Detección Temprana de Patadas de Pozo Slim Hole

8/16/2019 Detección Temprana de Patadas de Pozo Slim Hole

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PERFORACIÓN DE POZOS TIPO “SLIM HOLE”

INFORMACIÓN TÉCNICAPERFORACIÓN DE POZOS ESTRATIRÁFICOS TIPO “SLIM HOLE”

CONTROL DE POZOS ESTRATIGRÁFICOS

BOGOTÁ DC



CONTROL DE POZOS EN OPERACIONES SLIM HOLE

Uno de los principales obstáculos en la aplicación de la tecnología de perforación

de pozos angostos para las operaciones petroleras es la detección de patadas de

pozo. Las técnicas convencionales para matar pozos tales como el método de

esperar y densificar o el método del perforador no son válidos en los pozos Slim

Hole porque la distribución de pérdidas de presión circulando es diferente. En la

perforación de pozos Slimhole, la reducida tolerancia de un influjo en estos debido

a la baja capacidad anular dicta que el sistema de detección de reventones debe

ser capaz de detectar un pequeño volumen de influjo. Un sistema de control seguro,

por lo tanto, debe detectar tempranamente flujos de gas para permitir un cierre

rápido del pozo. Además, es importante que cualquier sistema de detección de

blowouts esté activo durante operaciones de perforación y sea capaz de diferenciar

una patada de otros fenómenos que ocurren durante estas actividades.

El volumen anular de la geometría de los pozos Slim Hole limita severamente el

máximo influjo permitido comparado con un pozo convencional. Desde un punto de

vista de control de pozos, la altura de un influjo cuando un reventón ocurre es crítico

para el manejo de una situación de control en pozos estrechos. Cuanto mayor seala altura del influjo, es más grave el problema de control también. Para determinar

el volumen anular la siguiente ecuación puede ser usada:

=

−

1029.4

Usando la ecuación en un pozo de 8000 pies, el volumen anular convencional

entre 8 ½” (21.6 cm) -hoyo y 4 ½” (11.4 cm)-tubería de perforación es 50 bls/1000

ft. Mientras que el volumen anular slimhole entre 4 3/8” (11.1 cm)-hoyo y 3.7” (9.4

cm)-tubería de perforación es solamente 5.3 bls/1000 ft.



A continuación se examinan el resultado de un barril de un influjo de gas en un

pozo convencional y un slimhole. En un anular entre un pozo convencional de 8 ½”

(21.6 cm)-hoyo y 4 ½” (11.4 cm)-tubería de perforación, un influjo de un barril

ocupará una longitud de 19.8 ft (6 m) mientras el mismo volumen en el anular entre

4 3/8” (11.1 cm)-hoyo y 3.7” (9.4 cm)-sarta de perforación ocupará alrededor de 190

ft (58 m) a condiciones de fondo de pozo. Para un lodo de 10.8 ppg (1200 kg/m3)

en esta geometría de hoyo este incremento representa un adicional de 95 psi (655

kPa) en la superficie con el pozo cerrado.

Sin embargo, como el gas se expande a medida que se circula hacia fuera del

hoyo, el influjo de gas se extiende mucho más en los pozos estrechos que en pozos

convencionales con diámetros mayores, teniendo así un efecto superior en la

presión del hueco. Esta comparación se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Diagrama de pozo d e pozos c onvencionales y sl imhole. Zhu and Carrol. A review to

Slimhole drilling. 1994

Si el gas es circulado a una profundidad de 1500 pies donde un casing se

encuentra asentado, un barril de gas en un pozo convencional ocuparía solamente

105 pies (32 m) en el anular y reduciría la presión hidrostática alrededor de 59 psi



(406 kPa) con un lodo de 10.8 ppg. Un barril en el anular de un pozo Slim hole, sin

embargo, ocuparía 1017 pies (310 m) y reduciría la presión hidrostática alrededor

de 570 psi (3935 kPa). La presión de casing debe incrementarse para mantener una

presión de fondo constante tal como se muestra en la Figura 2.

