Texto Baleos Emi

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA “MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” BOLIVIA

PRODUCCIÓN PETROLERA I

“BALEOS”

YARA KATERIN IBAÑEZ PEÑA RUDDY ALBERTO CORDOBA SALVATIERRA JOHN DANIEL PEREYRA SIFUENTES SANTA CRUZ – 2013

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA “MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” BOLIVIA

PRODUCCIÓN PETROLERA I

“BALEOS”

YARA KATERIN IBAÑEZ PEÑA RUDDY ALBERTO CORDOBA SALVATIERRA JOHN DANIEL PEREYRA SIFUENTES

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA EL SEXTO SEMESTRE DE INGENIERÍA PETROLERA

DOCENTE: Ing. Celestino Arenas M.

INDICE

CAPITULO 1. GENERALIDADES .............................................................................. 1 1.1.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 2

CAPITULO 2. DESARROLLO .................................................................................... 3 2.1. DEFINICIÓN DE BALEO DE POZOS .................................................................. 4 2.2. TÉCNICAS DE CAÑONEO .................................................................................. 7 2.2.1. Conceptos Básicos ............................................................................................ 7 2.2.3. Tipos de cañoneo .............................................................................................. 9 2.2.4. Métodos de cañoneo ....................................................................................... 14 2.2.5. Explosivos ....................................................................................................... 19 2.2.6. Geometría del Baleo........................................................................................ 21 2.2.7. Operaciones de Cañoneo................................................................................ 23 2.2.8. Parámetros que afectan la eficiencia del Cañoneo ......................................... 29 2.2.9. Parámetros que determinan la eficiencia de las perforaciones ....................... 35 2.2.10. Daño causado por el Cañoneo ...................................................................... 40 CAPITULO 3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................... 46 BIBLIOGRAFIA

0

CAPITULO 1. GENERALIDADES

1

1.1

INTRODUCCIÓN

La culminación de los trabajos en un pozo para obtener producción de hidrocarburos es la operación de disparos, la cual consiste en perforar la tubería de revestimiento, cemento y formación para establecer comunicación entre el pozo y los fluidos del yacimiento. La correcta selección del sistema de disparos es de importancia relevante ya que de esto dependerá la productividad del pozo y la disminución de intervenciones adicionales. Por tal motivo los baleos de pozos de petróleo o gas, deben diseñarse de modo que se minimice las futuras reparaciones y se alargue al máximo la vida útil del pozo. En la actualidad, la tecnología en la construcción de cargas y sistemas de disparos ha evolucionado rápidamente, y es posible encontrar en el mercado un gran número de opciones y proveedores. La optimización de la producción demanda diseños cuidadosos, para obtener disparos conductores limpios. Un diseño óptimo se refiere a la elección del mejor y más eficiente sistema de disparos, cargas, cañones, fase, diámetro de los orificios, densidad de disparo, y asimismo la determinación del sistema de Completación y Producción que asegure una buena relación de productividad, aún después de que un porcentaje de los baleos se taponen a medida que produce el pozo. El cañoneo es el proceso de crear aberturas a través de la tubería de revestimiento y del cemento, para establecer comunicación entre el hueco del pozo y las formaciones seleccionadas. Las herramientas para hacer este trabajo se llaman cañones. El objetivo específico de este estudio es identificar el método de cañoneo apropiado para la producción efectiva del pozo.

2

CAPÍTULO 2. DESARROLLO 3

2.1. DEFINICIÓN DE BALEO DE POZOS Es el proceso que establece una comunicación efectiva entre la zona productora y el pozo, donde se crean orificios en el revestidor mediante disparos que pasan a través de la capa de cemento y se extienden dentro de la formación, lo que permite que el fluido de la formación fluya dentro del hoyo. Estas perforaciones deben ser limpias, de tamaño y profundidad uniformes y no deben dañar el revestidor y la adherencia de cemento. 2.1.1. Objetivo del cañoneo de Pozos El Objetivo del cañoneo, es establecer una comunicación efectiva entre dos sistemas: la formación productora y el interior del pozo a través de orificios creados en el revestidor, cemento y la formación. Esto da origen al movimiento del fluido entre ambos sistemas, lo cual permite: Evaluar zonas productoras. Efectuar trabajos de inyección de cemento a la formación. Mejorar la producción, recuperación e inyección. Para lograr un trabajo efectivo de baleo se requiere que el trayecto de la perforación penetre el revestidor, el cemento y la parte de la formación de hidrocarburos.

