Control de Un Brote en Un Pozo de Perforacion

Control de un Brote en un Pozo de Perforación.

INDICE

I. INTRODUCCION …………………………………………………………………… 2 II. CAUSAS Y ORIGENES DE UN BROTE………………………………………… 5 III INDICADORES QUE ANTICIPAN UN BROTE……………………………….. 8 IV EQUIPOS Y SISTEMAS ARTIFICIALES DE SEGURIDAD Y CONTROL…. 11 V PROCEDIMIENTO DE CIERRE…………………………….………………… 22 VI METODOS DE CONTROL DE UN BROTE…………………………………. 27

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. I INTRODUCCION Todo el personal que elabora en las actividades de perforación de pozos deberá contar con los conocimientos necesarios para interpretar los diversos principios, conceptos y procedimientos obligados para el control de un brote en un pozo. Por lo tanto iniciaremos con la definición de conceptos: Brote: Es la entrada de fluidos provenientes de la formación al pozo, tales como aceite, gas, agua, o una mezcla de estos. Al ocurrir un brote, el pozo desaloja una gran cantidad de lodo de perforación, y si dicho brote no es detectado, ni corregido a tiempo, se produce un reventón o descontrol. Descontrol: Se define como un brote de fluidos que no puede manejarse a voluntad. Presión Hidrostática (Ph). Se define como la presión que ejerce una columna de fluido debido a su densidad y altura vertical y se expresa en Kg. /cm2 o en lb/pg2. Ph= profundidad (m) x Densidad fluido (gr/cm3) 10 O bien Ph = Prof. (pies) x Densidad fluido (lb/gal) x 0.052 Para el caso de pozos direccionales se deberá de tomar la profundidad vertical verdadera. Densidad: Es la masa de un fluido por unidad de volumen, se expresa en gr/cm3 o lb/gal. Gradiente de presión: Es la presión hidrostática ejercida por un fluido de una densidad dada, actuando sobre una columna de longitud unitaria. Presión de formación: Es la presión de los fluidos contenidos dentro de los espacios porosos de una roca. También se denomina presión de poro. La presión de formación se clasifica en: -Normal -Anormal Las formaciones con presión normal son aquellas que se controlan con densidades del orden del agua salada. Para conocer la “normalidad” y “anormalidad” de cierta área, se deberá establecer el gradiente del agua congénita de sus formaciones, conforme al contenido de sus sales disueltas. Para la costa del golfo de México se tiene 2

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. un gradiente de 0.107 Kg./cm2/m considerando agua congénita de 100,000 ppm de cloruros. Las formaciones con presión anormal pueden ser de dos tipos: Subanormal es aquella que se controla con una densidad menor que la del agua dulce, equivalente a un gradiente menor de 0.100 kg./cm2/m. Una posible explicación de la existencia de tales presiones en formaciones, es considerar que el gas y otros fluidos han migrado por fallas u otras vías del yacimiento, causando su depresionamiento. Presión anormalmente alta. La presión se encuentra por encima de la considerada como presión normal. Las densidades para lograr el control de estas presiones equivalen a gradientes hasta 0.224 kg./cm2/m. Estas presiones se generan por la compresión que sufren los fluidos de la formación debido al peso de los estratos superiores y se consideran formaciones selladas, de tal forma que los fluidos no pueden escapar hacia otras formaciones. Presión de sobrecarga: Es el peso de los materiales a una profundidad determinada. Para la costa del Golfo de México se tiene calculado un gradiente de sobrecarga de 0.231 kg./cm2/m. Sin embargo, para casos particulares es conveniente su determinación ya que es muy frecuente encontrar variaciones muy significativas. Las rocas del subsuelo promedian de 2.16 a 2.64 gr/cm3. Presión de fractura. Es la que propicia una falla mecánica en una formación. Como una consecuencia, que genera una pérdida de lodo durante la perforación. Presión del fondo en el pozo. Cuando se perfora se impone presión en el fondo del agujero en todas direcciones. Esta presión es la resultante de una suma de presiones que son la hidráulica ejercida por el peso del lodo; la de cierre superficial en tubería de perforación (TP); la de cierre superficial de tubería de revestimiento (TR); la caída de presión en el espacio anular por fricción; y las variaciones de presión por movimiento de tuberías al meterlas o sacarlas (pistón/sondeo). Presión diferencial. Generalmente, el lodo de perforación tiene mayor densidad que los fluidos de un yacimiento. Sin embargo, cuando ocurre un brote, los fluidos que entran en el pozo causan un desequilibrio en el lodo no contaminado dentro de la tubería de perforación y el contaminado en el espacio anular. Esto origina que la presión registrada al cerrar el pozo, por lo general sea mayor en el espacio anular que en el interior de TP. La presión diferencial es la diferencia entre la presión hidrostática y la presión de fondo. Se dice que una presión es positiva cuando la presión del yacimiento es mayor que la presión hidrostática y es negativa cuando la presión hidrostática es mayor que la del yacimiento. Pérdidas de presión en el sistema. En un sistema de circulación de lodo de perforación las perdidas o caídas de presión se manifiestan desde la descarga de la bomba hasta la línea de flote. En la práctica se tiene tres elementos en los cuales se consideran las pérdidas de presión en el sistema, estos son: 3

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Equipo superficial Interior de tuberías (TP y herramienta) Espacio anular.

