menos sólidos activos), queson adecuados para el ambiente ATAP. Eldesarrollo continuo de nuevos aditivosde AT que presentan una mayorestabilidad térmica promete hacer de lossistemas de fluido base agua, unaalternativa más viable a los lodos baseaceite en el futuro. Más énfasis en elcontrol de sólidos, la ingenieríamejorada del pozo y el régimen deprueba apropiado han conducido a unempleo más frecuente – y éxito - delodos base agua ATAP.

Todos los lodos disminuyen suviscosidad en cierta medida al serexpuestos a temperaturas elevadas, yluego se estabilizan antes de alcanzarsu límite térmico. La Figura 1 ilustralos efectos de las temperaturas elevadassobre la viscosidad plástica de un lodobase agua. Como lo muestra la Figura1, hasta una temperatura de 225ºF(107ºC), la viscosidad plástica de lododisminuye con la temperatura,básicamente a la misma velocidad quela viscosidad del agua. Sin embargo,hasta una temperatura de 300ºF(149ºC), la viscosidad plástica empiezaa aumentar lentamente. A más de300ºF (149ºC), es muy probable que ellodo se densifique rápidamente. Ladisminución inicial de la viscosidad

debería ser considerada, ya queafectará la limpieza de pozo y otrasfunciones de fondo.

Efectos de la Temperatura

Figura 1: Disminución de la viscosidad del lodo base aguacausada por el calor, comparado al agua (según Annis, SPE

1698).

50

40

30

20

10

0

0 50 100 150 200 250 300 350Temperatura (°F)

Lodo

Agua(normalizada)

Vis

cosi

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plás

tica

(cP

)

Laclasificaciónde un pozocomo pozo deAltaTemperatura(AT) o pozode AltaTemperatura,Alta Presión(ATAP), sueleelevarlo a lacategoría de“pozo críticoy difícil”.

Introducción

Alta Temperatura, Alta Presión (ATAP)CAPÍTULO

22C


Cuando las temperaturas estáticas defondo son excesivas, la gelificación y elexceso de viscosidad pueden causarproblemas graves. Las propiedadesreológicas afectan muchos parámetrosde fondo, incluyendo la DensidadEquivalente de Circulación (ECD), lalimpieza del pozo, el asentamiento debarita, las presiones desurgencia/pistoneo durante los viajes,las presiones de bombeo y la hidráulicade la barrena. Los instrumentos comoel viscosímetro Fann Modelo 50 paralodos base agua y el viscosímetro FannModelo 70/75 para los fluidos baseaceite y sintético, pueden medir estoscambios de las propiedades. Luego,estas medidas se pueden usar en elprograma de computadora VIRTUALHYDRAULICS® par modelar y calcular elcomportamiento del fluido. Elprograma VIRTUAL HYDRAULICS incluyeTPRO, un simulador de temperatura decirculación, para calcular lastemperaturas y las propiedades dellodo.

La reología es aún más importanteen los pozos profundos ATAP, donde eldiámetro del pozo típicamente máspequeño aumenta las presiones deECD. En consecuencia, las presionesanormales encontradas en los pozosATAP requieren mayores densidades delodo. La concentración creciente desólidos de incluso los materialesdensificantes no reactivos, tambiénpuede reducir la estabilidad térmica delfluido, cuando la cantidad de líquidobase “libre” o disponible es reducidapor el área superficial de los sólidos. El

exceso de viscosidad y gelificaciónaumenta la posibilidad de pérdida decirculación. La estabilidad térmica deun lodo puede ser determinadafácilmente mediante el envejecimientoestático con calor, de la maneradescrita al final de este capítulo, ymidiendo la resistencia al corte estáticoy las propiedades después delenvejecimiento. La resistencia al corteestático es similar al esfuerzo de gel yse mide con un tubo de corte especialy pesas.

El riesgo de pegadura por presióndiferencial aumenta en un pozo ATAP,porque el peso de lodo necesario paracontrolar las presiones puede sermucho más alto que la presión enotras formaciones expuestas. Si altastemperaturas causan un filtradoinestable, el riesgo de pega de latubería será importante. Es crítico queel filtrado ATAP a la temperatura defondo sea monitoreado y controlado.La contaminación también tendrá unefecto inestabilizante sobre el controlde filtración y reducirá la estabilidadtérmica. Si se anticipa cualquiercontaminación, otros materiales defiltración y taponamiento seránnecesarios. La lubricidad del revoquees un factor importante para evitar lapega de la tubería, especialmente enpozos de alto ángulo y de alcanceextendido. Como los fluidos baseaceite y sintéticos tienen una mejorlubricidad que los sistemas base agua,podrían ser preferidos para los pozosmuy desviados.

...laspresionesanormalesencontradasen los pozosATAPrequierenmayoresdensidadesde lodo.



CAPÍTULO

22C

Los efectos perjudiciales de los sólidosperforados a temperaturas elevadashan sido bien documentados. Atemperaturas bajas, un fluido puedetolerar grandes cantidades de sólidosreactivos, sufriendo pocos efectosperjudiciales. Sin embargo, atemperaturas elevadas, los sólidosreactivos floculan y comienzan agelificarse, causando una viscosidadelevada y posiblemente lasolidificación. La temperaturaespecífica a la cual un fluido se vuelveinestable depende del tipo de sólidos yde su concentración, así como delgrado de tratamiento químico. Comolo muestra la Figura 2, cuando seaumenta la concentración debentonita a más de 9 lb/bbl en unlodo base agua no densificado, laestabilidad térmica disminuyeconsiderablemente, tal como lo indicael aumento del esfuerzo de gel a 30minutos.

La bentonita es más reactiva que lossólidos perforados, pero una mayorconcentración de sólidos perforadostendrá el mismo efecto. La cantidadde bentonita o sólidos perforados queun lodo puede tolerar, permaneciendoestable a una temperaturadeterminada, disminuye cuando elpeso del lodo aumenta. Como loindica la Tabla 2 para el sistemaDURATHERM™, la cantidad de bentonitaen la formulación se reduce cuando elpeso del lodo aumenta. El límite detemperatura específico disminuyecuando el contenido de sólidosreactivos aumenta.

A fin de mejorar y estabilizar lareología de los fluidos base agua dealta temperatura, se usan materialesaniónicos para prevenir la floculación.Esto ayuda a prevenir la gelificación.Los diluyentes aniónicos incluyenmateriales orgánicos como ellignosulfonato (SPERSENE™) y el lignito(TANNATHIN®), así como polímeros

sintéticos como TACKLE® y DURALON™.Estos materiales aniónicos se adsorbenen los bordes de las laminillas dearcilla, neutralizando las cargas de losbordes catiónicos y previniendo lafloculación.

Los sólidos reactivos incluyen labentonita, agregada para viscosidad yfiltración, y los sólidos perforados quecontienen lutitas y arcillas. La Pruebade Azul de Metileno (MBT) de laCapacidad de Intercambio Catiónico(CEC) de un lodo base agua constituyeuna medida excelente del contenidode sólidos reactivos. Para muchoslodos base agua ATAP, la MBT debe sermantenida por debajo de unequivalente de 15 lb/bbl.

Para minimizar los efectosperjudiciales de temperaturas elevadassobre las propiedades del lodo, esimportante:• Mantener un bajo contenido de

sólidos reactivos.• Tratar correctamente el sistema con

aditivos de estabilización térmicapara la reología y el control defiltración.

• Amortiguar el pH a un nivel quepermita extender la eficiencia de losaditivos y reducir el impacto de lacontaminación.

Efecto de los Sólidos Reactivos

Figura 2: Efecto de la concentración de bentonita sobrela estabilidad térmica (según Annis, SPE 1698).

140

120

100

80

60

40

20

0

27 lb/bbl

(Demasiado altopara ser medido a300ºF)

18 lb/bbl

9 lb/bbl

0 75 150 225 300 375Temperatura (°F)Es

fuer

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e ge

l a 3

0 m

in. (

lb/1

00 p

ies2 )

La MBT deun lodo baseaguaconstituyeuna medidaexcelente delcontenido desólidosreactivos.


22C


La mayoría de los criterios usados paraseleccionar los sistemas de lodo para lospozos de petróleo y gas ATAP, tambiénson aplicables para la perforación depozos geotérmicos. Las diferenciasprincipales son las presionesencontradas, las densidades usadas, lafrecuencia y severidad de la pérdida decirculación y el tipo de fluidos de laformación producidos.

Como las presiones en la mayoría delos pozos geotérmicos varían desubnormal a normal, en general no serequiere material densificante. Casisiempre se usan lodos base agua de bajadensidad para la perforación de pozosgeotérmicos. Una vez que se perfora elyacimiento, suele producirse unapérdida de circulación porque laspresiones del yacimiento sonconsiderablemente más bajas que la

presión hidrostática del agua. El fluidode perforación debería ser establetérmicamente, de manera que el fluidoperdido no se solidifique y perjudique laproducción. Se han desarrollado fluidosde perforación de pozos geotérmicosque usan sepiolita (DUROGEL®), unaarcilla en forma de varilla o aguja similara la atapulguita (SALT GEL®). La sepiolitano flocula ni causa la gelificación atemperaturas elevadas, pero debido a suforma, no constituye un buen aditivo decontrol de filtración. Normalmente, lasformulaciones usan de 10 a 20 lb/bbl desepiolita o una mezcla de 5 a 10 lb/bblde sepiolita con 5 a 10 lb/bbl debentonita.

El hecho de que la produccióngeotérmica sea vapor “seco” (sin agualíquida) o “húmedo” (siendo líquido enel fondo y vaporizándose

Perforación de Pozos Geotérmicos

Casi siemprese usan lodosbase agua debaja densidadpara laperforación depozosgeotérmicos.

Varios factores deben tomarse enconsideración durante la selección de unfluido para los pozos ATAP. Éstosincluyen:• Temperatura. La estabilidad térmica

de todo el sistema y de los aditivosrelacionados debe ser determinada.

• Estabilidad del pozo. Como lamayoría de los pozos ATAP nocontienen tantas formaciones sensiblesal agua como los pozos normales, laestabilidad de lutitas dependegeneralmente del peso de lodo. Sinembargo, al seleccionar un sistema defluido, sigue siendo importante que sedetermine la sensibilidad a losproductos químicos y al agua de lasdiferentes formaciones que seránperforadas.

• Densidad del lodo. Como reglageneral, los fluidos de baja densidadson más fáciles de formular. Paraaplicaciones de alta densidad, seránecesario usar sistemas base aceite osistemas base agua dispersos. Para laperforación exploratoria, donde elprograma de pesos de lodo requeridosno está bien definido, se sugiere usarlodos base agua, porque el problemade solubilidad de gas hace difícil

detectar amagos con sistemas baseaceite.

• Contaminación. Es crítico que seanticipen las posibilidades decontaminación. Esto incluye gasescomo el sulfuro de hidrógeno (H2S) yel dióxido de carbono (CO2), o sales yotros contaminantes. Si se anticipacontaminación, es preferible usarlodos base aceite porque éstos sonmenos sensibles a la mayoría de loscontaminantes químicos.

• Consideraciones relacionadas con elmedio ambiente/seguridad. Lasrestricciones relacionadas con el medioambiente afectan generalmente laselección del lodo. El sistemaseleccionado debe cumplir con losreglamentos locales y ser capaz demantener el control del pozo.

