detección temprana de patadas de pozo slim hole
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8/16/2019 Detección Temprana de Patadas de Pozo Slim Hole
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PERFORACIÓN DE POZOS TIPO “SLIM HOLE”
INFORMACIÓN TÉCNICAPERFORACIÓN DE POZOS ESTRATIRÁFICOS TIPO “SLIM HOLE”
CONTROL DE POZOS ESTRATIGRÁFICOS
BOGOTÁ DC
8/16/2019 Detección Temprana de Patadas de Pozo Slim Hole
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CONTROL DE POZOS EN OPERACIONES SLIM HOLE
Uno de los principales obstáculos en la aplicación de la tecnología de perforación
de pozos angostos para las operaciones petroleras es la detección de patadas de
pozo. Las técnicas convencionales para matar pozos tales como el método de
esperar y densificar o el método del perforador no son válidos en los pozos Slim
Hole porque la distribución de pérdidas de presión circulando es diferente. En la
perforación de pozos Slimhole, la reducida tolerancia de un influjo en estos debido
a la baja capacidad anular dicta que el sistema de detección de reventones debe
ser capaz de detectar un pequeño volumen de influjo. Un sistema de control seguro,
por lo tanto, debe detectar tempranamente flujos de gas para permitir un cierre
rápido del pozo. Además, es importante que cualquier sistema de detección de
blowouts esté activo durante operaciones de perforación y sea capaz de diferenciar
una patada de otros fenómenos que ocurren durante estas actividades.
El volumen anular de la geometría de los pozos Slim Hole limita severamente el
máximo influjo permitido comparado con un pozo convencional. Desde un punto de
vista de control de pozos, la altura de un influjo cuando un reventón ocurre es crítico
para el manejo de una situación de control en pozos estrechos. Cuanto mayor seala altura del influjo, es más grave el problema de control también. Para determinar
el volumen anular la siguiente ecuación puede ser usada:
=
−
1029.4
Usando la ecuación en un pozo de 8000 pies, el volumen anular convencional
entre 8 ½” (21.6 cm) -hoyo y 4 ½” (11.4 cm)-tubería de perforación es 50 bls/1000
ft. Mientras que el volumen anular slimhole entre 4 3/8” (11.1 cm)-hoyo y 3.7” (9.4
cm)-tubería de perforación es solamente 5.3 bls/1000 ft.
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A continuación se examinan el resultado de un barril de un influjo de gas en un
pozo convencional y un slimhole. En un anular entre un pozo convencional de 8 ½”
(21.6 cm)-hoyo y 4 ½” (11.4 cm)-tubería de perforación, un influjo de un barril
ocupará una longitud de 19.8 ft (6 m) mientras el mismo volumen en el anular entre
4 3/8” (11.1 cm)-hoyo y 3.7” (9.4 cm)-sarta de perforación ocupará alrededor de 190
ft (58 m) a condiciones de fondo de pozo. Para un lodo de 10.8 ppg (1200 kg/m3)
en esta geometría de hoyo este incremento representa un adicional de 95 psi (655
kPa) en la superficie con el pozo cerrado.
Sin embargo, como el gas se expande a medida que se circula hacia fuera del
hoyo, el influjo de gas se extiende mucho más en los pozos estrechos que en pozos
convencionales con diámetros mayores, teniendo así un efecto superior en la
presión del hueco. Esta comparación se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Diagrama de pozo d e pozos c onvencionales y sl imhole. Zhu and Carrol. A review to
Slimhole drilling. 1994
Si el gas es circulado a una profundidad de 1500 pies donde un casing se
encuentra asentado, un barril de gas en un pozo convencional ocuparía solamente
105 pies (32 m) en el anular y reduciría la presión hidrostática alrededor de 59 psi
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(406 kPa) con un lodo de 10.8 ppg. Un barril en el anular de un pozo Slim hole, sin
embargo, ocuparía 1017 pies (310 m) y reduciría la presión hidrostática alrededor
de 570 psi (3935 kPa). La presión de casing debe incrementarse para mantener una
presión de fondo constante tal como se muestra en la Figura 2.