Las pérdidas dependen principalmente de las propiedades reológicas del lodo, la geometría del agujero y los diámetros de la sarta de perforación. El objetivo es saber identificar, así como conocer los mecanismos de cierre y los métodos de control, importante llevar un programa de control de presión cuidadosamente planeado y continuamente supervisado, esto reducirá considerablemente la posibilidad de que ocurra un brote, el factor clave es la preparación por parte de los ingenieros químicos de fluidos que son los responsables de controlar las presiones de la formación. En el capitulo II, se describen y se explican las causas de su formación y como se origina un brote. En el capitulo III, se conoce como podemos detectarlo y corregirlo a tiempo antes que no lo podamos controlar a voluntad, de acuerdo a la operación que se este realizando en el pozo.

El capitulo IV, se presenta el sistema de control superficial, se da una descripción de cómo operar, las partes de este equipo así como los pasos a seguir, un mal procedimiento de cierre con llevaría a un siniestro.

El capitulo V, se presentan los procedimientos de cierre, varían para cada caso en particular, mucho dependen de la operación que se este realizando y el equipo que se tenga disponible en el momento de tomar la decisión de cierre de pozo.

El capitulo VI, se detallan los diferentes métodos de control así como los procedimientos de cada uno para control del pozo, así como los datos requeridos para los cálculos de control de brotes.

II CAUSAS Y ORIGENES DE UN BROTE

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. Durante las operaciones de perforación, se conserva una presión hidrostática ligeramente mayor a la de formación. De esta forma se previene 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 lo siguiente: -

Densidad insuficiente del lodo Llenado insuficiente durante los viajes Sondeo del pozo al sacar tubería rápidamente Contaminación del lodo Perdidas de circulación

2.1 Densidad insuficiente del lodo. Esta es una de las causas predominantes que originan los brotes. En la actualidad se ha enfatizado en perforar con densidades del lodo mínimas necesarias de control de presión de formación, con el objeto de optimizar las velocidades de perforación. Pero se deberá tener especial cuidado cuando se perforen zonas permeables ya que, los fluidos de la formación pueden alcanzar el pozo y producir un brote. También suceden al perforar inesperadamente en formaciones con presiones anormales altas, esta situación puede resultar cuando se encuentran condiciones geológicas impredecibles tales como perforar cruzando una falla que cambia abruptamente la formación que se esta perforando. Los brotes causados por densidades insuficientes de lodo pudieran parecer fáciles de controlar con sólo incrementar la densidad del lodo de perforación. Por las siguientes razones, esto puede ser lo menos adecuado: -

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

2.2 Llenado insuficiente durante los viajes de tuberías. Ésta es otra de las causas predominantes de brotes. A medida que la tubería se saca del pozo, el nivel de lodo disminuye por el volumen que desplaza el acero en el interior del pozo. Conforme se extrae tubería del pozo y no se llena con lodo, el nivel mismo decrece y por consecuencia también la presión hidrostática. Esto se torna crítico cuando se saca la herramienta de mayor desplazamiento como lo son: las lastra barrenas (Drill Collar) y la tubería pesada de perforación (Heavy Weight). De acuerdo con las normas API-16D Y API-RP59, al estar sacando tubería, debe llenarse el espacio anular con lodo antes de que la presión hidrostática de la columna de lodo acuse una disminución de 5 Kg/cm2 (71 lb/pg2), en términos prácticos cada cinco lingadas de tubería de perforación. 5

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2.3 Contaminación de lodo con gas. Los brotes también se pueden originar por una reducción en las densidades del lodo a causa de la presencia del gas en la roca cortada con la barrena. 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 el pozo. El gas se detecta en la superficie bajo la forma de lodo “cortado” y una pequeña cantidad de gas en el fondo representa un gran volumen en la superficie. Los brotes que ocurren por esta causa, terminan transformándose en reventones por lo que al detectar este brote se recomiendan las siguientes prácticas: -

Reducir el ritmo de penetración Aumentar el gasto de circulación Circular el tiempo necesario para densificar el lodo

2.4 Pérdidas de circulación. Son uno de los problemas más comunes durante la perforación. Se clasifican en dos tipos: -

Pérdidas naturales o intrínsecas. Pérdidas mecánicas o inducidas

Si la pérdida de circulación se presenta durante el proceso de la perforación, se corre el riesgo de tener un brote y este se incrementa al estar en zonas de alta presión o en el yacimiento, en los pozos delimitadores y exploratorios. Al perder la columna de lodo, la presión hidrostática disminuye al punto de permitir la entrada de fluidos de la formación al pozo, ocasionando un brote. Para reducir las pérdidas de circulación se recomiendan las siguientes prácticas: Emplear la densidad mínima que permita mantener un mínimo de sólidos en el pozo. - Mantener la reología de lodo en condiciones óptimas. - Reducir las pérdidas de presión en el espacio anular. - Evitar incrementos bruscos de presión. - Reducir la velocidad al introducir la sarta. 2.5 Efectos de sondeo al sacar la tubería. -

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. El efecto de 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, máxime cuando se “embola” la herramienta con sólidos de la formación. Esto origina que el efecto sea mucho mayor (figura 3). 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 causará un brote.

