Disparos sobre el objetivo

Las compañías de exploración y producción utilizan la nueva tecnología de disparos orientados para optimizar la productividad del pozo, minimizar la producción de arena y reducir los costos totales de terminación de pozos en ambientes difíciles. El cuidado en la planeación, la selección de tecnología y la evaluación posterior a los trabajos, es esencial para una estrategia de operaciones de disparos optimizadas.

Kjell Bersås Morten Stenhaug Statoil Bergen, Noruega Fokko Doornbosch Bjorn Langseth Stavanger, Noruega Helge Fimreite Hydro Bergen, Noruega Bob Parrott Rosharon, Texas, EUA Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Wallace Pescarini, Al Salsman, George Spencer y Ian Walton, Rosharon, Texas, EUA. DepthLOG, eFire-CT, OCD (Dispositivo de Confirmación de Orientación), OrientXact, PowerJet, PowerJet Plus y PURE (Operaciones de Disparos para la Explotación Total del Yacimiento) son marcas de Schlumberger. 1. Morton N: “Screening Out Sand,” BP Frontiers, edición 2 (Diciembre de 2001): 18–22. 2. Almaguer J, Manrique J, Wickramasuriya S, Habbtar A, López-de-Cárdenas JE, May D, McNally AC y Sulbarán A: “Orientación de los disparos en la dirección correcta,” Oilfield Review 14, no. 1 (Verano de 2002): 18–33. 3. Sulbarán AL, Carbonell RS y López-de-Cárdenas: “Oriented Perforating for Sand Prevention,” artículo de la SPE 57954, presentado en la Conferencia Europea sobre Daño de la formación de la SPE, La Haya, Países Bajos, 31 de mayo al 1° de junio de 1999.

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La producción de arena puede generar problemas tan serios, que un pozo cuya perforación y terminación cuestan millones de dólares puede perder totalmente su valor. Para proteger sus inversiones, las compañías de exploración y producción (E&P, por sus siglas en inglés) hoy pueden orientar los disparos que ejecutan en sus pozos. Los disparos orientados permiten minimizar la producción de arena, mejorar la productividad y reducir los costos de terminación. En el año 2001, una importante compañía productora de petróleo informó que un 60% de su producción mundial, aproximadamente 2 millones de barriles [317,800 m3] de petróleo crudo equivalente por día, provenía de campos que requerían cierto nivel de manejo de la producción de arena.1 Si no se controla, la producción de arena erosiona el equipo de fondo de pozo, tapona el mismo y finalmente obstruye el flujo de fluido. Los operadores recolectan cantidades significativas de datos relacionados con la composición de la formación, el plano de estratificación y la orientación de los esfuerzos, ya sea mediante la adquisición de registros durante la perforación (LWD, por sus siglas en inglés) o con herramientas de adquisición de registros operadas a cable. Estos datos, en conjunto con el análisis de núcleos y el desempeño de los pozos vecinos, ayudan a los operadores a establecer el potencial de producción de arena de un yacimiento.2 En yacimientos que presentan perfiles de esfuerzos anisotrópicos, y probabilidades de producción de arena, la integración de modelado de análisis de esfuerzos, técnicas de bajada de herramientas, nuevos avances en el diseño de herramientas de disparos y cargas, y evaluación posterior a la detonación, permite la optimización general de la terminación de pozos y la productividad.

En este artículo analizamos los efectos perjudiciales de los disparos incorrectamente alineados y luego describimos cómo la aplicación cuidadosa de tecnologías interdependientes mejora los resultados de los disparos. Algunos ejemplos de campo ilustran los avances registrados recientemente en la tecnología de herramientas de disparos orientados bajadas con la tubería de producción para la optimización de la productividad inicial del pozo y la intervención de pozos con desempeños deficientes. Orientaciones que demandan precisión En 1999, un importante operador detectó graves problemas de producción de arena en el yacimiento Eoceno C del Lago de Maracaibo, Venezuela. Se trata de un yacimiento competente y consolidado, pero que presenta grandes esfuerzos locales como resultado de su complejo ambiente tectónico. A través de la orientación de los disparos en la dirección del esfuerzo máximo, el operador redujo el volumen promedio de arena producida de aproximadamente 40 g/m 3 [14 lbm/1,000 bbl de petróleo] a un promedio de menos de 6 g/m3 [2 lbm/1,000 bbl de petróleo], una reducción del volumen de arena producida superior al 85%.3 Los primeros cuatro pozos con disparos orientados mostraron regímenes de producción 30% mayores que el promedio del campo. Esta experiencia demuestra que la técnica de disparos orientados correctamente aplicada, permite reducir significativamente la producción de arena y mejorar la productividad del pozo (véase “Métodos prácticos de manejo de la producción de arena,” página 10). A pesar del éxito de las operaciones de disparos en muchas áreas del mundo, los diseños de las herramientas de disparos han resultado inadecuados en pozos muy desviados. Durante su

