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Perforación con Aire


Objetivos de Aprendizaje

• Aprenderás lo básico sobre:

• Equipos de perforación con aire.

• Tipos de perforación con aire.

• Las diferencias entre la perforación con lodo y con aire

• Aprenderás a aplicar los principios de control de pozo en las operaciones de perforación con aire.


Tecnología de Perforación con

Aire

¿Porqué se Usa la Perforación con

Aire?

Perforación en La Zona Productiva

¿Dónde se Utiliza

La Perforación con Aire?

¿Por qué se Usa el Aire en Lugar de

Líquidos de Perforación

Limitaciones de la Perforación

con Aire

Equipos de Superficie

Compresores de Aire

Compresores y Reforzadores

Equipos de Aire Típicos

Ejemplo de Equipos de Aire

Que Provee el Contratista de

Equipos de Aire

Que Provee el Contratista de

Perforación

Dispositivos de Válvula de Flotador

Depurador

Métodos de Perforación

Perforación con Niebla

Perforación con Fluido Aireado

Diferencias entre Equipos

Espuma Estable / Rígida

Diferencias entre Preventores de

Reventones

Instrumentación

Línea de Purga

Línea de Desalojo

Jets de Aire (o Gas)

Muestreador

Perforación con Aire (Polvo)






Máxima Limpieza de Pozo

Procedimiento De Perforación

Inicial (Ejemplo)

Antes de Iniciar la Perforación

Durante la Perforación Inicial

Un Caso de Estudio

Objetivo del Caso de Estudio

Procedimentos de Cierre

Evaluación del Pozo

Definición del Problema

Cálculos

Procedimento Para Matar el Pozo

Reducción de la Presión del

Revestimiento

Técnicas de Control de Pozo

Llama Piloto

Detector de Gas

Fosa de Quema

Control de Quema Encendido de la Fosa de Quema

Herramientas Estabilizadoras

Estabilizadores de Hoja Rotatoria

Estabilizador No-Rotatorio

de Manga

Ensanchador de Cortador Rodante

Arreglos de Fondo de Pozo

Tecnología de Perforación con Aire

¿Que es la Perforación con Aire? • El aire es utilizado en lugar de líquidos de perforación. • El aire es utilizado en formaciones de roca dura • Se usa compresores de aire en lugar de bombas de

lodo. • Se usa bombas reforzadoras para la presión de aire. • Los equipos BOP (Preventor de Reventones) son

completamente diferentes. • Perforación con un gas en la línea de desalojo todo el

tiempo.

Tecnología de Perforación con Aire

¿Por qué se Usa la Perforación con Aire? Ventajas: • Ningún Daño a la Zona Productiva • Se Incrementa la Tasa de Penetración • Control de Desviación • Reducción en la Pegajosidad Diferencial • Control de Pérdidas de Circulación • Reducción del Costo de Trépanos • Evaluación Continua de la Zona Productiva • Tolera el Ingreso de Fluidos de la Formación • Menor Velocidad Anular • Se Requiere Menos Volumen de Aire

La Perforación en la Zona Productiva

• Muchos yacimientos de gas o (zonas productivas) tienen presiones de fondo y gradientes muy bajos y producen muy poco cuando son perforados con un sistema de perforación con fluidos.

• La producción de estos pozos resulta poco económica cuando se perfora con los fluidos de perforación convencionales.

La Perforación en la Zona Productiva

• El uso de aire para perforar estas zonas productivas evita daños a la formación y que se tenga perforación a sobrepresión, ambos comunes con el uso de lodo. La mayor ventaja es que la zona productiva sensible no queda expuesta a ningún fluido. Adicionalmente, se puede conducir una prueba de flujo económica fácilmente, sin sacar la sarta de perforación del pozo.

• Los sistemas (zona productiva) provistos por diferentes empresas de servicios pueden ser adaptados fácilmente.

¿Dónde se Utiliza la Perforación con Aire?

• En yacimientos de baja presión.

• En formaciones secas y duras.

• En formaciones mojadas y duras.

• En formaciones no consolidadas.

• En formaciones fracturadas.

• En formaciones desviadas.

• En pozos de gran diámetro.

Aire vs Lodo como Fluidos de Perforación • Se usa en lugares donde el lodo de perforación dañaría

las formaciones. • Por razones económicas. Altas tasas de penetración. • Se usa el aire en formaciones de roca dura donde no

hay, o se ha agotado, la presión.

Las Ventajas de la Circulación de Aire

• El aire permite la circulación poco equilibrada lo cual resulta en el ingreso de fluidos de la formación en el pozo eliminando así los fluidos de perforación y daños a la formación por los recortes.

Las Limitaciones de la Perforación con Aire

• No se usa la perforación con aire: • Si es necesario usar lodos convencionales. • En áreas con frecuentes zonas de agua. • En zonas de alta presión. • En formaciones inestables.

• La mayoría de las veces, cuando el equipo de perforación perfora este tipo de zona, se pierde el pozo.

• La mayoría de los pozos (noreste) son de baja presión / alto volumen.

• Algunos de estos pozos producen hasta 70 millones de pies cúbicos de gas.

Equipos de Superficie

• La mayoría de los equipos de perforación con aire y gas pueden ser alquilados de contratistas que proveen varios equipos de perforación con aire y gas.

• Los contratistas proveen los equipos de superficie necesarios para realizar una operación de perforación con aire a contratistas de perforación rotatoria.

Compresores de Aire

Los Compresores y el Reforzador

• Los compresores están equipados con sistemas de pos-enfriamiento para enfriar la corriente de flujo de salida hasta alcanzar límites aceptables (entre 150º y 190ºF).