• Consideraciones económicas. Elcosto básico del sistema, lasvelocidades de penetraciónanticipadas, la logística, la eficienciadel control de sólidos y la probabilidadde zonas de pérdida de circulación sonfactores que deben ser consideradospara decidir si se usará un lodo baseaceite, un lodo base sintético o unlodo base agua.

Selección del Fluido

Si se anticipacontaminación,es preferibleusar lodos base aceite...



CAPÍTULO

22C

instantáneamente cerca de la superficie),también afectará la selección del sistemade lodo que será usado para perforar elintervalo productivo. En formacionescon producción de vapor seco, se sueleusar aire para perforar el yacimiento encondiciones de desbalance, produciendovapor cuando la perforación continúa.En yacimientos de vapor de aguahúmedo o agua caliente, se usansistemas de agua o de agua aireada. Laperforación con aire no es posible en lamayoría de los yacimientos de vapor deagua húmedo, ya que el influjo de aguaserá demasiado grande.

Independientemente del tipo, el fluidode perforación propuesto para cualquierpozo ATAP debe ser probado bajocondiciones simuladas, a la temperaturamáxima que se anticipa. La reología y elfiltrado deberían ser medidos yestabilizados. Es imprescindible que elingeniero de lodos tenga plenoconocimiento del rendimiento de todoslos aditivos bajo diferentes temperaturasde fondo. Se recomienda limitar el

número de productos usados en unaformulación de alta temperatura. Estosimplifica el aspecto técnico de laformulación del lodo en el pozo y evitala confusión.

Si se usa un sistema base agua, éstedebe ser monitoreado cuidadosamentedurante la perforación del pozo, ypodría ser necesario modificar laformulación cuando la temperaturaaumenta con la profundidad. La tasas dedilución de los fluidos de perforaciónATAP depende del tipo de lodo y delequipo de control de sólidos usado. Latasa de evaporación en un lodo baseaceite puede aumentar la salinidad de lafase acuosa (estabilidad decreciente) y larelación de aceite a agua. Los fluidosbase agua requieren una dilución regularpara mantener un contenido de sólidossuficientemente bajo y un valor de MBTaceptable. Los procedimientos y equiposusados para probar los sistemas de fluidoATAP están descritos al final de estecapítulo.

Los sistemas base aceite son sensibles ala temperatura y a la presión. Como semencionó anteriormente,históricamente se ha preferido usar estossistemas para perforar pozos calientes ymuy presurizados, porque tienen unaestabilidad térmica intrínsecamentemejor y resisten a los efectos de lamayoría de los contaminantes deperforación. Los fluidos base aceitedisminuyen de viscosidad cuando latemperatura aumenta y se expanden demanera que la viscosidad y la densidadde fondo pueden ser diferentes de losvalores medidos en la superficie.Afortunadamente, debido a lacompresión, las presiones elevadas confluidos de alta densidad contrarrestanesta expansión.

Normalmente, los fluidos base aceitepara las aplicaciones ATAP no requierenextensos tratamientos adicionales o unadilución frecuente. Las formulacionesdeberían ser preparadas con arcillasorganofílicas especiales de altatemperatura como VG-HT™, y deberíanusar una concentración alta (5 a 15lb/bbl) de materiales asfálticos de altatemperatura de ablandamiento como

VERSATROL, para aumentar la viscosidad yreducir el filtrado. Para ambienteshostiles donde se anticipa la presenciade gases ácidos, se debe mantener elexceso de cal a un nivel más alto que elnormal (>10 lb/bbl).

Sin embargo, los lodos base aceite nosolucionarán todos los problemas queson inherentes a la perforación de unpozo ATAP. Algunas de sus limitacionesincluyen:• Perdida de circulación. . Puede ser

muy costosa cuando estos sistemasson usados, y suele ser difícil decontrolar.

• Detección de arremetida de gas. . Lasolubilidad del gas dentro del sistemadificulta la detección de arremetida.

• Separación de la barita. Los influjosde gas reducen la viscosidad de la faseacuosa, causando la separación osedimentación de la barita.

• Medio ambiente. Es posible que elsistema no cumpla con losreglamentos locales.

• Registros. Algunas situaciones deexploración requieren registros quedeben ser realizados en fluidos baseagua.

Sistemas de Lodo Base Aceite

...estossistemas...tienen unaestabilidadtérmicaintrínsecamentemejor y resistena los efectos dela mayoría deloscontaminantesde perforación.


22C


Los sistemas base agua convencionalesson sensibles a la temperatura, pero noson muy comprimibles. En general, losfluidos base agua son preferibles desdeel punto de vista ambiental y tienen uncosto unitario más bajo. Sin embargo,son menos resistentes a lacontaminación y no proporcionan elmismo nivel de lubricidad que losfluidos base aceite.

Controlando la concentración debentonita y sólidos activos, yempleando aditivos estabilizadores, esposible formular sistemas base agua dealta temperatura y bajo contenido decoloides. El control superior de sólidos yla dilución adecuada son factorescríticos para la aplicación exitosa de lossistemas base agua.

Como se mencionó anteriormente,las arcillas activas pueden estimular lagelificación y otros problemasreológicos a temperaturas elevadas. Enlos sistemas de bajo contenido decoloides, las concentraciones debentonita y sólidos activos sonmínimas. En general, en un lodo de 18lb/gal, la concentración de bentonitadebería ser reducida aaproximadamente 5 lb/bbl. Como semencionó, durante el diseño de unsistema base agua para aplicaciones enATAP, la concentración de bentonitadebe mantenerse baja y laconcentración de sólidos reactivosdebería ser monitoreada usando laprueba de azul de metileno.

Considerando el bajo contenido degel de estos sistemas, debería haber unafuerte probabilidad de que la barita sesedimente, sin embargo esto no se haobservado en el campo. Uno de loscasos mencionados en materialespublicados se refiere a un pozo que nohabía sido puesto en circulación por 40días. Cuando se reanudó la circulación,las propiedades del sistema base aguahabían cambiado muy poco conrespecto al desplazamiento original. Nose observó ninguna sedimentación y elsistema presentaba una toleranciaextremadamente alta de la temperatura.

Como la temperatura del fluido encirculación en pozos ATAP esconsiderablemente más baja que latemperatura de la formación, losproductos no están sometidos a lastemperaturas más altas, excepto durantelos viajes. Cuando las temperaturasaumentan durante los viajes, losviscosificadores como la CelulosaPolianiónica (PAC) y los polímeros dexantano pueden degradarse, pero noproducen productos secundarioscontaminantes. Estos polímerosviscosificantes, usados por encima de sulímite de temperatura, se llamanviscosificadores “sacrificatorios”.Aunque se pierda la funciónviscosificante de los polímeros, esto serácompensado por el aumento de laviscosidad causado por la floculacióntérmica de los sólidos reactivos. Por lotanto, se mantienen las propiedades desuspensión y viscosidad, reduciendo laposibilidad de sedimentación. Además,el consumo de producto se limita a lapequeña cantidad de fluido deperforación expuesta a las temperaturasmás altas de la formación. Se puedelograr una viscosidad adecuada sin usardemasiada bentonita, mediante el usode otro viscosificador como la sepiolita(DUROGEL) o la atapulguita (SALT GEL). Enlos sistemas base agua, los sólidos debaja gravedad específica deberían sermantenidos a menos de 6%, los sólidosperforados a <4%, y la MBT a <15 lb/bblpara 10 lb/gal, y <5 lb/bbl para 18lb/gal, según la temperatura.

Otros requisitos específicos de loslodos base agua incluyen:• Adición de estabilizadores reológicos

de alta temperatura, tal como losdiluyentes aniónicos.

• Uso de aditivos de filtradotérmicamente estables.

• Mantenimiento de un pH estable.• Cuando se usan aditivos que se

degradan en CO2 – como ellignosulfonato o el lignito se deberíaañadir una pequeña cantidad deexceso de cal para prevenir lacontaminación.

Sistemas de Lodo Base Agua

...los fluidosbase aguasonpreferiblesdesde elpunto devistaambiental ytienen uncostounitario másbajo.



CAPÍTULO

22C

Como se mencionó anteriormente, sehan usado pesos de lodo de hasta 20lb/gal para controlar los pozos ATAP. Elaumento de la concentración desólidos y del área superficial limita lacantidad de líquido “libre” disponible yresulta en un fluido que tiene unaviscosidad plástica alta y una toleranciabaja de muchos sólidos reactivos. Lamenor cantidad de líquido “libre”también hace que sea más difícil paralos otros aditivos solubilizarse yfuncionar eficazmente. Esta fase líquidareducida aumenta la concentraciónefectiva de aditivos usados, como lomuestra la Figura 3. El factor devolumen es la recíproca de la fracciónde agua y se puede usar paradeterminar la concentración de unaditivo en la fase líquida. Debido a lafase líquida reducida, la concentraciónde productos requerida para lograr unresultado deseado es más baja,especialmente en los que se refiere a losviscosificadores a base de arcillas. Esto

explica la razón por la cual se necesitamenos bentonita cuando la densidadaumenta. Por ejemplo, si se trata unlodo de 19 lb/gal con 10 lb/bbl, elvolumen reducido de la fase líquidaresulta en un multiplicador o factor devolumen de 1,754, haciendo que estosea equivalente a un tratamiento de17,5 lb/bbl (1,754 x 10) en un lodo nodensificado con casi 100% de líquido.

Sistemas de Lodo de Alta Densidad

Figura 3: Contenido de agua y factor de volumen vs.peso del lodo.

10095908580757065605550

1,81,71,61,51,41,31,21,11,0

Contenidode agua

Factor devolumen

8,5 10,5 12,5 14,5 16,5 18,5 20,5Peso del lodo (lb/gal)

Con

ten

ido

de a

gua

(%)

Fact

or d

e vo

lum

en (

l/F W

)

En general se prefiere usar fluidos baseagua cuando hay preocupacionesrelacionadas con el medio ambiente,la evaluación de la formación, ladetección de amagos o la pérdida decirculación. Además, estos fluidostienen un costo unitario más bajo.

M-I tiene tres sistemas de fluido baseagua para aplicaciones de AT: lossistemas DURATHERM™, ENVIROTHERM™ yPOLYSTAR™ 450.

EL SISTEMA DURATHERM

El sistema Duratherm está diseñadopara ser usado en pozos contemperaturas de fondo hasta 550ºF(287ºC). El sistema puede ser formuladohasta 25 lb/gal (SG 2,4). El sistemaDURATHERM fue desarrollado a partir deformulaciones similares usadas comofluidos de empaque, donde se requiereuna estabilidad reológica a largo plazo.OBSERVACIÓN: El sistema DURATHERMemplea un aditivo de cromo, el XP-20®, y

no se recomienda en zonas sensibles desdeel punto de vista ambiental.

El sistema DURATHERM de bajocontenido de coloides es estable enpresencia de contaminación de gasesácidos, sales y sólidos perforados. Laestabilidad del sistema DURATHERM selogra minimizando la concentración debentonita y sólidos activos, agregandoun polímero sacrificatorio (POLYPAC®)para obtener la viscosidad requerida afin de suspender la barita en los tanques,y agregando XP-20 para su efecto deestabilización térmica sobre los sólidosreactivos. Además, se suele usar RESINEX®

para proporcionar el control defiltración ATAP. Esta combinación deaditivos, indicada en la Tabla 1, reducelos problemas de gelificación causadospor la floculación de arcillas activas atemperaturas elevadas, y mejora laresistencia del fluido a lacontaminación.