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bajada al pozo, las herramientas experimentan diversos grados de esfuerzo de fricción, curvatura y torsión, causando arrastre y desalineación de los tubos de las pistolas. Los fabricantes de pistolas de disparos habitualmente aíslan la sarta de las pistolas de estos esfuerzos y de la fuerza de rotación de la sarta de bajada, colocando varios adaptadores giratorios por encima de los tubos de las pistolas para facilitar la orientación automática de la herramienta por efecto de las fuerzas gravitacionales. Los fabricantes han empleado diversos métodos para generar la alineación gravitatoria de la herramienta de disparo.4 Un método muy conocido utiliza aletas de desviación, soldadas al tubo de la pistola (derecha). Las aletas de desviación modifican el centro de gravedad del tubo de la pistola y generan una orientación excéntrica. La precisión de la orientación utilizando aletas de desviación generalmente es mayor en los ángulos bajos de la desviación del pozo. En un esfuerzo por superar las deficiencias propias de este método, algunos fabricantes aumentaron la altura de las aletas, mientras que otros las acortaron. Las aletas más altas proveían un ajuste más estrecho pero aumentaban el potencial de atascamiento de la sarta de las pistolas en el pozo. Las aletas más cortas proporcionaban más holgura pero otorgaban al arreglo de pistolas mayor libertad de rotación, introduciendo así un error en la orientación. Los primeros diseños de Schlumberger utilizaban espaciadores contrapesados internamente para ayudar a orientar la sarta de las pistolas. Una barra de acero semicircular, sólida, ocupaba la mitad inferior del espaciador, habitualmente de 6 m [20 pies] de largo. Este diseño resultaba adecuado para intervalos cortos de pozos verticales, en desviaciones moderadas y en situaciones que requerían sólo una precisión mínima en la orientación. En los tramos de pozos horizontales extendidos más largos, a veces se corren 250 o más tubos de pistolas en una sarta. Cada sección de la pistola debe alinearse estrechamente con la siguiente para garantizar la alineación correcta 4. Benavides SP, Myers WD, Van Sickle EW y Vargervik K: “Advances in Horizontal Oriented Perforating,” artículo de la SPE 81051, presentado en la Conferencia de Ingeniería Petrolera de América Latina y el Caribe de la SPE, Puerto España, Trinidad, Indias Occidentales, 27 al 30 de abril de 2003. 5. Stenhaug M, Erichsen L, Doornbosch FHC y Parrott RA: “A Step Change in Perforating Technology Improves Productivity of Horizontal Wells in the North Sea,” artículo de la SPE 84910, presentado en la Conferencia Internacional sobre Recuperación Mejorada de Petróleo en el Pacífico Asiático de la SPE, Kuala Lumpur, Malasia, 20 al 21 de octubre de 2003. 6. Sulbarán et al, referencia 3.

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Tubería Herramienta

Aleta de desviación

Tornillo con resalto

Placa de alineación superior Tubería de revestimiento

Contrapeso en forma de semibarra

> Diseño de las aletas de desviación. Los diseños más antiguos con aletas de desviación incorporadas pueden atascarse dentro de la tubería de revestimiento. A menudo, las aletas de desviación se configuran lo más grandes posible con respecto al diámetro interno de la tubería de revestimiento (extremo superior). Con esta tolerancia estrecha, la arena y los detritos que se acumulan dentro y alrededor del tubo de la pistola después de los disparos pueden hacer que la pistola se atasque, o quede suspendida, en el pozo. Las aletas más pequeñas permiten que el arreglo de pistolas caiga sobre un costado produciendo la desalineación de los disparos. Durante la bajada del sistema en pozos muy desviados, la forma excéntrica del arreglo de tubos de pistolas puede contribuir a la torsión y a la fricción rotacional produciendo la desalineación de los disparos. Otros diseños utilizan espaciadores contrapesados (extremo inferior) para generar el esfuerzo de torsión rotacional. Si se genera un esfuerzo de torsión insuficiente para superar la resistencia a la fricción, el resultado es la desalineación de los disparos.

de los disparos. No obstante, las fuerzas compresionales que actúan sobre los conectores comprimen cualquier tolerancia de ajuste del fabricante, girando levemente las roscas derechas del conector y generando un error de orientación gradual, en sentido horario. Si bien cada uno de esos giros es pequeño, el error de orientación acumulado puede ser considerable a lo largo de los intervalos de disparo con muchas conexiones (próxima página).5 Si bien la desviación admisible respecto del ángulo de disparo óptimo varía entre un yacimiento y otro, una variación de más de 25° respecto del esfuerzo horizontal máximo puede inducir la producción de arena.6 Hasta hace poco, los proveedores de servicios trataban de minimizar la acumulación de error de alineación y del subsiguiente error de orientación manteniendo corta la longitud de la sección de la

pistola que media entre las uniones giratorias. Sin embargo, las secciones cortas a menudo generan un esfuerzo de torsión gravitatorio insuficiente para orientar las pistolas en los pozos más desviados. Intervención en el Mar del Norte La compañía Hydro observó que los intentos de orientación de los disparos en pozos muy inclinados del Mar de Norte a menudo se traducían en un defecto de alineación de hasta 45° en los disparos. En el año 2001, el desempeño inferior al esperado exhibido por los primeros pozos del campo Visund condujo a Hydro a evaluar los efectos de las técnicas de disparos sobre la producción de arena y la productividad de los pozos. El campo Visund, operado por Statoil desde el año 2003, se encuentra ubicado a unos 150 km [90

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0°

1.25°

2.50°

Ventana de estabilidad de ±12.5°

3.75°

Error acumulado

50 secciones de pistolas a 1.25°/sección de la pistola = 62.5° de rotación potencial respecto de la vertical