• La cantidad de compresores necesarias depende de las características del pozo que se anticipan y la superficie del sitio (por ejemplo, elevación).

• Los tubos múltiples (manifold) necesarios para conectar los compresores y el reforzador con el equipo de perforación son provistos por el contratista de equipos de perforación con aire o gas.

Los Compresores y el Reforzador

• Los compresores proveen el aire inicial bajo presión (100 psi a 300 psi) para la perforación o para cargar el reforzador.

• Si se necesita más presión para la perforación, el reforzador puede utilizar la producción del compresor e incrementar la presión de línea hasta 1.500 psi.

Tanque y Bomba de Químicos (y Agua) • La bomba inyecta agua, inhibidores químicos de

corrosión, y espumantes líquidos en la línea de aire / gas de alta presión luego de la compresión inicial y refuerza la compresión del aire/gas.

• Incluso en la perforación con aire seco (o polvo), es posible que sea necesario inyectar agua y algunos inhibidores de corrosión químicos.

• En la perforación con niebla, se debe inyectar un inhibidor de corrosión junto con el agua.

• En la perforación normal con espuma inestable, se inyecta un espumante líquido que contiene un inhibidor de corrosión.

Inyector de Sólidos • Este se usa para inyectar polvo para secar el agua que

pueda infiltrarse en el pozo en una formación que contiene agua. También se usa para inyectar otros sólidos como aquellos que reducen la torsión entre la sarta de perforación y el pozo.

Contador para Medir los Volúmenes de Aire (o Gas) • Generalmente se usa un contador de orificio para medir

los volúmenes de inyección de aire (o gas).

Compresores de Aire - Reforzadores

Equipos de Aire Típicos

• Compresor de dos etapas, 900 CFM - 350 psi de descarga

• Reforzador de dos etapas • Bomba de niebla de velocidad / desplazamiento variable

(35 gpm @ 1.850 psi). • Bomba de inyección de químicos de velocidad /

desplazamiento variable (10 gpm @ 1.850 psi). • Tanque de almacenamiento de agua de 1.000 galones

con bomba cargadora


Componentes de la Unidad Montada en Remolque: • Un Compresor Sulliar de Dos Etapas con Tornillo

Rotatorio 900 CFM -350 psi de descarga • Un Reforzador Joy WB 12 de Dos Etapas Rod Load

Reciprocante de 15.000·lb de carga en el eje • Bomba de Niebla movida por potencia hidráulica, de

Velocidad y Desplazamiento Variables, (positivo), Reciprocante Tri-Plex con capacidad de 35 galones por minuto @ 1,850 psi.


• Bomba Tri – Plex de Inyección de Productos Químicos, de potencia Hidráulica, Velocidad y Desplazamiento Positivo Variables, Reciprocante, con capacidad de 10 galones por minuto @ 1,850 psi.

• Tanque de Almacenamiento de Agua de 1,000 Galones, con Bomba de Cargado de potencia Hidráulica.

El Contratista de Aire/Gas debe proveer:

El contratista del equipo de aire / gas usualmente provee lo siguiente:

• Toda la tubería y múltiples de conexión necesarios para conectar los compresores y la bomba de refuerzo, al equipo de perforación.

• El depurador de aire. • El tanque de productos químicos y bomba. • El equipo inyector de sólidos. • Se provee dispositivos de medición de aire y gas, como

parte de la tubería y múltiple de conexión.

El Contratista de Perforación Provee

El contratista de perforación provee la mayor parte del equipo de perforación. Adicionalmente, el contratista, típicamente, también provee lo siguiente, en las operaciones de aire:

Compresores Reforzador (Booster) Uniones de Válvula de Flotador Barra Kelly Cabezal Rotatorio Línea de Purgado

El recogedor de muestras La línea de Purga Los chorros de aire (o gas) Las llamas piloto El detector de gas La fosa de quemado La línea de desagotado

Conexiones de Válvula de Flotador

Conexiones de la Válvula de Flotador • Se colocan en el fondo y cerca a la parte superior de la

sarta de perforación. • La conexión de la válvula de flotador de fondo, evita el flujo

inverso de los recortes dentro de la sarta de perforación durante lar conexiones u otros paros de flujo de aire (o gas) que de otra manera embotarían el trépano.

• La conexión de la válvula de flotador de fondo, también ayudará a evitar un daño extensivo a la sarta de perforación en caso de que hubiera un incendio en el fondo del pozo.


• La conexión de la válvula de flotador de extremo superior (opcional) ayudará a retener el aire a alta presión dentro de la sarta de perforación, mientras se efectúan las conexiones.

• La válvula de flotador superior, se deberá aliviar, abriéndola cuando sale del pozo.

• Tal cosa se puede hacer con una barra de hundir o una línea de cable. • Pudiera haber presión atrapada, debe tenerse

precaución al abrir la válvula.


• Es preferible que la válvula de flotador superior, tenga pequeños agujeros perforados en la válvula, para permitir una purga lenta de la presión de la sarta cuando se saca la sarta del pozo.

• Los dispositivos y conexiones de las válvulas de flotador, las provee el contratista de perforación.

Depurador

El depurador elimina el exceso de agua del flujo de aire (o gas) inyectado, para asegurarse que circule un mínimo de humedad (donde se requiera aire seco) y para proteger el reforzador (booster).

Diferencias de Equipo

• El conjunto de los preventores de reventones (BOP), son algo diferentes, según la zona.

• Los equipos de perforación usan cabezales de aire o cabezas rotatorias encima del conjunto del preventor. Esta es la única línea de protección de un reventón - no de un golpe fuerte de pozo.

