PERFORACION ll

METODOS DE CONTROL DE POZOS

Control de Pozos

En los pozos petroleros, durante las etapas de Perforacion, terminación y mantenimiento de los mismos, existe la posibilidad de que se origine un brote. Esto se debe al desbalance entre la presión de formación y la presión hidrostática del fluido de control.Si los brotes son detectados a tiempo, evitaremos daños industriales, ecológicos o al personal.

La definición de control de pozos es mantener la presión de formación debajo de la presión ejercida por el gradiente hidrostático generado por un fluido de control.

Brote

Es la entrada de fluidos provenientes de la formación al pozo, generado por un desbalance entre la presión de formación y la presión hidrostática del fluido.

Descontrol

Se le llama descontrol al influjo o entrada de fluidos que no puede mantenerse a voluntad dado un problema en las conexiones superficiales de control o debido a una respuesta tardía o alguna técnica mal empleada

Formaciones con presión normal

Son aquellas que se pueden controlar con densidades del agua salada. Las densidades del fluido requerido para controlar estas presiones es el equivalente a un gradiente de 0.100 a 0.108kg/cm2/m.

Formaciones con presión subnormal

Son aquellas que se pueden controla con una densidad menor que la del agua dulce, equivalente a un gradiente menor de 0.100kg/cm2/m.

Formaciones con presión anormal

Son aquellas en que la presión de formación es mayor a la que se considera como presión normal. Las densidades de los fluidos requeridos para controlar estas presiones equivalen a gradientes hasta de 0.224kg/cm2/m.

Presión de sobrecarga

Es el peso de los materiales que se ejerce en un punto determinado en la profundidad de la tierra. Esta presión se debe al peso de las rocas junto con los fluidos que contienen. Las rocas dentro del subsuelo promedian de 2.116 a 2.64gr/cm3.

Presión de fractura

Es la presión a la cual se presenta una falla mecánica de una formación, originando perdida del lodo hacia la misma, esta puede ser parcial o total.

Prueba de Goteo

Para determinar el gradiente de fractura de la formación se realiza la prueba denominada “de goteo”, con la finalidad de proporcionar con bastante confianza el gradiente de fractura de la formación, y así definir la máxima presión permisible en el pozo cuando ocurre un brote, densidad de lodo máxima a usarse y el asentamiento de las subsecuentes tuberías de revestimiento. La razón fundamental de la prueba de goteo es encontrar la presión a la cual la formación inicia a admitir fluido de control sin provocar fracturamiento de la formación. El resultado será la suma de la presión ejercida por la columna hidrostática del fluido empleado mas la presión del manómetro al re presionar.

Causas de los brotes

Durante las operaciones de Perforacion, se conserva una presión hidrostática ligeramente mayor a la de la formación. De esta forma se previenen el riesgo de que ocurra un brote. Sin embargo, en ocasiones la presión de formación excederá la hidrostática y ocurrirá un brote, esto se puede originar por diversas causas:

- Suabeo del pozo al sacar tubería- Densidad insuficiente del lodo- Perdidas de circulación- Contaminación del lodo con gas- Llenado insuficiente durante los viajes

Suabeo

El efecto de suabeo o sondeo se refiere a la acción que ejerce la sarta de perforación dentro del pozo, cuando se mueve hacia arriba a una velocidad mayor que la del lodo. Esto origina que el efecto sea mucho mayor. Si esta reducción de presión es lo suficientemente grande como para disminuir la presión hidrostática efectiva a un valor por debajo del de la formación, dará origen a un desequilibrio que causara un influjo.

Densidad insuficiente

Los influjos causados por densidades insuficientes de lodo pudieran ser fáciles de controlar con solo incrementar la densidad del lodo de perforación, pero a continuación se mencionan las razones por las cuales no es lo mas adecuado:

- Se puede exceder el gradiente de fractura- Se incrementa el riesgo de pegaduras por presión diferencial- Se reduce significativamente la velocidad de penetración

Perdidas de circulación

La pérdida de circulación es la reducción o ausencia total de flujo de fluido por el espacio anular comprendido entre la formación y la tubería de revestimiento, o entre la tubería de revestimiento y la tubería de producción, cuando se bombea fluido en sentido descendente por la columna de perforación o la TR.