> Acumulación del error de alineación. En los diseños de pistolas de disparos previos, se introducía un error rotacional leve en cada sección de la pistola cuando las roscas derechas de cada conexión se ajustaban bajo la creciente carga compresiva. Si bien cada error rotacional puede ser pequeño, el error de alineación acumulado se vuelve significativo, lo que ubica a un número indefinido de pistolas fuera de la ventana de estabilidad de los túneles de los disparos. La curvatura y la torsión rotacional resultantes de los cambios en la trayectoria del pozo a menudo exacerban el error de orientación total. En este ejemplo, un error de 1.25° por sección de la pistola se traduce en una rotación de 62.5° respecto de la vertical si se acumula a lo largo de las 50 secciones de la pistola.

millas] frente a la costa de Noruega, al noroeste de Bergen. La producción se inició en 1999, mientras el campo era operado por Hydro. Los dos primeros pozos del campo Visund fueron terminados utilizando cedazos (filtros) de arena. Con el tiempo, los ingenieros de Hydro determinaron que era necesario recurrir al aislamiento por zonas para manejar adecuadamente la producción proveniente de este campo petrolero. En consecuencia, se colocaron y se cementaron revestimientos de producción cortos a lo largo de los intervalos productivos; los pozos fueron terminados utilizando un sistema de disparos orientados estándar con cargas revestidas de cinc.

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El yacimiento del campo Visund es un yacimiento geológicamente complejo que corresponde a areniscas débiles con permeabilidades que oscilan entre 300 y 3,000 mD y una resistencia a la compresión no confinada que fluctúa entre 725 y 2,900 lpc [5 y 20 MPa]. Los estudios sobre mecánica de rocas indicaron que era posible mantener suficiente resistencia de los túneles dejados por los disparos (túneles de los disparos) con una desviación máxima de 25° respecto del plano vertical; es decir, la dirección del esfuerzo máximo. Hydro planificó intervalos de disparos de más de 2,000 m [6,561 pies] a lo largo de los tramos

de pozos casi horizontales. La deriva admisible combinada para la alineación y la orientación de las pistolas sería ±10°, precisión que supera la capacidad de los equipos de disparos ordinarios. Los ingenieros de Hydro consideraron que un nuevo diseño de sistema de disparos podría mejorar la productividad del campo Visund. Hydro estableció los objetivos de desempeño de un nuevo sistema de disparos orientados. Se requeriría que los tubos de las pistolas se orientaran dentro de un ángulo de 20° respecto de la vertical, a través de una curva o pata de perro de 5°/30 m [5°/100 pies]. Sería necesario que las cargas tuvieran una eficiencia del 75% respecto

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Arreglo de anillos de fijación Anillo A

Columna de perforación (sarta cerrada)

Medidores de presión

Anillo B Ajuste de interferencia

Resorte ondulado

Cabezal de disparo de retardo hidráulico dual (HDF) Unión giratoria de baja fricción

Espaciador

Arreglo de pistolas

Pistola de disparos orientados de 4.5 pulgadas, escasos detritos, 4 tiros por pie, 10°/350°

Contrapeso para orientación Transferencia balística sellada

Tubería de revestimiento corta de 7 pulgadas

Dispositivo de Confirmación de Orientación OCD

Nariz inferior

> Diseño del sistema de disparos orientados bajado con la tubería de producción OrientXact. El diseño OrientXact orienta todos los disparos en la dirección vertical con fases de la pistola de 10°/350°. Se pueden utilizar medidores de presión para registrar los cambios de presión durante la descarga. Una o más uniones giratorias de baja fricción soportan la sarta de pistolas. En los extremos de cada sección soportada por una unión giratoria se localiza un Dispositivo de Confirmación de Orientación OCD. La necesidad de disponer de contrapesos para la orientación queda determinada por los requerimientos de torsión rotacional.

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Tornillo de fijación

Dispositivo de acoplamiento

Arreglo de pistolas

> Eliminación de la rotación en las conexiones. Cada pistola se alinea y se fija a la siguiente con un dispositivo de acoplamiento enchavetado y ranurado de ajuste de interferencia. Durante el armado, el Anillo de fijación A del dispositivo de acoplamiento es forzado dentro de las ranuras hembra del tambor de la pistola y es sostenido en sitio con un resorte ondulado, y el Anillo B con resalto. Este diseño elimina el juego, o la rotación, entre las secciones de la pistola. No es inusual registrar errores de alineación acumulados de menos de 10 minutos de un grado por arreglo de pistolas.

de las cargas revestidas de acero estándar. Se establecieron los criterios para el desempeño de las uniones giratorias bajo cargas que alcanzaban 50,000 lbf [222 kN] en entornos verticales y desviados. Hydro también requería un método de confirmación de la orientación de los disparos con una precisión de 2°. Por último, se establecieron los criterios posteriores a las detonaciones, incluyendo el requerimiento de limitar los detritos de las pistolas a 50 gm/m [0.5 onza/pie] de material que no fuera cinc. Los ingenieros de Schlumberger desarrollaron un sistema avanzado de disparos bajado con la tubería de producción capaz de orientar los disparos en forma precisa, independientemente de la tortuosidad, en pozos de gran inclinación. El nuevo sistema de disparos orientados bajado con la tubería de producción OrientXact depende de varios componentes clave para lograr la precisión requerida en la orientación, incluyendo una combinación de pistolas, adaptadores de fijación de las secciones de las pistolas, contrapesos para orientación y uniones giratorias (izquierda). La utilización de adaptadores de alineación y fijación especiales asegura un incremento mínimo del error de alineación dentro de las secciones de la sarta de las pistolas. Cada tubo de