Entre las variables que influyen en el efecto de sondeo se tienen las siguientes: -

Velocidad de extracción de tubería Reología del lodo Geometría del pozo Estabilizadores en la sarta

III INDICADORES QUE ANTICIPAN UN BROTE 7

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. Al momento de ocurrir un brote, el lodo en primera instancia es desplazado fuera del pozo. Si el brote no es detectado ni corregido a tiempo, el problema se puede complicar hasta llegar a producir un reventón. Con una detección oportuna las estadísticas demuestran que se tiene hasta un 98% de probabilidad de controlarlo. Los indicadores de que el lodo fluye fuera del pozo durante la perforación se dan en diferentes situaciones como son: -

Al perforar Al sacar o meter tubería de perforación Al sacar o meter herramienta Sin tubería dentro del pozo

3.1 Indicadores al estar perforando: a) Aumento en la velocidad de penetración: la velocidad de penetración está en función de varios factores como son el peso sobre barrena, velocidad de rotación, densidad de lodo e hidráulica. Pero también se determina por la presión diferencial entre la presión hidrostática del lodo y la presión de formación. Es decir que si la presión de formación es mayor aumentara considerablemente la velocidad de penetración de la barrena. Cuando esto ocurra y no se tenga ningún cambio en los otros parámetros, se debe tener precaución si se están perforando en las zonas de presión anormal o el yacimiento en un pozo exploratorio. b) Disminución de la presión de bombeo y aumento de las emboladas. Cuando se está perforando y ocurre un brote, los fluidos debido al brote se ubican únicamente en el espacio anular y éstos tienen una densidad menor a la del lodo, por lo que la presión hidrostática dentro de la tubería será mayor, propiciando que el lodo dentro de la sarta de perforación fluya más rápido hacia el espacio anular, con la consecuente disminución de presión de bombeo y el aceleramiento de la bomba de lodo que se manifiesta un aumento del número de emboladas por minuto. Sin embargo es importante tener en cuenta que una disminución en la presión de bombeo también se puede deber a las siguientes causas: -

Reducción del gasto de circulación Rotura o fisura en la TP Desprendimiento de una tobera de la barrena Cambio en las propiedades Perdida de circulación

c) Lodo contaminado por gas, cloruros, cambios en propiedades geológicas: La presencia de lodo contaminado con gas puede deberse al fluido contenido en los recortes o al flujo de fluido de la formación al pozo que circula a la superficie. Conforme el gas se expande al acercarse a la superficie se provoca una disminución en la presión hidrostática que puede causar un brote. d) Si las bombas de lodo están paradas y el pozo se encuentra fluyendo, es indicativo (generalmente) de que un brote está ocurriendo; a esta acción se le 8

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. conoce como “OBSERVAR EL POZO”. Al efectuar esto, se recomienda en revisar el nivel de presas y las presiones en los manómetros en TP y TR y como práctica subir la sarta de perforación de manera que la flecha se encuentre arriba de la mesa rotaria. e) Por otro lado si el gasto de salida se incrementa mientras se está circulando con un gasto constante, también es un indicador de brote.

3.2 Indicadores al sacar o meter tubería Los siguientes se consideran de este tipo: -

Aumento de volumen en presas Flujo sin circulación El pozo toma menos volumen o desplaza mayor volumen

El volumen requerido para llenar el pozo, debe ser igual al volumen de acero de la tubería que ha sido extraída. Si la cantidad necesaria de lodo para llenar el pozo es mayor, se tiene una pérdida y ésta trae consigo el riesgo de tener un brote. En caso de introducir tubería, el volumen desplazado deberá ser igual al volumen de acero introducido en el pozo. Según las estadísticas la mayoría de los brotes ocurren durante los viajes de tubería y por el efecto de sondeo se vuelve más crítica cuando se saca tubería (figura 4).

3.3 Indicadores al sacar o meter herramienta. 9

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. Los mismos indicadores de viaje de tuberías se tienen para los lastra barrenas, la diferencia estriba principalmente en el mayor volumen de lodo desplazado por esta herramienta.

3.4 Indicadores sin tubería en el pozo. Se tienen dos indicadores para esta situación: aumento de volumen en las presas y el flujo sin bombeo.

IV EQUIPOS Y SISTEMAS ARTIFICIALES DE SEGURIDAD Y CONTROL Al manifestar un brote durante la perforación de un pozo, el sistema de control superficial deberá tener la capacidad de proveer el medio adecuado para cerrar el pozo y circular el fluido invasor fuera de él. 10

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. Las personas claves en un equipo de perforación terrestre o plataforma de perforación costa fuera son el técnico y el perforador. Si ellos están adiestrados en el funcionamiento y operación de los sistemas de control así como de los indicadores de la presencia de un brote, no durarán en los procedimientos para tener el pozo bajo control. A continuación describiremos los componentes del sistema de control superficial.

4.1 Cabezal de tubería de revestimiento Este forma parte de la instalación permanente del pozo y puede ser tipo roscable, soldable, bridado o integrado. Su función principal es la de anclar y sellar la tubería de revestimiento e instalar el conjunto de preventores. El cabezal tiene salidas laterales en las que pueden instalarse líneas auxiliares de control.

4.2 Preventor anular El preventor anular también es conocido como esférico (figura 5). Se instala en la parte superior de los preventores de arietes. Es el primero en cerrarse cuando se presenta un brote. El tamaño y capacidad deberá de ser igual a los de arietes. El preventor anular consta en su parte interior de un elemento de hule sintético que sirve como elemento empacador al momento de cierre, alrededor de la tubería.

4.3 Preventor de arietes Este preventor (figura 6) tiene como característica principal poder utilizar diferentes tipos y medidas de arietes de acuerdo a los arreglos de preventores elegidos, como se explicará más adelante. Las características principales de estos preventores son: -

El cuerpo del preventor se fabrica como una unidad sencilla o doble. Puede instalarse en pozos terrestres o marinos. La presión del pozo ayuda a mantener cerrados los arietes. Tiene un sistema secundario para cerrar manualmente. Los arietes de corte sirven para cortar tubería y cerrar completamente el pozo.