Requerimientos del Preventor de Reventones Debajo se da un ejemplo típico de los requerimientos de los preventores de reventones:

• El preventor anular de 13-5/8” 3M, instalado en una tubería de revestimiento de 13-3/8” (Presión de prueba – 500 psi o presión máxima de descarga de aire en 2 etapas).

• El preventor de reventones anular de 11” 5 M de doble ariete, (presión de prueba – 4,000 psi para preventor de doble ariete, 2,000 psi para preventor anular) instalado en tubería de revestimiento de 9-5/8” Se deberá usar una válvula Kelly de 5,000 psi y probarla con la columna de preventor de 11” 5M.

Requerimientos del Preventor de Reventones Empaque del Kelly Rotatorio:

• También llamado un cabezal rotatorio o preventor de reventones rotatorio (RBOP).

– Cierra el flujo de retorno del espacio anular del piso del equipo de perforación (es decir, sella contra la barra Kelly rotatoria) y desvía el aire (o gas) que fluye hacia arriba y los recortes, a la línea de purga a tiempo que permite la rotación de la tubería y el movimiento hacia arriba y abajo.

• Existe poca presión (unos cuantos psi) en el flujo anular en la cabeza rotatoria.

– Si se utiliza circulación inversa, se ejerce una presión de varios cientos de psi contra la cabeza rotatoria.

Requerimientos del Preventor de Reventones • Se deberá utilizar una barra Kelly hexagonal, porque una

RBOP no puede sellar adecuadamente sobre una barra Kelly cuadrada.

Se deberán probar todos los preventores de reventones a las presiones indicadas arriba, antes de que comience la perforación de un nuevo pozo. Se utiliza un tapón de prueba para instalarlo en la tubería de revestimiento de 9-5/8”. El buen funcionamiento de los preventores de reventones, se deberá probar con la mayor frecuencia que sea posible.

• Los preventores de 13-5/8” 3M, se instalan antes de perforar el zapato de la tubería de revestimiento de 13-3/8”. Los preventores de 11” 5M,se instalan antes de perforar la tubería de revestimiento de 9-5/8.”

Preventores de Reventones

Múltiple de Estrangulación

Múltiple de Estranguladores

Generador para la Potencia del Top Drive

Instrumentación

• Además de la instrumentación normal del equipo de perforación, se deberán instalar manómetros de precisión en las líneas de alta y baja presión de aire (gas).

• En particular, se deberá instalar un manómetro en el tubo de entrada y otro en el dispositivo medidor, después del compresor o reforzador (booster).

• Si es posible, ambos manómetros deberán estar equipados con registradores de 12 o 24 horas.

Instrumentación

• El registrador en el medidor es una parte del propio medidor de orificio, sitio en el cual se miden la presión constante y la presión diferencial.

• Las mediciones de ambas estaciones, permitirán el cálculo fácil del volumen de aire (gas) que fluye a través del punto, cosa que es muy importante si es que la presión de aire aumentara o disminuyera durante la perforación.

• Tales cambios de presión son importantes para predecir probables problemas en el fondo de pozo.

Instrumentación

• Asimismo, se deberá instalar en la plataforma del equipo una alarma de alta presión, fijada para indicar cualquier incremento inusual de la presión de inyección de aire / gas de perforación.

• La inyección del aire / gas a presión para perforación, deberá estar instalada en la plataforma del equipo.

• Los incrementos de presión usualmente son indicación de problemas en fondo de pozo.

• El manómetro en la tubería de salida de pozo y el registrador, generalmente los provee el contratista de perforación. El (los) manómetro(s) en el medidor, los provee el contratista del equipo de perforación de aire.

Línea de Purgado

• La línea de purgado elimina la presión en la línea de salida, base rotatoria y la tubería de perforación. Permite que el aire o el gas del arreglo de la sarta, venteen la presión directamente a la línea de desalojo.

• Generalmente se usa la línea de purgado cuando se hacen conexiones, la misma que permite que los operadores del equipo reduzcan rápidamente la presión en las líneas de flujo antes de efectuar las conexiones o comenzar a subir o bajar la tubería.

Línea de Desalojo

• Esta línea lleva el aire de escape y los recortes que salen del espacio anular, hasta la fosa de venteo.

• La longitud de la línea de desalojo deberá ser suficiente como para mantener el escape de polvo alejado de la línea, para que no interfiera con las operaciones de la zona de la torre de perforación.

• La longitud que generalmente se usa es de alrededor de 100 pies hasta 300 pies.

• La línea de desalojo no debe tener accesorios curvados (por Ej., codos en “L”) y deberá estar anclada a la superficie del suelo con soportes rígidos.

Línea de Desalojo

• El extremo de la línea de desalojo deberá terminar a sotavento de los vientos dominantes.

• Es importante que el diámetro interno de la línea de desalojo tenga el mayor diámetro posible. En muchas zonas se usa tubería de 7”.

• Un diámetro grande de la línea de desalojo, ayuda a compensar la pérdida de energía de flujo de fluido que ocurrirá cuando el flujo de aire (o gas) y los recortes pasen la curva de 90° en el preventor, de flujo vertical a flujo horizontal en la plataforma del equipo de perforación.

Perforación con Gas en la Línea de Desalojo

• Como se indicó anteriormente, las operaciones de perforación con aire, no permiten golpes de pozo (kicks), pueden tomar reventones en la parte alta del suelo. Los operadores generalmente saben con anticipación donde están las zonas productivas, de manera que tienen al personal listo para cualquier eventualidad.

• La (línea de desalojo) deberá estar por lo menos a 80 pies a sotavento de la torre de perforación.