pistola se conecta al siguiente con anillos de fijación (arriba). Las estrechas tolerancias de fabricación eliminan virtualmente los errores de alineación causados por el pequeño espiral de la sarta de pistolas, que opera en sentido horario y es característico del antiguo diseño roscado. El error de alineación promedio se reduce a 10 minutos, ó 0.167° por arreglo de pistolas, lo que satisface los exigentes requisitos del proyecto de operaciones de disparos del campo Visund. La carga de compresión y tensión ejercida sobre las uniones giratorias, en las sartas de disparos largas, puede alcanzar 55,000 lbf en los tramos horizontales y 250,000 lbf [1112 kN] en los tramos verticales.7 Schlumberger desarrolló uniones giratorias especiales de baja fricción para tolerar grandes cargas manteniendo al mismo tiempo la precisión de los disparos. Bajo las condiciones operativas existentes habitualmente en el pozo, las nuevas uniones giratorias con cojinetes de rodillo redujeron diez veces la fricción rotacional. Las pruebas realizadas en el Centro de Terminaciones de Yacimientos de Schlumberger (SRC, por sus siglas en inglés), ubicado en Rosharon, Texas, EUA, verificaron que la nueva sarta de pistolas podía desarrollar suficiente esfuerzo de torsión para superar la

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> Pruebas de desempeño bajo curvas distintas. En el Centro de Tecnología de Terminaciones de Yacimientos de Schlumberger, ubicado en Rosharon, Texas, EUA, se probó el sistema OrientXact en curvas que oscilan entre 5°/30 m [5°/100 pies] y 10°/30 m [10°/100 pies]. Los giróscopos operados a cable confirmaron una variación de la orientación de 6 o menos grados a través de las secciones curvas, lo que indica que los diseños de las uniones giratorias y los transportadores de pistolas OrientXact tendrían el desempeño requerido por Hydro en aplicaciones de campo con patas de perro severas.

resistencia de la unión giratoria con cargas de tensión y compresión de 55,000 lbf, con una curvatura simultánea de hasta 10° cada 30 m [100 pies] (arriba a la izquierda). Se puede lograr una precisión en la orientación de ±10° con secciones de más de 488 m [1600 pies] de largo entre las uniones giratorias. La curvatura de una sarta de pistolas puede generar un esfuerzo de torsión significativo sobre el arreglo; con el riesgo de que la rotación tenga lugar fuera de la orientación de los disparos deseada (arriba a la derecha). Para abordar este problema, los ingenieros desarrollaron una serie de transportadores de pistolas direccionalmente sesgados, diseñados con incrementos de 30° de la dirección de la curvatura preferencial. Estos transportadores de pistolas pueden colocarse en la sarta de las pistolas para coincidir con la trayectoria del pozo. Cuando los transportadores sesgados se ubican en su dirección de curvatura preferencial, sirven para orientar la sarta de las pistolas. Después de disparar las pistolas, el sistema de orientación está diseñado para seguir aplicando esfuerzo de torsión, manteniendo

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> Material de transportador de pistolas libre de curvas. Con los materiales de transportadores de pistolas convencionales, la torsión rotacional generada cuando se corre la sarta de disparos en el pozo hará rotar las pistolas de disparos alejándolas de la orientación pretendida. Los nuevos diseños de transportadores libres de curvas, los avances en la ciencia de los materiales y las estrechas tolerancias de fabricación permiten que las sartas de pistolas OrientXact se curven a través de las desviaciones del pozo sin que ello produzca la desalineación de los disparos.

derechos los orificios de salida del transportador e impidiendo que los detritos internos de las cargas se introduzcan en el pozo. Entre los desarrollos posteriores se encuentra un nuevo material para transportadores de pistolas sin dirección preferencial de la curva. Los transportadores de pistolas hechos con este material libre de curvas, o no sesgado, no generan ningún esfuerzo de torsión. Cuando se emplean con otras piezas internas no sesgadas de las pistolas, pueden utilizarse en cualquier parte de la sarta de pistolas, independientemente de la trayectoria del pozo. Para verificar la orientación del sistema, los ingenieros diseñaron un Dispositivo de Confirmación de Orientación OCD. El dispositivo OCD

registra la orientación de los disparos con precisión de 0.5°. Los datos son descargados de la memoria de la herramienta cuando ésta llega a la superficie. Sólo se necesitan dos dispositivos OCD por sección para confirmar la dirección de la orientación de todos los túneles de los disparos. El nuevo sistema OrientXact logró satisfacer cada uno de los requisitos de Hydro en términos de ingeniería y desempeño. Utilizando novedosos contrapesos para orientación pasiva y secciones de pistolas unidas por uniones giratorias con cojinetes de rodillo, el sistema es capaz de manipular grandes cargas. Se trata de un sistema de orientación automática que requiere espaciado7. Stenhaug et al, referencia 5.