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Los arietes son de acero fundido y tienen un conjunto de sello diseñado para resistir la comprensión, estos pueden ser de los siguientes tipos: - Arietes para tubería - Arietes variables (tubería y flecha) - Arietes de corte Los arietes variables son similares a los de la tubería siendo la característica distintiva la de cerrar un rango de diámetros de tubería, así como medidas variables de flecha. Las presiones de trabajo de los preventores son de 3000, 5000, 10,000, 15,000 lb/pg2.

4.4 Arreglos de preventores En el criterio para el arreglo del conjunto de preventores, se debe de considerar la magnitud de las presiones a que estarán expuestos y el grado de protección requerido. Cuando los riesgos son pequeños y conocidos tales, como presiones de formaciones normales, áreas alejadas de grandes centros de población o desérticas, un arreglo sencillo y de bajo costo puede ser suficiente para la seguridad de la instalación. Por el contrario, el riesgo es mayor cuando se tienen presiones de formación anormales, yacimientos de alta productividad y presión, áreas densamente pobladas y grandes concentraciones de personal y equipo como lo es en barcos y plataformas marinas. En estas situaciones en donde se tendrá un arreglo más completo y por consecuencia más costoso. La clasificación típica de API para conjunto de preventores API-RP-53 (3ra edición mazo, 1999) es la adecuada para operar con 2000, 3000, 5000, 10,000 y 15,000 lb/pg2 de presión de trabajo (figuras 7, 8, 9). Para identificar cada uno de los códigos empleados por el API describiremos a continuación:

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A- Preventor anular G- Cabeza rotatoria K- 1000 lb./pg2 (70 kg/cm2) R- Preventor de arietes Rd- Preventor doble de arietes Rt- Preventor triple con tres juegos de arietes. S- carrete de control con salidas laterales de matar y estrangular. Para definir los rangos de presión de trabajo del conjunto de preventores se considerará lo siguiente: 16

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Resistencia a la presión interna de la TR que soporta al conjunto de preventores. Gradiente de fractura de las formaciones próximas a la zapata de la última de revestimiento. Presión superficial máxima que se espera manejar. Se considera que la condición más crítica se presenta cuando en un brote, el lodo del pozo es expulsado totalmente por el fluido invasor.

En el ejemplo 1 se efectúa el cálculo para determinar la capacidad del arreglo de preventores. Ejemplo 1 Densidad máxima de lodo: 1.26 gr/cm3 Profundidad programada: 3200 m. Densidad del fluido invasor (gas): 0.3 gr/cm3 Considerando la condición más crítica cuando el pozo está lleno del fluido invasor se tiene: Psmax = Ph-Pg Psmax = 403.2-96 Psmax = 307.2 kg/cm2 (4368 lb/pg2) Donde: Ph= presión hidrostática Pg= presión del gas Con el valor obtenido elegimos el conjunto de preventores de un valor de presión de trabajo inmediato superior, para este caso es de 5000 lb/pg2. Una consideración importante es la presión interna de la tubería de revestimiento (considerando un 80% como factor de seguridad) sostiene el conjunto de preventores, deberá ser mayor que la presión superficial calculada. Deberá tenerse especial cuidado en manejar diferentes factores de seguridad cuando la tubería de revestimiento ha sido sometida a los esfuerzos de desgaste por rotación de la sarta de perforación y a fluidos altamente corrosivos.

4.5 Múltiple de estrangulación

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. El múltiple de estrangulación se forma por un conjunto de válvulas, crucetas y “ts”, estranguladores y líneas. Se utilizan para controlar el flujo de lodo y los fluidos invasores durante la perforación y el proceso de control de un pozo. Un sistema de control superficial de preventores se conecta a través de líneas metálicas (de matar o de inyección) para proporcionar alternativas a la dirección del flujo. De manera similar al conjunto de preventores, el múltiple de estrangulación se estandariza de acuerdo a la norma API 16C y las prácticas recomendadas API-53C (figuras 10 y 11).

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Cuando se diseña el múltiple de estrangulación debe tomarse en cuenta los siguientes factores: -

Establecer la presión máxima de trabajo. Los métodos de control a utilizar para incluir el equipo necesario. El entorno ecológico. La composición, abrasividad y toxicidad de los fluidos congénitos y volumen a manejar.

4.6 Líneas de matar Otro de los componentes en el equipo superficial son las líneas de matar. Estas conectan las bombas del equipo con salidas laterales del carrete de control, para llevar a cabo las operaciones de control cuando no pueden efectuarse directamente por la tubería de perforación (figura 12).

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4.7 Estranguladores variables Son accesorios diseñados para restringir el paso de los fluidos en las operaciones de control. Con esto generan una contrapresión en la tubería de revestimiento con el fin de mantener la presión de fondo igual o ligeramente mayor a la del yacimiento. Esto facilita la correcta aplicación de los métodos de control.

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Los estranguladores variables pueden ser de dos tipos: manual (figura 13) e hidráulico (figura 14). Este último presenta mayores ventajas sobre el manual ya que permite abrir o cerrar a una mayor velocidad lo que se convierte en una gran ventaja cuando se obstruye por pedacería de hule, formación etcétera.

4.8 Válvula de seguridad Este accesorio del sistema superficial se debe disponer en diámetro y tipo de rosca igual a la tubería de perforación y su ubicación debe ser de fácil acceso a la cuadrilla en el piso de perforación, para que pueda colocarse rápidamente cuando se tiene un brote en la tubería de perforación (figura 15).