Operaciones de Venteo de Pozo

Un ejemplo de instalación de Línea de Venteo sería: • El múltiple de estranguladores consiste en una línea de

estranguladores de 4 1/16” 5M, 2 válvulas de – 4 1/16” 5M, 2 válvulas de – 2 1/16” 5M, 2 estranguladores manuales de 2” 5M y las tuberías necesarias de 4” para revestimiento y de 2” para tubería, hacia la fosa de quemado o venteo.

• La línea de flujo desde el cabezal de pozo hasta la fosa de quemado, se construye típicamente con tubería o revestimiento de 7”. Esta tubería de flujo deberá en lo posible, estar enterrada y asegurada al suelo con anclajes o ganchos en “U” si no se la puede enterrar.

Muestreadores

• Un trozo corto de tubería de poco diámetro (≤ 2 pulg.) se fija al fondo de la línea de venteo.

• Este trozo de tubo se aloja dentro de la línea de venteo, inclinado en un ángulo.

• El extremo del muestreador se sostiene en la línea de desalojo por medio de un apoyo estructural soldado al tubo de poco diámetro y a la línea de venteo.

Muestreadores

• Se coloca una válvula en el tubo de poco diámetro, por fuera de la línea de desalojo, para facilitar el muestreo.

• Para tomar una muestra, se abre la válvula y se permite que se ventee el material residual, y se toma luego una muestra de los recortes.

• El muestreador se sitúa aguas arriba de la trampa de polvo.

Jets de Aire o de Gas

• Los jets se usan a menudo en lugar de una línea de purgado, cundo grandes cantidades de gas ingresan al espacio anular.

• El cambio al uso de jets, permite que el flujo reducido de aire de los compresores (y el reforzador), pase directamente a la línea de desalojo.

• Los jets generan un vacío en la línea de desalojo y consecuentemente también en el espacio anular. • Mantienen el gas de la zona de la plataforma del equipo, en

las conexiones.

Llama Piloto

• Se debe mantener una pequeña luz piloto o llama piloto en el extremo de la línea de desalojo.

• Esta llama encenderá y venteará cualquier gas que se halle durante la perforación.

• Cuando se esté perforando con gas natural, ésta llama se deberá apagar hasta que el flujo se halle disponible en la línea de desalojo.

Detector de Gas

• Se puede conectar un detector de gas en la línea de desalojo para detectar muy pequeñas cantidades de gas que ingresen al flujo de retorno de aire y los recortes del espacio anular.

• El detector de gas se ubica en la línea de desalojo, justo después de donde ingresa el flujo de retorno del espacio anular a la línea de desalojo.

Fosa de Quemado

• Se deberá proveer una fosa de quemado en el extremo de la línea de desalojo para toda operación de perforación con aire o gas.

• La fosa de quemado evita que los hidrocarburos líquidos fluyan y se quemen en la fosa de reserva; en consecuencia evitan que la fosa de reserva se incendie en las cercanías del equipo de perforación.

• La fosa de quemado deberá estar ubicada lejos de la fosa estándar de reserva de lodos de perforación.

Fosa de Quemado (Medio Tanque de Tren)

Control de Quema/ Encendido de la Línea de Venteo

• Se deberá instalar una llama piloto de propano en el extremo de la línea de flujo y se la deberá mantener ardiendo (dependiendo de la situación).

• Se deberá notificar a los departamentos locales de bomberos y a los Centros de Respuesta de Emergencias, cuando se encuentre gas que vaya a provocar el encendido del quemador.

Fosa de Quemado

Herramientas de Estabilización

Existen tres tipos básicos de herramientas de estabilización:

Estabilizador de hoja rotatoria. Estabilizador no- rotatorio de manga de

goma. Estabilizador ensanchador con cortador

rotatorio.

Estabilizador de Hoja Rotatoria

• Un estabilizador de hoja rotatoria, puede tener una configuración de hoja recta o de hoja espiral. En ambos casos, las hojas pueden ser cortas o largas.

• Las hojas rotatorias están disponibles en dos tipos: • Reparables en Taller. • Reparables en el Equipo de Perforación.


Reparables en Taller • Las herramientas reparables en taller, son ya sea de hoja

integral, hoja soldada o construcción encogida en la manga.

• Los estabilizadores de hoja soldada, son populares en la formaciones blandas, aunque no son recomendables en formaciones duras, por la rápida fatiga y daños en la zona soldada.


Reparables en el Equipo de Perforación • Los estabilizadores que se pueden reparar en el equipo de

perforación, tienen ya sea una manga metálica reemplazable, o cojines de desgaste metálicos reemplazables.

• Estas herramientas, se desarrollaron originalmente para su uso en lugares remotos, sin embargo se han hecho muy populares en los últimos años.

Estabilizador No- Rotatorio de Manga

La herramienta no- rotatoria de manga de goma, es un estabilizador popular porque es una herramienta segura desde el punto de vista que no se traba ni ocurre el sobrelavado al usarla.

• Es muy efectiva en zonas de formaciones duras, tales como las de calcita y dolomita.

• Puesto que la manga es estacionaria, actúa como un buje de perforación; por lo tanto, no profundizará la pared del pozo y no le causará daño a una zona dañada.

Estabilizador No- Rotatorio de Manga • Tiene algunas limitaciones. La manga está fabricada en

goma y no se recomienda usarla a temperaturas superiores a los 250 °F.

• No tiene capacidad de ensanchar, y la vida de la manga puede resultar corta en pozos de formaciones duras o de material abrasivo.

Ensanchador de Cortador Rolo

• Los ensanchadores de cortador rodante se usan para ensanchar y aumentar la estabilidad en formaciones duras.

• El área de contacto con la pared es muy pequeña, sin embargo ésta es la única herramienta que puede ensanchar roca dura con efectividad.