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res contrapesados sólo para las condiciones de pozos desviados más difíciles. Un nuevo diseño de cargas provee túneles de disparos profundos y de diámetro reducido e impide el exceso de detritos y la precipitación química posterior a los disparos. A través de fases de 10°/350° se evita la generación de túneles de disparos sucios en el lado bajo del pozo. El sistema OrientXact fue desplegado para Hydro en el campo Visund en noviembre de 2001. Vinculación de tecnologías interdependientes Hydro identificó diversas áreas susceptibles de mejoramiento, fuera de la orientación de los disparos, incluyendo el daño de la formación, la profundidad de penetración de las cargas, la química de las cargas, los detritos de las detonaciones y la química de los fluidos en el entorno de los disparos. El daño de la formación en la región vecina al pozo, o daño mecánico, se produce por diversos motivos. Durante la perforación, la roca yacimiento está expuesta a significativos cambios ambientales, incluyendo presión, sacudidas producidas por la barrena, e invasión del filtrado del lodo y de los sólidos. La profundidad del daño es generalmente una función de la porosidad de la roca, la permeabilidad, el diferencial de presión, el tiempo de exposición y las características del fluido de perforación o de terminación. Los largos tiempos de perforación insumidos en los pozos del campo Visund produjeron la invasión profunda del filtrado del lodo. Los ingenieros creían que las cargas de penetración profunda estándar no podrían llegar más allá de

0 0

daño y los detritos que acompañan a las cargas revestidas de acero estándar. Como parte de la evaluación del campo Visund, los ingenieros observaron que las cargas revestidas de cinc no penetraban tan profundamente como se creía previamente. Por otra parte, los subproductos pulverizados de la detonación del cinc tienen el potencial de reaccionar con el fluido del pozo y el agua connata para precipitar oxido de cinc en la roca yacimiento de la región vecina al pozo y en el pozo. Además, los estudios realizados en el SRC demostraron que las interacciones entre el cinc y las píldoras de ahogo a base de bromuro de calcio podían producir la falla de los aditivos de control de pérdida de fluido.9 El resultado es una invasión excesiva de filtrado, que conduce a la reducción de la productividad.10

1 cm 1 pulgada

> Precipitación de óxido de cinc. Los subproductos de la detonación del cinc pueden reaccionar con los fluidos del pozo y los fluidos de la formación para formar un precipitado de óxido de cinc. El material se puede precipitar dentro de la formación, los túneles de los disparos y el pozo, generando un mayor daño de la formación y produciendo el taponamiento de los disparos. Las pepitas grandes, como las que se muestran aquí, pueden taponar el equipo de seguridad y control de fondo de pozo, planteando serios riesgos operacionales y problemas de remediación.

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la zona dañada. Aún bajo condiciones ideales, las especificaciones de prueba del Instituto Americano del Petróleo (API, por sus siglas en inglés) indican que la profundidad efectiva de los disparos y la penetración, bajo condiciones de fondo de pozo reales, pueden ser significativamente inferiores a las previstas.8 El análisis de laboratorio, realizado en secciones de núcleos del campo Visund, indicó que se requeriría una profundidad efectiva de penetración del disparo de 40 a 50 cm [16 a 20 pulgadas] para sortear la roca yacimiento dañada. En las primeras terminaciones disparadas, se creía que las cargas revestidas de cinc eran las menos dañinas, porque el revestimiento de cinc se desintegra formando un polvo fino durante la detonación. En teoría, esto debería minimizar el

> Penetración profunda con las cargas huecas (premoldeadas) de penetración profunda PowerJet. Estas cargas producen túneles de disparos largos y angostos. El bloque de concreto de la foto corresponde a un objetivo de prueba de la Sección 1 del API. El bloque fue disparado con cargas PowerJet revestidas de acero a través de una tubería de revestimiento L-80, de 7 pulgadas y 32 lbm/pie. La penetración promedio en este objetivo fue de 137.4 cm [54.1 pulgadas]. El túnel de los disparos que se estaba midiendo penetró 152.4 cm [60 pulgadas] dentro del objetivo. Similar desempeño se observa con las cargas huecas de penetración profunda y bajo volumen de detritos PowerJet Plus.

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7,500

Presión, lpc

6,500 5,500 4,500

Presión del yacimiento Presión del pozo

3,500 2,500 -1

0

1

2 3 Tiempo, segundos

4

5

6

> Logro de condiciones de bajo balance dinámico en el pozo A-21 del campo Visund. Los cambios de presión fueron registrados por sensores de presión de fondo de pozo, a lo largo de todo el proceso de ejecución de los disparos. El cambio de la presión del pozo (negro) se representa gráficamente en función de la presión del yacimiento medida previamente (rojo). El pozo A-21 del campo Visund fue sobrebalanceado en 508 lpc [35 bares] antes de los disparos. La técnica de disparos PURE produjo una caída de presión del pozo de 4,206 lpc [290 bares] en un segundo, después de la detonación de las pistolas de disparos. Una breve condición de bajo balance justo después de disparar las pistolas minimizó el daño de la formación y contribuyó a la limpieza de los túneles de los disparos.

En varios de los primeros pozos del campo Visund, disparados con cargas huecas (premoldeadas) revestidas de cinc, se observó la precipitación de óxido de cinc durante la limpieza posterior a los disparos. Las pepitas duras de óxido de cinc, de 5 a 20 mm [0.2 a 0.8 pulgadas] de diámetro, que se hacían circular hacia la superficie (página anterior, izquierda) taponaron los estranguladores submarinos y otros equipos de control, generando una situación peligrosa y difícil de remediar. Para encarar estos problemas, los ingenieros de Schlumberger desarrollaron las cargas huecas de penetración profunda y bajo volumen de detritos PowerJet Plus. A la vez que conservan el alto desempeño de una carga de penetración profunda revestida de acero, las cargas PowerJet Plus generan un mínimo volumen de detritos, son contrapesadas para asistir en el proceso de orientación, no producen cinc residual y, de acuerdo con las pruebas de penetración API, pueden generar túneles de disparos profundos y angostos (página anterior, derecha).11 Estos túneles de disparos largos a veces resultan difíciles de limpiar. Las operaciones de disparos en condiciones de bajo balance constituyen una técnica común utilizada para eliminar los detritos de los túneles de los disparos y minimizar el daño de la formación.12 Los trabajos realizados recientemente en el SRC indicaron que el bajo balance de presión dinámica máxima—no el bajo balance de presión estática inicial—determina la limpieza de los disparos. El grado de bajo balance requerido depende de varios factores, incluyendo el diámetro de los