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. V PROCEDIMIENTOS DE CIERRE Aquí se describen los procedimientos de cierre que frecuentemente se utilizan dependiendo la situación que presente el pozo. Para cada uno se exponen ciertas consideraciones y aplicaciones de fórmulas. Obsérvese que su descripción trata aspectos específicos y remite si el caso lo requiere, a otro procedimiento para terminar y resolver el control del pozo. Los procedimientos para un caso real deben escribirse para cada pozo en particular, dependiendo la operación por efectuar y el equipo que se tenga disponible. Las actividades asignadas a las cuadrillas de trabajo, variarán de acuerdo a las instrucciones que reciban de los mandos inmediatos y también de ciertos factores que deben considerarse para cada operación por ejecutar. Para controlar un brote existen varios métodos y técnica, los cuales se aplican a situaciones específicas.

5.1 Procedimiento de cierre al estar perforando Una vez identificado el brote, lo más importante es cerrar el pozo con el fin de reducir al mínimo la entrada del fluido invasor con sus posibles consecuencias; a continuación se explican los pasos para cerrar el pozo al estar perforando. 1. Parar la rotaria, levantar la flecha para que su conexión inferior esté arriba de la mesa rotaria. 2. Parar el bombeo del lodo. 3. Observar el pozo y mantener la sarta suspendida. 4. Abrir la válvula de la línea de estrangulación. 5. Cerrar el preventor de arietes superior o el preventor anular. 6. Cerrar el estrangulador. 7. Medir el incremento de nivel de las presas. 8. Anotar las presiones de cierre de TP y TR durante cada minuto hasta la estabilización de la presión y posteriormente cada cinco minutos sin que se rebase la presión máxima permisible. 9. Observar que los preventores no tengan fugas. 10. Verificar la presión de los acumuladores. A este procedimiento de cierre se le conoce como “cierre suave” y tiene dos ventajas: una reducir el golpe de ariete y la onda de presión sobre el pozo y las conexiones superficiales. La segunda es permitir observar la presión del espacio anular y en caso de ser necesaria la desviación del flujo. Otra variante de este método es conocida como “cierre duro”, este procedimiento permite cerrar el pozo en el menor tiempo posible, sin embargo existe la posibilidad de la ocurrencia de un golpe de ariete que pudiera generar alguna complicación por daño a la 22

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. formación, el estado mecánico del pozo y las conexiones superficiales de control, la cual tiene los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Parar la rotaria y levantar la flecha arriba de la mesa rotaria de la mesa rotaria. Parar las bombas de lodos. Cerrar el pozo con el preventor de arietes superior o con el preventor anular. Colocar yugos o candados (preventor de arietes). Medir el incremento de volumen y de presión. Registrar presión en TP y TR.

La presión en la TP tendrá que ser menor que a la de formación o a la presión de la tubería de revestimiento ya que si ésta tiende a sobrepasar las presiones permisibles se debe desviar el flujo al múltiple de estrangulación e iniciar el bombeo y el control del pozo por alguno de los métodos que más adelante se explicaran. Si la presión excede lo permisible se puede producir un descontrol subterráneo que llegue a alcanzar la superficie, la otra es dañar la TR o tener problemas con el equipo superficial.

5.2 Procedimiento de cierre al estar metiendo o sacando TP Una vez detectada la presencia de un brote, se procederá a cerrar el pozo. Siendo el procedimiento recomendado de cierre el siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Suspender la operación dejando una junta sobre la rotaria. Sentar la tunería en sus cuñas. Instalar la válvula de píe abierta, apretar y cerrarla. Suspender la sarta en el elevador. Abrir la válvula hidráulica en línea de estrangular. Cerrar el preventor superior de arietes de TP o el preventor anular. Cerrar el pozo con el estrangulador hidráulico, cuidando de no rebasar la máxima presión permisible en el espacio anular.

Cerrado el pozo se deben -

Medir el incremento de volumen en presas. Anotar la presión de cierre en la tubería de revestimiento registrando la presión cada minuto durante los primeros diez minutos, observando la presión estabilizada. Posteriormente cada cinco minutos cuidando de no rebasar la ultima presión permisible. Verificar físicamente las válvulas en el múltiple de estrangulación y el conjunto de preventores para asegurar su posición. Observar los preventores y el múltiple de estrangulación para verificar que no haya fugas. Esto también es para la línea de flote y la línea de desfogue del estrangulador. Verificar la presión existente en los acumuladores, múltiple de distribución y preventor anular de la unidad de accionamiento de preventores. 23

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5.3 Procedimiento de cierre al estar metiendo o sacando herramienta Una vez que el brote es identificado, el pozo debe cerrarse con el siguiente procedimiento: 1. Suspender la operación dejando una junta sobre la rotaria. 2. Sentar la herramienta en las cuñas, instalar el collarín; simultáneamente abrir la válvula hidráulica en la línea de estrangular. 3. Instalar y apretar el sustituto de enlace en la tubería. 4. Conectar, apretar y bajar con un tramo o língada TP y sentar en cuñas. 5. Instalar, apretar y cerrar válvula de píe. 6. Suspender sarta de perforación en el elevador. 7. Cerrar el preventor de arietes de TP en boca del pozo. 8. Cerrar el pozo con el estrangulador hidráulico, cuidando no rebasar la máxima presión permisible en el espacio anular. Hecho el cierre del pozo se tendrá que: -

Medir el incremento de volumen en presas Anotar la presión de cierre de la tubería de revestimiento registrando la presión cada minuto durante los primeros diez hasta que se estabilice. Posteriormente, cada cinco minutos cuidando de no rebasar la máxima presión permisible o, en su caso, permitir la expansión del gas. Verificar físicamente las válvulas en el múltiple de estrangulación y el conjunto de preventores para asegurar su posición. Observar los preventores, y el múltiple de estrangulación, para verificar que no haya fugas. Observar la presión de los acumuladores, múltiples de distribución y preventor anular de la unidad de accionamiento de preventores.