Sistemas Base Agua de Alta Temperatura

Esta faselíquidareducidaaumenta laconcentraciónefectiva deaditivosusados...

El sistemaDURATHERM debajo contenidode coloides esestable enpresencia decontaminaciónde gasesácidos, sales ysólidosperforados.


22C


Para convertir un lodo existente a unsistema DURATHERM, se requiere unareducción del contenido de sólidosactivos mediante dilución o usandoequipos de control de sólidos. Cuandose ha reducido el contenido de sólidosactivos para lograr una MBT inferior a15 lb/bbl, los tratamientos con XP-20® yRESINEX pueden ser usados para lograr laspropiedades requeridas del fluido ATAP.El pH y la alcalinidad deberían serajustados a un nivel de 9 a 10,5 consoda cáustica, potasa cáustica y/o cal.Los lodos recién preparados tendrán unaviscosidad, puntos cedentes y esfuerzosde gel bajos. Estos lodos recientesdeberían ser tratados con cantidadesadicionales de POLYPAC (o DUO-VIS®) paraaumentar la viscosidad en los tanques,previniendo así la sedimentación de labarita. Sin embargo, una vez comenzadala perforación, los sólidos perforados seacumularán, proporcionándole al fluidouna reología suficiente para suspender elmaterial densificante.

La concentración de XP-20 debería sermás o menos igual al peso del lodo unavez que la temperatura de fondo excede350ºF (176ºC). En general, lostratamientos con lignosulfonato(SPERSENE) deberían ser interrumpidos atemperaturas de fondo mayores que325ºF. El equipo de control de sólidos –zarandas, hidrociclones y centrífugas –deben ser operados con la mayoreficiencia posible para minimizar loscostos de mantenimiento.

Aditivo Material FunciónXP-20 Cromolignito Estabilizador de

viscosidad y control de filtradol

RESINEX Polímero resínico Filtrado ATAPTANNATHIN Lignito Control de

filtradoDUO-VIS Xanthan gum Viscosidad y

suspensiónPOLYPAC R Celulosa Viscosidad y

or UL polianiónica filtradoM-I GEL Bentonita Revoque y

viscosidadSoda Hidróxido de Alkalinity andcáustica sodio pH control

Cal Hidróxido Alcalinidad y de calcio control de pH

Yeso Sulfato de calcio Alcalinidad y control de pH

FER-OX® Hematita Material densificante

LO-WATE™ Calcium Material carbonate densificante

M-I BAR® Barite Material densificante

Tabla 1: Sistema Duratherm – función de losproductos.

Peso del SodaLodo Agua M-I GEL POLYPAC TANNATHIN SPERSENE CF® THERMEX Cáustica M-I BAR

(lb/gal) (bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl)9 0,937 16 1 5 5 5 2 11

10 0,897 15 1 5 5 5 2 6611 0,866 14 1 5 6 6 2 1212 0,826 13 1 5 6 6 2 17913 0,788 11 1 5 6 6 2 23614 0,751 10 1 5 7 7 2 29115 0,714 9 1 5 7 7 2 34816 0,674 8 1 5 8 8 2 40417 0,640 6 1 5 8 8 2 46118 0,608 5 1 5 8 8 2 517

Tabla 3: Formulación de Envirotherm a 400°F (204°C).



CAPÍTULO

22C

FORMULACIÓN DE DURATHERM A 400ºF(204ºC)

Se puede usar la Tabla 2 como guíapara preparar un nuevo sistemaDURATHERM. El orden de adición esimportante cuando se prepara un lodofresco. Primero, el pH debe ser ajustadoa un nivel de 9,5 a 10,0 con sodacáustica o potasa cáustica. Luego, sedebe reducir el calcio a <100 mg/l concarbonato de sodio o carbonato depotasio. Entonces se puede agregar M-IGEL®, dejando que se hidrate. Luego losmateriales poliméricos son agregadospara reología y control de filtrado. Otrosaditivos pueden ser introducidos en estemomento, ya sea individualmente ocon el material densificante.

Se advierte que las formulaciones deDURATHERM recién preparadas son pocodensas y requieren tratamientoshorarios de polímeros para suspensión,antes de que los sólidos perforados seacumulen en el sistema. Por esta razón,estos fluidos parecen ser demasiadoligeros y se sedimentan durante las

evaluaciones realizadas en laboratorio.

EL SISTEMA ENVIROTHERMENVIROTHERM fue diseñado como

sistema del tipo DURATHERM sin cromo.Actualmente hay dos variacionesbásicas del sistema Envirotherm:

Una variación, mostrada en la Tabla3, se usa principalmente en elHemisferio Occidental y es similar a unDURATHERM sin cromo que usaTANNATHIN o SPERSENE CF® para el controlde reología, y THERMEX® para el controlde filtrado. Los lodos recién preparadostienen una viscosidad, puntos cedentesy esfuerzos de gel bajos. Estos lodosrecientes deberían ser tratados concantidades adicionales de POLYPAC (oDUO-VIS®) para aumentar la viscosidaden los tanques a fin de prevenir lasedimentación de la barita. Una vezcomenzada la perforación, los sólidosperforados se acumulan y leproporcionan al fluido una reologíasuficiente para suspender el materialdensificante.

Peso del SodaLodo Agua M-I GEL DUO-VIS POLYPAC XP-20®* Cáustica M-I BAR

(lb/gal) (bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl) (lb/bbl)9 0,937 16 0,25 1 10 2 11

10 0,897 15 0,25 1 10 2 6611 0,866 14 0,25 1 11 2 1212 0,826 13 0,25 1 12 2 17913 0,788 11 0,25 1 13 2 23614 0,751 10 0,25 1 14 2 29115 0,714 9 0,25 1 15 2 34816 0,674 8 0,25 1 16 2 40417 0,640 6 0,25 1 17 2 46118 0,608 5 0,25 1 18 2 517

*Se puede sustituir 5 lb/bbl de XP-20 por 5 lb/bbl de Resinex para obtener valores de filtrado ATAP más bajos.

Tabla 2: Formulación de DURATHERM a 400°F (204°C).

El orden deadición esimportantecuando seprepara unlodo fresco.

ENVIROTHERM

fue diseñadocomosistema deltipoDURATHERM

sin cromo.

Tabla 4: Sistema de polímero Envirotherm.


22C


La otra variación de ENVIROTHERM,mostrada en la Tabla 4, se usaprincipalmente en el Mar del Norte ycontiene una variedad de polímeros

sintéticos y productos únicos, loscuales están descritos en esta tabla.

EL SISTEMA POLYSTAR 450El sistema POLYSTAR 450 es un fluido baseagua de alta temperatura desarrolladorecientemente, y constituye un sistemasintético base agua, mejorado conpolímeros, que puede resistirtemperaturas hasta 450ºF (232ºC). Nocontiene cromo y no emplea ningúnaditivo de lignito o lignosulfonato,como lo demuestra la Tabla 5.

El sistema es muy simple y usaRHEOSTAR para controlar la reología,DURASTAR para controlar el filtrado ATAP,y GEL SUPREME™ para el revoque y laviscosidad.

Aditivo Material Función Concentración

M-I GEL Bentonita Revoque y viscosidad 15 - 50 kg/m3

(5 - 18 lb/bbl)

ENVIROTHERM V Polímero AMPS sintético Viscosificador y filtrado 0 - 6 kg/m3 (0 - 2 lb/bbl)

ENVIROTHERM F Copolímero de poliacrilamida Filtrado ATAP 2 - 8 kg/m3 (1 - 3 lb/bbl)

ENVIROTHERM D Mezcla de polímeros sintéticos ATAP Dispersante y filtrado 5 - 10 kg/m3 (1 - 4 lb/bbl)

ENVIROTHERM DL Diluyente de poliacrilato, líquido Diluyente La necesaria

ENVIROTHERM DP Diluyente de poliacrilato, en polvo Diluyente La necesaria

ENVIROTHERM R Polímero de lignina polianiónica Filtrado y dispersante 6 - 12 kg/m3 (2 - 4 lb/bbl)

ENVIROTHERM T Lignina modificada Dispersante La necesaria

SPERSENE SP Lignosulfonato de hierro modificado Dispersante y filtrado La necesaria

Cal Hidróxido de calcio pH 0,3 - 0,8 kg/m3

(0,1 - 0,3 lb/bbl) Carbonato Carbonato de sodio pH y reductor de calcio 0,5 - 1,0 kg/m3

de sodio (0,2 - 0,4 lb/bbl)

GLYDRIL™ MC Poliglicol Temperatura y 0 - 5% (en volumen)estabilidad de lutitas

FER-OX Hematita Material densificante La necesaria para el peso del lodo

LO-WATE Carbonato de calcio Material densificante La necesaria para el peso del lodo

M-I BAR Barita Material densificante La necesaria para el peso del lodo

Aditivo Material FunciónRHEOSTAR Mezcla de Control de

polímeros/ reologíacopolímeros sintéticos

DURASTAR Terpolímero Control de sintético filtrado

GEL SUPREME Bentonita Revoque y viscosificador

Soda cáustica Hidróxido Alcalinidadde sodio

FER-OX Hematite Material densificante

LO-WATE Carbonato Material de calcio densificante

M-I BAR Barita Material densificante

Tabla 5: Función de los productos del sistemaPOLYSTAR 450.

…El sistemaPOLYSTAR 450es...unsistemasintéticobase agua,mejoradoconpolímeros,que puederesistirtemperaturashasta 450ºF.



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22C

En estas aplicaciones críticas, elmonitoreo cuidadoso del sistema defluido es esencial para mantenerpropiedades estables y prevenir eventosperjudiciales como la pega de la tubería,la gelificación, la pérdida de circulacióny otros. A continuación se proporcionauna descripción general de las pruebas ylos equipos aplicables.

ENVEJECIMIENTO CON CALOR ATEMPERATURAS ELEVADAS (CELDAPRESURIZADA DE PRUEBA)El envejecimiento estático con calor (encontraposición al rolado) se usanormalmente para medir la cantidad degelificación o sedimentación que puedeproducirse a temperaturas elevadas. Lamedida más crítica es la resistencia alcorte estático, la cual se describe al finaldel capítulo. El envejecimiento concalor puede ser usado para monitorearlos parámetros de reología y filtracióndel lodo usado en la perforación ATAP. • Usando la Tabla 6, determinar el

volumen de líquido y la presióninicial a usar para llenar la celda deenvejecimiento con calor. Debido a laexpansión de los líquidos cuando lastemperaturas aumentan, esimportante que no se llene demasiadola celda para una temperaturadeterminada.

• Después de llenar la celda con elvolumen de lodo especificado, montarla celda y presurizarla al nivelindicado en la columna “PresiónSugerida” de la Tabla 6, usandonitrógeno para prevenir lavaporización. Normalmente se puedeusar el múltiple del filtro prensa dealta presión para presurizar las celdas

de envejecimiento. • Colocar la celda llena y presurizada en

el horno de envejecimiento con calor,en posición vertical. Envejecer la celdacon calor a la temperatura deseada ydurante el tiempo deseado(generalmente a la temperatura defondo durante 16 a 24 horas).

• Retirar la celda y enfriarla al aire hastaque la temperatura sea inferior a200ºF. CUIDADO: Usar siempre guantespara alta temperatura cuando semanejan las celdas de envejecimiento concalor que están calientes, para evitarquemaduras.