4

2.1.2. Áreas de alcance de los Baleos

5

2.1.3. Completación con revestidor cañoneado. Es el tipo de completación que más se usa en la actualidad, ya sea en pozos poco profundos (4000 a 8000pies), como en pozos profundos (10000 pies o más). Ventajas: El pozo puede ser profundizable. La producción de agua y gas es fácilmente prevenida y controlada. Se adapta a cualquier tipo de configuración mecánica. Desventajas: Pueden presentarse trabajos de cementación. Se reduce el diámetro efectivo del hoyo y la productividad del pozo. 2.1.4. Factores a Considerar Lograr una comunicación efectiva desde el interior del pozo hacia la zona virgen. Obtener la máxima tasa de flujo con el menor número de perforaciones. Evitar la excesiva producción de arena, que obligue más tarde a trabajos de reacondicionamiento. Lograr una profundidad uniforme en las perforaciones Minimizar el daño producido por las cargas sobre el revestimiento, el cemento y la formación. Originalmente, las perforaciones eran hechas con balas y algunas pistolas de balas aún se encuentran en uso para formaciones suaves. Ahora la mayor parte de las perforaciones se hacen con Cargas de inyección. Pistolas perforadoras pueden ser insertadas en el cable de acero, tubería de producción o tubería en espiral. En pozos con desviaciones grandes o en pozos horizontales, los ángulos extremos hacen que las pistolas perforadoras sean insertadas en la tubería. 6

Existe una amplia variedad de pistolas perforadoras y cargas, dependiendo del trabajo. Algunos tipos de pistolas disparan y dejan caer escombros dentro del pozo, otras pistolas son recuperables. Las pistolas que dejan caer escombros pueden impedir tanto la producción como las operaciones correctivas futuras. En muchas áreas, la perforación de la tubería de revestimiento con presiones diferenciales negativas (no equilibradas) es el método preferido. Esto permite que la formación fluya en reversa de manera inmediata, limpiando basura y escombros y eliminándolas de la perforación. Pero las propiedades de la roca deben ser conocidas antes de perforar, y en algunos casos una perforación extremadamente sobre balanceada es preferible. El fluido en la tubería de revestimiento opuesta a la zona a ser perforada debe estar libre de sólidos para prevenir el taponamiento de las perforaciones. (El nitrógeno puede ser utilizado debido a su limpieza y baja densidad.) Si una formación tiene finos movibles estos pueden rebalsar de manera abrupta y llenar o cerrar perforaciones. Un colchón de agua o de un fluido liviano puede ser insertado en la sarta de tubería para reducir la hidrostática general en la sarta de manera a obtener la presión diferencial deseada. A menudo aún con un colchón de agua, la limpieza del pozo para iniciar el flujo puede ser necesaria.

2.2. TÉCNICAS DE CAÑONEO 2.2.1. Conceptos básicos: A continuación se presentan una serie de conceptos que ayudarán a entender de forma efectiva las técnicas de cañoneo: Concepto

Definición

Densidad del

Se define como el número de cargas por unidad de longiud.

Cañoneo

Las más comunes son las de 2 a 4 tiros por pie (TPP). Con dispositivos especiales, esta densidad se puede elevar a 8 y 12 TPP.

Dirección del Tiro

Indica el ángulo entre cargas. Así, por ejemplo, las cargas

(fases)

pueden ser disparadas en una o varias direcciones, de

7

acuerdo con el ángulo que puede ser de: 0°, 90°, 120°, 180°. Separación de Cargas Penetración

Indica la distancia existente entre la pared interior del revestidor y la carga Es la longitud de la perforación realizada por una carga dada. Usualmente se mide siguiendo el método de API (API RP43 Standard Procedure for Evaluation Well Perforators)

Diámetro a la

Representa el diámetro del agujero que se crea en el

entrada de la

revestidor durante el proceso de cañoneo.

Perforación Rendimiento de la Perforación

Es el rendimiento de la perforación real en relación con el de una perforación ideal realizada con el núcleo experimental.

La operación del baleo consiste en disparar un cañón cargado con cargas explosivas huecas (premoldeadas). En unas pocas decenas de microsegundos, las cargas huecas son detonadas y las partículas fluidizadas son expulsadas, formando un chorro de alta velocidad que se desplaza a velocidades de hasta 8000 m/s (26250 pies/s) y creando una onda de presión que ejerce una presión de 41 GPa (6 millones de psi) sobre la tubería de revestimiento y de 6.9 GPa ( 1 millón de psi) sobre la formación. El resultado inmediato es la formación de un túnel dejado por el disparo (en adelante, túnel de disparo), revestido con una capa de roca dañada por las vibraciones y rellena con detritos. A menos que sea removida, la roca dañada impide el flujo de fluido, y los detritos –roca pulverizada y restos de cargas –pueden taponar el túnel y obturar las gargantas de poros. 2.2.2. Factores de Efectividad La efectividad del cañoneo depende fundamentalmente de los factores siguientes: Tipo del equipo usado en el proceso. Cantidad y tipo de carga del cañón. Técnicas usadas en la completación del pozo. 8

Características de la tubería y del cemento. Procedimiento usado para el cañoneo. 2.2.3. Tipos de Cañoneo Los tipos de cañoneo más usados en la industria son los siguientes: Tipo Chorro (jet). Tipo Bala. Tipo Hidráulico.