Para asegurar el cierre del pozo y que los volúmenes de gas en Slimholes no

excedan el máximo volumen de influjo permitido, se requiere el uso de un sistema

de detección con suficiente sensibilidad para detectar patadas considerablemente

más pequeñas que las detectadas por las tecnologías convencionales. En pozos

convencionales es común basar la detección de influjos en un incremento de

volumen entre 10 y 25 barriles (1.59 y 3.97 m3). Este límite de detección para pozos

Slim tendría potencialmente peligrosas consecuencias. Por lo tanto el sistema de

detección debería ser muy sensible a este tipo de influjos. Un límite de detección de

1 barril (0.159 m3) debería ser considerado como apropiado para los pozos

estrechos.

Figura 2. Pozo con vencion al y sl imh ole con u n influjo inicial de 2 bls circu lado con métod oscon vencion ales a un a posic ión de máxima p resión permitida en cas ing. Zhu and Carrol. Areview to Slimhole drilling. 1994



La pérdida de presión en el sistema es la clave para el control de pozos Slimhole.

La perforación de pozos estrechos difiere de la perforación convencional en la

distribución de las presiones de circulación. La presión de circulación es dominada

por la caída de presión anular en perforaciones Slim. Un resultado calculado por

Bode et al. indica que el 90% de pérdidas de presión toman lugar en el anular del

pozo slimhole comparado a perforaciones convencionales donde el 90% de las

caídas de presión toman lugar en la tubería de perforación y los jets de la broca.

Las altas caídas de presión anular pueden resultar en una alta densidad equivalente

de circulación del lodo. Pequeños cambios en la velocidad de flujo pueden producir

grandes cambios en pérdida de presión anular y consecuentemente altas

densidades de circulación como lo muestra el Cuadro 1 y la Figura 3.

Cuadro 1.

Perdidas de presión anular en pozos estrechos. (APL: Annular Pressure Loss)

Flow Rate

GPM

Pump Pressure

PSI

Calculated APL

PSI

ECD

PPG

11 121 106 7.8

13 164 145 7.9

16 241 214 8.119 331 294 8.3

23 471 420 8.7

27 634 566 9.1

31 820 732 9.5

35.5 1055 947 10.1

40 1323 1176 10.7

La pérdida de presión anular dependerá de las propiedades del lodo, tamaño de la

tubería de perforación, rendimiento de la bomba, profundidad y diámetro del hueco

el cual es determinado por el tamaño de la broca y el lavado en el hoyo. La pérdida

de presión anular puede ser muy sensible al lavado del hueco. Por ejemplo, la



diferencia de perdida de presión anular entre un diámetro de 4 3/8” -Hoyo y 4 ¾”-

Hoyo con 50 GPM en el ejemplo del pozo slimhole de 8000 pies es de 269 psi o

0.65 ppg equivalentes. Debido a la sensibilidad de la perdida de presión anular por

el tamaño del hueco, un método de desviación como well control es recomendado

para pozos Slim hole.

Figura 3. Ejemplo d e prueba de presión anular. Zhu and Carrol. A review to Slimhole drilling. 1994

Las caídas de presión anular son también muy sensibles a la velocidad de

rotación de la tubería de perforación. Autores han demostrado el dramático

incremento en presiones anulares causadas por la rotación del drill pipe a altas

velocidades. Las pérdidas de presión anular inducidas por la rotación de la sarta de

perforación eran medidas en una prueba de pozos por Amoco. Los resultados de laprueba (Figura 4), indicaron que la proporción de las pérdidas de presión anular con

rotación a las pérdidas de presión anular sin rotación oscilaban de 1.1 a 2.9. Como

un ejemplo de los efectos que la rotación tiene en la perdida de presión anular, en



el pozo de 8000 pies de la Figura 1, tiene una pérdida de presión anular de 485 psi

o 9.4 ppg equivalentes cuando circula lodo de 8.5 ppg a 50 GPM sin rotación.

Cuando rota a 600 RPM, una pérdida de presión adicional de 580 psi es creada.