• Después de examinar el lodo en lacelda abierta, reportar la condición dela muestra envejecida como “fluida”,“gelificada”, “plástica” o “dura”.

• Determinar la resistencia al corte de lamanera descrita en la siguientesección.

MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTEUSANDO EL TUBO DE CORTE (SEGÚN APIRP13B-1: APÉNDICE B)Descripción del procedimientoLos lodos de perforación tienden adesarrollar resistencias al corte bajocondiciones estáticas, cuando estánexpuestos a temperaturas elevadas. Lasresistencias al corte excesivas requierenaltas presiones de bombeo para“romper” la circulación, lo cual puededar lugar a la pérdida de circulación. Laalta resistencia al corte también puedecausar dificultades en las operaciones deregistro, perforación y otras operacionesdentro del pozo.

El procedimiento descrito acontinuación puede ser usado para

Pruebas de los Fluidos de Perforación de Alta Temperatura

Temperatura de Coeficiente de Envejecimiento Presión Sugerida Expansión para el Agua Volumen de Lodo

°F °C psi kPa Factor Celda de Celda de 260 ml* 500 ml

212 100 25 172 1,04 225 450

250 121 50 345 1,06 225 450

300 149 100 690 1.09 200 400

350 177 150 1.034 1,12 200 400

400 205 250 1.724 1,16 * 350

450 232 300 2.068 1,27 * 350

* No usar celdas no presurizadas a temperaturas de 350ºF (177ºC) o mayores.

Tabla 6: Volumen y presión de lodo recomendados para el envejecimiento a temperaturas elevadas.

Elenvejecimientocon calorpuede serusado paramonitorear losparámetros dereología yfiltración dellodo usado enla perforaciónATAP.

Los lodos deperforacióntienden adesarrollarresistencias alcorte bajocondicionesestáticas,cuando estánexpuestos atemperaturaselevadas.


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determinar la manera en que las altasresistencias al corte se desarrollarán enun lodo determinado. Como laresistencia al corte se mide en unamuestra de lodo que ha sido sometidaal envejecimiento estático con calor, lastemperaturas de envejecimiento debenacercarse a las temperaturas de fondodel pozo. Como las resistencias al corteestático son comparables a los esfuerzosde gel, las mismas unidades son usadaspara ambos.

Equipo1. Tubo de corte de acero inoxidable.

• Length ................ 3,5 pulg. (89 mm)• Diámetro

exterior................ 1,4 pulg. (36 mm)• Espesor

de pared ........ 0,008 pulg. (0,2 mm)2. Plataforma para pesas.3. Pesas apilables.4. Regla (en pulg.).

Procedimiento1. Colocar y equilibrar con cuidado el

tubo de corte y la plataforma sobre lasuperficie de la muestra envejecidaque ha sido enfriada a la temperaturaambiente. Para asegurar que el tubopenetre el lodo verticalmente, podríaser necesario desplazar las pesas en laplataforma.

2. Colocar con cuidado en la plataformalas pesas de un gramo que seannecesarias para causar el descenso deltubo de corte. Con un peso ideal, eltubo se detiene en el punto donde laresistencia al corte del lodoenvejecido, la cual está actuandocontra la superficie del tubo, essuficiente para soportar el pesoaplicado. Por lo menos la mitad de lalongitud del tubo debería estarsumergida.

3. Registrar el peso total, incluyendo laplataforma y las pesas (20 g), engramos. Medir la porción sumergidadel tubo en pulgadas. La longitudsumergida del tubo puede serdeterminada con mayor precisiónmediante la medición de la porciónno sumergida cuando el tubo alcanzasu profundidad de penetraciónmáxima. La medida se puede tomarcolocando una pequeña regla a lolargo del tubo, en la superficie dellodo. De este modo, la longitud del

tubo menos la longitud expuesta esigual a la porción sumergida.

CálculoResistencia al corte (lb/100 pies2) =

3,61 (Z + W)– 0.256 A

L

Donde:Z = Peso del tubo de corte (20 g)W = Peso de corte total (g) (suma de la

plataforma y las pesas)L = Longitud sumergida del tubo de

corte (pulg.)A = Peso del lodo (lb/gal)

EQUIPO DE PRUEBA A TEMPERATURASELEVADAS

Viscosímetro Fann Modelo 50 paraaltas temperaturas

El viscosímetro rotativo Modelo 50 esun instrumento de alta temperatura(500ºF o 260ºC) y baja presión (1.000psi/6.894 kPa) que puede medir laspropiedades reológicas en condicionesde fondo simuladas. Es totalmentesuficiente para medir elcomportamiento térmico de un lodobase agua, ya que estos fluidos no sonafectados por la compresibilidad.

El Modelo 50 puede ser usado paramedir la viscosidad del fluido a todas lasvelocidades de corte, más los esfuerzosde gel, cuando se aumenta latemperatura. Estos datos pueden serusados para determinar las propiedadesde flujo en condiciones de fondo. Si elfluido se mantiene a cada temperaturaelevada por un tiempo suficiente, sepuede determinar el límite deestabilidad térmica del lodo. La Figura 4muestra un gráfico de una prueba típicade estabilidad térmica, usando

Figura 4: Resultados de la prueba con el Modelo 50.

120

100

80

60

40

20

0

550

450

350

250

150

50

-50

Viscosidad

Límite de temperatura

Temperatura

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Tiempo (min)

Vis

cosi

dad

(cP)

Tem

pera

tura

(°F

)

El Modelo 50puede serusado paramedir laviscosidaddel fluido atodas lasresistenciasal corte, máslos esfuerzosde gel,cuando seaumenta latemperatura.



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solamente la medida de esfuerzo decorte a 100 RPM. Como lo demuestra elgráfico, cuando la temperaturaaumenta, la viscosidad disminuye.Luego, a una temperatura determinada,la viscosidad comienza a aumentar,densificando el fluido por encima de sulímite de estabilidad térmica. Los lodosbase aceite son más comprimibles, porlo tanto su viscosidad se debe medir apresiones elevadas para obtener datosde viscosidad exactos, de la maneradescrita a continuación para elviscosímetro Fann Modelo 70/75.Viscosímetro ATAP Fann Modelo70/75El viscosímetro rotativo Modelo 70/75es un instrumento de alta temperatura(500ºF o 260ºC) y alta presión (20.000psi/140.000 kPa) que puede medir laspropiedades reológicas en condicionesde fondo simuladas. Se puede usar pararealizar la prueba de los fluidos baseaceite o sintético, porque estos fluidosson comprimibles. Esta unidad puedemedir la viscosidad del fluido acualquiera velocidad de corte, más losesfuerzos de gel, cuando se aumenta lapresión, y luego la temperatura.Cuando la presión aumenta, el perfilreológico aumenta. Cuando latemperatura aumenta, la viscosidaddisminuye. Entonces, si se mantiene elfluido por suficiente tiempo a esastemperaturas elevadas, la viscosidadempezará a aumentar, densificando elfluido por encima de su límite deestabilidad térmica.

En general, el viscosímetro FannModelo 70/75 se mantiene atemperatura elevada solamente por eltiempo requerido para medir lasindicaciones de esfuerzo de corte. Esdifícil determinar cualquier datorelacionado con la estabilidad térmicafinal del lodo a partir de estosresultados. Sin embargo, estos datos deviscosidad pueden ser usados en elprograma VIRTUAL HYDRAULICS® paraobtener el mejor cálculo sobre elcomportamiento térmico, reológico ehidráulico real del fluido.

Consistómetro ATAP Fann Modelo5STDLEl consistómetro es un instrumento queusa un campo magnético oscilante parahacer subir y bajar un balancín

magnético a través del lodo encondiciones ATAP. El tiempo requeridopara hacer subir y bajar el balancínconstituye una indicación de laviscosidad y gelificación. Un gráfico deesta viscosidad equivalente vs. tiempo ytemperatura indicará el límite térmicodel lodo, como lo muestra la Figura 5.

Filtrado ATAPEl filtrado ATAP constituye unaherramienta excelente para evaluar laestabilidad térmica y la condición de unfluido de perforación de altatemperatura o ATAP. El monitoreo y elmantenimiento de un filtrado bajo y deun revoque delgado en condiciones dealta temperatura son factoresimprescindibles para prevenirproblemas del pozo.

GranulometríaEl rango de tamaños de partículas enun fluido de perforación determinará laviscosidad y las propiedades defiltración. Se trata de la combinacióndel contenido total de sólidos y delporcentaje de partículas con un tamañode menos de 4 micrones. Estodetermina si el fluido tiene unproblema de sólidos finos. Esta pruebapuede mostrar una tendencia, la cualpuede predecir la dirección futura deestas propiedades. Indica elrendimiento del equipo de control desólidos y la necesidad de dilución.También identifica el efecto probablede los aditivos reductores de filtración.Esta prueba no puede ser realizada enel pozo.

Figura 5: Evaluación de la estabilidad térmica con elconsistómetro.

60

50

40

30

20

10

0

Límite de temperatura

75 125 175 225 275 325 375 425 475 525Temperatura (°F)

Un

idad

es d

e co

nsi

sten

cia

Esta unidadpuede medir laviscosidad delfluido acualquieravelocidad decorte, más losesfuerzos degel, cuando seaumenta lapresión, yluego latemperatura.

El filtradoATAPconstituye unaherramientaexcelente paraevaluar laestabilidadtérmica y lacondición deun fluido deperforación dealtatemperatura oATAP.

Fresado

Fresado 22D.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

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22D

El término fresado se usa en la industriade perforación para describir el cortemecánico y la remoción de unaestructura de acero del pozo. Losobjetos de acero que son generalmentefresados incluyen la basura en el pozo,el colgador de la tubería derevestimiento corta, partes de unacolumna de perforación pegada o rotapor torsión, o la tubería derevestimiento cuando se corta unaventana para desviar el pozo o perforarde nuevo. El corte de una ventana en latubería de revestimiento es una prácticaque se usa cada vez más cuando sevuelve a desarrollar campos de altocosto o viejos.

Por ejemplo, una plataforma deperforación y producción es muycostosa y el número de sitios deperforación disponibles es limitado. Porlo tanto, cuando un pozo falla o seagota, será necesario mantener elnúmero de pozos productivos, porrazones económicas, ya que esto estádirectamente relacionado con larentabilidad continua del desarrollo. Lanecesidad de salvar los pozos noeconómicos y la introducción de laperforación horizontal (exponiendo

secciones más largas del yacimiento)han conducido a una mayor frecuenciade las operaciones de fresado de seccióndurante el redesarrollo y larecompletación de los pozos existentesy entubados.

La mayoría de los fluidos deperforación están diseñados paraproporcionar una buena limpieza delpozo, eliminando los recortes de lasformaciones sedimentarias que tienenuna Gravedad Específica (SG) deaproximadamente 2,6. Sin embargo,durante una operación de fresado, ladensidad del material que debe sertransportado hasta la superficie por elfluido, es casi 3 veces más alta; el acerotiene una SG de aproximadamente 7,8.Actualmente, las operaciones máseficaces de fresado de sección de latubería de revestimiento pueden sacarde 8 a 15 pies por hora (pies/hora) detubería de revestimiento, convelocidades instantáneas de 35 a 70pies/hora. Para transportar eficazmenteun volumen tan grande de materialdenso del pozo, se requierenconsiderables aumentos de la hidráulicay capacidad de transporte del fluido deperforación.