La mayoría de los trabajos de cañoneo se efectúan con cañones tipo chorro. 2.2.3.1. Cañones Tipo Chorro Esta técnica es extremadamente delicada en relación con una secuencia necesaria de eventos, la cual comienza por el encendido del detonador eléctrico; este, a su vez, da inicio a una relación en cadena detonador-explosivo principal. El material del forro comienza a fluir por la alta presión de la explosión. El flujo del material del forro se vuelve un chorro de alta densidad parecido a una aguja de partícula fina de metal, el cual se dispersa del cono de la carga a velocidad de unos 20000 pies por segundo. 9

La presión de la punta del chorro se estima en 5 millones lpc. Mientras esto ocurre, la parte exterior de la capa se colapsa y forma otra corriente de metal que se desplaza a una velocidad mucho menor (alrededor de 1500 / 3000 pies por segundo). En el caso exterior puede formar un residuo que, a su vez, puede taponar la misma perforación que hizo. Es un sistema muy versátil, las cargas son seleccionadas para los diferentes tipos de formación. Los cañones pueden ser bajados simultáneamente dentro del pozo, utilizando guayas eléctricas, guaya mecánica, tubería de producción o tubería flexible (Coiled Tubing). A continuación se presenta el cañón tipo chorro y se señala cada una de sus partes:

Clasificación Los cañones tipo chorro se clasifican en tres grupos: recuperables (en la industria petrolera son usados el 90% no expuesta), desechables y parcialmente desechables (expuestas).

10

-

Cañoneo Recuperable

Posee un tubo de acero a prueba de altas presiones. Las cargas explosivas se colocan en el tubo y en forma radial con respecto a su eje. El tubo de acero se cierra herméticamente y el detonante es rodeado de aire a presión atmosférica. La detonación causa una pequeña expansión del tubo. Este tipo puede ser extraído del pozo junto con los residuos generados durante el proceso del cañoneo. -

Desechables

En los cañones desechables, los residuos de las cargas, cordón, estopín y el sistema portador (Lámina, alambre, uniones de cargas) se quedan dentro del pozo dejando una considerable cantidad de basura. Una ventaja es que al no estar 11

contenidas las cargas dentro de un tubo, pueden ser de mayor tamaño con lo que se obtiene una mayor penetración. La principal desventaja es que los componentes explosivos están expuestos a la presión y fluido del pozo, por lo que, normalmente, este sistema está limitado por estas condiciones. -

Parcialmente desechable

Este sistema es similar al desechable con la ventaja de que la cantidad de residuos dejados en el pozo es menor, ya que se recupera el portacargas. Ventajas No deja residuo en el pozo. No causa deformación de la tubería de revestimiento. Son operablemente seguros, ya que los componentes explosivos están completamente encerrados. Se puede operar a grandes profundidades y a presiones relativamente altas. Pueden hacerse selectividad de zonas con ellos. Poseen buena resistencia química. Desventajas Son más costosos que los otros tipos de cañones. Su rigidez limita la longitud de ensambles, especialmente de cañones de gran diámetro. En cañones pequeños, se limita la cantidad de explosivos que puede ser utilizada, debido al tamaño de la carga. Por lo tanto, se reduce la penetración que se puede alcanzar con este cañón. 2.2.3.2. Cañones tipo Bala Las pistolas de bala de 3 ½” de diámetro o mayores se utilizan en formaciones con resistencia a la compresión inferior a 6000 lb/pg2, los disparos con bala de 3 ¼” o tamaño mayor, pueden proporcionar una penetración mayor que muchas pistolas 12

a chorro en formaciones con resistencia a la compresión inferior a 2000 lb/pg2. La velocidad de la bala en el cañón es aproximadamente de 3300 pies/seg. Y pierde velocidad y energía cuando el claro excede de 0.5 pg y la pérdida en la penetración con un claro de 1 pg. Es aproximadamente el 25% de la penetración con un claro de 0.5 pg y con un claro de 2 pg la pérdida es de 30%. Las pistolas a balas se pueden diseñar para disparar selectiva o simultáneamente. En este método, las balas son disparadas hacia el revestidor atravesando el cemento hasta llegar a la formación. El desempeño disminuye sustancialmente al incrementar la dureza de las formaciones, del revestidor y cementos de alta consistencia. Es poco utilizado en la actualidad, pero continúa aplicándose en formaciones blandas o formaciones resquebrajadizas. A continuación se tiene una figura de una operación de perforación con bala:

2.2.3.3. Cañones tipo Hidráulico Una acción cortante se obtiene lanzando a chorro un fluido cargado de arena, a través de un orificio, contra la tubería de revestimiento. La penetración se reduce grandemente a medida que la presión en el fondo del pozo aumenta de 0 a 300 13

lb/pg2. La penetración puede incrementarse apreciablemente adicionando nitrógeno a la corriente del fluido. Los fluidos son bombeados a través de la tubería, con un arreglo de orificios direccionados hacia la pared del revestidor. El chorro presurizado lanzado hacia la formación, deja túneles limpios con muy poco daño. Los agujeros son creados uno a la vez. Tiene la desventaja de ser un sistema lento y muy costoso. 2.2.4. Métodos de Cañoneo Los métodos de cañoneo se pueden clasificar en cuatro grupos: Cañones por Tubería (Tubing Gun). Cañones por revestidor (Casing Gun). Cañones transportados por la tubería eductora (TCP – Tubing Conveyed Perforating). Cañones transportados por cable eléctrico. 2.2.4.1. Cañones por Tubería (Tubing Gun): Estos cañones se bajan utilizando una tubería con empacadura de prueba. El procedimiento es el siguiente: Paso

Acción

1

Se baja la tubería con la empacadura de prueba.

