Trabajo Reductores de Friccion

TECNOLOGÍA DE REDUCCIÓN EN EL ARRASTRE AXIAL Y FRICCIÓN EN HOYOS ABIERTOS 8-1/2” EN POZOS ALTAMENTE DESVIADOS/HORIZONTALES – COSTA AFUERA – ORIENTE DE VENEZUELA CASOS HISTÓRICOS

Francisco Paz, Jose Manuel Alvarado, Gledimar Morales, E.M PETROSUCRE (PDVSA) Filiberto Zapata, DaiIa Mendoza, Rod Santoyo, WEATHERORD

RESUMEN La arquitectura de los pozos horizontales y altamente desviados construidos desde una plataforma de 24 pozos en el Campo Corocoro, muestran trayectorias altamente complejas y con tortuosidades elevadas, repercutiendo en un incremento en el torque y arrastre durante la perforación de los pozos para alcanzar la zonas prospectivas en el yacimiento, todo esto se traduce en un incremento de tiempo y costo para el proyecto. Los resultados arrojados por las simulaciones realizadas durante la etapa de perforación de los hoyos de 8-1/2” y la meta de alcanzar reservas previamente consideradas de manera convencional, llevo a la necesidad de buscar tecnologías para extender el brazo de producción y la vida útil del campo. Las características particulares que presentan los pozos en el Campo Corocoro en el área Costa Afuera del Oriente de Venezuela llevaron a considerar en las sartas de perforación de los nuevos pozos tecnología que permitieran disminuir los tiempos y costos, por lo cual se requería la colocación de elementos que favorecieran a las características del campo de la siguiente manera:

•

Reduciendo el riesgo de atascamiento diferencial, vibración y pandeo de la sarta de perforación.

•

Aumentando el control y eficiencia de perforación direccional.

•

Reduciendo el arrastre y la torsión

en más de un 40% en combinación con

aditivos lubricantes colocados en el fluido base agua. •

Alcanzando mayores longitudes de completación.

Todas estas ventajas llevaron a considerar el uso de Herramientas Reductoras de Torque y Arrastre de nueva generación en perforación direccional Sistema LoTAD. •

Al agregar LoTAD en la sarta de perforación, por tener una camisa de acero con diámetro externo mayor será la primera superficie de contacto con la pared del hoyo, en lugar de la rosca de unión (Tool Joint.)

•

Esto reduce el área de superficie de contacto con la pared del hoyo. La camisa de acero tiene cápsulas con rodillos que se convierten en la superficie de contacto de la sarta de perforación.

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La sarta de perforación girará a través del sub del mandril del LoTAD durante la perforación rotativa. La única fricción de torsión en la sarta de perforación proviene de la fricción entre la camisa del mandril y la camisa de polímero del LoTAD.

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El factor de fricción entre la camisa de polímero y el cuerpo del LoTAD es mucho menor que entre el acero y las paredes del hoyo, revestido o abierto.

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Como resultado, el radio externo “r” de la rosca de unión, en la fórmula para calcular la Torsión, es reemplazado por “r efectivo” el cual es el diámetro externo de la tubería de perforación. Mientras tanto, se reemplazó el factor de fricción por el factor de fricción entre la camisa del mandril del LoTAD y la camisa plástica la cual tiene un valor de fricción inferior.

Palabras Claves: Torque-Arrastre-Reductores de Fricción-Lubricante Químico.

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INTRODUCCION El Campo Corocoro se encuentra ubicado en las aguas superficiales de las costas del oriente de Venezuela en el Golfo de Paria entre las coordenadas 10°0′ y 10°15′ de Latitud Norte y entre 62º 15′ y 62º 37′de Longitud Oeste. La Empresa Mixta Petrosucre tiene una extensión aproximada de 378.05 Km2. Las acumulaciones de petróleo corresponden a crudo mediano con gravedades API entre 19°24,2°. Figura 1.- Ubicación del Campo

Para el desarrollo del campo se han perforado pozos direccionales de alto ángulo que parten desde una plataforma de producción (WHP), la cual posee una macolla de 24 slots concibiéndose la necesidad utilizar un taladro Autolevadizo JackUp de 2000 HP tipo Cantiliever con capacidad de desplazamiento en macollas. Las trayectorias requeridas, de acuerdo a las exigencias de la perforación desde plataforma, los riesgos de colisión existentes, las características geológicas estructurales y

la

necesidad

de

completar

zonas

prospectivas

altamente

inclinadas

y

de

aproximadamente 3000 pies de longitud, dieron lugar al diseño y perforación de pozos direccionales altamente complejos y de tortuosidad elevada.