Introducción

Opciones para los Fluidos de Fresado

Numerosos fluidos han sido diseñadospara la remoción eficaz de los recortesde acero. Los sistemas más exitosostienen dos características comunes.Éstas son:1. Fluidos que disminuyen su viscosidad

con el esfuerzo de corte, con unacapacidad de transporteextremadamente alta, debido a la altaViscosidad a Muy Baja Velocidad deCorte (LSRV).

2. Fluidos reductores de arrastre y debaja pérdida de presión que causanuna menor pérdida de presión en lacolumna de perforación y permitenel uso de mayores caudales.Al combinar satisfactoriamente estas

dos características, un fluido con unacapacidad de transporte excepcional seconvierte en un fluido que puede lograraltas velocidades anulares.

Tres sistemas de fluido básicos sonusados comúnmente en las operacionesde fresado. La formulación1. Los sistemas VERSA o NOVAPLUS® con

una LSRV elevada usan VERSAMOD™

(y/o HRPTM) o NOVAMOD™

(respectivamente) para aumentar laviscosidad.

2. El sistema FLO-PRO® con una LSRVelevada (viscosidad Brookfield a 0,3RPM mayor que 60.000 cP), usa unode los productos de la familia FLO-VIS®

para aumentar la viscosidad.3. El sistema DRILPLEXTM. Este sistema es

básicamente un sistema de bentonitaprehidratada, floculado con MMH.Tanto el sistema MMH como el

sistema Flo-Pro presentan altas LSRVs ylas características de pérdida depresión/reducción de arrastre.

El términofresado seusa...paradescribir elcortemecánico y laremoción deunaestructura deacero delpozo.

FresadoCAPÍTULO

22D


Una velocidad anular alta y unacapacidad de transporte alta son las dospropiedades principales que serequieren a fin de obtener una buenalimpieza del pozo para una operaciónde fresado exitosa. Para obtener untransporte eficaz de las virutas de acerodel pozo, se requiere una VelocidadAnular (AV) y una LSRV del fluidoconsiderablemente más altas que lasque se usan normalmente en lasoperaciones de perforación.

Caudales. Como regla general, la AVdebería aumentar en 50 a 75% respectoa la AV normal para un pozo de tamañodeterminado. Esto requieregeneralmente 35 a 50 gal/min porpulgada de diámetro del pozo. Puedenrequerirse AVs de hasta 250 a 350pies/min. La siguiente ecuación se usapara calcular el caudal mínimo para lasoperaciones de fresado:

DPOZO2 – DTUBERÍA2Q (gpm) = 600 x

DPOZO x MWtDonde:DPOZO = Diámetro de la tubería de

revestimiento (pulg.)DTUBERÍA = Diámetro de la tubería

(pulg.)MWt = Peso del Lodo (lb/gal)

Si el área de flujo total de los molinospuede ser ajustado con toberas, deberíaser maximizado para permitir el caudalmás alto posible.

Reología. Durante las operaciones defresado, la LSRV, medida por laindicación del cuadrante a 3 RPM,debería ser mantenida a más de 25. Sedebe usar la LSRV o el punto cedente abaja velocidad de corte en vez delpunto cedente plástico de Bingham, yaque la reología a baja velocidad de corteproporciona una mejor indicación de lacapacidad real de transporte.

Suspensión. Para suspender laspartículas de acero cuando las bombasestán apagadas, es importante teneraltos esfuerzos de gel iniciales (más de30 lb/100 pies2). Al mismo tiempo, esimportante que la estructura de gel a 10

minutos no sea demasiado alta. Altosesfuerzos de gel a 10 minutos yestructuras de gel progresivas hacen quesea difícil romper la circulación despuésde los viajes y pueden causar presionesde fondo excesivas, y posiblemente lapérdida de circulación.

Píldoras de Barrido. Las píldoras debarrido deberían ser usadas durante elfresado de la tubería de revestimiento,para ayudar a limpiar los recortes deacero del pozo y posiblemente desplazarlas virutas acumuladas. La composición,la frecuencia y el volumen de píldorasde barrido dependen de la zona y de laoperación. Para una alta velocidad defresado de sección de la tubería derevestimiento, 2 a 3 píldoras de barridopor hora (o 1 barrido cada 10 a 15 pies)deberían ser bombeadas. El volumen dela píldora de barrido suele ser de 25 a50 bbl, y también depende del tamañoy de la profundidad del pozo. Todas laspíldoras de barrido deberían sermonitoreadas cuando regresan a lalínea de flujo, para determinar suviscosidad y eficiencia.

Si no se observa ningún aumento deviscosidad, la viscosidad y el volumende la píldora de barrido deberían seraumentados. Si se sospecha unaremoción insuficiente de virutas deacero, y el barrido no causa ningúnaumento del volumen de virutas deacero, será necesario realizar un viajecorto. El método de formulación de laspíldoras de barrido consistegeneralmente en agregar bentonita paraobtener una viscosidad embudo de 70 a90 segundos por cuarto de galón,conjuntamente con 25 a 50 lb/bbl deMaterial de Pérdida de Circulación(LCM) mezclado. Los LCMs fibrosos omezclados son preferidos y leproporcionan una mayor capacidadmecánica de transporte a las píldoras debarrido. Los LCMs más comunes usadospara las píldoras de barrido son M-I-X™

II, cáscaras de semillas de algodón,aserrín, papel utilizado durante laperforación, M-I SEAL™, Kwik Seal® y NUTPLUG®.

Limpieza del Pozo

Una velocidadanular alta yuna capacidadde transportealta son lasdospropiedadesprincipales quese requieren afin de obteneruna buenalimpieza delpozo...

Durante lasoperaciones defresado, laLSRV...deberíaser mantenidaa más de 25.

Fresado


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“Nidos de pájaros” es un término que seusa en las operaciones de fresado paradescribir la acumulación de virutas deacero, formando una masa que seenreda y se bloquea en alguna parte delpozo. Los “nidos de pájaros” suelenacumularse en áreas de interferenciamecánica o donde la velocidad anulares más baja, como en el borde fresadode la tubería de revestimiento, en uncolgador de tubería de revestimientocorta, en la cavidad del Preventor deReventones (BOP) o en el riser marinode gran diámetro.

Mientras que las fresas antiguasproducían largas astillas de virutas deacero, las fresas modernas producentiras más cortas de acero (recortes) quesuelen tener un espesor de 1/32 a 1/8pulgada, una anchura de 1/8 a 1/4pulgada y una longitud de 1/2 a 1pulgada. La capacidad de obtener estasvirutas de acero más cortas ha reducidoconsiderablemente, pero no haeliminado, los problemas relacionados

con los “nidos de pájaros”. Estas virutasmás pequeñas se acumulan formandopequeñas bolas que, a su vez, puedenacumularse en “nidos de pájaros” másgrandes y restringir el flujo, haciéndolosmás difíciles de eliminar.

Conviene contar con unaherramienta de chorro que pueda serintroducida dentro de la tubería con lafresa por debajo, y que pueda lavar lacavidad del BOP y aumentar el flujo delriser. Cuando un “nido de pájaros” seforma en el BOP, actúa como unatrampa e impide la circulación de losrecortes más allá de la obstrucción,limitando el flujo y posiblementecausando la pérdida de circulación olimitando el movimiento de la tubería.También es sumamente importantelimpiar la cavidad del BOP al terminarla operación de fresado. Esprácticamente imposible obtener unabuena prueba del BOP cuando hayvirutas de acero en el área de los arietesanulares.

“Nidos de Pájaros”

Control de Sólidos

Durante el fresado de sección de latubería de revestimiento, conviene tenerzarandas de separación preliminar quepuedan eliminar los recortes de aceromás grandes del fluido. Luego, laszarandas principales del equipo deperforación eliminarán el cemento uotras partículas del lodo. Las zarandas deseparación preliminar deberían usarmallas gruesas para eliminar las virutasde acero, y las zarandas principales delequipo de perforación deberían usarmallas finas para limpiar aún más elfluido.

Se debe hacer todo lo posible parareducir la acumulación de virutas deacero en los equipos superficiales decontrol de sólidos y facilitar suremoción. El niple de campana y lalínea de flujo deberían estar construidoscon una caída vertical suficiente y concodos moderados (sin codos de 90º), ydeberían tener capacidades de lavadohiráulico o de limpieza física. Las

zarandas de separación preliminardeberían ser elevadas para que las virutade acero puedan caer directamentedentro de un recipiente para los cálculosdel balance de materiales.

Los imanes deberían ser usados paracaptar la mayor cantidad posible devirutas de acero que pasan a través delas zarandas. Un conjunto de imanesdebería ser instalado en la caja de recibode las zarandas de separación preliminary otro en la línea de flujo de retorno alos tanques. Si partículas finas de aceropermanecen en el fluido, pueden causardaños graves a las bomba de lodo yotros aparatos del equipo deperforación. La cantidad de acerocaptada por los imanes y retenida porlas zarandas de separación preliminardebería ser calculada para determinar lacantidad de material que puede quedaren el pozo y formar “nidos de pájaros”.Un porcentaje de captación mayor que70% será considerado satisfactorio.

“Nidos depájaros” esun términoque seusa...paradescribir laacumulaciónde virutas deacero...

Durante elfresado desección de latubería derevestimiento,convienetenerzarandas deseparaciónpreliminar...

FresadoCAPÍTULO

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Viscosidad. Los sistemas de bentonitasfloculadas, como el hidróxido demetales mezclados, son diluidos pormateriales aníonicos como POLYPAC®,SPERSENE™ o TANNATHIN®. Para prevenir lacontaminación cruzada proveniente deun sistema anterior, asegurarse quetodas las líneas y todos los tanqueshayan sido limpiados y lavados antes demezclar el sistema de bentonitasfloculadas. El efecto diluyente de losmateriales aniónicos reducirá lacapacidad de transporte del fluido.Durante el fresado de una tubería derevestimiento con un sistema floculado,el fluido de fresado suele contaminarsecon el lodo viejo y los espaciadores decemento dejados detrás de la tubería derevestimiento, posiblemente causandouna disminución marcada de laviscosidad.

Pérdida de viscosidad. Si se producela contaminación del fluido, resultandoen la pérdida de viscosidad, deberíausarse otro enfoque para aumentar laviscosidad. El método más común

consiste en convertir el sistemafloculado a un sistema viscosificado depolímero de xantano. Se debe añadirDUO-VIS® o FLO-VIS® tan pronto como seobserve una reducción de la viscosidad.Se ha comprobado que es imposiblerestablecer la viscosidad del fluido deun sistema DRILPLEXTM floculado deMMH, una vez que los materialesaniónicos han entrado en el sistema. Laviscosidad del fluido puede serrestablecida en una circulación,mediante tratamientos apropiados depolímeros, requiriendo muy pocotiempo del equipo de perforación.

Control de filtración. Si se usa unsistema floculado en una situacióndonde se requiere un filtrado bajodurante el fresado de la tubería derevestimiento, debería usarse unalmidón realmente no iónico, tal comoFLO-TROL™. Estos sistemas son muysensibles a los materiales aniónicos yaún más sensibles a la contaminaciónaniónica cuando se agrega almidónpara reducir el filtrado.

Pautas para el Fresado con Sistemas de Bentonitas Floculadas

Los sistemasde bentonitasfloculadas...son diluidospormaterialesaníonicos...