2

Se establece un diferencial de presión negativa.

3

Se baja el cañón con equipo de guaya, generalmente se usan cañones no recuperables o parcialmente recuperables.

La tubería eductora con empacadura permite el desplazamiento del flujo de completación por un fluido de menor densidad como por ejemplo gasoil.

14

Este desplazamiento se puede realizar a través de las camisas de separación, las cuales se cierran con equipos de guayas. Otra alternativa consiste en achicar la tubería con empacadura asentada, hasta lograr una columna de fluido que permita obtener un diferencial negativo después del cañoneo.

Ventaja Permite obtener una limpieza de las perforaciones. Desventajas No puede haber selectividad en el cañoneo. Al probar otro intervalo, se debe controlar el pozo con lo cual expone las zonas existentes a los fluidos de control. 2.2.4.2. Cañones por Revestidor (Casing Gun): Estos cañones se bajan por el revestidor utilizando una cabria o equipo de guaya. Generalmente la carga se coloca en soportes recuperables. El tamaño y rigidez de estos cañones no permite bajarlos por el eductor. El procedimiento es el siguiente: 15

Paso

Acción

1

Se coloca fluido en el hueco, de modo que la presión sea mayor que la presión del yacimiento.

2

Se procede al cañoneo.

Ventajas Son más eficientes que los de tubería en operaciones de fracturamiento o inyección. No dañan el revestidor cuando se usan con carga tipo chorro. Son útiles en perforaciones donde existen zonas dañadas por fluidos de perforación o por deposición de escamas, debido a su alta capacidad de penetración.

16

Desventaja Existe la posibilidad de cañonear en forma irregular lo que permitiría que no funcionen las bolas sellantes utilizadas como desviadores en la acidificación o fracturamiento. 2.2.4.3. Cañones Transportados por la Tubería (TCP): En este método el cañón se transporta en el extremo inferior de la tubería eductora. El procedimiento es el siguiente: Paso

Acción

1

Se introduce la tubería con el cañón junto con una empacadura.

2

Se asienta la empacadura.

3

Se cañonea el pozo.

A continuación se presenta una representación de los cañones transportados por la tubería (TCP):

17

Ventajas Puede realizar diferencial de presión negativo junto con cañones grandes. Tiene alta densidad de disparo. Se obtiene perforaciones óptimas. Alta aplicación en el control de arena para mejorar la tasa de penetración. Reduce el tiempo de operación. Mayor seguridad. Desventaja Alto costo. 2.2.4.4. Cañones transportados por cable eléctrico (Wireline): Cuando se balea la formación bajando cañones con cable eléctrico, se tiene el diseño de la completación mostrado en la siguiente figura. Luego de realizado los baleos se saca el cañón y se procede a bajar completación de prueba para evaluar la formación.

18

2.2.5. Explosivos Los explosivos utilizados en el cañoneo están expuestos a las temperaturas de fondo. Estos explosivos tienen un tiempo de vencimiento que depende de la temperatura. Tipos A continuación se presenta una tabla que presenta los tipos de explosivos, sus aplicaciones y los tiempos de vencimiento según la temperatura: Explosivo

Aplicación

1 Hora 100 Horas

RDX

Detonadores Primacord Cargas 340 °F

250 °F

HMX

Detonadores Primacord Cargas 400 °F

300 °F

PSF HNS

Primacord Cargas

470 °F

370 °F

Detonadores Primacord Cargas 525 °F

450 °F

TACOT

Detonadores

540 °F

La eficiencia de las cargas utilizadas en las operaciones de cañoneo depende de los explosivos. Los explosivos suplen la energía necesaria para realizar una penetración efectiva en el revestidor, cemento y formación. Los explosivos actúan rápidamente, producen una explosión caracterizada por la producción de una onda de alta velocidad. Tren de Explosivos La secuencia de explosión consta de varios dispositivos que son utilizados para iniciar y extender la detonación de los cañones. Está conformada de la siguiente forma: 1) Detonador o Iniciador 2) Cordón Detonante 3) Carga Explosiva Moldeada

19

Proceso del cañoneo 1)

Carga sin detonar.

2)

La carga detona. La carcasa se

expande. El liner comienza a colapsarse

3)

Se forma un chorro de alta presión

de partículas de metal fluidizado. La onda de presión viaja a 8000 pies/seg y 7000000 psi. 4)

El chorro se desarrolla más. La

presión hace que la velocidad aumente a 23000 pies/seg.

5)

El chorro se elonga porque la parte

posterior viaja a una velocidad menor (3000 pies/seg). 6)

La penetración se logra mediante

una presión de impacto elevada: 3 – 5 millones de psi en el revestidor y cerca de 300000 psi en la formación.