Contaminación del lodo con gas

Al perforar demasiado rápido, el gas contenido en los recortes se libera, ocasionando la reducción en la densidad del lodo. Eso reduce la presión hidrostática en el pozo, permitiendo que una cantidad considerable de gas entre al pozo.

Llenado insuficiente durante los viajes

A medida que la tubería se saca del pozo, el nivel del lodo disminuye por el volumen que desplaza el acero en el interior del pozo. Conforme se extrae la tubería y el pozo no se llena con lodo, el nivel del mismo decrece y por consecuencia también la presión hidrostática.

De acuerdo con las normas API-16D y API-RP59, al estar sacando la tubería, debe llenarse el espacio anular con lodo antes de que la PH de la columna de lodo acuse una disminución de 5kg/cm2.

Indicadores de los brotes

Al momento de ocurrir un brote, el lodo es desplazado fuera del pozo. Los indicadores definidos de que el lodo está fluyendo del pozo son:

- Aumento de volumen en presas- Aumento en el gasto de salida- Flujo del pozo sin circulación- Desplazamiento mayor de fluido que el calculado por viaje

Los principales métodos de control de pozos que mantienen una presión constante en el fondo del pozo son:

» El método del Perforador.» El método del Espere y Densifique (Del Ingeniero).» El método Concurrente.» Estos métodos tienen como objetivo aplicar una presión constante en el

fondo del pozo, para desalojar el brote, hasta que se obtiene el control total sobre el mismo.

» Cada método de control del pozo tienen sus propias ventajas y desventajas por lo que se recomienda identificarlas, a fin de aplicar el método adecuado cuando se presente un brote en el pozo.

Al aplicar un método de control de pozo se requiere contar con la información siguiente:» Registro previo de información» Gasto de bombeo y presión reducidas» Registro de las presiones de cierre del pozo» Densidad del fluido para obtener el control del pozo» Presiones de circulación al controlar al pozo» Registro del comportamiento de la presión y volúmenes.

REGISTRO PREVIO DE INFORMACION

Esta información está referida a tener disponible y de inmediato:

» Capacidad de desplazamiento de la bomba.» Máxima presión de la bomba.» Presión del conjunto de preventores.» Volumen de las presas.» Volumen correspondiente a las conexiones superficiales.» Densidad del lodo actual.» Densidad del lodo para obtener el control del pozo.» Presión máxima permisible en el espacio anular.» Densidad equivalente a la prueba de goteo.» Profundidad de la zapata.» Geometría de la sarta.» Geometría del pozo.» Profundidad de la zona de brote.

GASTOS DE BOMBEO Y PRESION REDUCIDA» Este dato importante estará registrado en la bitácora y ahora se emplea y está referido a la presión y gasto al

circular a 1/3 o ½ del régimen normal.

REGISTRO DE PRESIONES DE CIERRE DE POZO» Después de haber cerrado el pozo se proceda a obtener las presiones estabilizadas de TP y TR; la primera nos

permitirá obtener la densidad de control y la presión para iniciar la circulación del mismo y se hará a través de manómetros confiables y la presión en la TR nos permitirá de manera rápida conocer qué tipo de fluido entró al pozo; salvo si ya es un área conocida.

DENSIDAD DEL FLUIDO PARA CONTROLAR POZO» Obtenida la presión estabilizada en TP podremos calcular la densidad del lodo para lograr el control del pozo.

Este dato nos permitirá seleccionar el método más adecuado.

PRESIONES DE CIRCULACION AL CONTROLAR POZO» Para determinar con propiedad si estamos o no controlando la presión de la formación, tomaremos los datos de

la presión reducida de circulación (PRC) correcta y la presión de cierre estabilizada de la TP (PCTP). Se suman y representan la presión con la que iniciamos la circulación de control del pozo. La presión final será con la que llenamos la sarta y hasta que la nueva densidad llegue a la superficie.