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Figura 2.- Arenas Objetivo

Figura 3.- Vista de Planta de la Plataforma de pozos (WHP)

DESCRIPCION DEL PROBLEMA De acuerdo a la necesidad de alcanzar las zonas prospectivas desde una plataforma de 24 pozos, las trayectorias planificadas exigían secciones altamente inclinadas, con tortuosidades planificadas de hasta 275º, desplazamientos negativos planificados de mas de 2000 pies, las cuales fueron inicialmente perforadas con tecnología direccional convencional (motor de fondo) obteniéndose altos torques, dificultad para deslizar (peso de la mecha insuficiente) y colgamiento de la sarta. Posteriormente se uso tecnología con sistema de rotación continua (RSS) y combinado con sección de poder (RSS+motor), obteniéndose altos torques continuos y fuertes vibraciones, las cuales, originaban fallas de los componentes electrónicos de este tipo de equipos , por lo que se requirió rediseñar el sistema de manera de optimizarlo con la finalidad de poder alcanzar las necesidades de

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la sección a producir, así como mitigar los efectos de torque, las vibraciones y proteger a su vez internamente el revestidor minimizando la fricción de la tubería con este. ELEMENTOS REDUCTORES DE FRICCIÓN (LOTADS) Beneficios de los Elementos Reductores de Fricción (LoTADs): •

Reducción en el torque y en el arrastre axial.

•

El desgaste ocurre en el LoTADs, lo que protege tanto al tool joint como casing.

•

Reducción del área de contacto, y de la tendencia a presentar pega por Presión Diferencial.

•

Reducción de vibraciones y pandeo.

•

Operación en Hoyo Abierto y Revestido.

Ensamblaje de los LoTADs Los reductores de fricción están conformados por los siguientes componentes: •

Drill Pipe Sub

Esta diseñado como parte integral de la sarta de perforación. Las conexiones son generalmente especificadas la tubería de perforación utilizada y están de acuerdo con la norma API RP 7G & DS1. El área rebajada tiene un material de revestimiento especial duro diseñado para resistir el desgaste y aumentar la vida útil. •

Rodillos

Están hechos con un material tratado térmicamente para reducir el desgaste y soportar operación prolongada. Cuentan con un reborde para mantenerlos en su lugar, dentro de la cápsula, en caso de fallas de los ejes. •

Bearing Sleeves (Camisas de polímeros)

Reduce el torque al proporcionar una superficie con un bajo coeficiente de fricción. También actúan como miembro de sacrificio que absorbe el desgaste causado por las partes giratorias. Son como un rodamiento resistente al desgaste y resistente a los fluidos de perforación y altas temperaturas. •

Diseño con Seis Cápsulas para Rodillos.

Tres receptáculos se encuentran espaciados equitativamente en la parte superior e inferior de la herramienta para minimizar las restricciones al flujo. Para suministrar un mayor contacto de los rodillos, los receptáculos superiores e inferiores están desfasados por 60 grados.