Si se presenta un brote al estar sacando o metiendo herramienta, se debe considerar como posibilidad inmediata la de tratar de bajar un tubo o una língada. Es por eso que se sugiere dejar libre la língada que tenga el sustituto de enlace de la herramienta, con el fin de hacer más fácil la maniobra. La ventaja de lo descrito, es tener la posibilidad de operar los preventores de arietes como un factor adicional de seguridad, ya que al cerrar el preventor anular se tiene el riesgo de que la presión dentro del pozo sea la suficiente como para lanzar hacia afuera la herramienta, al no poder sujetar la misma. En caso de que se presentara una emergencia, la herramienta debe soltarse dentro del pozo, para después cerrarlo con el preventor de arietes ciegos. 5.4 Procedimiento de cierre al no tener tubería dentro del pozo

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. Una vez que el brote es identificado, el pozo debe cerrarse con el siguiente procedimiento: 1. Abrir la válvula hidráulica de la línea de estrangular. 2. Cerrar el preventor con arietes ciegos o de corte. 3. Cerrar el pozo con el estrangulador hidráulico, cuidando de no rebasar la máxima presión permisible en el espacio anular. Cerrado el pozo tiene que: -

-

Medir el incremento de volumen en presas. Anotar la presión de cierre en la tubería de revestimiento y registrar esta presión cada minuto durante los primeros diez hasta que se estabilice. Posteriormente, cada cinco minutos cuidando no rebasar la máxima presión permisible o, en su caso permitir la expansión del gas. Verificar físicamente las válvulas en el múltiple de estrangulación y el conjunto de preventores para asegurar su posición. Observar los preventores, el múltiple de estrangulación, la línea de flote y la línea de desfogue del estrangulador, para verificar que no haya fugas. Verificar la presión existente en los acumuladores, múltiples de distribución y preventor anular de la unidad de accionamiento de preventores.

Generalmente, hay una tendencia a olvidar el volumen de lodo en presas por parte de la cuadrilla del equipo, sobre todo si el pozo se llenó y se observó después que la tubería se sacó. Por esto, es recomendable observar siempre el nivel en presas, línea de flote y el nivel de lodo en el pozo, ya que además se tiene el riesgo potencial de que el nivel de lodo se abata por pérdida de fluido.

5.5 Procedimiento de cierre al estar metiendo tubería de revestimiento. Una vez que el brote es identificado, el pozo debe cerrarse con el siguiente procedimiento: 1. Suspender la introducción de la TR y colocarla en sus cuñas. 2. Abrir la válvula hidráulica de la línea de estrangular y cerrar el preventor con arietes de TR. 3. Cerrar estrangulador cuidando no rebasar la máxima presión permisible. 4. Instar el sustituto de enlace (combinación) de TR y TP. 5. Cambiar el elevador, conectar y apretar un tramo de TP con válvula de seguridad abierta. 6. Abrir el preventor de arietes para TR si el flujo lo permite. 7. Bajar el tramo de TP y cerrar la válvula de seguridad. 8. Abrir la válvula hidráulica de la línea de estrangular. 9. Cerrar el preventor con arietes para TP. 25

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. 10. Cerrar el pozo con el estrangulador hidráulico, cuidando de no rebasar la máxima presión permisible en el espacio anular. Cerrado el pozo tiene que: -

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Medir el incremento de volumen en presas. Anotar la presión de cierre en la tubería de revestimiento y registrar esta presión cada minuto durante los primeros diez hasta que se estabilice. Posteriormente, cada cinco minutos cuidando no rebasar la máxima presión permisible o, en su caso permitir la expansión del gas. Verificar físicamente las válvulas en el múltiple de estrangulación y el conjunto de preventores para asegurar su posición. Observar los preventores, el múltiple de estrangulación, la línea de flote y la línea de desfogue del estrangulador, para verificar que no haya fugas. Verificar la presión existente en los acumuladores, múltiples de distribución y preventor anular de la unidad de accionamiento de preventores.

VI METODOS DE CONTROL DE UN BROTE Los principales métodos de control de pozos que mantienen una presión constante en el fondo del pozo son: 26

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. El método del perforador. El método del densificar y esperar (método 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 tiene 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 del pozo se requiere contar con la información siguiente: -

Gasto Reducido. Presión reducida de circulación. Presión máxima permisible. Estado mecánico del pozo. Gradientes de fractura de la formación. Desplazamientos y volúmenes. Densidad del fluido. Información que se debe de registrar par el control de un brote:

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Qr.- Gasto reducido. Pr.- Presión reducida de circulación. PMP.- presión máxima permisible. PCTP.- presión de cierre en TP. PCTR.- presión de cierre en TR. Dc.- Densidad de control. Volumen ganado en presas Gradiente de fractura de la formación. Desplazamiento y volúmenes. Densidad del fluido de perforación.

La anterior información será requerida para formular el plan de control del pozo (RECUERDE QUE EL TIEMPO ES FUNDAMENTAL, EN VIRTUD DE QUE EN ESTE LAPSO, SON SUSPENDIDAS LAS OPERACIONES DE LA PERFORACIÓN DEL POZO). *Estos datos deben ser los más precisos posibles.

