CAPITULO II: MARCO TEÓRICO
5. Bordes y micropatas de perro
2.1.7. Factores que intervienen en la limpieza del hoyo
La limpieza del hoyo evita los grandes problemas que se presentan durante la operación de perforación tal como: problemas después de una cementación, cuando se corre registros eléctricos en el pozo, mal asentamiento del revestidor, pega de tubería, variaciones frecuentes en el torque y arrastre, desgaste de la broca, disminución de la rata de penetración, daño a la formación.
Los factores generales que son considerados para la limpieza del hoyo son:
1. Velocidad del anular . 2. Inclinación y área del hoyo.
3. Propiedades de los lodos de perforación. 4. Características de los ripios de perforación. 5. Excentricidad de la sarta dentro del hoyo. 6. Rotación de la sarta de perforación. 7. Tasa de penetración. 42 33 20 18 16 12 11 11 7 6 2 2 3 ,6 1 8 ,5 1 1 ,2 1 0 ,1 8 ,9 6 ,7 6 ,2 6,2 3 ,9 3 ,3 0 ,5 6 90,4 90,9 75 100 81,2 91,6 72,7 81,8 57,1 33,3 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Par ad a Sal ien d o d el p o zo E n tr an d o d el p o zo R ea lizan d o u n a co n ex ió n T u b o d e lav ad o p eg ad o R o tu ra p o r to rs ió n Des ce n so d e la tu b er ía d e rev es tim ien to Per fo ran d o o en san ch an d o Pér d id a d e cir cu lació n Gas o ag u a salad a Otr a
CAUSAS MAS COMUNES DE PEGA DE TUBERÍA EN LA
OPERACIÓN DE PERFORACIÓN
Frecuencia %Total % Liberadas después de la colocación62
En zonas ensanchadas de hoyo, en la cuales existe mayor cantidad de recortes y existe más asentamiento de ripios, se debe tener una limpieza adecuada del pozo a medida que se avance cuando perforamos, así mismo un control y acondicionamiento del lodo de perforación.
Cuando realizamos viajes debemos anticiparnos a las formaciones que se van a perforar mediante registros de viajes anteriores, determinar formaciones sensibles a presiones de surgencia y suabeo cuando introducimos o sacamos tubería de perforación, asegurar que las condiciones de lodo y sus propiedades sean apropiadas para evitar el ingreso excesivo de recortes y derrumbes a la zaranda. La mayoría de problemas cuanto realizamos en un viaje son causados por mala limpieza del pozo. (Ver Figura 24)
Figura 24: Limpieza del hoyo en pozos desviados. Fuente: Sugar Land Center, 1999
63 a) Transporte de los recortes
Cuando estamos perforando, la rotación de la barrena genera ripios que deben ser retirados del pozo por medio de la circulación del fluido dentro de la sarta de perforación y a través del anular que transporta los recortes hasta la superficie. La limpieza adecuada de los ripios de perforación dependen de varios factores: tamaño, forma, peso, rata de penetración, viscosidad, y el parámetro más importante, la velocidad anular que depende de la tasa de flujo para optimizar la limpieza del pozo.
Cuando los pozos son de alto ángulo de desviación, mayor a los 30°, existe asentamiento de recortes en la parte baja del pozo, que son acarreados y pueden formar dunas (acumulación de arena) si la sarta de perforación no se encuentra.
Si las bombas están funcionando, los recortes pueden moverse en la parte baja del pozo, generando grandes acumulaciones de recortes que producen empaquetamiento de la sarta de perforación.
Hay tres patrones principales de transporte de los recortes:
1. Transporte de recortes: En pozos desviados la arena se mueve a la parte baja del pozo, donde existe acumulación de recortes que se mueve hacia adelante en forma de saltos.