• Toda vez que se encuentren problemas con el diámetro del trépano de perforación, la herramienta a usar, deberá ser sin duda una que de el mínimo contacto, es decir un ensanchador de cortador rodante.


• En general, la tubería de perforación y en particular el arreglo de fondo de pozo, para la perforación con aire o gas, son las mismas que se utilizan para la perforación con lodo.

• Debido a que la tasa de penetración en la perforación con aire o gas es tan rápida, se deben tomar precauciones especiales para evitar que el pozo se desvíe.

• Los problemas de desviado del pozo se pueden reducir, usando menos peso sobre el trépano.


• Los trépanos de tri-cono o los PDC proveen altas tasas de penetración, con menos peso sobre el trépano.

• Es necesario mantener el pozo recto con perforación de martillo y trépanos de martillo. Los arreglos de fondo de pozo empacados, son básicamente los mismos que para los tri- conos, sin embargo, en las zonas de pozos más severamente desviados por la perforación de martillo, este es el arreglo normal.

• Con los grandes avances de los años recientes en tecnología de martillos de aire, raras veces se necesita aplicar estabilización debido a los pesos livianos requeridos para lograr una máxima penetración.


Desviamiento del Pozo • Esta ilustración muestra

como con el uso de un un peso normal sobre el trépano, se forma el ángulo de inclinación.

• Disminuyendo el peso sobre el trépano, el ángulo tiende a volver a la vertical.

• Si se reduce el peso muy rápidamente, puede formarse una pata de perro pronunciada.


• La velocidad de penetración no se afecta notoriamente si se requiere una estabilización o un conjunto de péndulo con martillo de aire o trépanos de aire.

• Sin embargo, se recomienda el uso de pozo con empaques, o arreglos de fondo de pozo rígidos.

• Debido a la falta de fuerzas líquidas de amortiguamiento, (es decir, fluido de perforación acuoso o de lodo) en el fondo de pozo, la sarta de perforación, especialmente el arreglo de fondo de pozo y la conexión entre el arreglo de fondo de pozo y la tubería de perforación, pueden quedar sujetos a grandes cargas vibratorias.


• Se deberá controlar la desviación a través del orificio del pozo. Tal cosa es muy importante en la parte superior del orificio del pozo. La desviación en esta sección, puede crear un desgaste excesivo sobre la tubería de perforación y las uniones de herramienta, a medida que la profundidad aumente.

• Este aspecto es especialmente notorio cuando se perforan formaciones duras. Las altas cargas transientes, pueden causar fatiga en las juntas y provocar fallas prematuras de fatiga de la sarta de perforación.


• Perforación de la zona productiva • Perforación mediante niebla • Perforación con espumas estables / rígidas • Perforación con aire (polvo) • Perforación con polvos • Perforación con fluido aireado • Gas (in la línea de desalojo)

Operación de Perforado por Aire/Niebla


• La perforación con niebla se utiliza cuando se tiene invasión del pozo con pequeñas cantidades de fluido provenientes de una zona mojada de la formación.

• Se mezcla una cantidad reducida de productos espumantes / inhibidores con el agua y se añaden al aire comprimido.

• La perforación con niebla mantiene las altas velocidades de penetración, al mismo tiempo que se puede controlar el ingreso de fluido.

• Las cantidad de fluido entrante que se puede manejar con efectividad, depende de la profundidad y del contenido de fluido.


• Una condición principal que controla el éxito de una sistema de perforación con niebla, es el tipo de formación que se perfora. Las formaciones duras y secas, duras mojadas, fracturadas, desviadas y de baja presión, son buenas candidatas para la perforación con niebla. Las lutitas sensibles al agua, o las formaciones derrumbadles, no son formaciones adecuadas para la perforación con niebla.


La perforación con Espuma Estable / Rígida es una mezcla de agua fresca / salada, surfactantes, y productos aditivos apropiados.

• Actúan como un fluido de perforación, limpiando el pozo mediante la suspensión y arrastre de los recortes, sacándolos del pozo.

• Cuando se halla adecuadamente formulada para producir una fracción de líquido apropiada, la espuma estable muestra capacidad de arrastre de recortes superior a la de un fluido de perforación.


• Los bajos volúmenes de aire necesarios en un sistema de espuma estable dan por resultado requerimientos de equipo reducidos, particularmente en pozos de gran diámetro. • Asimismo, las menores velocidades en el espacio anular,

minimizan la erosión del pozo en las formaciones no consolidadas.

• La espuma estable se usa en pozos con presiones de reservorio relativamente bajas. • Resulta excepcionalmente adecuada para la perforación

de más de un pozo horizontal desde el mismo pozo vertical, para limpiezas de pozos revestidos, para el fresado de empaques de pozos revestidos, y para perforar tapones de pozos revestidos.


• La perforación con aire (polvo) es un método de circulación que provee una alta tasa de penetración.

• El aire seco se comprime y se refuerza, llevándolo a la presión de circulación requerida para poder remover los recortes del pozo con altas velocidades del aire en el espacio anular, desde 2,500 - 3,000 pies por minuto.

• La perforación con polvo se usa en estructuras de formación de dureza media, así como en zonas desviadas o fracturadas.

Descarga del Polvo


• La perforación con fluido aireado se refiere a un sistema de perforación basada en un fluido (agua o lodo) dentro del cual se inyecta aire a presión, para bajar la presión hidrostática del pozo, lo cual a menudo provee la Densidad de Circulación Equivalente requerida, de 7 ppg o menos

• Los valores del pH se deberán mantener en cifras muy altas para combatir el ambiente corrosivo propio de un sistema de fluido aireado.