6.1 METODO DEL PERFORADOR.

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. El método del perforador es una técnica utilizada ampliamente para circular y sacar los fluidos provenientes de la formación en dos etapas o circuladas manteniendo la presión del fondo constante. Es ideal donde no se necesitan o no están disponibles los materiales para incrementar el peso del fluido de control, además, se usa para desalojar brotes de gas, donde los altos gastos de migración de gas a superficie pueden causar problemas durante el pozo cerrado. También se puede usar donde hay recursos limitados de personal y/o equipos. En la primera etapa o circulada los fluidos invasores del brote son desalojados circulando un ciclo completo con el fluido original con que se estaba operando al momento del brote, así mismo en esta circulada no se requiere de mayores cálculos matemáticos, es necesario tener el conocimiento de los volúmenes de fluido contenidos en el pozo y el sistema, así mismo facilita la maniobra cuando por lo general la sarta incluye una válvula de contrapresión. Sin embargo es necesario llevar un registro de los parámetros del comportamiento de presiones, diámetros del estrangulador, volúmenes de desplazamiento u un constante monitoreo de las densidades de salida y entrada. La segunda circulada, se realiza con nueva densidad de control del fluido y es necesario realizar cálculos matemáticos que nos permiten llevar un registro de las presiones de circulación y los volúmenes de desplazamiento (hoja de control de brotes). En ciertos casos, el método del perforador puede causar presiones algo más elevadas en la tubería de revestimiento respecto de otras técnicas, además requiere más tiempo para matar el pozo, sin embargo, no se usa a menudo en aquellos pozos donde se anticipa o se espera que haya una pérdida de circulación.

A continuación está el procedimiento para el método del perforador: 1. Cierre el pozo después de observar el brote. 2. Registre las presiones de cierre estabilizadas en la tubería de perforación (PCTP) y de tubería de revestimiento (PCTR). 3. De inmediato circule y saque el fluido invasor del pozo con la densidad original del fluido 4. Al terminar de circular el ciclo completo, cierre el pozo por segunda vez. 5. Si es necesario, se incrementara la densidad al fluido de control. 6. Se circula el pozo por segunda vez con un flujo nuevo y más pesado para recuperar el control hidrostático. Secuencia de la primera circulada.

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. a) Registre las presiones de cierras una vez estabilizadas, tanto de la TP (PCTP) como en la TR (PCTR). b) Abrir el estrangulador a su máxima apertura. (en pozos donde la presión máxima permisible está muy limitada reduce la posibilidad de romper la zapata). c) Se inicia el bombeo a gasto reducido, hasta alcanzar el número de emboladas de gasto reducido. d) Una vez alcanzado el gasto reducido, se ajusta el estrangulador hasta alcanzar la presión que se registro al cierre en la TR (PCTR). e) Una vez alcanzada la PCTR, se observa la presión que se registra por el interior de la tubería de perforación, a esa presión se le llamara presión de circulación (PC), mantenga el gasto reducido constante y con el estrangulador mantenga esta presión en la TP hasta que el brote haya sido desalojado totalmente. f) Una vez que el brote ha sido desalojado totalmente pare el bombeo y simultáneamente cierre el pozo, observe las lecturas que se registran en la TP (PCTP) y la TR (PCTR), estas deberán ser iguales. Nota.- en caso de existir una diferencia entre dichas presiones, es recomendable circular un tiempo de atraso a presión de fondo constante, esto con el fin de desalojar algún remanente de gas dentro de la TR. Hay que tomar en cuenta algunas consideraciones en esta primera circula: -

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Recuerde que al estar circulando el brote a superficie mantenga la presión de circulación (PC) en la TP, la burbuja ira en asenso y por consiguiente se va expandiendo y aumentara el volumen en presas. Al desalojar el gas del pozo se tiene la tendencia de abatirse la presión en el espacio anular, motivo por el cual es necesario estrangular para mantener la presión de bombeo. Un vez desalojado el gas del pozo y observarse lodo cortado con gas, se tendrá que abrir el estrangular para ajustar nuevamente la presión de circulación a la deseada. Existe una regla general en el tiempo de respuesta de la onda de presión en el pozo al operar el estrangulador, la cual dice que hay que esperar aproximadamente 2 segundos por cada 1000 pies de profundidad para observar variación de presión en los manómetros. Lleve un registro de los volúmenes de fluidos en presas asi como la densidad del fluido a la salida del pozo. Cuando se halla completado la circulación y se tenga que cerrar el pozo, deberá hacerse simultáneamente disminuyendo el bombeo y cerrando el estrangulador, la presión de la TP (PCTP) no deberá ser menor a la presión de circulación, ya que podría ingresar un nuevo brote al interior del pozo.

Secuencia de la segunda circulada.

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Control de un Brote en un Pozo de Perforación. a) Las presiones en la tubería de perforación (PCTP) y la tubería de revestimiento (PCTR) deberán de ser iguales. b) Abra el estrangulador a la apertura de trabajo antes del cierre del pozo de la primera circulación, se inicia el bombeo del fluido con la densidad de control adecuada ajustando el gasto de la presión reducida de circulación mas la presión de cierre en TP, dándonos la presión inicial de circulación (PIC) c) Al llegar el fluido de control a la punta de la barrena se registrara la presión observada en la TP que es la presión final de circulación (PFC). Ahora esta presión se debe mantener manipulando el estrangulador hasta que el fluido de control salga a superficie d) Posteriormente que se observa salir el fluido de control a superficie se para la bomba del equipo y se cerrara el estrangulador simultáneamente si no se observa presión en TP ni en TR el pozo está controlado. 6.2 METODO DE DENSIFICAR Y ESPERAR Este método (también llamado del ingeniero) implica que estando el pozo cerrado se tenga que esperar mientras se densifica el lodo a la Dc para equilibrar la presión de la formación, así como recabar los datos necesarios y efectuar los cálculos para llevar a cabo el control del pozo. Este método tiene algunas ventajas con relación al método del perforador: -