Perforación con Tubería Flexible

Perforación con Tubería Flexibleg 22E.1 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

CAPÍTULO

22E

La perforación con tubería flexibleemplea una columna continua detubería flexible y un equipoespecializado de perforación con tuberíaflexible. En vez de perforar condiferentes juntas de tubería deperforación tradicional rígida y de grandiámetro, la columna de perforación secompone de una tubería flexible dediámetro más pequeño. A diferencia dela tubería de perforación, la cual debeser enroscada para formar la columna deperforación y desconectada en gruposde tubos que son estibados en la torre deperforación durante los viajes, estatubería viene en un carrete que sedesenrolla a medida que la perforación

progresa, y es reenrollada en su carretedurante los viajes. El método de tuberíaflexible facilita considerablemente eldescenso y la recuperación del conjuntode perforación.

Tradicionalmente, los equipos deperforación con tubería flexible seusaban para las operaciones derehabilitación y completación donde lamovilidad y el tamaño compacto eranfactores importantes. Con el desarrollode motores de fondo cuya alimentaciónno depende de la rotación de lacolumna de perforación, las unidades detubería flexible ahora funcionan comoverdaderos equipos de perforación.

Introducción

El primer prototipo de “unidad ligera derehabilitación con columna continua”fue desarrollado en 1962 para lavarpuentes de arena en pozos de petróleo ygas del Golfo de México. El cabezal deinyección fue construido para unatubería de 1,315 pulg. de D.E. y podíamanejar cargas superficiales de hasta30.000 lbs. La unidad realizósatisfactoriamente rehabilitacionesconcéntricas (tubería dentro de lacolumna de producción) en tierra ycostafuera del Sur de Luisiana, pormuchos años.

En 1964, se introdujo un diseñoligeramente diferente, desarrollado parameter tubería flexible de 3/4 pulg.También fue usado para limpiar lospozos. En 1967, un cabezal de inyeccióndesarrollado para una tubería flexible de1/2 pulg. fue empleado para retrolavarpozos de eliminación de agua salada,con nitrógeno. Luego se desarrollaron 12unidades de tubería flexible, capaces de

manejar hasta 5.000 lbs de tuberíaflexible de 1/2 pulg. A finales de 1968, sedesarrolló un cabezal de inyección detubería flexible para 8.000 lbs de tuberíaflexible de 3/4 pulg.

A mediados de la década de los 70,más de 200 unidades de tubería flexiblehabían sido desarrolladas para realizarlimpiezas de arena y servicios de chorrode nitrógeno. En 1985, diferentescabezales de inyección y otros equiposde tubería flexible se hicierondisponibles, con numerosas revisiones delos diseños y de los programas demantenimiento que mejoraron lascapacidades y la confiabilidad de losequipos. La perforación con unidades detubería flexible se hizo posible tras laintroducción de nuevos tipos de equiposdireccionales y motores de perforaciónde fondo. Los tamaños de los pozosperforados con tubería flexible estángeneralmente comprendidos entre 2 3/4y 4 3/4 pulg.

Historia Breve

El método detuberíaflexible facilitaconsiderable-mente eldescenso y larecuperacióndel conjuntode perforación.

Los tamañosde los pozosperforados contubería flexibleestángeneralmentecomprendidosentre 2 3⁄4 y 4 3⁄4pulg.

Perforación con Tubería FlexibleCAPÍTULO

22E

Perforación con Tubería Flexible 22E.2 N° de Revisión: A-1 / Fecha de Revisión: 14-02-01

El uso actual de la tubería flexibleincluye las siguientes operaciones:• Limpieza del pozo.• Descarga de pozos e inicio de la

producción.• Estimulación de la formación.• Cementación.• Consolidación de arenas.• Servicios en conductos y líneas de

flujo.• Fresado a través de tuberías.• Taponamiento y abandono.• Pesca.• Varios servicios de herramientas

transmitidas por tubería flexible.• Perforación con tubería flexible.• Fresado del desviador.• Introducción de mallas.

VENTAJAS

La tubería flexible proporciona lassiguientes ventajas:• Trabajo en pozos activos (presión en

la superficie).• Eficiencia de entrada y salida del

pozo.• Instalación rápida del equipo de

perforación/viajes rápidos.• Pequeña plantilla en la superficie,

comparado con el equipo derehabilitación.

• Movilización costafuera eficientedebido a los componentesmodulares.

• Circulación continua de fluidos,incluso durante los viajes.

• Ejecución del trabajo mientras que elpozo está produciendo (encondiciones de desbalance).

• Ausencia de conexiones enroscadas,diámetros exteriores a ras.

• Amplia gama de herramientas

disponibles, adaptadas de lasoperaciones de rehabilitación,perforación y con cable.

• Adaptación a completacionespermanentes.

LIMITACIONES

La tubería flexible debe operar dentrode estas restricciones:• Fisuración por fatiga debido a

flexiones repetidas (ciclado).• Hinchazón debido a presiones

diferenciales.• Daños mecánicos de la tubería

causados por el uso y el manejo.• Daños ambientales y químicos

causados por los ácidos, el oxígeno yotros productos químicos usados.

• Límites de resistencia de la tuberíaflexible a la rotura por estallido,colapso y tensión.

• Incertidumbre relacionada con ladisminución de la capacidad de lastuberías flexibles usadas.

• Dificultades con la soldadura a topede tubo a tubo.

• Límites operacionales del equipo desuperficie, tales como:a) Taponamiento.b) Presión de trabajo para el control

del pozo.c) Cargas de empuje o tracciónd) Deformación admisible de la

tubería.• Límites operacionales de fondo, tales

como:a) Taponamiento.b) Cargas de empuje o tracción.c) Pérdidas de presión de fricción a

través de la tubería.d) Resistencia al colapso debido a la

ovalidad de la tubería flexible.

Procedimientos con Tubería Flexible

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CAPÍTULO

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• El equipo descrito a continuación esnecesario para las operacionesbásicas de perforación. Según losprocedimientos específicos usados, laoperación total puede tardar mediodía a una semana. Si se usanitrógeno, se necesitarán otrosequipos. La Figura 1 ilustra unaunidad básica de tubería flexiblemontada sobre un remolque.

• Cabezal de inyección, con soporte.• Arco guía de la tubería.• Carrete de tubería flexible • Consola de control.• Conjunto de control de pozo, con

unión en “T” y válvula.• Tanque de retorno.• Bomba de fluido.

El trabajo horizontal requiere másequipos y más tiempo. Por ejemplo,los Conjuntos de Fondo (BHAs) máscomplejos requieren un mástil. Elfluido de perforación seráprobablemente usado por más tiempoy expuesto a más sólidos perforados.Más equipos de control de sólidosserán necesarios para mantener elmejor contenido bajo de sólidos. Enmuchas aplicaciones de perforación, launidad de tubería flexible seráacoplada a un equipo derehabilitación. Nuevas unidades detubería flexible están siendodesarrolladas específicamente paraaplicaciones de perforación.

Equipo Básico

Figura 1: Unidad de tubería flexible (montada en remolque).

Unidad de control Carrete de tubería

Cabezal deinyección

BOP

Grúa de apoyo

Tubería flexible

...laoperacióntotal puedetardar mediodía a unasemana.


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CABEZAL DE INYECCIÓNEl cabezal de inyección debería ser

capaz de aplicar 120% de la fuerzamáxima anticipada para sacar la tuberíaflexible del pozo cuando está a laprofundidad total, incluyendo laspérdidas de fricción en el enjugador detubería. La fuerza de tracción máximaes la fuerza de tensión máxima que elinyector puede aplicar a la tuberíaflexible inmediatamente encima delenjugador de tubería, a la presión deoperación hidráulica recomendada porel fabricante.

El cabezal de inyección tambiéndebería ser capaz de una fuerza máximade descenso bajo presión igual a 120%de la fuerza máxima de descenso bajopresión anticipada para bajar la tuberíaflexible bajo presión dentro del pozo, através del enjugador de tubería y contrala presión máxima anticipada delcabezal del pozo. La fuerza máxima dedescenso bajo presión es la fuerzamáxima de compresión que el inyectorpuede aplicar a la tubería flexibleinmediatamente encima del enjugadorde tubería, a la presión de operaciónhidráulica recomendada por elfabricante.

El inyector y la fuente dealimentación deberían ser capaces dedesarrollar esta fuerza máxima detracción y descenso bajo presión,mientras la tubería flexible estáestacionaria y cuando se mueve avelocidades de hasta 30 pies/min. Lalongitud no soportada de tuberíaflexible entre el inyector y el enjugadorde tubería debería ser minimizada paraprevenir el pandeo del tubo a la fuerza

máxima de descenso bajo presión.El inyector debería ser capaz de

aplicar una tracción suficiente a latubería flexible para que la sección detubería flexible cubierta con unlubricante protector normal no resbalea través del inyector a la fuerza máximade tracción y a la fuerza máxima dedescenso bajo presión. Se debeminimizar los daños a la tubería flexiblecuando se aplica la fuerza máxima detracción. Equipos de reserva deberíanestar disponibles para proporcionar latracción en caso de falla de la fuente dealimentación o del motor primario.

El inyector debe estar sostenido paraimpedir que un momento de flexiónsea aplicado al cabezal del pozo en lascondiciones normales de operaciónanticipadas. Cualquier carga causadapor el peso del inyector, equipo decontrol de pozo y peso suspendido de latubería flexible, que es transmitida alcabezal del pozo, debería sertransmitida según el eje del cabezal delpozo.

El inyector debería tener un sistemadinámico de frenos que evite elmovimiento incontrolado de la tuberíaflexible causado por la carga, cuando nose está aplicando ninguna presiónhidráulica a los motores hidráulicos. Elinyector también debe tener un frenomecánico auxiliar, que se activaautomática o manualmente, cuando elinyector está parado. Tanto el sistemade freno normal como el sistema defreno auxiliar deben ser capaces deaguantar la fuerza máxima de tracción yla fuerza máxima de descenso bajopresión.

El cabezal deinyeccióndebería sercapaz deaplicar 120%de la fuerzamáximaanticipada...



CAPÍTULO

22E

ARCO GUÍA DE LA TUBERÍACiertos tipos de inyectores utilizan unarco guía de la tubería ubicado encimadel inyector, para guiar la tuberíaflexible desde el carrete hacia dentrode la parte superior del inyector. Hayrodillos inferiores, y debería haberrodillos superiores, que centran latubería flexible a medida que éstaviaja alrededor del arco guía. El radiodel arco guía de la tubería se definecomo el radio de curvatura del eje delos rodillos internos. El radio deflexión del arco guía de tubería es másimportante que el radio de flexión delcarrete, porque se producen dos vecesmás ciclos de flexión en el arco guíade la tubería que en el carrete. Paratubería flexible usada repetidamenteen aplicaciones de mantenimiento yperforación, el radio del arco guía dela tubería debería ser por lo menos 30veces más grande que el diámetro dela tubería flexible. Este factor puedeser menor para la tubería flexiblesometida a viajes menos frecuentes,como en el caso de las instalacionespermanentes.

Algunos arcos guías de la tuberíatienen un rodillo que puede serajustado para causar una flexióninversa de la tubería flexible antes deque entre en las cadenas. Esta flexióninversa permite que la tubería flexiblesalga de las cadenas por debajo delinyector y entre en el pozo con menosflexión residual. Típicamente, esto noenderezará completamente la tuberíaflexible. La flexión inversa aumentalos daños por fatiga causados a latubería flexible y causa frecuenteserrores en los valores del indicador depeso.