• Los sistemas de fluido aireado resultan muy beneficiosos en zonas de pérdidas considerables, donde los sistemas convencionales de lodos no pueden funcionar o no resultan económicos. Regulando la presión del aire y los volúmenes con la bomba de lodos, se logra alcanzar un equilibrio en el espacio anular, dando por resultado que no hayan pérdidas ni ganancias hacia o de la formación.

• La Perforación con Fluido Aireado es un método probado para evitar la pérdida de circulación, reduciendo substancialmente el costo del lodo y aumentando la tasa de penetración en los reservorios de baja presión.

Máxima Limpieza en Fondo de Pozo

• En la perforación con aire o gas, los recortes de la zona de cortado libre, pueden abandonar la superficie rápidamente.

• En consecuencia, haciendo que la turbulencia sea máxima en la superficie de corte libre, se minimizará el re- fresado de estos recortes.

• El efecto de limpieza del fondo de pozo del aire / gas que se expande en el extremo de las boquillas, se puede optimizar para producir la turbulencia máxima en la superficie de corte de roca / trépano.

Máxima Limpieza en Fondo de Pozo

• En las situaciones de perforación con aire (o gas), se tiene escasa presencia de fluidos en la superficie de corte de trépano / roca, por lo tanto, habrá poca presión en el espacio anular en fondo de pozo.

• Las tensiones de la roca suelta de la superficie de corte libre, permiten que haya una fácial destrucción de la roca y un movimiento inicial de las partículas cortadas hacia la corriente en flujo.

• Esto resulta ser contrario a la situación de perforación con lodo, en la cual la destrucción de la roca por el trépano, es grandemente afectada por la presión hidrostática del fluido en el fondo del pozo.

Cambio a Perforación con Lodo

Tubería Amarilla en Forma de “U”

Tanques de Lodo

Bombas de Fluidos

Tanques de Lodo

Temblorinas

Separador de Gas

Tablero del Perforador

Procedimiento de Perforación Inicial (Ejemplo)

• El Gerente del Equipo de Perforación y el Representante del Operador, deberán celebrar una reunión de seguridad con cada cuadrilla de trabajo, antes de iniciar su turno, para discutir los procedimientos de perforación inicial.

• Deberán seleccionar un área de seguridad en la cual pueda reunirse el personal del sitio, si es que hubiera un accidente o algún flujo descontrolado del pozo que requiera la evacuación de la plataforma del equipo de perforación.


• El Gerente del Equipo, el Representante del Operador, el Registrador de Lodos o el Geólogo, informarán al Perforista y a la cuadrilla del equipo, sobre cuando se espera penetrar las zonas productivas.

• En dicha ocasión, el Gerente del Equipo de Perforación, dispone que la cuadrilla de equipo se ubique de la siguiente forma: • Perforista – en el tablero de control y manivela del freno. • Encargado de torre – en los controles del acumulador. • Ayudante de cadena Ayudante de esquina – ubicados en

los controles de paro de máquinas, si se necesita.


• Todo el personal se mantiene en su sitio hasta que se le instruya otra cosa, o sean relevados.

• Un Representante del Operador o un Registrador de lodos, recogen las muestras de recortes.

• El Representante del Operador y el Gerente de Equipo, permanecen cerca de los controles del Perforista, y efectúan las verificaciones de todo el personal y equipo.

• El Gerente de Equipo de Perforación, es responsable de enseñar las tareas de su cargo, a todo el personal del equipo de perforación, durante un cierre de pozo real.


• En dichas tareas se incluyen los procedimientos de operación de preventores de reventones, estranguladores, función del acumulador y procedimientos de paro de máquinas.

• Esta capacitación y entrenamiento, también deberá incluir simulacros de paro o cierre, antes de que se haga la penetración a las zonas productivas.

• Asimismo, se tendrán señales de mano para todas las operaciones de cierre, las cuales deberá conocer y dominar todo el personal del sitio.


• Verificar la Válvula HCR – Debe hallarse en la posición de cerrada.

• Verificar las válvulas del manifold de estranguladores de 4” – Se verifican los estranguladores y las válvulas y se las tiene abiertas hacia el separador de gas y cerradas hacia el foso de tierra.

• Los ayudantes de cadena y esquina, apagan la planta de luz, y luego se van a la zona de seguridad.


• El Perforista y el Gerente de Equipo, apagarán los motores del equipo y el motor de la bomba de jabón.

• El perforista, luego irá hacia la zona de seguridad y el Gerente de Equipo irá hacia el acumulador con el Representante del Operador.

• Si es que les hacen señales de evacuar la plataforma de perforación, se inician inmediatamente los Procedimientos de Cierre de Emergencia.

• El Perforista asegura con cadena la manivela del freno, antes de evacuar la plataforma del equipo.


• Pueden ocurrir flujos de gas grandes, a cualquier profundidad.

• Podría ocurrir una rotura de perforación. • Si se halla un flujo grande de gas, la mesa rotaria quedará

sometida a torsión y pudiera llegar a trabarse. El perforista deberá:

• Aliviar la fuerza de torsión. • Soltar el embrague de la mesa rotaria. • Subir la barra Kelly y colocar las cuñas lo suficientemente

altas sobre la tubería de perforación, de manera que los elevadores se puedan asegurar debajo de la junta de la herramienta.


• Si es que el Representante del Operador o el Gerente de Equipo de Perforación, confirman que el flujo deberá ser desviado a través del múltiple de estranguladores; el perforista le hará señales al encargado de torre para que abra la válvula HCR.

• Después de que la válvula HCR esté abierta, el perforista le hará señales al encargado de torre para que cierre los arietes de tubería.


• Si es que no se puede separar la barra Kelly del preventor de reventones debido al flujo excesivo u otras razones, y el flujo se tenga que desviar a través del múltiple de estranguladores, el perforista le hará señales al encargado de torre para que abra la válvula HCR.