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Figura 4. Componentes de los LoTADs

En la siguiente figura se muestra los elementos reductores de fricción y su ubicación en la tubería de perforación, la cual va a depender de la configuración mecánica del hoyo. Figura 5.- Ubicación de los LoTADs en la tubería de perforación

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Figura 6.- Reducción de Torque - LoTADs

Figura 7.- Reducción de Arrastre Axial - LoTADs

Durante la primera fase del proyecto se perforaron varias secciones de 8 1/2 pulgadas presentando dificultades para alcanzar el objetivo planificado, en vista de esta problemática, se realizaron simulaciones donde se determinó que colocando elementos reductores de fricción (LoTADs) en la tubería de perforación, se podía reducir los valores de torque hasta mas o menos un 17%, sin embargo en la realidad se redujo entre un 20 -

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40 % con la combinación de estos equipos y la incorporación al fluido base agua de un lubricante químico, y a su vez se registró una disminución de las vibraciones a lo largo de la sarta de perforación, protegiendo de esta manera los equipos de fondo y prolongando su vida útil y la efectividad de sus componentes electrónicos durante la construcción de la sección productora del pozo. Beneficios del Lubricante Químico en el Fluido Base Agua  Reduce el coeficiente de fricción en el fluido base agua.  Disminuye el torque, arrastre.  Minimiza las posibles pegas diferenciales. A continuación se desarrollaran los casos más importantes donde describirán las condiciones de perforabilidad y las acciones que se tomaron en cada uno de ellos para lograr llegar a los objetivos planificados. Como primer caso tenemos el Pozo AI1, el cual fue perforado en la fase 1 A del proyecto, con tecnología direccional convencional y sin el uso de elementos reductores de fricción. En la siguiente tabla se pueden apreciar los parámetros planificados versus los reales y las causas que impidieron alcanzar la profundidad final del pozo. Tabla 1.- Parámetros Planificados vs Reales Pozo AI1 POZO TORT. PLAN ( ° ) TORT. REAL ( ° ) PIES PLANIFICADOS (FASE 8 1/2") PIES PERFORADOS (FASE 8 1/2") ROP PROMEDIO (PIE/HR) PIES/DIA EQUIPO TORQ MAX ESTIM TORQ MAX ALCANZADO TIEMPO PERFORACIÓN TIEMPO EN FONDO DIAS EN FONDO BHA RUN N° VIAJES

PROBLEMAS/ COMENTARIOS

AI1 166,277 181,828 2986,79 1349 65,9 449,7 MOTOR 18,5 27 20,5 98,5 4,1 1 2 NO ALCANZO TD POR PROBLEMAS CON EQUIPOS DIRECCIONALES SACO A SUPERFICIE, TORQUE ELEVADO DENTRO DEL REVESTIDOR/ PERFORO SOLO 1349 PIES POR TORQUE EXCESIVO

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Seguidamente se muestra un grafico con los pozos perforados con sistema convencional (Motor de Fondo) mostrando los parámetros de torque y tortuosidad planificados vs los parámetros reales.

Figura 8.- Tortuosidad y Torque (Estimado y Real) en los Pozos Perforados con Sistema Direccional Convencional (Motor de Fondo)

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Figura 9. Vista de Sección Vertical del Pozo (trayectoria planificada vs real)

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En el segundo caso tenemos un pozo donde inicialmente se bajo con un ensamblaje de fondo (BHA) convencional con motor de fondo y sin elementos reductores de fricción, los altos torques (27 Klb-pie) no permitieron perforar mas de 785 pies por lo que se decidió sacar y colocar los elementos reductores de fricción (LoTADs) para continuar perforando, pero los severos problemas para deslizar, altos niveles de torque y arrastre (26 Klb-pie), y colgamiento de la sarta persistieron y solo se logro perforar 56 pies, por lo tanto se decidió sacar hasta superficie y cambiar

el motor de fondo convencional por una sarta con

Sistema de rotación continua (RSS), ajustar los coeficientes de fricción y reubicar la posición de los LoTADs, de esta manera se pudo continuar la construcción del hoyo logrando perforar hasta 1487 pies de sección productora. En la siguiente tabla se pueden apreciar los parámetros planificados y reales del pozo BI2 anteriormente expuesto. Tabla 2.- Parámetros Planificados vs Reales Pozo BI2

POZO TORT. PLAN ( ° ) TORT. REAL ( ° ) PIES PLANIFICADOS (FASE 8 1/2") PIES PERFORADOS (FASE 8 1/2") ROP PROMEDIO (PIE/HR) PIES/DIA EQUIPO TORQ MAX ESTIM TORQ MAX ALCANZADO TIEMPO PERFORACIÓN TIEMPO EN FONDO DIAS EN FONDO BHA RUN N° VIAJES