» Estas presiones serán corregidas por incremento en densidad si se aplican.

REGISTRO DEL COMPORTAMIENTO DE LA PRESION-VOLUMEN» Durante la fase de llenado de la TP y desplazamiento del lodo en el espacio anular se deberá llevar un registro de

comportamiento de la presión y de los volúmenes bombeados durante el control del pozo, ya que nos permitirá llevar de la mano el control de la presión de la formación; haciendo las adecuaciones mediante el estrangulador.

DESCRIPCION DE LOS METODOS

» Se basa en el principio básico de control, requiere de un ciclo de circulación completo para que los fluidos invasores circulen fuera del espacio anular, utilizando el lodo con densidad original a un gasto y presión constante y un estrangulador ajustable.

» El Método del PERFORADOR se usa ampliamente por su relativa de aplicación, ya que al detectar la presencia de un brote se toman medidas inmediatas para desalojarlo, tomando en cuenta las restricciones que se indican en la hoja de control de brotes.

Método del Perforador

Básicamente el método del perforador consiste en:

» Circular el brote con fluido de densidad original, manteniendo constante la presión inicial de circulación calculada y el gasto de control de la bomba durante el número de emboladas o tiempo necesario para que el fluido salga del pozo.

» Cerrar el pozo y densificar fluido.» Circular con lodo de densidad de control hasta desalojar el

fluido de densidad original.

La ventaja de este método es el de circular el brote con suficiente rapidez evitando los efectos de la migración del gas.

SECUENCIA DEL METODO DEL PERFORADOR EN DIAGRAMAS DE TUBO EN “U”

» Ejemplo: brote de gas

La presión de la formación supera a la presión hidrostática del fluido de perforación y se cierra el pozo; se registran presiones en ambas ramas.

PH=Densidad X Prof.= kg/cm2 10

» Con la presión inicial de circulación calculada y con la misma densidad de fluido; se procede a circular el brote, observamos que la presión en la TR va aumentando a medida que el gas va hacia la superficie, durante este ciclo debe mantener la PIC constante para evitar mayor entrada de fluidos de la formación.

» El gas ha alcanzado la superficie, se registrara la máxima presión en la TR, hay que seguir manteniendo constante la presión inicial de circulación (PIC).

» Una vez que ha salido el gas, se cierra el pozo y se verifican presiones, si la operación fue normal, las presiones en las dos ramas deberán ser iguales. Esto confirma que no hay gas en el agujero.

» Se establece la circulación con lodo de densidad de control y cuando el lodo de control esté en la barrena se tendrá en la TP el valor de la presión final de circulación (PFC).

Si se tiene duda en lo que se hace, el pozo se cierra y se verifican presiones, observamos que la densidad calculada fue la correcta, en el espacio anular todavía hay presión, ya que se tiene lodo de densidad original.

» A medida que el lodo de densidad de control viaja por el espacio anular, la presión en la TR va disminuyendo. Durante este proceso se debe mantener constante en TP el valor de la presión final de circulación.

» Una vez que el lodo de control alcanza la superficie, las presiones en ambas ramas deberán ser 0 (cero).

» Este método (también llamado del Ingeniero) implica que estando el pozo cerrado se tenga que esperar mientras se prepara lodo con la densidad adecuada y equilibrar la presión hidrostática con la presión de la formación, así como recabar los datos necesarios y efectuar los cálculos para llevar a cabo el control del pozo.

Método: Densificar y Esperar

DESCRIPCION DE LOS EVENTOS

» Una vez que el lodo esté preparado con la densidad de control y se comience a bombear a un gasto reducido de circulación, la presión que se registre en la tubería de perforación, sólo al momento de igualarla en el espacio anular con la presión de cierre en tubería de revestimiento ( PCTR), será similar a la inicial de circulación (PIC).

» Al bombear lodo con la densidad de control a través de la sarta de perforación, se observará disminución paulatina en la presión de la tubería de perforación, hasta un valor llamado presión final de circulación (PFC), que será cuando la densidad de control llegue a la barrena. Entonces se observará que el abatimiento de presión en tubería de perforación será similar al calculado en la cédula de bombeo.