20

2.2.6. Geometría del Baleo

Desempeño de las cargas La penetración de las pistolas disminuye al aumentar el esfuerzo de sobrecarga y la resistencia compresiva de la formación. Un método para su cálculo fue propuesto por Thompson en 1962, el cual relaciona la resistencia compresiva, con los resultados obtenidos de pruebas en superficie, de la siguiente manera: (

)

Donde: Pen = penetración Pensup = penetración en superficie, Carta API RP-43 Cr = compresibilidad en superficie a las condiciones de la prueba, (Kpsi). Cf = compresibilidad de la formación de interés, (Kpsi). Las condiciones esperadas en el pozo posterior al disparo, dan la pauta para decidirla forma en la cual se llevara a cabo el disparo (condiciones Bajo Balance o

21

Sobre Balance), las cuales están influenciadas por los fluidos en los poros, presión de poro y la presión hidrostática ejercida por los fluidos de terminación. La fase La fase de un cañón de perforación es la dirección en la cual las cargas son disparadas con relación a los otros disparos:

2.2.7. Operaciones de Cañoneo Condiciones El cañoneo para la producción o evaluación de pozos petroleros se puede realizar bajo dos condiciones generales: Diferencial de presión positiva. Diferencial de presión negativa. En una terminación sobrebalanceada, la presión de formación es menor que la hidrostática en el pozo, esta diferencia puede ocasionar que los agujeros se taponen con residuos de las cargas, al momento del disparo. Por otro lado, en una terminación bajo balanceada la presión de formación es mayor que la hidrostática ejercida por la columna de fluidos en el pozo, en este caso los residuos de las cargas y la zona comprimida por el disparo pueden ser expulsados del agujero. 22

En general, se recomienda disparar en condiciones gajo balance debido a la limpieza generada en los agujeros. Sin embargo, usar presiones diferenciales muy altas es inadecuado, debido a que se provoca arenamiento o aportación de finos de la formación que impedirán el flujo de fluidos hacia el pozo. La magnitud de la presión diferencial, para disparar en condiciones bajo balance, depende básicamente de la permeabilidad de la formación y el tipo de fluido empleado en la terminación. Valores recomendados de presión diferencial, tanto para pozos de gas como de aceite son calculados mediante siguientes correlaciones empíricas: Para pozos de gas:

Para pozos de petroleo:

Donde: Pdif = presión diferencial en lbs/pulg2 K = permeabilidad de la formación en md.

2.2.7.1. Diferencial de Presión Positiva El diferencial de presión se define como la diferencia de la presión que ejerce la columna hidrostática a la profundidad de la arena cañoneada, menos la presión de formación de esa arena. En operaciones de cañoneo, la columna puede ser: lodo, salmuera, diesel o fluidos especiales. Cuando la presión de la columna es mayor que la presión de la formación se obtiene un diferencial de presión positiva. Cuando se cañonea con un diferencial de presión positiva y con una columna de lodo, usualmente se producen taponamientos de algunas de las perforaciones.

23

Esto se debe a que el lodo es fundamentalmente un fluido de control de perforación, por lo tanto, causa obstrucción del flujo. Generalmente, el daño causado por el lodo es parcialmente irreversible. Es decir, aún cuando se realizan operaciones para reducir la columna hidrostática (suabeo), es prácticamente imposible obtener una limpieza completa de las perforaciones. 2.2.7.2. Diferencial de Presión Negativa Cuando la presión de la columna hidrostática a la profundidad de la arena cañoneada es menor que la presión de la formación, se obtiene un diferencial negativa. El cañoneo óptimo se obtiene con un diferencial de presión negativa y con fluidos libres de sólidos y limpios. Es muy importante tomar las precauciones de seguridad necesarias, cuando se cañonea con un diferencial de presión negativa.

Las altas presiones de la

formación se manifiestan muy rápidamente en la superficie. Por lo tanto, es necesario controlar el pozo de una manera segura. Técnica de Disparos en condiciones de Bajo Balance Dinámico (DUB) Los operadores ejecutan las operaciones de disparos con una presión dentro del pozo inferior a la del yacimiento. Esta condición de bajo balance estático facilita la remoción de la roca dañada y los detritos. Los investigadores observaron que esta técnica a menudo conduce a un desempeño de pozos decepcionante debido a una limpieza inadecuada. Los ingenieros están explotando la condición de bajo balance dinámico para crear túneles de disparos más limpios. Los pozos disparados con estas nuevas técnias habitualmente exhiben un mejor desempeño que los pozos que se disparan utilizando los métodos tradicionales.

24

La roca triturada presente en la zona dañada por las fuerzas de la explosión de las cargas huecas es removida, y el flujo de los fluidos del yacimiento barre la roca triturada y otros detritos de los disparos hacia el interior del pozo. Un beneficio adicional del método DUB es que estos efectos pueden ser creados en pozos que inicialmente se encuentran en condiciones de bajo balance, balance o incluso sobre balance. Los resultados son disparos más limpios y un mejor desempeño de los pozos. Este método demuestra que el logro de un grado de productividad máxima requiere algo más que mejores cargas huecas. El desempeño de los disparos en los ambientes de fondo de pozo depende de muchos factores, de manera que la predicción de la profundidad de penetración y del tamaño del pozo de entrada tal vez no sea posible con las pruebas de superficie.