PROBLEMAS/ COMENTARIOS

BI2 201,194 200,116 3028,42 1487 19,1 185,9 MOTOR/ MOTOR+LOTADS /RSS+LOTADS 28,72 24 77,9 211,5 8,8 4 2 TORQUE ELEVADO SACO TUBERIA PARA INSTALAR LOTADS, VIAJE CORTO PARA REPOSICIONAR LOTADS (ALTO TORQUE, COLGAMIENTO DE SARTA, PROBLEMAS PARA DESLIZAR), VIAJE PARA CAMBIAR MOTOR POR RSS

A continuación se muestran las simulaciones realizadas para la corrida de los elementos reductores de fricción (LoTADs).

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Figura 10.- Simulación de Torque perforación sin LoTADs vs perforación con LoTADs

Se pudo observar luego de perforar la sección productora con el equipo direccional RSS y los LoTADs que el torque máximo obtenido en la última corrida fue de 24 klb-pies, esto demuestra que la reducción real del mismo fue un 17%, manifestándose una disminución de torque ligeramente mayor a la emitida por la simulación previa. Lo anterior expuesto nos revela que el uso de los reductores de fricción en combinación con el sistema de rotación continua permitió darle continuidad a la perforación de la sección productora disminuyendo los altos torques ocasionados por la complejidad direccional del pozo. La siguiente figura muestra el perfil direccional del pozo planificado vs el real.

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Figura 11. Perfil Direccional del Pozo (Plan Vs Real)

Una vez empleada y comprobada la efectividad de la tecnología de los elementos reductores de fricción (LoTADs) para los pozos de la Fase 1 A del proyecto, se tomo como lección aprendida a la hora de planificar los pozos de la Fase 1B, los cuales, por ser los últimos 10 pozos de la plataforma presentaban mayor complejidad direccional y tortuosidad, por lo tanto se tuvo la necesidad de expandir la curva de aprendizaje del campo empleando tecnologías que ayudaran a minimizar los riesgos y complicaciones operacionales particulares de los pozos del Campo. Entre las nuevas tecnologías aplicadas en el campo tenemos la incorporación definitiva de Sistema de Rotación Continua (RSS) para la perforación de las secciones productoras de 8 ½ pulgadas, así como también la combinación de RSS con sección de potencia o Motor de fondo para proporcionar mayores tasas de penetración y se ajustaron los coeficientes

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de fricción (OH:0,3 /CH:0,4), toda esta tecnología direccional acompañada de los Sistemas Reductores de Fricción (LoTADs) y adicionalmente la incorporación del Lubricante Químico añadido al fluido de perforación base agua resultaron la combinación optima para la perforación de las subsiguientes secciones productoras en el campo. Como tercer caso a mencionar tenemos el pozo mas complejo de la plataforma, el cual que presento la mayor sección negativa, mayor ángulo para desplazamiento negativos la mayor tortuosidad en el campo. En la siguiente tabla se describen los parámetros planificados versus lo reales del pozo. Tabla 3.- Parámetros Planificados vs Reales Pozo AP6 POZO

AP6 274,21 293,96

TORT. PLAN ( ° ) TORT. REAL ( ° ) PIES PLANIFICADOS (FASE 8 1/2") PIES PERFORADOS (FASE 8 1/2") ROP PROMEDIO (PIE/HR) EQUIPO PIES/DIA TORQ MAX ESTIM TORQ MAX ALCANZADO TIEMPO PERFORACIÓN TIEMPO EN FONDO DIAS EN FONDO BHA RUN N° VIAJES

2726 58,2 RSS+Motor+Lubricante+ LoTADs 199,36 34 19 41,0 287 12,0 3 3

PROBLEMAS/ COMENTARIOS

PROBLEMAS PARA DESVIAR (Incertidumbre Geológica)

3516,60

En vista de la alta complejidad acumulada a lo largo del pozo, se planteo la necesidad de utilizar la combinación de varios equipos y herramientas en la configuración de la sarta de perforación, así como también la incorporación de lubricantes en el lodo de perforación para lograr cumplir con la trayectoria y alcanzar el objetivo geológico planificado. A continuación se muestra las simulaciones realizadas para la colocación de los LoTADs en la sarta de perforación y los resultados luego de la perforación de la sección productora.