» Una vez que el lodo de control ha llegado a la barrena, la PFC deberá mantenerse constantemente durante el viaje del lodo, con densidad de control a la superficie (ajustando el estrangulador).

» Cuando salga el lodo con densidad de control a la superficie, la presión en el espacio anular deberá ser cero. Para observar si no hay flujo, se deberá suspender el bombeo; si no lo hay, el pozo estará bajo control.

» Cuándo se haga presente el efecto de la expansión del gas cerca de la superficie, la declinación en la presión de la tubería de revestimiento cesará y empezará a incrementarse hasta alcanzar su máxima presión, la cual ocurrirá cuando la burbuja de gas llegue a la superficie. Durante la salida de la burbuja, se observará disminución en la presión de la tubería de revestimiento, originada por la súbita expansión de la misma.

» Se recomienda cerrar ligeramente el estrangulador, ya que de esta forma no se permite la disminución excesiva de presión en el espacio anular, puesto que se tendría un volumen equivalente a la capacidad de la tubería de perforación con densidad original.

» A medida que se circula el lodo con densidad de control, la presión en la tubería de revestimiento continuará disminuyendo con menor rapidez hasta llegar casi a cero (cuando el lodo con densidad de control salga a la superficie), donde el estrangulador deberá estar totalmente abierto y esta presión sólo será igual a las pérdidas por fricción en las líneas y el múltiple estrangulación.

» Si al haber circulado completamente el lodo de control y suspendido el bombeo, las presiones en las tuberías de perforación y de revestimiento no son iguales a cero, se deberá a alguna de las razones siguientes:˃ La densidad de control no es la suficiente para controlar el pozo.˃ Se tendrá un brote adicional en el espacio anular, causado por permitir que la

presión disminuyera al estar circulando el brote.» Para comprobar que esta presión no es producida por fluidos entrampados cerca de la

superficie, se deberá purgar el pozo con una pequeña cantidad de flujo que no exceda de medio barril; si con este purgado no se observa una disminución de presión, se deberá aumentar la densidad del lodo, para lo cual se debe tomar en cuenta las nuevas presiones de cierre registradas en las tuberías de perforación y de revestimiento, circulando el brote en la forma ya indicada.

» Cuando se utiliza este método para controlar un brote, se inicia el brote con la Presión Inicial de circulación y se empieza adicionar barita al sistema de lodos hasta alcanzar el peso de control. Lo anterior significa aumentar la densidad al fluido mientras se circula.

» El método aplica un incremento gradual en el peso del lodo hasta que el brote es desalojado a la superficie, por lo cual requerirá varias circulaciones hasta completar el control del pozo.

Método Concurrente

DESCRIPCION DE LOS EVENTOS

» Su premisa consiste en que puede utilizarse una vez registradas las presiones de cierre.» Además puede aplicarse al tener calculadas las máximas presiones permisibles en el espacio

anular (TR); resistencia al fracturamiento de la formación y en las conexiones superficiales de control.

» Hay un mínimo retraso de tiempo para iniciar la circulación. » Es el método preferido cuando el incremento a la densidad es elevado y requerido.» Las condiciones de viscosidad y gelatinosidad del lodo pueden controlarse. » Hay menor presión a la salida de la TR durante el control, en relación al Método del

Perforador.» Puede fácilmente relacionarse con el Método de Densificar y Esperar. » El número de circulaciones requeridas será en función del aumento al peso del lodo, el

volumen activo y las condiciones del fluido en el sistema; así como la capacidad de los accesorios y equipos de agitación y mezclado.

DESVENTAJAS QUE AFECTAN SU APLICACIÓN

» Los cálculos requeridos para mantener la presión de fondo constante son más complicados en relación a los métodos del Perforador y de Densificar y Esperar.

» Se requiere mayor tiempo de circulación durante la etapa de control.» La presión de superficie en la TR y la densidad equivalente del lodo, desde la zapata son

elevados en relación al método de Densificar y Esperar.