2. Lecho móvil continuo: La cama de recortes se mueve hacia abajo con diferentes velocidades.
3. Cama estacionaria: El movimiento de los recortes hacia delante forman una capa gruesa. A medida que se acumulan estos recortes generan una cama estacionaria. Este modelo causa empaquetamiento severo si no son removidos adecuadamente. La cama estacionaria generalmente se forman en pozos donde su ángulo es superior a 65°, aquí se debe tener una suficiente capacidad de flujo para mejorar el transporte.(Ver Figura 25).
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Figura 25: Patrones de transporte de corte Fuente: Drillbert Engineering Inc. b) Reología
La reología del lodo es la ciencia de la fluidez de la materia que describe el comportamiento del flujo de un fluido. Es un factor importante que trata la viscosidad del lodo y las propiedades del fluido de perforación. Estas propiedades incluyen:
1. Control de las presiones, de tal manera, que no exista influjos..
2. Transferir potencia necesaria a la barrena para aumentar la velocidad de penetración. 3. Suspender los ripios de perforación en el espacio anular.
4. Separar el gas de los ripios perforados. 5. Llevar los recortes a superficie. c) Esfuerzo cedente YP (Yield Point)
Es la resistencia al flujo causada más por las fuerzas electroquímicas que por fricción mecánica, lo cual está relacionado con la distancia entre las partículas (Baker Hughes, 1998), ayuda a mantener el movimiento del flujo en condiciones dinámicas. El punto cedente se usa para indicar las características de dilución del esfuerzo de corte de un fluido y la capacidad de suspensión.
La limpieza adecuada del hoyo se realiza si el punto cedente se encuentra en flujo laminar. Cuando se tiene altos valores de punto cedente ya sea por la contaminación, se debe controlar de la floculación de fluido de perforación.
El punto cedente depende de:
1. Las propiedades superficiales del fluido. 2. Cantidad de sólidos.
3. El ambiente eléctrico de las partículas sólidas
65 d) Régimen de flujo
Los regímenes de flujo laminar y turbulento correctamente diseñados limpian adecuadamente el pozo, más aún si el pozo tiene un alto ángulo de desviación. Al mejorar las propiedades del lodo en fluido laminar como el aumento del punto cedente podemos tener mayor suspensión de los recortes y al tener un disminución del punto cedente en un flujo turbulento, disminuye el asentamiento de los recortes.
Los fluidos viscosos en flujo laminar son adecuados porque: 1. Se tiene mayor capacidad de limpieza del pozo. 2. Existe mejor transporte de recortes.
3. Tiene mejores características de suspender recortes del pozo.
En pozos de alto ángulo de desviación, cuando las bombas están en funcionamiento los recortes estas suspendidos en la parte baja del pozo si está flujo turbulento. Si se apaga las bombas, los recortes caen al fondo del pozo provocando una rápida aglomeración de sólidos suspendidos.
e) Densidad o peso del lodo del lodo de perforación
Es la capacidad del fluido de perforación para crear una contrapresión en las paredes de la formación. Se expresa en lbm/gal, kg/m3, lb/pie3 o en gradiente hidrostático lb/plg2.
La densidad o peso de lodo de perforación controla la presión hidrostática y evita influjos, evita el derrumbe de la paredes del pozo, evita el colapso del casing. La presión causada por la densidad también ayuda a evitar las patadas dentro de pozo (flujo controlable de los fluidos de formación dentro del pozo desplazando lodo en la superficie) y reventones (El flujo incontrolado de los fluidos de formación dentro del pozo.
Un peso excesivo del lodo de perforación puede causar la invasión a la formación delante de la broca y puede causar fracturamiento de las rocas.
f) Viscosidad
Define la resistencia interna de un fluido al movimiento. La viscosidad es importante para lograr una limpieza adecuada, ayudar a mantener una buena suspensión de los recortes, transportar los recortes a superficie, mejorar las propiedades tixotrópicas del lodo.
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Una viscosidad muy grande no permite el bombeo adecuado y causa problemas si estamos tratando de mejoran limpieza y la suspensión de los recortes.