25

La ejecución de disparos en condiciones de bajo balance dinámico se refiere a la tecnología y la metodología que crea condiciones de bajo balance después de la 26

detonación de las cargas huecas. El término dinámico describe además las nuevas técnicas desarrolladas a partir de las actividades de investigación en curso y las aplicaciones del método de disparo DUB. La ejecución de disparo en condiciones de sobre balance en ácido crea un bajo balance dinámico inicial para limpiar los disparos; esto es seguido por una inyección inmediata de ácido para tratar los disparos. El método de operaciones de disparo DUB aporta a la industria un sistema en el que la falla en realidad puede producir más éxito.

2.2.8. Parámetros que afectan la eficiencia del Cañoneo Parámetros Los atribuidos al proceso de cañoneo

Tipos o Configuración de la carga. o Diámetro del cañón. o Separación entre el cañón y la zona cañoneada. o Tipo de material del revestidor.

Los atribuidos al Yacimiento

o Resistencia de la formación. o Temperatura. 27

2.2.8.1

Parámetros atribuidos al proceso de cañoneo

a) Configuración de la carga: la configuración de la carga es de importancia fundamental, esto incluye su ubicación relativa dentro del pozo. Así, la distribución del explosivo y de densidad determinan la velocidad de detonación y pueden tener una influencia aún mayor que la cantidad total de explosivo usada. A continuación se muestra un gráfico de la penetración y el diámetro de entrada en función de la carga de algunos explosivos comerciales:

b) Diámetro del cañón: en la figura que se presenta, se observa que la penetración también es proporcional al diámetro del cañón usado. En la misma figura, se muestra que en algunos casos, aún usando menos explosivos, se logra mejorar el rendimiento de la perforación. Por lo tanto, es evidente que para obtener una mayor penetración no se requiere necesariamente de un aumento en la carga explosiva. Se puede concluir que el tamaño (diámetro) de la carga es el factor determinante de la penetración y no la cantidad de carga. Sin embargo, para estimar el grado de deformación del revestidor, sí es necesario tomar en consideración la cantidad de carga. A continuación se presenta un gráfico de penetración y diámetro de la perforación en función del diámetro del cañón:

28

c) Separación entre el cañón y la zona cañoneada: la separación existente entre la pared interior del revestidor y la carga, afecta el grado de penetración de perforación. La siguiente figura muestra la penetración interior y el diámetro de entrada en función de la separación. A medida que la separación aumenta, disminuye la penetración. Para la obtención de los datos usados en la figura, se utilizó como blanco un compuesto de acero y arena tipo BEREA. En esta figura se observa que la penetración es proporcional a la cantidad de carga usada.

29

La separación se puede controlar mediante el uso de centralizadores. Esto ha resultado práctico en algunos casos en los cuales los cañones son de diámetro apreciable.

d) Tipo del material del revestidor: es otro factor de importancia. Así, por ejemplo, al usar un revestidor N-80 en lugar de uno J-55, se reduce el diámetro de la perforación en aproximadamente 10%. También se ha notado variaciones en función del espesor del revestidor.

2.2.8.2

Parámetros Atribuidos al Yacimiento

a) Resistencia de la formación: la resistencia de la formación es un factor importante que influye en la penetrabilidad del cañón. Por ejemplo, con la perforación a chorro de rocas de alta resistencia, se obtiene, aproximadamente, el doble de la penetración que logra usando cañones de bala. En cambio, en rocas de baja resistencia (con esfuerzo de compresión menores de 6000 lpc), el uso de bala es eficiente. b) Temperatura: afecta la naturaleza de la carga. La mayoría de los cañones a chorro usan explosivos a base de ciclorita, los cuales se pueden usar igualmente hasta una temperatura de 340 °F (171 °C). Para pozos que exceden esta temperatura, es necesario usar un equipo de cañoneo especial. Es posible dañar el pozo, si no se usa el equipo especial cuando su temperatura excede los 340 °F. La mayoría de los cañones desechables que existen actualmente en el mercado no deben usarse en pozos de temperaturas sobre los 300 °F (149 °C).

30

Temperatura alta: el efecto negativo de un ambiente de alta temperatura en un proceso de cañoneo se puede sintetizar en los factores siguientes: o A medida que se aumenta la temperatura, aumenta la posibilidad de tener explosiones espontáneas. o Los cañones de alta temperatura producen, por lo general, una penetración menor que los convencionales. o Los cañones de alta temperatura son usualmente más costosos y no permiten una selección muy amplia de las cargas. Temperatura baja: cuando se opera un cañón de baja temperatura, cercano a su límite máximo de temperatura, es necesario tomar las medidas siguientes: o Circular el pozo con fluidos de baja temperatura para disminuir la temperatura en el fondo del pozo. Estos se recomienda especialmente cuando se emplean cañones de tuberías, los cuales se pueden introducir al pozo después de detener el proceso de circulación. o En algunos casos existe la interrogante acerca de si se puede exceder el límite de temperatura del cañón, antes de que se produzca su disparo. en esta circunstancia se deben usar detonaciones de alta temperatura, aun si el cañón posee cargas de baja temperatura. Esto evita que se efectúen perforaciones accidentales, debido a las altas temperaturas. En este caso, las cargas se pueden quemar sin que se alcance el efecto perforador que sólo es posible lograrse cuando el detonador se dispara. En pozos de temperatura muy alta, es posible que la única alternativa sea usar un sistema de cañoneo en el que todas las cargas están diseñadas para altas temperaturas. Sin embargo, aun en este caso, lo fundamental es el detonador de la temperatura, ya que si este no se dispara, el resto de las cargas no puede lograr el efecto de perforación. 2.2.9 Parámetros que determinan la eficiencia de las perforaciones 31