RAZONES ESPECIFICAS PARA SELECCIONAR UN METODO DE CONTROL

Se tiene que tomar en consideración la etapa de control en que se encuentra el problema y, con base en ello, se definirá el método de control por emplear.

CONTROL PRIMARIO

En esta etapa, el control se establece sólo con la presión hidrostática ejercida por fluido de perforación y, si es la adecuada, se evitará el brote.

CONTROL SECUNDARIO

En este etapa el control se establece con la presión hidrostática del fluido de perforación y la presión ejercida desde la superficie, tratando de evitar el fracturamiento de la formación, dañar la TR y las conexiones superficiales de control. El control primario deberá restablecerse rápidamente. Los casos en que se presenta esta etapa son:

» BROTES POR DESBALANCE. - Son causados por incremento de presión de formación y por no contar con la densidad suficiente del fluido de perforación. El desbalance, por lo general, no debe rebasar un valor de densidad equivalente de 0.06 gr/cm3. Para este tipo de brote se tendrá que utilizar el Método de Densificar y Esperar.

» BROTES INDUCIDOS.- Son causados por reducción de presión hidrostática ( gas de corte, pérdida de circulación, densidad inapropiada, falta de llenado correcto, efecto de sondeo, etc.) Si la TP se encuentra fuera del fondo y no se puede introducir tubería, entonces se debe circular con densidades de control. Es muy importante evaluar el pozo para tomar esta decisión; cualquier volumen adicional que entre complicará el control y aumentará los riesgos, por ello deberá considerarse la posibilidad de bajar la tubería a presión para intentar el control con una densidad menor.

OBSERVACION» Si en una zona de presión anormal se presenta:» Un brote al estar perforando, entonces es por desbalance» Un brote al estar circulando, entonces es inducido.

CONTROL TERCIARIO

Cuando se pierde el control secundario, generalmente por mala planeación, se presenta un descontrol de pozo, pudiendo ser:

SUPERFICIALOSUBTERRANEO

» Para restablecer el control primario, se requiere implementar técnicas y equipo especiales; además, para seleccionar el método a utilizar, el responsable del pozo debe tomar en cuenta las siguientes variables, mismas que afectan el empleo de cada método:

» Profundidad de asentamiento de la zapata de la TR con relación a la profundidad total del pozo (mínimo deberá estar entubado a 1/3 de la longitud del pozo).

» Máxima presión permisible en el espacio anular.» Disponibilidad de barita en la localización (en pozos exploratorios se debe tener

como mínimo un volumen tal que se pueda incrementar la densidad del lodo en un equivalente a 0.12 gr/cm³) , así como capacidad en el equipo para su manejo.

» Magnitud y naturaleza del brote» Tiempo mínimo requerido para circular el brote fuera del pozo» Posibles zonas de pérdidas de circulación» Posición de la tubería o la barrena al momento del brote.

EJEMPLO 1

En la figura se muestra el estado mecánico de un pozo con los datos siguientes: » DIAMETRO DE LA BARRENA 8 3/8 pg ( 3 TOBERAS DE 14/32 pg)» HERRAMIENTA DE 6 1/2 pg LONGITUD 185 m ( D.I. = 2.812 pg)» TP 5 pg HW LONGITUD 108 m ( D.I. = 3 pg)» TP 5 pg XH LONGITUD 5,262 m ( D.I.= 4.276 pg)

» PROFUNDIDAD DEL POZO 5,555 m» PROF. ZAPATA DE TR 9 5/8 pg (CEMENTADA) 4,783 m (D.I. = 8.535 pg)» DENSIDAD DEL LODO 1.70 gr/cm³ (14.16 lb/gal)» PRESION REDUCIDA DE CIRCULACION (PRC) 84 kg/cm² a 28 EPM» PRESION DE CIERRE EN TP (PCTP) 18 kg/cm²» PRESION DE CIERRE EN TR (PCTR) 30 kg/cm²» INCREMENTO DE VOLUMEN EN PRESAS 20 bl = 3180 lt

» Realizar lo conducente para circular el brote y restablecer el control del pozo. Las determinaciones deberán incluir:

» Los cálculos básicos para el control de un brote» Los cálculos complementarios.

