OPTIMIZACION DE PERFORACION DE POZOS

La optimización de perforación de pozos es el proceso lógico de analizar los efectos e interacciones de las variables de perforación mediante modelos matemáticos para alcan­ zar máxima eficiencia de perforación. El objetivo final de la optimización es reducir los costos de perforación de pozos.

El proceso comprende evaluar registros de información de pozos cercanos para determi­ nar la efectividad en el costo de perforación de variables controlables como tipo de lodo, hidráulica, tipo de broca, peso sobre broca y velocidad de rotación. Se determinan las va­ riales que ofrecen los mayores potenciales para mejorar el proceso de perforación y se elabora un programa optimizado de perforación, el cual debe ser flexible para permitir cambios en su aplicación cuando se encuentran problemas inesperados en la perforación del pozo. 4

El concepto de optimización de perforación de pozos se basa en las siguientes normas y suposiciones :

• Todas las variables de perforación están correlacionadas, cambios en una variable afectan a todas las demás

• Los factores de tipo, cantidad y tamaño coloidal de sólidos de arci­ lla afectan a todas las otras variables

• Para optimización efectiva, el análisis de variables debería efec­ tuarse en el siguiente orden

• Tipo de fluido de perforación y sólidos del lodo

• Propiedades de flujo del lodo para limpieza y estabi­ lización del hueco

• Hidráulica de perforación : limpieza de la broca, lim­ pieza y estabilidad del hueco

• Tipo de broca

• Condiciones de peso sobre la broca y velocidad de rotación para la broca seleccionada

operaciones de perforación de pozos

3.2.1. VARIABLES DE OPTIMIZACION DE PERFORACION

Las variables que intervienen en el proceso de perforación de pozos son las siguientes : 4

• Profundidad de formación

• Propiedades físicas de roca de formación • Peso sobre la broca

• Velocidad de rotación

• Contenido de sólidos del lodo

• Pérdida de fluido (filtrado) del lodo

• Propiedades reológicas del fluido de perforación

• Velocidad de flujo en las boquillas

• Caudal de circulación de lodo • Presión total en superficie

• Presión diferencial

• Tipo de broca

Las variables consideradas en las técnicas de optimización de perforación de pozos son de dos tipos :

• Variables controlables

• Variables no controlables

Las variables controlables son las que pueden ser modificadas según las necesidades del pozo y son las siguientes :

• Tipo de fluido de perforación • Hidráulica de perforación • Tipo de broca

• Peso sobre la broca • Velocidad de rotación

Las variables no controlables no pueden ser modificadas a voluntad y son las siguien­ tes:

• Profundidad de formación

• Propiedades físicas de formación

La suposición básica de optimización es que todas las variables están correlacionadas e interactúan. Una interacción de variables es positiva cuando el incremento simultáneo de dos o más variables produce un efecto mayor que la suma de efectos de aplicación indi­ vidual de cada variable, mientras que la interacción es negativa cuando dicho efecto es menor que la suma de efectos de aplicación de cada variable.

Las interacciones son afectadas por los niveles de aplicación de cada variable y por la formación perforada. El éxito o fracaso de un programa de optimización depende de la comprensión de dichas interacciones y de la manera en que son empleadas para mejorar la eficiencia de perforación de pozos.

Fundamentalmente, las técnicas de optimización han cubierto la brecha entre perforación por suposición y uso de costosas computadoras en el sitio de la perforación. La combina­ ción de esfuerzos de investigación, pruebas de campo y empleo de computadoras ha re­ sultado en técnicas que pueden ser usadas para determinar los efectos de las variables controlables e incrementar la eficiencia de la perforación de pozos.

3.2.2. FLUIDOS DE PERFORACION

3.2.2.1: DEFINICION

El Instituto Americano de Petróleo (API) define el fluido de perforación como un fluido de circulación empleado en la perforación rotaría para realizar cualquiera o todas de varias funciones requeridas en una operación de perforación. La perforación rotaría es imposi­ ble sin un fluido de circulación, siendo la variable más importante.