• Después que la válvula HCR esté abierta, el perforista le hará una señal al encargado de torre para que cierre el Hydril.

Fosas y Línea de Descarga

Vista del Sitio

Vista del Sitio - Tarimas para Tubería

Foto del Múltiple de Estranguladores

Un Caso de Estudio

• Debajo se presenta un caso de estudio. • Las diapositivas que llevan el título “Caso de Estudio” se

refieren a un escenario de la vida real. • Las diapositivas tituladas “Entrenamiento” evalúan el

caso de estudio y exploran otros procedimientos para apoyar el caso de estudio y / o las operaciones de control de pozo.

Objetivo del Caso de Estudio

• Determinar si es que las operaciones efectuadas manejaron exitosamente un golpe de pozo, mientras se perforaba con aire.

• Determinar si otros procedimientos / métodos hubieran alcanzado los mismos resultados que los obtenidos con el método usado en el caso estudiado.

• Saque sus conclusiones respecto al caso de estudio, tanto desde el punto de vista operativo como del de la capacitación o entrenamiento.

Caso de Estudio

• Ubicación - Pennsylvania • Profundidad total planificada - 9,685 pies • Elevación - 1,105 pies s.n.d.m. • Pronóstico Geológico - 17 formaciones que consisten

en: • Lutita gris, limolita, caliza, lutita negra y gris, arenisca,

dolomita, yeso, sal y lutita roja.

Caso de Estudio: Programa de Tubería de Revestimiento • Revestimiento de 24”

• Diámetro de pozo: 24 in • Profundidad: 100 pies

• Revestimiento de 20” • Cementado hasta la superficie • Diámetro de pozo: 23 in • profindidad: 160 pies

• Revestimiento de 13 3/8” : 54.5 lb/ft J55 • Cementado hasta la superficie • Diámetro de pozo : 17 ½”

perforado con trépano de martillo Smith H42

• Profundidad: 1,000 ft

Caso de Estudio: Operaciones de Perforación

Después de asentar el revestimiento de 13 3/8”, iniciar la perforación hastas la zona objetivo, a 5,640 ft

• El programa de Casing indicaba revestimiento de 9 5/8” J55 de 40 lb, a ser corrido después de completado el anterior programa.

• Trépano: Trépano de martillo Smith H42 de 12 3/8” • Arreglo de fondo de pozo (BHA): martillo NUMA

Challenger 125 con estrangulador de 5/8” • Collares de perforación de 4, 8” OD • Tubería de perforación 4 ½” OD • Tipo de lodo: Aire / Jabón

• Se anticipa cambiar a gel con base aire / agua (3% KCL,

6 lb/bbl Clay-seal) a los 4,000 ft • Requerimiento de aire: mínimo de 4,000 SCFM y 2

Reforzadores

Caso de Estudio: Operaciones de Perforación

Escenario del Caso de Estudio

• Se pidió al Representante de la Compañía (normalmente asociado con la perforación de base de agua) que observe la operación de perforado.

• A 3,516 ft, el equipo halló un incremento sumamente grande de flujo en la línea de desalojo. • Parecía que se trataba casi totalmente de gas

• La sección de Operaciones decidió cerrar el pozo.

Entrenamiento: Procedimientos de Cierre de Pozo en la Perforación con Aire • ¿Cuáles son los procedimientos para cerrar

correctamente un pozo en una operación de perforación con aire?

• ¿Cuáles son las diferencias entre los procedimientos con base de aire y con base de agua? • ¿Existen diferencias?

Procedimientos de Cierre para Perforación con Aire • Sacar la sarta de perforación del pozo, hasta que la barra

Kelly, pase por encima de la mesa rotaria. • Parar los compresores y los reforzadores y cerrar la

válvula de seguridad Kelly y /o la válvula de la tubería de salida.

• Cerrar la(s) válvula(s) del múltiple de los compresores y reforzadores hacia la tubería de salida.

• Cerrar el preventor anular.

Procedimientos de Cierre para Perforación con Aire • Aliviar las presiones atrapadas en la superficie, en el

manifold / tubería de perforación. • Asegurarse que no haya comunicación desde el pozo en

el lado de la tubería de perforación. • Determinar el punto de estabilización en el revestimiento. • Leer y registrar la presión de cierre. • Organizar la operación de control.

Caso de Estudio: Evaluación del Pozo

• La presión de cierre en el revestimiento del pozo se estabiliza en 875 psi.

• La tubería de perforación registró una presión de 160 psi.

• Con múltiples válvulas de flotador en la sarta, ¿por qué es que la tubería de perforación tendría presión, después de haberla purgado?

Caso de Estudio: Definición del Problema • Operaciones determinó que había una pequeña fuga

entre conexiones por encima de la última válvula de flotador.

• El Representante de la Compañía no pensaba que pudiera ocasionar un problema tan serio como para matar el pozo.

• El monitorearía de cerca durante las operaciones de cierre de pozo.

Caso de Estudio: Resolución del Problema

• El Representante de la Compañía, prefiere estimar la presión de fondo de pozo de la formación, usando cálculos simples:

• ¿Qué fórmula(s) cree Ud. que usa? • ¿Por qué estaba interesado en determinar la presión de

la formación?

Caso de Estudio: Cálculos

El Representante de la Compañía, efectuó los siguientes

cálculos:

Presión Hidrostática del Golpe de pozo:

MW ppg x 0.052 x Pies tvd = Presión Hidrostática psi

2 ppg gas x 0.052 x 3,516’ = 366 psi

Presión de la Formación:

SICP +Presión Hidrostática = Presión de Formación psi

SICP 875 psi + 366 psi = 1,241 psi

Entrenamiento: Cálculos - Pregunta

Después de determinar la presión de formación, qué cálculos usó el Representante de la Compañía para verificar si el pozo pudiera matarse con agua dulce?