El enrollamiento y desenrollamientode la tubería flexible a través delancho del carrete cambia el “ángulode desviación” de la tubería flexiblecuando ésta se acerca al arco guía de latubería. El ángulo de desviación es elángulo máximo entre una línea quepasa por el centro del arco guía detubería y el centro del carrete, y unalínea que pasa a través de la brida delcarrete. El extremo el arco guía de latubería no debería obstaculizar latubería flexible cuando ésta pasa poreste ángulo de desviación. El arco guíade la tubería debe soportar la cargalateral causada por este ángulo dedesviación. La Figura 2 muestra undibujo esquemático de un cabezal deinyección y un arco guía de tuberíacon el conjunto de enjugador detubería y el conjunto Preventor deReventones (BOP).

Figura 2: Cabezal de inyección, arco guía de la tuberíay conjunto de control de pozo.

Motores deaccionamiento

Tubería flexible

Arco guía de tubería(cuello de cisne)

Cabezal de inyección

Cadenas demando

Flujo de fluidodesde el pozo

Ariete ciego

Ariete de corte

Ariete de cuña

Ariete anular

Conjunto enjugadorde tubería

Enjugador radial o anular

Unión en “T”

Cabezal del pozo

BOP

...el radio delarco guía dela tuberíadebería serpor lo menos30 veces másgrande que eldiámetro dela tuberíaflexible.


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CARRETE DE TUBERÍA FLEXIBLE

El carrete sirve de mecanismo dealmacenamiento durante el transportey de dispositivo bobinador durante lasoperaciones con la tubería flexible. Lalongitud de tubería flexible que sepuede almacenar en un carreteconstituye la capacidad del carrete paraese diámetro de tubería flexible enparticular. El radio del carrete define elradio de flexión más pequeño para latubería flexible. Para tubería flexibleusada repetidamente en aplicacionesde mantenimiento y perforación, elradio del carrete debería ser por lomenos 20 veces el diámetro de latubería flexible. Este factor puede sermenor para la tubería flexible sometidaa viajes menos frecuentes, como en elcaso de las instalaciones permanentes.

El sistema de accionamiento delcarrete debe proporcionar suficientetorque para curvar la tubería flexiblesobre el arco guía de la tubería y en elcarrete. También debe ser capaz deacelerar el tambor de la tubería desdela parada hasta la velocidad máximadel inyector, a una velocidad aceptablecon el tambor lleno de tubería, y conla tubería llena de fluido. La tuberíaflexible almacenada en un carretepuede desenrollarse y saltar del carretesi se suelta la contratensión de latubería. Siempre se debe mantener laextremidad libre de la tubería flexiblebajo tensión. El freno del carrete se usapara bloquear el carrete cuando no estáen movimiento, y también puedeminimizar el salto de la tubería en elcarrete cuando se pierde la presiónhidráulica y la contratensión.

La carga es la fuerza de tensión ocompresión en la tubería flexible, justoencima del enjugador de tubería. Lacarga debería ser medida directamente,usando una celda de carga que mida lafuerza que la tubería flexible estáaplicando sobre el inyector. La cargapuede ser afectada por los siguientesfactores:• Peso suspendido de la tubería

flexible.• Presión del cabezal del pozo.• Fricción del enjugador de tubería.• Contratensión del carrete.• Densidad del fluido o de los fluidos

dentro y fuera de la tubería(flotabilidad).

La profundidad medida es lalongitud de tubería flexible

desplegada a través del inyector.Puede diferir considerablemente de laprofundidad real del pozo, debido alestiramiento, a la expansión térmica,a los socavamientos del pozo y otrosfactores.

La presión de admisión de latubería flexible es la presión en laadmisión de la tubería flexible. Se usapara entender las condiciones delpozo y calcular el factor de fatiga en latubería flexible.

La presión del cabezal del pozo esla presión alrededor de la parteexterior de la tubería flexible en elcabezal del pozo. También se usa paraentender las condiciones del pozo ycalcular el factor de fatiga en la tuberíaflexible.

Parámetros de la Operación en la Consola de Control

...el radio delcarretedebería serpor lo menos20 veces eldiámetro dela tuberíaflexible.

La carga esla fuerza detensión ocompresiónen la tuberíaflexible, justoencima delenjugador detubería.



CAPÍTULO

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El equipo de control de pozo contubería flexible está diseñado parapermitir la ejecución segura de serviciosde mantenimiento del pozo bajopresión. Sin embargo, la presión delpozo debe ser minimizada para evitar eldesgaste innecesario del equipo decontrol de pozo. El conjunto mínimode control de pozo debería incluir lossiguientes equipos, desde arriba haciaabajo:• Un componente de control de pozo

de enjugador de tubería o de tipoanular.

• Un componente de control de pozode ariete ciego.

• Un componente de control de pozode ariete de corte.

• Una salida de línea de matar conválvula.

• Un componente de control de pozode ariete de cuña.

• Un componente de control de pozode ariete anular.

Estos equipos deberían serconsiderados como barrera principal alos efectos de control de pozo. Ensituaciones que requieren una barreraauxiliar, el equipo del cabezal del pozodebería cumplir esta función, acondición de que este equipo sea capazde cortar la tubería flexible si fueranecesario sellar el pozo. Cuando lascondiciones de mantenimiento delpozo requieren una línea de matardedicada, ésta debería ser equipada condos válvulas en línea con la mismapresión de trabajo que el conjunto decontrol de pozo. Estas válvulas deberíanser probadas a la presión nominal detrabajo del conjunto de control depozo, o del árbol de navidad, según lamás baja de estas presiones. La salida dela línea de matar en el conjunto decontrol de pozo no debería ser usadapara recibir los retornos de fluido delpozo.

Los arietes ciegos deberían estardiseñados con la capacidad para cortarel espesor de pared y el límite detracción del diámetro exterior (DE)especificado de la tubería flexible, talcomo fuera certificado por la prueba a

la presión nominal de trabajo delconjunto de control de pozo.

Los arietes de cuña deberían sercapaces de mantener la tubería flexibleen el modo de tubería pesada al límitemínimo de la tubería flexible, a lapresión nominal de trabajo delconjunto de control de pozo. Deberíanser capaces de mantener la tuberíaflexible en el modo de descenso bajopresión, a un mínimo de 50% del límitemínimo de la tubería flexible. Losarietes de cuña deberían tener guías detubería y estar diseñados paraminimizar los daños a la tubería, talcomo las marcas causadas por las cuñasy la deformación.

Los arietes anulares se cierran ysellan alrededor de la tubería flexible ydeberían incluir guías de tubería. Losarietes anulares siempre son colocadosen la cavidad inferior de un conjuntode control de pozo de un cuádruple.

Generalmente, el trabajo realizadocon tubería flexible incluye el retornode los líquidos y gases a la superficie porel espacio anular de la tubería flexible. Aveces, este flujo de retorno contienemateriales muy abrasivos como arena.La trayectoria típica de flujo para elretorno del fluido es una unión en “T”ubicada por debajo del conjunto decontrol de pozo, la cual conduce alequipo de tratamiento ubicado en lasuperficie.

El conector de la tubería flexible sueletener una válvula unidireccional defondo en la extremidad de la tuberíaubicada en el fondo del pozo, paraimpedir que los fluidos del pozo entrenen la tubería flexible cuando los fluidosde tratamiento no son bombeados.Además, el conjunto de válvulaunidireccional proporciona una barrerade seguridad esencial contra el influjode fluidos del pozo dentro de la tuberíaflexible, si ocurriera alguna falla de unsello o junta en el BHA. La válvulaunidireccional también proporcionauna barrera de seguridad si la tubería serompe o se daña en la superficie. Losdiseños de válvula unidireccionalpueden ser categorizados como válvulasunidireccionales de bola y asiento, las

Equipo de Control de Pozo

...el conjuntode válvulaunidireccionalproporcionauna barrerade seguridadesencialcontra elinflujo defluidos depozo...


22E


cuales son más comunes, o comoválvulas unidireccionales de charnela.

Los equipos para el servicio ensulfuro de hidrógeno deberían cumplircon la Práctica Recomendada 53 de API,Sección 9. El ambiente de sulfuro dehidrógeno (H2S, servicio agrio) escomún cuando el equipo será expuestoa zonas de gas de sulfuro de hidrógenodonde la presión parcial del sulfuro dehidrógeno excede la presión absoluta de

0,05 psi en la fase gaseosa. Muchosmetales están sujetos a la fisuración poracción del sulfuro de hidrógeno bajotensión cuando son expuestos al sulfurode hidrógeno. El equipo de control depozo, incluyendo los pernos y lastuercas, las líneas, las válvulas, lasconexiones, las juntas y los elastómeros,deberían ser revisados al entrar en unambiente de sulfuro de hidrógeno.

Las operaciones de tubería flexible sonsimilares a las operaciones del equipode perforación convencional en algunasmaneras, y muy diferentes en otras. Losfluidos usados en las operaciones detubería flexible reflejan esta mismamezcla de características. Los fluidosson puestos en circulación de la maneraconvencional, a través de la tubería, ylos retornos se toman a partir delespacio anular. La circulación puede sermantenida continuamente durante losviajes. Se emplea la misma cantidad decolumna de perforación durante toda laoperación, independientemente de laprofundidad de la barrena. Losmateriales tubulares más flexibles y máspequeños limitan la presión debombeo. Toda la perforación se realizapor deslizamiento; no hay rotación dela tubería. La columna de perforaciónmás flexible tiende a pandear másfácilmente y puede reducir la Velocidadde Penetración (ROP), debido a laincapacidad de transferir el peso a labarrena. Es crítico entender estosaspectos únicos de la tubería flexiblepara diseñar un fluido que proporcioneun buen rendimiento.

FUNCIONES DEL FLUIDO• Transportar los recortes a la superficie.• Minimizar la presión de bombeo.• Controlar las fugas y el filtrado hacia

las secciones del yacimiento.• Prevenir la pega de la tubería.• Proporcionar lubricidad entre la

tubería y el pozo.• Enfriar y lubricar la barrena y el motor

de fondo.• Estabilizar el pozo.• Minimizar los daños a la formación.

Los sistemas FLO-PRO® y FLO-PRO SF deM-I son ideales para las operaciones deperforación con tubería flexible. Ambossistemas cumplen excepcionalmentetodas las funciones indicadas.

El transporte de los recortes al asuperficie en una operación de tuberíaflexible ocurre frecuentemente a travésde una variedad de geometrías anulares,a diferentes ángulos. Esto puede incluirdiámetros muy pequeños convelocidades anulares altas que pasan adiámetros muy grandes con velocidadesanulares bajas, como suele observarseen muchos proyectos de reentrada. Elfluido debe tener una alta capacidad dedisminución de la viscosidad con latemperatura, para limpiar eficazmenteambas secciones del pozo. Laperforación horizontal con tuberíaflexible también requiere diferentesprocedimientos. Para mejorar lalimpieza del pozo, se debe repasarsaliendo con frecuencia, ya que toda laperforación se ejecuta pordeslizamiento.