La viscosidad del lodo es el tiempo medido en segundos que el fluido puede tardar en salir por un orificio debidamente calibrado mediante el embudo Marsh, y según normas API.
g) PH
La variación del PH cuando estamos perforando formaciones con contenido evaporítico, salino o calcáreo, causan la floculación de fluido, es decir, la acumulaciones de sustancias coloidales que posteriormente provocan la sedimentación de partículas.
La estabilidad de la suspensión de bentonita en un lodo de perforación es esencial para que cumpla su función como tal, por lo que será necesario realizar un continuo control del PH. Se utiliza papeles indicadores sin necesidad de concurrir a PH metros, para llevar a cabo el control de estabilidad.
El lodo bentonítico es una mezcla de agua con bentonita formando un tipo de arcilla muy densa que se coloca en las paredes del pozo y evitar así el derrumbamiento durante la perforación. Este lodo tiene la característica de perder la resistencia cuando está en movimiento y se comporte como fluido. Cuando su PH está comprendido entre 7 y 9,5, un lodo bentonítico es estable, precipitando fuera de este intervalo.
h) Contenido de arena
A lo largo de la perforación, el lodo se va ir aumento en su contenido de arena lo que causa el cambio en sus condiciones iniciales, alterando las propiedades de los fluidos tales como: punto cedente, viscosidad, tixotropía, densidad del lodo, y posteriormente la acumulación de grandes cantidades de arena en el pozo si no existe una adecuada limpieza. El lodo de perforación que contiene porcentajes menores a 3% de arena, se encuentra en buenas condiciones
La acumulación de arena en el lodo causa el desgaste de la bombas, deterioro prematuro de la barrena, desgaste de conos, lo que representa costos adicionales si no son tratados adecuadamente.
67 i) Contenido de sólidos
El control de los sólidos de baja gravedad (LGS) es crucial para evitar la pega diferencial tanto para lodos base aceite como base agua. Guíese por la siguiente tabla:
Tabla 38: Contenido de sólidos vs Tamaño del hoyo.
Tamaño del Hueco % Recomendado de sólidos de baja gravedad (LGS) 17-1/2” 10 – 15 12-1/4” 8 – 10 8-1/2” 5 – 8 6” 5 – 8 Fuente: BP. Amoco, 2000 j) Caudal o tasa de flujo GPM
El caudal o tasa de flujo proporciona una fuerza para levantar los recortes y llevarlos a la superficie. En pozos donde tenemos grandes ángulos de desviación, la tasa de flujo es un factor importante para tener una adecuada limpieza del pozo.
Las altas tasas de flujo permiten tener una buena limpieza ya que tienen mayor velocidad en el espacio anular, aumentan la potencia en la broca para que los sólidos suspendidos sean llevados fuera del pozo.
Para determinar la velocidad del espacio anular, teniendo en cuenta la tasa de flujo, se presenta a continuación. Al aumentar la velocidad anular se remueve mayor cantidad de recortes a mayor tasa de flujo.
( )
( )
Dependiendo del tamaño del hoyo, el caudal o tasa de flujo debe ajustarse a diferentes valores que se presentan en la siguiente tabla:
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Tabla 39: Mínimo GPM vs Tamaño del hoyo y Ángulo del hoyo.
MÍNIMO GPM VERSUS TAMAÑO DEL HOYO Y ÁNGULO DEL HOYO Tamaño del hoyo 26” 17 1/2”-16” 12 ½” 8 ½” 6 1/8”
Intervalo de ángulos GPM
00 – 350 700 500 400 300 200
350 – 550 1250 950 650 450 250
550 + 1100 750 500 350
Dependiendo de las características del hoyo, se establece la tasa de flujo adecuada para diferentes ángulos de desviación.