La caída de presión anular total debería por lo tanto ser 1065 psi o 11.1 ppg

equivalentes. Un sistema de detección de influjo por lo tanto, debería ser capaz de

diferenciar un influjo de otras actividades relacionadas con las actividades normales

de perforación.

Figura 4. Propo rción de perdida de presión anular con rotación y sin rotación vs Númerode Reynolds. Zhu and Carrol. A review to Slimhole drilling. 1994

Un control de pozos dinámico es el control de la presión de formación usando

las pérdidas por fricción en el anular cuando se circula. La densidad de circulación

equivalente típica mientras se circula con 50 gpm a 8000 pies como un ejemplo de

pozos slimhole sería aproximadamente 9.6 ppg. Una densidad equivalente de

circulación de 12.1 ppg puede ser alcanzada en el fondo del pozo por el incrementode la rata de circulación a 100 gpm. Rotando mientras se circula a 100 gpm

incrementará la densidad equivalente de circulación a 16.1 ppg. Así por cambios de



velocidad de flujo, velocidad de rotación o propiedades del lodo una formación bajo

balance puede a menudo ser controlada.

Sin embargo, un matado de pozo dinámico depende de la perdida de presión

debido a la fricción en el anular. Con un influjo de gas, la perdida de presión por

fricción será pequeña en comparación al lodo de perforación. Por lo tanto cuanto

mayor sea el volumen del influjo, más difícil es el matado del pozo con un método

dinámico. Para un gran volumen de gas, la reducción en la perdida de presión anular

debido a la columna de gas puede dificultar el control dinámico o imposibilitarlo. Por

esa razón, es necesario desarrollar un nuevo método de control de pozo para

perforaciones Slim Hole.

Una alta densidad equivalente de circulación del lodo también causa que las

conexiones de tubería sean más peligrosas que en la perforación convencional. La

alta densidad de circulación del lodo en pozos estrechos puede enmascarar la

presencia de una formación sobrepresurizada. Durante una operación de conexión

de tubería, la circulación del lodo y la rotación de la tubería son interrumpidas lo cual

resulta en una gran reducción de la presión de fondo. Si la formación ha estado

balanceada por la presión hidrostática mientras se circula, esta reducción de presión

puede ser suficiente para causar una patada de pozo. Es importante por lo tanto

desarrollar un sistema de detección de influjos activo durante las operaciones de

conexión en la perforación.

Los pequeños anulares y velocidades de flujo relativamente bajas en la

perforación Slimhole, también introducen algunos efectos que normalmente no se

consideran un problema en la perforación convencional. En pozos estrechos, el aire

arrastrado durante conexiones de tubería producirá cambios apreciables en el flujo.

Un sistema de detección de patadas de pozos Slim hole debería ser capaz de

diferenciar un influjo real de este influjo artificial.

La demanda por sistemas más sensibles y rápidos para detectar blowouts se ha

incrementado con el aumento de las actividades de perforación Slimhole. Los

influjos de gas crean los más grandes peligros para la seguridad en las operaciones

de perforación Slimhole. La mejora en los sistemas de detección tendrá un impacto



positivo en el diseño de pozos estrechos lo cual se traduce en operaciones más

seguras.

DETECCIÓN TEMPRANA DE PATADAS DE POZO

La detección temprana de un influjo es de vital importancia en la perforación de

pozos Slim Hole. En una perforación convencional, la detección primaria de una

patada es una ganancia en el volumen de los tanques de lodo. La precisión de este

método de detección depende del tipo de broca y el tamaño de los tanques de lodo.

Sin embargo, los taladros Slim Hole no pueden depender del tipo de bomba y la

ganancia en los tanques para la detección de influjos, ya que en esta clase de

perforaciones, los pequeños volúmenes anulares manejados resultan en pequeños

volúmenes de influjo permitido.

Con el fin de minimizar el volumen del influjo, una patada debería ser controlada

tan pronto como sea posible y debe ser confirmado no por una verificación de flujo,

si no observando el incremento de presión bajo las BOP’s cerradas (Presión de

cierre en tubería). A partir de entonces la patada puede ser circulada y retirada de

forma convencional. Recientemente, se han desarrollado varios métodos para

matar pozos Slim Hole. Todos estos métodos dependen de técnicas dinámicas. La

ventaja del método dinámico para el control de pozos radica en la rapidez al

emplearlo y se minimiza la presión en el zapato del casing.