Los parámetros fundamentales que determinan la eficiencia de las perforaciones de un proceso de cañoneo son: La penetración de las perforaciones. La densidad y la distribución radial de las perforaciones. El lavado de las perforaciones. Costo.

2.2.9.1

La penetración de las perforaciones: las perforaciones deben extenderse algunas pulgadas dentro de la formación, preferiblemente más allá de la zona que se daña a consecuencia de la invasión de los fluidos de perforación.

Para que se puedan llevar a efecto estos análisis se debe realizar previamente las siguientes operaciones: 1. Calcular el radio de invasión de la formación productora, (rs). 2. Calcular la profundidad de penetración de los disparos, (P)

-

Cálculo del radio de invasión de un pozo.

El radio rs de la zona dañada alrededor del pozo y la permeabilidad ks en esta zona están relacionadas al factor de daño S por la ecuación de Hawkins:

rs  rw  e

S  k   1   ks 

Así si la permeabilidad de la zona de daño es menor que en el resto de la formación, S será positivo; si las permeabilidades son iguales S será cero. Finalmente, si la permeabilidad en la zona de daño es mayor que en la formación, es decir fracturado o acidificado, S será negativa. Hidráulicamente los pozos fracturados muestran a menudo valores de S en un rango de -3 a -5. Note que incluso si k, s y rw son conocidas, no es posible obtener el radio del daño ni la permeabilidad en esta zona. 32

Valores para k y S pueden obtenerse de pruebas de presión transiente. Sin embargo la relación k/ks es difícil de determinar. Típicamente k/ks variará de 5 a 10 o en valores aún menores. En este trabajo se considerará una reducción severa de permeabilidad por efectos de invasión representada matemáticamente por una relación k/ks igual a 10, empleada en estudios anteriores referentes a cañoneo de pozos de petróleo.

2.2.9.2

La densidad y la distribución radial de las perforaciones: es necesario establecer una combinación adecuada entre la penetración y el diámetro de entrada de la perforación.

Evidentemente, las primeras pulgadas de penetración son las que poseen un mayor efecto en la productividad. La influencia de la densidad del cañoneo también es notable. Por ejemplo, una densidad de 4 TPP y de apenas 2 pulgadas de penetración ofrece una relación de productividad substancialmente mayor que cuando la densidad es de tipo 1 TPP y con una penetración apreciable de 12 pulgadas. En la siguiente figura se muestra la relación de productividad (Qp/Qr), en función de la penetración para diferentes densidades de disparo (sin tomar en cuenta el daño a la formación):

33

La densidad de los disparos generalmente depende del ritmo de producción requerido, la permeabilidad de la formación y la longitud del intervalo disparado. Para pozos con alta producción de aceite y gas, la densidad de los disparos debe permitir el gasto deseado con una caída de presión razonable. Generalmente son adecuados 4 disparos por pie de 0.5 pulg., siendo satisfactorio uno o dos disparos por pie para la mayoría de los pozos con producción baja. En los pozos que serán fracturados, los disparos se planean para permitir la comunicación con todas las zonas deseadas. Para operaciones en arenas consolidadas, generalmente se prefieren 4 disparos por pie de diámetro grande. Para terminaciones con empaque de grava se prefieren de 4 a 8 disparos por pie de 0.75 pulg. de diámetro o mayores.

34

2.2.9.3

El lavado de las perforaciones: al penetrar el chorro a la formación, se produce desplazamiento y compactación de la formación en la cercanía en la zona cañoneada, lo cual altera la permeabilidad original de esa zona. Además, la cavidad creada por el cañoneo se llena de material de la formación y de restos de explosivo pulverizado.

Este material es usualmente removido mediante el lavado de las perforaciones, hasta lograr recuperar la capacidad de flujo original. La formación hace un lavado automático cuando se cañonea con un diferencial de presión a favor de la formación, sin embargo, en pruebas con núcleo BEREA se ha demostrado que la región compactada después del cañoneo permanece con una reducción sustancial de permeabilidad con respecto a la zona, sin daño. En la siguiente figura, se muestra la eficiencia del flujo en el núcleo y la eficiencia del cañoneo después de lavar las perforaciones durante un tiempo.