Fuente: BP. Amoco, 2000 k) Tasa de penetración ROP
La tasa de penetración es la velocidad a la que la broca rompe la roca debajo de ella para avanzar en el pozo. Se mide normalmente en pies por minuto, o metros por hora. En general el ROP aumenta cuando se está perforando areniscas.
Las propiedades de lodo que afectan la tasa de penetración son los siguientes: 1 Densidad del lodo
2 Cantidad de sólidos suspendidos 3 Viscosidad del lodo de perforación 4 Filtración
5 Fase del fluido
Dependiendo del tamaño del hoyo, la rata de penetración debe ajustarse a ciertos valores que se presentan en la siguiente tabla:
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Tabla 40: ROP máxima vs Tamaño del hoyo y Ángulo del hoyo.
ROP MÁXIMA VERSUS TAMAÑO DEL HOYO Y ÁNGULO DEL HOYO Tamaño del hoyo 26” 17 1/2”-16” 12 ½” 8 ½” 6 1/8”
Intervalo de ángulos ROP
00 – 350 60 110 155 240 285
350 – 550 40 75 85 125 165
550 + 60 75 100 115
Dependiendo de las características del hoyo, se establece la velocidad de penetración adecuada para diferentes ángulos de desviación.
Fuente: BP. Amoco, 2000
l) Rotación de la sarta de perforación y excentricidad (RPM)
Si tenemos formaciones muy abrasivas, se debe reducir la velocidad de rotación para que no exista un desgaste prematuro de la broca. En formaciones duras, los cortadores de la broca no penetran la formación, por lo que a velocidades altas de rotación causan disminución de la tasa de penetración.
En pozos con alto ángulo de desviación, las altas velocidades de rotación son apropiadas debido a que la rotación de la sarta muele los recortes en pedazos pequeños y que sean apropiados para ser transportados hacia la superficie. Si se tiene vibraciones en la sarta de perforación, se debe disminuir la velocidad de rotación.
Los valores de velocidad rotacional que permiten sacar mayor cantidad de ripios de perforación se presentan de la siguiente manera:
1. Para pozos verticales: 150 RPM
2. Para pozos direccionales y desviados: 110 RPM m) Reciprocar saliendo (Backreaming)
Backreaming es la práctica de bombeo y la rotación de la sarta de perforación y al mismo tiempo sacar del agujero.
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Las operaciones de Backreaming se han convertido en una solución popular a las
condiciones de agujero pobres al tiempo que tira fuera del agujero, pero también son conocidos por causar los mismos problemas que se supone deben evitar, tales como tubería atascada.
Si el Backreaming no se realiza correctamente, puede complicar las operaciones, causa
problemas de estabilidad del pozo, causar densidades circulantes equivalentes más alta (ECD), y provocar incidentes tubería pegada.
n) Píldoras del lodo de perforación para la limpieza del pozo
La limpieza del pozo puede ser mejorada utilizando píldoras de limpieza.Al utilizar píldoras
para la limpieza, se debe utilizar un volumen adecuado, manteniendo la sarta en movimiento y bombeando lodo para evitar el empaquetamiento.
Las píldoras que se usan para la limpieza del pozo se presentan a continuación:
Píldoras de alta viscosidad
Para secciones de pozo con ángulos menores a 40°, se utilizan píldoras de alta viscosidad que mejoran el YP y la reología del lodo, de modo que nos permita aumentar la capacidad de limpieza del pozo. El volumen de la píldora de limpieza debe ser mayor de 100 metros en el espacio anular y ayudan a remover los ripios de perforación en pozos verticales.
Una píldora de alta viscosidad no se debe usar si existe la posibilidad de pérdida de circulación.
Píldoras de baja viscosidad
Para secciones de pozo con ángulos mayores a 40°, se utilizan píldoras de baja viscosidad en lujo turbulento han sido efectivas para el control de la limpieza del pozo.
La rotación de la sarta de perforación conjuntamente con una píldora de baja viscosidad, es ideal para remover los recortes y llevarlos a superficie. Estas píldoras son hechos a base de agua o salmuera y sistemas de emulsión inversa.