Para asegurar el cierre del pozo y que los volúmenes de gas en Slimholes no
excedan el máximo volumen de influjo permitido, se requiere el uso de un sistema
de detección con suficiente sensibilidad para detectar patadas considerablemente
más pequeñas que las detectadas por las tecnologías convencionales. En pozos
convencionales es común basar la detección de influjos en un incremento de
volumen entre 10 y 25 barriles (1.59 y 3.97 m3). Este límite de detección para pozos
Slim tendría potencialmente peligrosas consecuencias. Por lo tanto el sistema de
detección debería ser muy sensible a este tipo de influjos. Un límite de detección de
1 barril (0.159 m3) debería ser considerado como apropiado para los pozos
estrechos.
Figura 2. Pozo con vencion al y sl imh ole con u n influjo inicial de 2 bls circu lado con métod oscon vencion ales a un a posic ión de máxima p resión permitida en cas ing. Zhu and Carrol. Areview to Slimhole drilling. 1994
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La pérdida de presión en el sistema es la clave para el control de pozos Slimhole.
La perforación de pozos estrechos difiere de la perforación convencional en la
distribución de las presiones de circulación. La presión de circulación es dominada
por la caída de presión anular en perforaciones Slim. Un resultado calculado por
Bode et al. indica que el 90% de pérdidas de presión toman lugar en el anular del
pozo slimhole comparado a perforaciones convencionales donde el 90% de las
caídas de presión toman lugar en la tubería de perforación y los jets de la broca.
Las altas caídas de presión anular pueden resultar en una alta densidad equivalente
de circulación del lodo. Pequeños cambios en la velocidad de flujo pueden producir
grandes cambios en pérdida de presión anular y consecuentemente altas
densidades de circulación como lo muestra el Cuadro 1 y la Figura 3.
Cuadro 1.
Perdidas de presión anular en pozos estrechos. (APL: Annular Pressure Loss)
Flow Rate
GPM
Pump Pressure
PSI
Calculated APL
PSI
ECD
PPG
11 121 106 7.8
13 164 145 7.9
16 241 214 8.119 331 294 8.3
23 471 420 8.7
27 634 566 9.1
31 820 732 9.5
35.5 1055 947 10.1
40 1323 1176 10.7
La pérdida de presión anular dependerá de las propiedades del lodo, tamaño de la
tubería de perforación, rendimiento de la bomba, profundidad y diámetro del hueco
el cual es determinado por el tamaño de la broca y el lavado en el hoyo. La pérdida
de presión anular puede ser muy sensible al lavado del hueco. Por ejemplo, la
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diferencia de perdida de presión anular entre un diámetro de 4 3/8” -Hoyo y 4 ¾”-
Hoyo con 50 GPM en el ejemplo del pozo slimhole de 8000 pies es de 269 psi o
0.65 ppg equivalentes. Debido a la sensibilidad de la perdida de presión anular por
el tamaño del hueco, un método de desviación como well control es recomendado
para pozos Slim hole.
Figura 3. Ejemplo d e prueba de presión anular. Zhu and Carrol. A review to Slimhole drilling. 1994
Las caídas de presión anular son también muy sensibles a la velocidad de
rotación de la tubería de perforación. Autores han demostrado el dramático
incremento en presiones anulares causadas por la rotación del drill pipe a altas
velocidades. Las pérdidas de presión anular inducidas por la rotación de la sarta de
perforación eran medidas en una prueba de pozos por Amoco. Los resultados de laprueba (Figura 4), indicaron que la proporción de las pérdidas de presión anular con
rotación a las pérdidas de presión anular sin rotación oscilaban de 1.1 a 2.9. Como
un ejemplo de los efectos que la rotación tiene en la perdida de presión anular, en
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el pozo de 8000 pies de la Figura 1, tiene una pérdida de presión anular de 485 psi
o 9.4 ppg equivalentes cuando circula lodo de 8.5 ppg a 50 GPM sin rotación.
Cuando rota a 600 RPM, una pérdida de presión adicional de 580 psi es creada.