Con esta técnica, la primera acción tomada después de detectada la patada es

incrementar la velocidad de circulación para aumentar la caída de presión anular y

la presión de fondo. A finales de 1980, Amoco1 desarrolló un sistema de control de

pozos para perforaciones Slim Hole usando un procedimiento dinámico para matar

el pozo en lugar de los métodos espere y densifique o del perforador. En el sistema

de control de pozos de Amoco, medidores de flujo electromagnéticos eran usados

en línea con la bomba de succión y el flowline del pozo. Las lecturas del flujo

1 Empresa petrolera y petroquímica estadounidense fundada en 1889



entrando y saliendo representaban los volúmenes de tanques manejados en la

perforación convencional. Superponiendo el flujo de entrada y registros de flujo de

salida en tiempo real, los influjos (y pérdidas) eran detectados de inmediato.

Además, Amoco desarrolló también un sistema para usarlo en sus taladros Slim

Hole como se muestra en la Figura 5.

Este sistema incorpora el conocimiento de los ingenieros de planeación y el

personal de taladro en un programa computarizado. El sistema provee un monitoreo

continuo de los parámetros de control de pozo y permite al personal de taladro

concentrarse en las operaciones de perforación. Las pruebas de campo del sistema

de control de pozos de Amoco confirmaron que este proporcionaba datos de forma

precisa y confiable. Las correlaciones de presión resultaron precisas y no solo

fueron utilizadas para la evaluación de control de pozos, sino también para

determinar el efecto sobre la presión de la bomba cuando cambios en la reología

del lodo eran anticipados.

Figura 5. Sistema de monito reo de parámetro s para co ntrol d e pozos Slim hole. Zhu andCarrol. A review to Slimhole drilling. 1994



Recientemente, BP Exploration Operating Company, desarrolló un sistema de

detección temprana de patadas en pozos slimholes para detectar y confirmar la

presencia de un influjo rápidamente. El sistema de detección temprana de patadas

de pozo está basado en análisis en tiempo real de los datos de perforación

obtenidos directamente de un sistema Mudlogging en el taladro. La técnica de

análisis compara las predicciones de flujo de lodo y la presión del standpipe de un

modelo dinámico del pozo con los correspondientes valores medidos por el sistema

de registro continuo.

Cualquier diferencia entre la realidad y lo ideal indicará un evento anormal. La

detección de patadas se basa en las desviaciones entre los datos medidos y las

predicciones de los modelos idealizados. En el sistema de detección temprana deBP, dos parámetros son usados para identificar un influjo y confirmar su presencia;

estos son el flujo de salida del pozo y la presión del standpipe. El flujo del pozo es

predecido por el modelo de dm-c de un caudal de entrada alimentado directamente

desde el taladro. La presión del standpipe es calculada por el modelo dinámico de

la velocidad del flujo de entrada. La presión del standpipe fue escogida para proveer

un segundo indicador del influjo y por lo tanto la confirmación de la patada de pozo.

El modelo dinámico del pozo usado en la detección es conectado a la plataforma

del pozo Slim hole a través de una interfaz en forma de una base de datos completa

de mudlogging como se muestra en la Figura 6



Figura 6. Modelo d inámico del po zo y d etección de kick de BP . Zhu and Carrol. A review toSlimhole drilling. 1994

Shell y Eastman Teleco desarrollaron un sistema de detección de patada de

pozos slimhole similar al de BP, que se basa en la medición del lodo de entrada y

el flowsut? del pozo, corregido para el sistema dinámico utilizando un computador.

Sin embargo, el sistema de Shell es un sistema de medición continua con

capacidades de detección de patadas durante la perforación, realizando

conexiones, fresando, cañoneando, corriendo casing y la toma de registros. El

sistema es usado en adición a otros indicadores de influjos tales como el Drilling

Break.

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