71 Píldoras mixtas seguidas
Las píldoras mixtas consisten en la preparación de un volumen de píldora de baja viscosidad ya sea de agua o aceite, seguida de un volumen de una píldora viscosa densificada.
Estas píldoras mixtas deben ser bombeadas en régimen turbulento para prevenir filtración de la píldora de baja viscosidad.
Para preparar una píldora mixta se coloca de 30 a 50 barriles de fluido base seguido de una píldora de alta densidad para equilibrar el sistema. Antes de bombear la píldora se debe considerar los efectos sobre la presión hidrostática para evitar que se filtre a la formación y la estabilidad del pozo.
Píldoras de fibras:
Los materiales fibrosos como aditivos para la limpieza del pozo, han sido utilizado como material que previene la pérdida de circulación del lodo en formaciones permeables y permiten la limpieza adecuada de pozos de alto ángulo. Las fibras han sido utilizadas en muchos sistemas de fluido.
o) Angulo del pozo
Mientras el pozo se vuelve más desviado, el trasporte de los recortes durante la perforación se vuelve más complejo.
Los recortes de perforación para pozos con ángulos de desviación menores a 40°, son suspendidos por las propiedades reológicas del fluido de perforación. Para pozos por encima de 40° los recortes pueden movilizarse hacia abajo del pozo formando una cama de recortes.
Para pozos con ángulos entre 40° y 60° los recortes pueden caer rápidamente en forma de avalancha hacia la parte baja del pozo, de tal manera, que la sarta de perforación queda pegada por la falta de remoción de estos recortes.
Para ángulos de 0° a 40°
Mantener en flujo laminar con barridos de píldoras de alta viscosidad son efectivas para un limpieza adecuada del pozo.
La rotación de la sarta de perforación adecuada puede ayudar a triturar los recortes a tamaño que pueden ser trasportadas a la superficie, las propiedades tixotrópicas de lodo y el caudal adecuado ayudan a una buena limpieza del hoyo.
72 Para ángulos mayores de 40°
Mantener en flujo turbulento con barridos de píldoras de baja viscosidad son efectivas para minimizar la acumulación de recortes y tener una limpieza adecuada del pozo. Debemos recordar que grandes ángulos requiere mayor limpieza para evitar pega de tubería durante la perforación.
Al tener reologias bajas se obtiene un número de Reynolds por encima de 2100 y de esta manera conseguir la turbulencia, así los recortes serán suspendidos y posteriormente llevados a la superficie. Usar fuerza de geles que suspensa a los recortes cuando las bombas se encuentren paralizadas durante los viajes o la toma de registros es muy importante.
La rotación de la sarta de perforación adecuada puede ayudar a triturar los recortes a tamaño que pueden ser trasportadas a la superficie, las propiedades tixotrópicas de lodo y el caudal adecuado ayudan a una buena limpieza del hoyo.
p) Caudal de bombeo
La formación de recortes en ángulos de desviación mayores de 30° es muy pronunciada, por lo que, el caudal de bombeo debe ser óptimo para la buena limpieza y para pozos desviados con ángulos de 50° a 60° la velocidad en el espacio anular debe ser mucho mayor de lo necesario para pozos verticales para que exista una limpieza adecuada.
q) Torque y arrastre
El torque es un fuerza rotacional de la columna de perforación, dada por el movimiento del top drive o mesa rotatoria que vencen las fuerzas que se encuentran a lo largo de la trayectoria del pozo.
El arrastre es la fuerza axial producida por el contacto de la paredes del pozo y la superficie de la tubería de perforación causado por la rotación o deslizamiento de la columna de perforación. Este arrastre puede ser mayor en pozos de mayor ángulo de desviación donde la limpieza del pozo es deficiente.
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2.1.8. Liberación mecánica cuando existe pega de tubería