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túneles de los disparos, la permeabilidad, la porosidad y la resistencia de la roca. Sin embargo, en el yacimiento Visund, es generalmente aceptado que se necesita un bajo balance de presión mínimo de 725 a 1,450 lpc [50 a 100 bares] para minimizar los efectos del daño mecánico y eliminar los detritos de los disparos. En un pozo dado, el logro de este nivel de bajo balance estático puede resultar práctico o no. En ciertos casos, las condiciones existentes en el pozo, el método de bajada de las herramientas y la longitud de la sarta de las pistolas pueden impedir la ejecución de disparos en condiciones de bajo balance estático. El sistema de Operaciones de Disparos para la Explotación Total del Yacimiento PURE optimiza este paso crítico en la conexión del pozo con el yacimiento, a través de la maximización del bajo balance dinámico, o bajo balance transitorio, establecido inmediatamente después de la creación de la cavidad de los disparos. El sistema PURE crea una descompresión instantánea de los fluidos del yacimiento en torno al disparo, inmediatamente después de ejecutadas las operaciones de disparos, ayudando a eliminar el material triturado del túnel de los disparos mientras existen condiciones de sobre balance estático. El resultado es la limpieza de los túneles de los disparos con mínimo deterioro de la producción.13 En la mayoría de los casos, la técnica PURE producirá menos efecto de daño mecánico que las operaciones de disparos en condiciones de bajo balance estático convencionales. Las evaluaciones de laboratorio y de campo han demostrado que los conceptos del diseño del sis-

tema PURE a menudo arrojarán una relación entre la permeabilidad de la zona triturada y la permeabilidad del yacimiento (kc /k) de 1, lo que indica un deterioro nulo de la permeabilidad. Las técnicas de disparos en condiciones de bajo balance menos avanzadas arrojan típicamente una relación kc /k de 0.1 a 0.3. En las terminaciones del campo Visund, los problemas mecánicos impidieron la aplicación de operaciones de disparos en condiciones de bajo balance convencionales. Los ingenieros de proyecto determinaron que el daño de los disparos podía eliminarse con un bajo balance de presión de aproximadamente 1,740 lpc [120 bares]. Las pruebas de laboratorio indicaron que con una sarta de disparos correctamente diseñada y la aplicación de los conceptos de bajo balance dinámico PURE, podía lograrse suficiente bajo balance como para despejar el túnel de los disparos y minimizar el daño de la formación. El programa de disparos del campo Visund fue diseñado con un sobrebalance de presión estática de 508 lpc [35 bares] y las técnicas PURE, alcanzando un bajo balance dinámico justo después de los disparos. El bajo balance dinámico elimina los detritos de la zona triturada de los túneles de los disparos. Para evitar que el pozo volviera a un estado de sobrebalance de presión antes de que se ecualizaran la presión del pozo y la presión de poro, el diseño sugirió un dispositivo de restricción al flujo para sellar el tope del colgador de la tubería de revestimiento corta de 7 pulgadas. El dispositivo de restricción al flujo también actuaría como herramienta de correlación en profundidad. Para estas primeras aplicaciones, los ingenieros instalaron medidores de presión de fondo de pozo justo por encima del cabezal de disparo a fin de cuantificar la magnitud del bajo balance dinámico y confirmar que el trabajo fuera ejecutado conforme al diseño (arriba a la izquierda). 8. Stenhaug et al, referencia 5. 9. En este contexto, por píldora de ahogo se entiende un fluido pesado con densidad suficiente para producir una presión hidrostática mayor que la presión del yacimiento, aislando así el flujo de fluidos de formación dentro del pozo. 10. Chang FF, Kageson-Loe NM, Walton IC, Mathisen AM y Svanes GS: “Perforating in Overbalance—Is It Really Sinful?,” artículo de la SPE 82203, presentado en la Conferencia Europea sobre Daño de la formación de la SPE, La Haya, Países Bajos, 13 al 14 de mayo de 2003. 11. Instituto Americano del Petróleo: publicación API RP 19B (antes RP 43): http://api-ep.api.org (se tuvo acceso el 15 de marzo de 2004). 12. Para mayor información sobre operaciones de disparos en condiciones de bajo balance, consulte: Bakker E, Veeken K, Behrmann L, Milton P, Stirton G, Salsman A, Walton I, Stutz L y Underdown D: “La nueva dinámica de operaciones de disparos en condiciones de bajo balance,” Oilfield Review 15, no. 4 (Primavera de 2004): 56–69. 13. Bakker et al, referencia 12.

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ducción de arena y permitió aumentar la producción de hidrocarburos entre tres y seis veces con respecto a los volúmenes logrados con las prácticas de disparos previas.