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Figura 12.- Perfil de Pozo y Severidad de Construcción

Figura 13.- Torque Perforando Fase 8 ½” sin LoTADs

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Figura 14.-Recomendación: Cantidad y Ubicación de Herramientas

Seguidamente se presenta una comparación entre las simulaciones de torque perforando con solo con el lubricante, con la combinación de los LoTADs más el lubricante y el caso base sin LoTADs. Figura 15.-Comparación de los Torques Simulados

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Figura 16. Perfil Direccional del Pozo (Plan y Real)

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Los resultados del torque luego de la perforación comparados con los valores arrojados por al simulación muestran que se obtuvo una reducción real del 44%, lo que nos revela que la efectividad en la combinación de los elementos reductores de fricción LoTADs con el lubricante químico adicionado al fluido de perforación dieron como resultado una disminución de torque mayor a la simulada logrando perforar con éxito la sección de 8 ½ pulgadas y reduciendo el desgaste del revestidor por la acción de los LoTADs en la sarta de perforación. La siguiente figura refleja el resultado real versus los valores simulados. Figura 17.- Resultados de Simulación con LoTADs vs Valores Reales

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En la siguiente tabla se pueden apreciar todos los pozos donde fueron utilizados los elementos reductores de fricción en la fase 1B del campo y la comparación entre los valores arrojados por la simulaciones y lo valores reales luego de la perforación, observándose una disminución considerable en el torque estimado y el torque real como consecuencia de la utilización de los LoTADs, logrando de esta manera alcanzar el

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objetivo planificado, proteger el revestidor de desgaste excesivo, disminuir las vibraciones y los efectos de pandeo a lo largo tubería de perforación. Tabla 5.- Resultados de Simulación con LoTADs vs Valores Reales (Pozos Fase 1B)

Figura 17.- Tortuosidad y Torque (Estimado vs Real) Pozos con uso de LoTADs Fase 8 ½ pulgadas /Campo Corocoro

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CONCLUSIONES  La combinación de tecnologías direccional de Sistema Rotatorio Continuo con los reductores de fricción (LoTADs) y el lubricante químico incorporado al fluido de perforación reducen la fricción y el torque, permitiendo así la construcción de pozos con alta tortuosidad logrando alcanzar mayores secciones perforadas.  En pozos con tortuosidades planificadas mayores a 180º se requiere la combinación de lubricante químico, elementos reductores de fricción y RSS.  El uso de reductores de fricción (LoTADs) disminuye el desgaste en el revestidor en pozos altamente tortuosos y contribuye a la limpieza de las zonas propensas a formación de camas de ripio en el revestidor.  La calibración de los factores de fricción permite simular condiciones más reales en la perforación.  El uso del lubricante químico en los fluidos base agua es altamente beneficioso para reducir la fricción y así el torque en pozos con tortuosidades elevadas.  El uso de los reductores de fricción (LoTADs) mejora el arrastre axial y disminuye las vibraciones de la sarta de perforación.  Al estar la sarta en constante rotación con el uso de los LoTADs se disminuye el riesgo de pandeo en la misma a través de todo el recorrido en el hoyo y se garantiza mayor transmisión de peso sobre la mecha.  Los riesgos de atascamiento diferencial se minimizan al estar la tubería en constante rotación en hoyo entubado y hoyo abierto con el uso de los reductores de fricción LoTADs.  La reducción del área de contacto que producen los rodillos de los LoTADs también ayuda a prevenir atascamiento diferencial.

REFERENCIAS 1.- Gerencia de Perforación Petrosucre, Base de Datos. 2.- Weatherford, Informe de Resultados de Corrida de LoTADs.

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