2.2.9.4

Costo: El precio de los disparos varía; sin embargo, generalmente los costos son inferiores cuando se usan bajas densidades de disparo. El empleo de cañones selectivos puede ahorrar un tiempo apreciable en las intervenciones en que se tienen zonas productoras separadas por intervalos no productores. El empleo de cañones que se corren a través de la tubería de producción puede frecuentemente permitir el ahorro de 35

tiempo si la tubería de la producción está abierta en su extremo y situada arriba de las zonas que serán disparadas. En los pozos nuevos la tubería de producción puede colocarse en unas cuantas horas después de cementar el pozo. A continuación pueden efectuarse los disparos a través de la tubería de producción sin tener un equipo en el pozo. En esta forma no se carga tiempo por equipo en la terminación de pozo. -

Permeabilidad dañada

Un efecto secundario y poco conveniente del disparo es el daño adicional, que se traduce en una zona de baja permeabilidad alrededor de los disparos. El flujo a través de un solo disparo y los resultados de laboratorio del permeámetro radial confirman y cuantifican este componente del daño inducido por los disparos. El daño puede comprender tres elementos: una zona triturada, la migración de partículas finas de la formación y la presencia de detritos dentro de los túneles de los disparos. El alcance del daño provocado por el disparo depende de la litología, la resistencia de la roca, la porosidad, la compresibilidad del fluido alojado en los poros, el contenido de arcilla, el tamaño del grano de la formación y el diseño de las cargas huecas.

36

Control de Producción de Arena: El disparo como sistema de control, parte de la suposición de que la producción de arena es inevitable y que será necesario colocar empaques de grava, fracturas empacadas u otras técnicas mecánicas para eliminar la arena del flujo de producción. El disparo debe tener en cuenta el nivel de desbalance adecuado para minimizar la caída de presión, y remover toda la arena suelta para limpiar los túneles de los disparos y poder realizar un emplazamiento óptimo de la grava. En la optimización de la fase para la prevención de la producción de arena, la fase real de los disparos en la formación depende del radio del hueco y la densidad del disparo. Un nuevo método permite diseñar cañones con un ángulo de fase que maximiza las distancias (L1, L2 y L3) entre los orificios. El objetivo de una densidad de disparo determinada consiste en preservar la formación involucrada tanto como sea posible sin perjudicar la tasa de flujo por disparo.

Pozos muy Desviados: en los pozos muy desviados y en los pozos horizontales, puede ocurrir que el cable de acero no permita el descenso de los cañones si no se utiliza un mecanismo de arrastre. En estos casos es preferible utilizar tubería flexible, a menos que una sección horizontal sea tan larga que se atasque la tubería flexible y se produzca una flexión helicoidal antes de alcanzar el intervalo que se debe disparar. Los mecanismos de arraste también se han utilizado con éxito para extender el alcance máximo de la tubería flexible. En muchos pozos

37

sumamente desviados o de alcance extendido que se perforan hoy en día, es probable que el sistema TCP represente la mejor opción para el disparo.

38

CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

39

4.1. CONCLUSIONES La longitud de penetración que se puede lograr en una operación de cañoneo depende principalmente de las propiedades mecánicas de la roca, es decir de su resistencia a la compresión; además de otros factores tales como el diseño y tipo de cargas utilizadas. Diseñar los sistemas de cañoneo de tal manera que el valor de penetración alcanzada maximice en lo que sea técnica y económicamente posible el valor de Eficiencia de Productividad. Cañonear pozos con los Sistemas TCP Bajo-balance y PURE genera mejores Razones de Productividad en comparación con la técnica de Wireline; y en todas las situaciones, el sistema de cañoneo con mayores PR (Relación de productividad), dará las mejores tasas de flujo. Bajo los mismos parámetros bajo los cuales fueron disparados los pozos, emplear cargas de alta penetración logra un incremento de producción del 10.98% en los pozos que fueron cañoneados con el Sistema Wireline Convencional. Emplear cargas de alta penetración logra un incremento del 5% en producción aproximadamente para los pozos que fueron disparados con los Sistemas TCP Bajo-balance y PURE (manteniendo sus parámetros bajo los cuales fueron cañoneados). Realizar un trabajo de Cañoneo mediante la técnica de TCP Bajo Balance es aproximadamente 2 veces más costoso que haberlo efectuado con la técnica Wireline Convencional, sin embargo es 2 veces más económico que la técnica TCP PURE bajo similares parámetros de operación requeridos. La diferencia entre Wireline y las otras dos técnicas es notoria, siendo estas últimas las que ofrecen mejores resultados, pero se observa también que entre TCP Bajo-balance y PURE no se generan resultados en el análisis técnico que permitan dirimir entre un sistema y otro.

40

BIBLIOGRAFIA 41

DÍAZ J, SÁNCHEZ C. (2007). Tesis de Grado: Análisis Técnico-Económico del uso de las diferentes técnicas de cañoneo en los campos operados por Petroproducción BELLARBY JONATHAN (2009). Well Completion Design CIED. (1997). Completación y Reacondicionamiento de Pozos. CD-0411 pág 120 ARRIETA MARIO. Daño de Formación y Cañoneo TERMINACION Y MANTENIMIENTO DE POZOS. México WELL CONTROL (2003). Capítulo 13. Operaciones de Reacondicionamiento de Pozos SCHLUMBERGER. (2000).Técnicas de Diseño de los disparos para optimizar la Productividad SCHLUMBERGER. (2003). Manual de Completación

42