A Marca de la orientación en grados

B

Perno ajustado en 0°

Cordón detonante (verde)

C

D Orificio del cordón detonante

Arreglo de péndulo

Tubo para la bala

> Confirmación de la orientación. El dispositivo OCD fue desarrollado por Schlumberger para confirmar el desempeño del sistema de disparos OrientXact. La fotografía B muestra el dispositivo OCD instalado en el arreglo del transportador con el cordón detonante (verde) atravesando la celda OCD. En la fotografía D, se ha abierto el dispositivo OCD (C). Se muestra el arreglo de péndulo interno que consiste en un arreglo de collar de rotación libre, bala y tubo de tambor a través del cual pasa el cordón detonante. Cuando se disparan las pistolas, la energía emitida desde el cordón detonante fuerza una bala que se encuentra en el tubo del tambor haciéndola pasar hacia la pared interna del dispositivo OCD. En el momento de la detonación, la bala marca simultáneamente la orientación exacta de la pistola con respecto a la vertical; en A se muestra una orientación de 0°. La unidad OCD mide la orientación de los disparos con una precisión de ±0.5°.

Una vez definido el entorno de los disparos, los ingenieros de Schlumberger utilizaron un simulador de orientación computarizado para el diseño de las sartas de disparos OrientXact en seis pozos del campo Visund. El más largo incluiría un intervalo de disparo total de 2,049 m [6,722 pies] con 1,705 m [5,594 pies] de disparos netos a lo largo de un pozo horizontal con gran severidad de pata de perro. Los ingenieros eligieron una serie de uniones giratorias y contrapesos para orientación suficientes para asegurar una orientación precisa. La longitud de las secciones de las pistolas individuales entre las uniones giratorias oscilaba entre 167 y 400 m [548 y 1,312 pies]. El sistema de disparos OrientXact, integrado con las cargas PowerJet Plus, las técnicas de bajo balance PURE y el dispositivo de confirmación de disparos OCD, se ha utilizado hasta ahora en ocho pozos del campo Visund; siete producto-

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res y un inyector. Los intervalos de producción netos, que oscilan entre 150 y 1,705 m [492 y 5,594 pies], han sido disparados con éxito. En comparación con los diseños previos, las cargas PowerJet Plus sólo produjeron una fracción de los detritos. Los disparos fueron confirmados por los detectores OCD con una variación de ±5°; es decir, la mitad de la desviación máxima admisible respecto del ángulo de disparo óptimo (arriba). Los medidores de presión de fondo de pozo indicaron un bajo balance instantáneo de 3,626 lpc [250 bares] generado dentro de una décima de segundo después de la detonación. La vinculación de las tecnologías interdependientes para encarar los asuntos relacionados con el daño de la formación, la profundidad de penetración de las cargas, la química de las cargas, los detritos de la detonación, y el entorno de los disparos en el campo Visund, minimizó la pro-

Mejoramiento de la eficiencia en un campo satélite del campo Gullfaks Para mejorar los regímenes de producción en un campo satélite del campo Gullfaks, Statoil redisparó tres pozos. Las operaciones se llevaron a cabo con los cabezales de los pozos bajo presión. Los ingenieros admitieron que podía ser necesario realizar operaciones de limpieza antes de efectuar los nuevos disparos. Habitualmente, se requerirían dos carretes de tubería flexible, uno para la limpieza de la arena y el otro configurado con un cable eléctrico para la correlación precisa de la profundidad de los disparos. Los ingenieros combinaron la tubería flexible convencional con un registro de correlación de profundidad en tiempo real DepthLOG CT para establecer la profundidad de los disparos, eliminando así la necesidad de disponer de un segundo carrete de tubería flexible, ahorrando tiempo, mejorando la eficiencia y creando un entorno de trabajo más seguro. Los ingenieros de Statoil y Schlumberger optimizaron las operaciones a través de la integración de múltiples tecnologías. El sistema de pistolas de orientación automática OrientXact proporcionó disparos correctamente alineados. Mediante telemetría de pulsos a través de la columna de fluido del pozo, se transmitieron los datos de correlación de profundidad en tiempo real al equipo a cargo de las operaciones de disparos. Las cargas PowerJet Plus penetraron profundamente el yacimiento, dejando un volumen mínimo de detritos en la tubería de revestimiento. Con el pozo todavía bajo presión de producción, las técnicas PURE proporcionaron condiciones de bajo balance dinámico, minimizando los efectos de daño mecánico de los túneles de los disparos y asistiendo en la eliminación de los detritos de la formación triturada. El cabezal de disparo electrónico eFire-CT, bajado con tubería flexible, abordó los asuntos de seguridad requiriendo una secuencia codificada de cambios en la velocidad de bombeo dentro de la tubería flexible durante su permanencia en el fondo del pozo para la detonación de las pistolas de disparo. Con el sistema eFire-CT, no se requieren espaciadores de seguridad, lo que permite la utilización de mayores longitudes de pistolas.14 En los tres pozos, se efectuaron 10 carreras de disparos con pistolas bajadas con tubería flexible, cuya longitud oscilaba entre 50 y 100 m [164 y 328 pies]. Utilizando las correlaciones DepthLOG y el monitor universal de longitudes de tuberías (UTLM, por sus siglas en inglés), los

Oilfield Review

ingenieros posicionaron las pistolas de disparos con una precisión de ± 1 m [± 3.3 pies], a una profundidad de 4,500 m [14,764 pies], en todas las carreras de disparos. Todas las pistolas detonaron correctamente sobre el objetivo. Por último, la unidad OCD confirmó los disparos en +8, +4 y +3°, en tres carreras de disparos independientes. La vinculación de las tecnologías de disparos interdependientes en el campo Gullfaks permitió mejorar la eficiencia operacional y optimizar los regímenes de producción.