Un fluido de perforación es óptimo cuando el caudal de circulación necesario para limpiar el hueco resulta en la potencia hidráulica adecuada para limpiar la broca para el peso so-

bre broca y velocidad de rotación impuestos a fin de obtener el menor costo, resultando esta combinación de variables en un hueco perforado estable que cumple con los objeti­ vos de evaluación de formación y de velocidad de penetración. 4

3.2.2.2. FUNCIONES

Las cinco principales funciones del fluido de perforación son las siguientes : 4 • Enfriar y lubricar la broca

• Limpiar el fondo del hueco de recortes perforados •Transportar los recortes perforados a superficie • Estabilizar las paredes del hueco del pozo • Permitir adecuada evaluación de formaciones

La función de limpieza completa del fondo del hueco es raramente alcanzada. La remo­ ción de recortes perforados debajo de la broca depende de las siguientes variables :

• Peso sobre broca • Velocidad de rotación • Tipo de broca

• Caudal de circulación • Presión diferencial

• Velocidad de flujo en las boquillas • Ubicación y tamaño de boquillas • Filtrado del lodo

• Contenido de sólidos del lodo

3.2.3. IMPORTANCIA DE REOLOGIA DE FLUIDOS

El estudio de modelos matemáticos de fluidos permite evaluar las propiedades de flujo de fluidos de perforación. Las propiedades reológicas de estos fluidos permiten determinar :

• Propiedades de suspensión de sólidos del lodo

• Pérdidas de presión por fricción en las tuberías y en el espacio anular entre el hueco y tuberías

• Densidad equivalente de circulación • Presiones de surgencia y de succión • Estimar el grado de erosión del hueco • Pérdidas de presión en la broca

• Optimizar la hidráulica de perforación • Tratamientos del fluido de perforación

3.2.4. FLUJO LAMINAR EN TUBERIAS Y ESPACIOS ANULARES

Si el caudal de circulación es suficientemente bajo para que el régimen de flujo sea lami­ nar, los modelos de fluidos Newtoniano, Plástico Bingham y Ley de Potencia pueden ser empleados para desarrollar relaciones matemáticas entre caudal de flujo y caídas de presión por fricción. 3

En este desarrollo se efectúan las siguientes suposiciones de simplificación

• La sarta de perforación está colocada concéntricamente en la tu­ bería de revestimiento o en hueco abierto

• No hay rotación de la tubería de perforar

• Las secciones de hueco abierto son de forma circular y de diáme­ tro conocido

• El fluido de perforación es incompresible • El flujo es isotérmico

En realidad ninguna de dichas suposiciones es totalmente válida y el sistema resultante de ecuaciones no describe perfectamente el flujo laminar de fluidos en el pozo. Se han realizado estudios de efectos de excentricidad, rotación de tubería y variaciones de pre­ sión y temperatura sobre las gradientes de presión fluyente; sin embargo, la complejidad de cálculos adicionales requeridos para remover dichas suposiciones rara vez se justifica en la práctica de perforación de pozos.

3.2.5. IMPORTANCIA DE HIDRAULICA DÉ PERFORACION

La hidráulica de perforación es una variable controlable en las técnicas de optimización, en formaciones blandas tiene interacción positiva con las siguientes variables : 4

• Peso sobre la broca • Velocidad de rotación

• Bajo contenido de sólidos en el lodo • Fluidos de perforación no dispersos

La optimización de la energía hidráulica gastada en la broca permite aplicar mejores ni­ veles de parámetros de peso sobre la broca y velocidad de rotación, favoreciendo el au­ mento de la eficiencia de la perforación; es decir, mayor velocidad de penetración y re­ ducción de los costos de perforación.

Se maximiza la eficiencia de perforación cuando un programa de hidráulica adecuado suministra suficiente velocidad en las boquillas y velocidad de flujo cruzado en la cara de la roca para limpiar la broca y remover los recortes perforados. Es posible lograr aumen­ tos importantes en la velocidad de penetración mediante el cálculo apropiado de las bo­ quillas.

En formaciones blandas la fuerza de impacto hidráulico del fluido que sale de las boqui­ llas puede ayudar en destruir el fondo del hueco. En formaciones con bajos esfuerzos de compresión, aumentos en la velocidad de penetración se deben principalmente a la mejor limpieza del fondo del hueco. Se evita la reperforación de recortes si el fluido remueve los recortes debajo de la broca tan rápido como estos son formados.