SOLUCIONES:» Cálculos básicos para el control de un brote.» Tiempo de desplazamiento en el interior de la sarta.

» Factores de capacidad interior.» Factor de Cap. = 0.5067 ( DI)²» TP 5 pg XH = 0.5067 x (4.276)² = 9.26 lt/m» TP 5 pg HW = 0.5067 x (3)² = 4.56 lt/m» Herramienta de 6 1/2 pg = 0.5067 x (2.812)² = 4.00 lt/m

» Volumen interior» Volumen interior de la tubería = Factor de cap. x Longitud de tubería» TP 5 pg XH = 9.26 lt/m x 5262 m = 48,726 lt» TP 5 pg HW = 4.56 lt/m x 108 m = 492 lt

Herramienta de 6 1/2 pg = 4 lt/m x 185 m = 740 lt» VOLUMEN TOTAL = 49,958 lt

Marca IDECO

Modelo T - 1300 triplex simple acción

Diámetro de la camisa 6 1/2 pg

Longitud de carrera 12 pg

Emboladas máximas 130 EPM

Presión de Operación a 28 emb/min = 84 kg/ cm2

Presión límite de operación 228 kg/cm2 (3,242 lb/pg2)

DATOS DE LA BOMBA

CAPACIDAD DE LA BOMBA

» Q= 0.0386 x L x D²» Q= 0.0386 x 12 x (6.5)² = 19.57 lt/emb al 100% eficiencia volumétrica = 17.61 lt/emb al 90% de eficiencia volumétrica

» Si la presión reducida (PRC) es 84 kg/ cm² a 28 EPM el gasto de la bomba será:» 17.61 lt/emb x 28 EPM = 493 lt/min = 130 gal/min = Gasto reducido (QR)» El tiempo de desplazamiento en el interior de la sarta será:

T de Desp= Vol. TP= 49,958 lts QR 493 lts/min

• El número de emboladas para desplazar el volumen de la TP será:• Densidad de control:

DC = Do + Inc. Densidad

Por lo tanto:

DC = 1.70 + 0.03 = 1.73 gr/cm3 (14.41 lb/gal)

Inc. Dens. = PCTP x 10 = 18 x 10 = 0.03 gr/cm³ PROF 5,555

» Presión inicial de circulación» PIC = PR + PCTP» PIC = 84 + 18 = 102 kg/cm2 a 28 EPM

PIC = 102 kg/cm2

Presión final de circulación

PFC = PR x DC = 84 x 1.73 Do 1.70

PFC = 85 kg/cm2 = 1209 lb/pg² a 28 EPM

» CALCULOS COMPLEMENTARIOS

Determinación del tipo de brote y longitud de la burbuja

Capacidad del espacio anular entre agujero y herramienta = 0.5067 x ( 8.375² - 6.5² )

Cap. E.A. y HTA = 14.13 lt/mVolumen espacio anular entre agujero y herramienta = 14.13 lt/m x 185 m

Vol. E.A. y HTA = 2,614 ltComo 2614 lt es menor con respecto al volumen del fluido invasor que entró ( 3180 lt), entonces el brote quedó alojado en las secciones EA y HTA; EA y TPHW; procediéndose a calcular:Capacidad espacio anular entre agujero y TP 5 pg HW = 0.5067 x (8.375² - 5²)Cap. EA y TPHW = 22.87 lt/m

Long. De burb. (m) =

Incremento de volumen en presas Capacidad del espacio anular

FIN

Dfi= Do – 10(PCTR-PCTP)= 1.70 – 10(30-18) Long. Burbuja 210

Dfi= Densidad de Fluido Invasor, en gr/cm3Do= Densidad del lodo original, en gr/cm3PCTR= Presión de Cierre en TR, en kg/cm2PCTP= Presión de Cierre en TP, en kg/cm2