14. Los espaciadores de seguridad se colocan entre el arreglo de pistolas y el cabezal de disparo. Esto permite que las pistolas activas sean cargadas en el pozo o extraídas de éste, exponiendo al personal solamente al cabezal de disparo mientras las cargas explosivas permanecen debajo del piso del equipo de perforación.

Verano de 2004

Cantidad de túneles

Histograma de fases

350°

700

10°

600 500 400 300 200 100 0 -20

-15

-10

-5

–+ 5° Resultados OCD, grados/pata de perro, grados/30 m [grados/98.4 pies]

Prevención de la producción de arena en el campo Rimfaks La prevención de la producción de arena en el campo Rimfaks de Statoil es esencial para optimizar la productividad de los pozos. Otro satélite del campo Gullfaks, el campo Rimfaks se encuentra ubicado en la porción norte del sector noruego del Mar del Norte. El pozo I-3H produce de yacimientos de areniscas débiles que requieren que los disparos se ejecuten cerca de la dirección del esfuerzo máximo para minimizar la excesiva producción de arena. El equipo de control de flujo de fondo de pozo, incluyendo los estranguladores, los empacadores y los equipos asociados, se utiliza para controlar los regímenes de producción a lo largo de la terminación de horizontes múltiples. El flujo de arena y los detritos posteriores a los disparos deben evitarse para prevenir el daño y la erosión del complejo arreglo de terminación. Para minimizar la producción de arena, los ingenieros combinaron las tecnologías OrientXact y PowerJet Plus a fin de disparar simultáneamente los objetivos a lo largo del tramo horizontal de 1,036 m [3,400 pies]. Con un total de ocho unidades OCD, la mayor variación en la orientación de los disparos midió sólo 6° (arriba a la derecha). Las cargas PowerJet Plus proporcionaron una penetración estrecha, ultraprofunda, optimizando la estabilidad de los túneles de los disparos y maximizando la comunicación con el yacimiento más allá de cualquier daño de la formación en la región vecina al pozo. Por diseño, los detritos de las cargas PowerJet Plus son retenidos en la pistola. En el pozo I-3H, sólo se recuperaron 130 g [4.59 onzas] de piezas metálicas pequeñas y limaduras. La utilización de las cargas PowerJet Plus revestidas de acero eliminó la precipitación de subproductos de cinc y el daño de la formación asociado en la región vecina al pozo, observados en pozos previos.

800

5

0

Orientación de los túneles de los disparos, grados

10

15

20

–+ 5°

15 Severidad de la pata de perro Peso para orientación Unión giratoria Resultado OCD

10

5

Área de la gráfica

6

5

4

0

0

-2

-1 -3

-5

-5

-10

-15 151

Cabezal de disparo

101 Componentes de la sarta de disparos

51

1 Canto redondeado

> Orientación de los disparos en el campo Rimfaks. Las unidades OCD del sistema OrientXact registraron la orientación de los disparos a través de cuatro secciones yacimiento después de disparar el pozo I-3H del campo Rimfaks para Statoil (extremo inferior). Practicados con fases de 10°/350°, todos los disparos exhibieron una precisión de 6° respecto del objetivo (azul). La severidad de la pata de perro (verde) varía entre cero y aproximadamente 5° respecto de la horizontal y parece no haber tenido ningún efecto sobre la orientación de los disparos. Las líneas rojas verticales indican las posiciones de las uniones giratorias entre las secciones de la pistola; los contrapesos para orientación se muestran como líneas marrones verticales. Las barras verdes del histograma (extremo superior) identifican la cantidad de túneles de disparos en cada ángulo de orientación respecto de la vertical.

Los disparos orientados con precisión, combinados con un novedoso diseño de cargas, dieron como resultado disparos profundos, correctamente orientados y con escaso volumen de detritos, eliminando la necesidad de efectuar posteriores tratamientos de reparación y estimulación. Además, se limitó la producción de arena y se mejoró el desempeño del pozo. Nuevas trayectorias para los disparos orientados Los operadores han descubierto el valor de los disparos orientados en las terminaciones iniciales y en el mejoramiento correctivo de la productividad. Las utilidades en concepto de eficiencia en materia de costos, los ahorros de tiempo de equipo de perforación y la optimización de la producción son los beneficios típicos de las operaciones de disparos orientados. Los sistemas bajados con tubería flexible, combina-

dos con las nuevas técnicas de orientación, permiten a los operadores efectuar disparos precisos bajo condiciones de pozo activas a lo largo de pozos horizontales tortuosos y extendidos. Cuando la tecnología de disparos orientados se combina con el novedoso diseño de cargas huecas, las técnicas de bajo balance dinámico, la capacidad de correlación de la profundidad en tiempo real, los sistemas de seguridad y los dispositivos OCD, los operadores logran optimizar las terminaciones, los costos y la productividad del pozo. A medida que maduren el sistema OrientXact y las tecnologías relacionadas, su aplicación a las operaciones de fracturamiento hidráulico y terminaciones sin cedazos permitirá aún mayor flexibilidad en operaciones de mejoramiento de la producción eficaces desde el punto de vista de sus costos mediante técnicas de orientación de disparos exigentes. —DW

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