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Las presiones ejercidas en el pozo y en las conexiones superficiales de control serán menores, eso ayudara mucho en pozos que presenten o se tenga sospecha de pérdida de circulación. Cuando el flujo del fluido de control comience a subir por el espacio anular será antes de que la parte superior del brote llegue a la zapata o al punto más débil del agujero descubierto del pozo esto ayudara a que la presión máxima ejercida en ese punto sea menor. El pozo estará bajo presión por menos tiempo

Secuencia. 1. Abra el estrangulador y simultáneamente inicie el bombeo del lodo con densidad de control a un gasto reducido (Qr). 2. Ajuste el estrangulador e iguale la presión de cierre de la tubería de revestimiento. (PCTR), en ese momento registre la presión en la TP la cual se llamara presión inicial de circulación (PIC). 3. Mantenga la presión en el espacio anular constante, con ayuda del estrangulador, hasta que la densidad de control llegue a la barrena. 4. Cuando el lodo de control llegue a la barrena, lea y registre la presión en la tubería de perforación que se llamara presión final de circulación (PFC). 5. Mantenga constante el valor de presión en la tubería de perforación, auxiliándose del estrangulador; Si la presión incrementa, abra el estrangulador; Si disminuye ciérrelo. 6. Continúe circulando manteniendo la presión en la tubería de perforación constante, hasta que el lodo con densidad de control llegue a la superficie. 7. Suspenda el bombeo y cierre el pozo. 30

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. 8. Lea y registre las presiones en las tuberías de perforación y de revestimiento. 9. Si las presiones son iguales a cero, el pozo estará bajo control. Si las presiones son iguales entre si, pero mayores a cero, la densidad del lodo bombeado no fue la suficiente para controlar el pozo, por lo que se deberá repetir el procedimiento con base a las presiones registradas. Si la presión de la tubería de perforación es igual a cero pero en tubería de revestimiento se registra alguna presión, será indicativo que no se ha desplazado totalmente el espacio anular con la densidad de control o que hubo ingreso adicional de fluidos de la formación al pozo. Observaciones. -

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Una vez que el lodo esté preparado con la densidad de control y se comience a bombear a un gasto reducido, la presión que se registre en la tubería de perforación solo al momento de igualarla en el espacio anular con la presión de cierre en la 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 la tubería de perforación será similar al calculado en la cédula de bombeo. Una vez que el lodo 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, deberá suspender el bombeo; si no lo hay, el pozo estará bajo control. Cuando 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 la 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 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 solo será igual a las perdidas por fricción en las líneas y el múltipla 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: a) La densidad de control no es la suficiente para controlar el pozo. b) Se tendrá un brote adicional en el espacio anular, causado por permitir que la presión disminuyera al estar circulando el brote. 31

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. -

Para comprobar que esta presión no es producida por los 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 sangrando 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.

6.3 EL MÉTODO CONCURRENTE El método concurrente, es un método primario para controlar pozos con presión de fondo constante, consiste en densificar gradualmente el fluido mientras se está circulando para sacar el brote del pozo, también se le ha llamado el método de circular y densificar o el método de incrementar el peso lentamente. Para ejecutar el método concurrente se requiere hacer algo de contabilidad y cálculos, mientras se está en el proceso de circular y sacar el brote del pozo, porque podría haber fluido de control con densidades diferentes e intervalos irregulares dentro de la sarta. Dado que hay que hacer algunos de los cálculos muy rápidamente el personal operativo ha optado por el método del perforador o el método de densificar y esperar, rechazando el método concurrente por ser demasiado complicado. Cuando se utiliza este método para controlar un brote, se inicia la circulación 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 fluido de control hasta que el brote es desalojado a la superficie, por lo cual requerirá varias circulaciones hasta completar el control del pozo. Secuencia. 1. Registre las presiones de cierre en la tubería de perforación (PCTP) y en la tubería de revestimiento (PCTR). 2. Inicie el bombeo a un gasto reducido de circulación hasta obtener la presión de cierre de la tubería de revestimiento, que deberá ser igual a la presión inicial de circulación calculada (PIC). 3. Mantenga esta presión constante, hasta totalizar las emboladas necesarias para que el fluido con la nueva densidad registrada llegue hasta la barrena. 4. El operador del estrangulador debe controlar y registrar las emboladas de la bomba y graficar en una tabla la presión hidrostática que ejercerá la nueva densidad a medida que se va densificando. 5. Al llegar hasta la barrena el lodo con densidad calculada, se obtiene la presión final de circulación (PFC) a la cual se le deberán hacer los ajustes de presión correspondiente a la nueva densidad, y se deberá mantener constante la presión hasta que el lodo densificado salga a la superficie. 32

Control de un Brote en un Pozo de Perforación. Observaciones. -

Su premisa consiste en que puede utilizarse una vez registradas las presiones de cierre, por el hecho de densificar y circular simultáneamente y no tienen que esperar alcanzar alguna densidad en específico antes de circular. Puede aplicarse al tener calculadas las máximas presiones permisibles en el espacio anular, resistencia al fracturamiento de la formación y en las conexiones superficiales de control. El tiempo de espera antes de iniciar a circular es mínimo. Hay menor presión a la salida de la TR durante el control, en relación al método del perforador. El numero de circulaciones requeridas será en función del aumento del 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 disponibles en el equipo.

Desventajas a) 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. b) Se requiere mayor tiempo de circulación durante la etapa de control. c) La presión de superficie en la tubería de revestimiento (TR) y la densidad equivalente del lodo, desde la zapata son elevados en relación al método de densificar y esperar.

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