La caída de presión anular total debería por lo tanto ser 1065 psi o 11.1 ppg
equivalentes. Un sistema de detección de influjo por lo tanto, debería ser capaz de
diferenciar un influjo de otras actividades relacionadas con las actividades normales
de perforación.
Figura 4. Propo rción de perdida de presión anular con rotación y sin rotación vs Númerode Reynolds. Zhu and Carrol. A review to Slimhole drilling. 1994
Un control de pozos dinámico es el control de la presión de formación usando
las pérdidas por fricción en el anular cuando se circula. La densidad de circulación
equivalente típica mientras se circula con 50 gpm a 8000 pies como un ejemplo de
pozos slimhole sería aproximadamente 9.6 ppg. Una densidad equivalente de
circulación de 12.1 ppg puede ser alcanzada en el fondo del pozo por el incrementode la rata de circulación a 100 gpm. Rotando mientras se circula a 100 gpm
incrementará la densidad equivalente de circulación a 16.1 ppg. Así por cambios de
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velocidad de flujo, velocidad de rotación o propiedades del lodo una formación bajo
balance puede a menudo ser controlada.
Sin embargo, un matado de pozo dinámico depende de la perdida de presión
debido a la fricción en el anular. Con un influjo de gas, la perdida de presión por
fricción será pequeña en comparación al lodo de perforación. Por lo tanto cuanto
mayor sea el volumen del influjo, más difícil es el matado del pozo con un método
dinámico. Para un gran volumen de gas, la reducción en la perdida de presión anular
debido a la columna de gas puede dificultar el control dinámico o imposibilitarlo. Por
esa razón, es necesario desarrollar un nuevo método de control de pozo para
perforaciones Slim Hole.
Una alta densidad equivalente de circulación del lodo también causa que las
conexiones de tubería sean más peligrosas que en la perforación convencional. La
alta densidad de circulación del lodo en pozos estrechos puede enmascarar la
presencia de una formación sobrepresurizada. Durante una operación de conexión
de tubería, la circulación del lodo y la rotación de la tubería son interrumpidas lo cual
resulta en una gran reducción de la presión de fondo. Si la formación ha estado
balanceada por la presión hidrostática mientras se circula, esta reducción de presión
puede ser suficiente para causar una patada de pozo. Es importante por lo tanto
desarrollar un sistema de detección de influjos activo durante las operaciones de
conexión en la perforación.
Los pequeños anulares y velocidades de flujo relativamente bajas en la
perforación Slimhole, también introducen algunos efectos que normalmente no se
consideran un problema en la perforación convencional. En pozos estrechos, el aire
arrastrado durante conexiones de tubería producirá cambios apreciables en el flujo.
Un sistema de detección de patadas de pozos Slim hole debería ser capaz de
diferenciar un influjo real de este influjo artificial.
La demanda por sistemas más sensibles y rápidos para detectar blowouts se ha
incrementado con el aumento de las actividades de perforación Slimhole. Los
influjos de gas crean los más grandes peligros para la seguridad en las operaciones
de perforación Slimhole. La mejora en los sistemas de detección tendrá un impacto
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positivo en el diseño de pozos estrechos lo cual se traduce en operaciones más
seguras.
DETECCIÓN TEMPRANA DE PATADAS DE POZO
La detección temprana de un influjo es de vital importancia en la perforación de
pozos Slim Hole. En una perforación convencional, la detección primaria de una
patada es una ganancia en el volumen de los tanques de lodo. La precisión de este
método de detección depende del tipo de broca y el tamaño de los tanques de lodo.
Sin embargo, los taladros Slim Hole no pueden depender del tipo de bomba y la
ganancia en los tanques para la detección de influjos, ya que en esta clase de
perforaciones, los pequeños volúmenes anulares manejados resultan en pequeños
volúmenes de influjo permitido.
Con el fin de minimizar el volumen del influjo, una patada debería ser controlada
tan pronto como sea posible y debe ser confirmado no por una verificación de flujo,
si no observando el incremento de presión bajo las BOP’s cerradas (Presión de
cierre en tubería). A partir de entonces la patada puede ser circulada y retirada de
forma convencional. Recientemente, se han desarrollado varios métodos para
matar pozos Slim Hole. Todos estos métodos dependen de técnicas dinámicas. La
ventaja del método dinámico para el control de pozos radica en la rapidez al
emplearlo y se minimiza la presión en el zapato del casing.