Las presiones de bombeo más bajasaumentan la vida útil de la tuberíaflexible. Para minimizar la presión debombeo, es importante usar un fluidolimpio que proporcione una viscosidadplástica mínima, además de reducir elarrastre dentro de la columna deperforación. El fluido óptimo sólo usauna pequeña cantidad de polímero FLO-VIS® para viscosidad, manteniendo elcontenido de sólidos aaproximadamente 1% o menos. Laviscosidad creada se caracteriza por unaviscosidad plástica baja, un buen puntocedente y buenos esfuerzos de gel, yuna viscosidad excelente a bajavelocidad de corte. La viscosidad

Fluidos para las Operaciones de Perforación con Tubería Flexible

Toda laperforación serealiza pordeslizamiento;no hayrotación de latubería.

Para mejorarla limpiezadel pozo, sedebe repasarsaliendo confrecuencia...



CAPÍTULO

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plástica elevada se traduce en presionesde bombeo más altas, ya sean causadaspor sólidos, polímeros o emulsiones. Lareducción del arrastre es la capacidad deun fluido o material para reducir lapresión de bombeo mientras está en unrégimen de flujo turbulento. Lareducción del arrastre no es posible amenos que haya un flujo turbulento. Elflujo turbulento ocurrirá dentro de lacolumna de perforación.

Las fugas o el filtrado hacia laformación deben ser controlados nosólo para minimizar el riesgo de pega dela tubería y de inestabilidad del pozo,sino también para minimizar los dañosa la formación. Las fugas pueden sercontroladas colocando un revoque finoe impermeable o con una altaViscosidad a Muy Baja Velocidad deCorte (LSRV). Un revoque fino eimpermeable requiere sólidospuenteantes y agentes de control defiltrado. Estos materiales aumentarán laviscosidad plástica del fluido. Unrevoque fino e impermeable tambiénpuede crear un gradiente de presióndramático a través de su espesor, el cualpuede aumentar el riesgo de pegadurapor presión diferencial de una columnade perforación que no está girando.Aumentando la LSRV del fluido, lasfugas pueden ser controladas sin crearningún gradiente de presión dramáticoa través de la cara de la formación.

Es importante tener una buenalubricidad debido a la falta de rotaciónde la tubería. La capacidad de transferirel peso a la barrena puede ser reducidadebido al pandeo (sinusoidal yhelicoidal) de la tubería flexible, si nohay suficiente lubricidad. La capacidadde transferir el peso en la perforaciónconvencional es mejorada por larotación de la tubería. Al minimizar lossólidos y los recortes blandossedimentados, así como el uso delubricantes, se reducen los coeficientesde fricción mecánica.

La estabilidad del pozo se obtieneprincipalmente con la densidad dellodo, pero la inhibición y la viscosidadtambién ayudan en cierta medida acontrolar la estabilidad del pozo. Lainhibición impide que las arcillas sehinchen y taponen el pozo. Laviscosidad elevada proporciona lacapacidad de suspensión y transporte

cuando el pozo falla, previniendo asíque una cama dura de recortes o dunalimite el movimiento de la tubería através del pozo.

Los daños a la formación deben serminimizados con las operaciones detubería flexible. El pequeño tamaño delpozo y la tubería flexible más ligerasignifican que cualquier hinchamientode arcillas o inestabilidad de laformación resultará en la pegadura de latubería y la reducción de la producción.La presión de bombeo, el hinchamientode las arcillas y la inestabilidad de laformación son las razones principalespor las cuales no se usan arcillas enfluidos para las operaciones de tuberíaflexible. Se hace un esfuerzo adicionalpara controlar la acumulación desólidos perforados. El arrendamiento deequipos adecuados de control de sólidosconstituye una opción para controlarlos sólidos perforados. Otra opciónconsiste en cambiar todo el lodoperiódicamente, sustituyéndolo confluido fresco y limpio.

Cuando las operaciones de tuberíaflexible incluyen trabajo horizontal, elfluido debería tener una LSRV elevada,tal como se mida en un viscosímetroBrookfield a una velocidad de corte de0,0636 seg-1. Los fluidos desarrolladosreológicamente, como FLO-PRO, conLSRVs elevadas, han sido usados conbastante éxito desde 1991, para perforarhorizontalmente con equipos deperforación convencionales y de tuberíaflexible. FLO-PRO impide la formación decamas de recortes en la porciónhorizontal del pozo, sin dependerdemasiado de prácticas de perforacióncomo la práctica de repasar saliendo yla circulación.

La LSRV es generada por cualquiera delas gomas xantana clarificadas deprimera calidad de la familia de aditivosFLO-VIS®. Las propiedades reológicasconvencionales, el punto cedente y lavelocidad rotacional (RPM) pueden serajustadas a concentracionesrelativamente bajas de polímeros, perola LSRV no se desarrolla hasta que sehaya excedido una concentracióncrítica de polímeros. Como la LSRV esla última propiedad reológica que sedesarrolla, también es la primera que sedegrada. Un xantano de primeracalidad como FLO-VIS minimiza la

Esimportantetener unabuenalubricidaddebido a lafalta derotación dela tubería.


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concentración de polímeros requeridapara crear la LSRV y mantenerla. Enzonas donde se ha usado xantano noclarificado para reemplazar el xantanoclarificado de primera calidad, debido afaltas en inventario, se requiere el doblede cantidad para mantener la LSRVdeseada. FLO-VIS, en el cual los residuosbacterianos del proceso de fabricaciónhan sido eliminados, fue seleccionadopara minimizar los daños potenciales ala formación y la cantidad de polímerosrequerida para mantener la LSRVdeseada.

La densidad de estos fluidos esmantenida con sales. Una variedad desales, NaCl, KCl, NaBr, Na-formiato y K-formiato pueden ser usadas en el fluido,hasta el punto de saturación. Además, sepuede usar CaCl2, K-acetato, agua dulce,agua saladas y salmueras de campo parala densidad. Las concentraciones de salpueden ser ajustadas para la densidady/o inhibición. Además, eliminadoreslíquidos de hidratación de lutitas, yasean anfóteros o catiónicos, pueden serusados para controlar los niveles deinhibición sin aumentar la densidad.Glicoles también pueden ser usados enel sistema para mejorar la inhibición.

El pH del fluido puede ser controladocon soda cáustica, KOH, carbonato desodio u óxido de magnesio. El pH sueleser mantenido alrededor de 9.

Se han usado fluidos con y sin agentespuenteantes. La presencia de agentespuenteantes aumenta la presión debombeo, y por lo tanto limita lalongitud y el diámetro de tubería

flexible que puede ser usada en un pozo.Tuberías flexibles cortas de diámetroadecuado pueden usar agentespuenteantes en el fluido. Sin embargo,cuando las profundidades medidas songrandes y el diámetro es pequeño, losagentes puenteantes no pueden serusados. Por ejemplo, una tubería con undiámetro de 2 pulgadas y una longitudde 15.000 pies no puede aguantar lapresión creada por el uso de agentespuenteantes.

Un fluido “libre de sólidos” sin agentepuenteante, como el Flo-Pro SF, puedemantener las presiones en una tuberíaflexible de 2 pulgadas de diámetro y15.000 pies de longitud a menos de4.000 psi. El fluido “libre de sólidos”confía en una LSRV elevada paracontrolar la invasión de filtrado dentrode la formación. Cuando el fluido seescapa radialmente hacia la formación,la velocidad de corte disminuye y laviscosidad impide cualquier penetraciónadicional. La profundidad depenetración varía de una formación aotra, y es controlada, entre otras cosas,por la temperatura, la presión desobrebalance, la permeabilidad yporosidad de la formación, y laviscosidad de los fluidos de laformación.

Los fluidos libres de sólidos no formanun revoque en la cara de la formacióncreando un alto gradiente de presióndiferencial, sino un gradiente gradualsobre cierta distancia. Esto reduce elpotencial de pega de la tubería en elespacio anular sin rotación.

La perforación con tubería flexiblepuede ser usada con éxito para perforarpozos horizontales en condiciones desobrebalance de presión. Es críticominimizar los sólidos y usar fluidos“libres de sólidos” desarrolladosreológicamente, como el sistema FLO-PRO®, para maximizar los parámetros deperforación y minimizar los daños a laformación. Combinando una LSRVelevada y la práctica de repasar saliendo,se puede optimizar la limpieza del pozoen reentradas a través de la tubería. Lossólidos contribuyen a presiones debombeo más altas, una vida útil máscorta de la tubería flexible, mayoresdaños a la formación y coeficientes de

fricción mecánica más altos. La perforación con tubería flexible

nunca reemplazará la perforación conequipos de perforación rotatorios. Losequipos de perforación deben ser usadosen pozos que requieren grandesdiámetros y tuberías pesadas de grandiámetro. La perforación con tuberíaflexible está diseñada para pozos dediámetro reducido que fluyen conmenos volumen. La mayoría de lospozos perforados actualmente contubería flexible son pozos desviados.Éstos son pozos perforados a partir deun pozo viejo. Como se puede usar lainfraestructura del pozo viejo, se puedelograr considerables ahorros en costos.

Resumen

La perforacióncon tuberíaflexible estádiseñada parapozos dediámetroreducido quefluyen conmenosvolumen.



CAPÍTULO

22E

La perforación a través de la tuberíacon equipos de perforación rotatoriosen pozos de diámetro pequeño se habeneficiado de los mismos avances enequipos direccionales de fondo ymotores de perforación que hanpermitido la perforación con tuberíaflexible. El uso de la perforaciónrotatoria en aplicaciones deperforación a través de la tubería tieneciertas ventajas. La capacidad de hacergirar la columna de perforaciónreduce la fricción en el pozo, mejorala limpieza del pozo y puedeaumentar las velocidades depenetración. Además, como el fluidosólo debe ser bombeado a través de latubería que está dentro del pozo, loslímites de presión de bombeo no sontan importantes en la perforación através de la tubería.

La perforación a través de la tuberíase beneficia del mismo diseño defluido que la perforación con tuberíaflexible. Sin embargo, debido a laspresiones de bombeo más bajasrequeridas y a la capacidad de hacer

girar la tubería, fluidos másconvencionales pueden ser usadoscon éxito. Éstos incluyen fluidos con:• Materiales puenteantes sólidos.• Materiales densificantes sólidos.• Lodos de emulsión inversa de aceite.

Actualmente, la ventaja principal dela perforación rotatoria con respecto ala perforación con tubería flexible esla cantidad de sección horizontal quese puede perforar. En la perforaciónrotatoria, las conexiones de lastuberías proporcionan mayorestabilidad a la columna deperforación que en el caso de laperforación con tubería flexible. Latecnología de perforación con tuberíaflexible está mejorando, peroactualmente el límite exterior de unasección horizontal perforada con unaunidad de tubería flexible parece seraproximadamente 3.000 pies. Estopuede ser comparado conaproximadamente 5.000 pies con unaunidad de perforación rotatoria queestá perforando a través de la tubería.

Perforación a Través de la Tubería

Las tecnologías de perforación contubería flexible y a través de la tuberíaestán avanzando rápidamente. Éstasofrecen considerables ventajaseconómicas con respecto a laperforación rotatoria convencional,en ciertas situaciones. Los requisitosúnicos de estas técnicas imponendemandas inusuales sobre el diseñode los fluidos de perforación. Paraadaptar estas tecnologías cambiantes,también anticipamos mejoras ycambios en las tecnologías de losfluidos de perforación.

Conclusión

...la ventajaprincipal delaperforaciónrotatoria conrespecto a laperforacióncon tuberíaflexible es lacantidad desecciónhorizontalque se puedeperforar.

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