Con esta técnica, la primera acción tomada después de detectada la patada es
incrementar la velocidad de circulación para aumentar la caída de presión anular y
la presión de fondo. A finales de 1980, Amoco1 desarrolló un sistema de control de
pozos para perforaciones Slim Hole usando un procedimiento dinámico para matar
el pozo en lugar de los métodos espere y densifique o del perforador. En el sistema
de control de pozos de Amoco, medidores de flujo electromagnéticos eran usados
en línea con la bomba de succión y el flowline del pozo. Las lecturas del flujo
1 Empresa petrolera y petroquímica estadounidense fundada en 1889
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entrando y saliendo representaban los volúmenes de tanques manejados en la
perforación convencional. Superponiendo el flujo de entrada y registros de flujo de
salida en tiempo real, los influjos (y pérdidas) eran detectados de inmediato.
Además, Amoco desarrolló también un sistema para usarlo en sus taladros Slim
Hole como se muestra en la Figura 5.
Este sistema incorpora el conocimiento de los ingenieros de planeación y el
personal de taladro en un programa computarizado. El sistema provee un monitoreo
continuo de los parámetros de control de pozo y permite al personal de taladro
concentrarse en las operaciones de perforación. Las pruebas de campo del sistema
de control de pozos de Amoco confirmaron que este proporcionaba datos de forma
precisa y confiable. Las correlaciones de presión resultaron precisas y no solo
fueron utilizadas para la evaluación de control de pozos, sino también para
determinar el efecto sobre la presión de la bomba cuando cambios en la reología
del lodo eran anticipados.
Figura 5. Sistema de monito reo de parámetro s para co ntrol d e pozos Slim hole. Zhu andCarrol. A review to Slimhole drilling. 1994
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Recientemente, BP Exploration Operating Company, desarrolló un sistema de
detección temprana de patadas en pozos slimholes para detectar y confirmar la
presencia de un influjo rápidamente. El sistema de detección temprana de patadas
de pozo está basado en análisis en tiempo real de los datos de perforación
obtenidos directamente de un sistema Mudlogging en el taladro. La técnica de
análisis compara las predicciones de flujo de lodo y la presión del standpipe de un
modelo dinámico del pozo con los correspondientes valores medidos por el sistema
de registro continuo.
Cualquier diferencia entre la realidad y lo ideal indicará un evento anormal. La
detección de patadas se basa en las desviaciones entre los datos medidos y las
predicciones de los modelos idealizados. En el sistema de detección temprana deBP, dos parámetros son usados para identificar un influjo y confirmar su presencia;
estos son el flujo de salida del pozo y la presión del standpipe. El flujo del pozo es
predecido por el modelo de dm-c de un caudal de entrada alimentado directamente
desde el taladro. La presión del standpipe es calculada por el modelo dinámico de
la velocidad del flujo de entrada. La presión del standpipe fue escogida para proveer
un segundo indicador del influjo y por lo tanto la confirmación de la patada de pozo.
El modelo dinámico del pozo usado en la detección es conectado a la plataforma
del pozo Slim hole a través de una interfaz en forma de una base de datos completa
de mudlogging como se muestra en la Figura 6
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Figura 6. Modelo d inámico del po zo y d etección de kick de BP . Zhu and Carrol. A review toSlimhole drilling. 1994
Shell y Eastman Teleco desarrollaron un sistema de detección de patada de
pozos slimhole similar al de BP, que se basa en la medición del lodo de entrada y
el flowsut? del pozo, corregido para el sistema dinámico utilizando un computador.
Sin embargo, el sistema de Shell es un sistema de medición continua con
capacidades de detección de patadas durante la perforación, realizando
conexiones, fresando, cañoneando, corriendo casing y la toma de registros. El
sistema es usado en adición a otros indicadores de influjos tales como el Drilling
Break.
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