Presión Hidrostática del agua Dulce: MW ppg x 0.052 x Pies tvd = Presión Hidrostática psi

8.33 ppg x 0.052 x 3,516’ = 1,523 psi

Operaciones llegó a la conclusión de que una presión de 1,523 psi, hubiera controlado una presión de formación de aproximadamente 1,241 psi.

Caso de Estudio: Comienzo de la Solución del Problema de Control del Pozo • ¿Se podría haber utilizado el cálculo del peso de fluido

que mata el pozo, para determinar si el agua dulce habría matado este pozo?

• ¿Puede usarse la presión de cierre del revestimiento para calcular el peso de lodo necesario para matar el pozo?

Entrenamiento: Fluido Para Matar el Pozo

• Fluido para Matar el Pozo = SIDPP ÷ 0.052 ÷ TVD (Profundidad vertical Verdadera) del trépano + Lodo Presente

• En perforación con aire, se puede usar SICP* en lugar de SIDPP.

(875 ÷ 0.052 ÷ 3,516) + 2 = 6.8 ppg Fluido de control del Pozo *Se asume un gas de a 2 ppg.

Caso de Estudio: Requerimientos del Volumen para Matar el Pozo

• Se necesita determinar los volúmenes para llenar la tubería de perforación y el espacio anular.

• ¿Qué cálculos cree Ud. que usó el Representante de la Compañía?

Caso de Estudio: Requerimientos de Volumen del Espacio Anular • El Representante de la Compañía prefirió simplificar los

cálculos en el sitio de trabajo. • Capacidad de la tubería de perforación a MD: • Bbls/pie x pie = Barriles • 0.01422 bbls/pie x 3,516pie = 50 bbls en la Sarta de

Perforación

Caso de Estudio: Requerimientos de Volumen del Espacio Anular Capacidad del espacio anular hasta la profundidad total (TD): ID del Casing: 12.615” OD del DP: 4.5”

(OD2 – ID2) ÷ 1029.4 = capacidad en Bbls / pie (12.6152 – 4.52) ÷ 1029.4 = Bbls / pie 159.14 – 20.25 ÷ 1029.4 = 0.1350 bbls / pie Bbls / pie x pie = volumen, bbls 0.1350 bbls/ft x 3,516’ = 475 bbls en el espacio anular Volumen Total = 50 bbls + 475 bbls = 525 bbls

Justificación – El Representante de la Compañía elige usar la capacidad del revestimiento hasta la profundidad total (TD) para asegurarse que el volumen adicional de agua se halle en el sitio. La preocupación es que este flujo de gran volumen pudiera vaciar el agua del espacio anular durante las operaciones para matar el pozo.

Entrenamiento: Cálculos

¿Qué cálculos hubiera usado usted para calcular de una manera más precisa todos los volúmenes tubulares y anulares?

Entrenamiento: Requerimientos de Volúmenes de Tubulares

• Capacidad DP = 0.01422 bbls / pie; Longitud de 3,396 pies.

• Capacidad DC = 0.0039 bbls / pie; Longitud 120 pies. Bbls / pie x pie = Barriles

0.01422 bbls/ft x 3,396’ = 48.3 bbls en DP

0.0039 bbls/ft x 120’ = 0.5 bbls en DC

• Entrenamiento: Total de Barriles en la Sarta de Perforación = 49 bbls.

• Cálculo del Representante de la Compañía = 50 bbls.

Entrenamiento: Requerimientos de Volúmenes Tubulares

• Cap. Anul. entre Csg y DP = 0.1349 bbls / pie

• Cap. Anul. entre OH y DP = 0.1291 bbls / pie

• Cap. Anular entre OH y DC = 0.0866 bbls / pie

0.1349 bbls/ft x 1,000’ = 135 bbls

0.1291 bbls/ft x 2,396’ = 309 bbls

0.0866 bbls/ft x 120’ = 10 bbls

• Entrenamiento: Total de barriles Esp. Anular = 454 bbls

• Cálculo de Representante de la Compañía: = 475 bbls

Entrenamiento: Requerimiento Total de Volúmenes

• Total Barriles en Sarta de Perforación = 49 bbls • Total Barriles en Espacio Anular = 454 bbls • Entrenamiento: Total Barriles = 503 bbls • Cálculo de Reptte. Cía; Total = 525 bbls • En pozos donde el volumen de agua dulce es crítico,

pudiera requerir que se calculen estos volúmenes adicionales.

• En este punto, ¡las operaciones parecen estar bien encaminadas!

Entrenamiento: Requerimientos de Volúmenes Adicionales • Total Barriles en Sarta Perforación = 49 bbls

• Barriles de trépano a Zaptado de Casing = 319 bbls 49 + 319 = 368 bbls

• ¿Cuál es la importancia de conocer estos volúmenes? (Por favor tome algunos minutos para considerar esto. Más adelante, discutiremos más acerca del escenario del caso de estudio.)

Caso de Estudio: Determinación del Número de Carreras y / o Tiempo para matar el Pozo

• Rendimiento de la bomba = 0.134 bbls / carrera

• El Representante del la Compañía, decide calcular el

número de carreras para llenar la Tubería de Perforación: Barriles en DP ÷ Rendimiento de la Bomba bbls/stk = Carreras para bombear

el volumen.

50 bbls ÷ 0.134 bbls/stk = 373 carreras

• Volumen Total de todos los elementos a ser bombeados: Total Barriles ÷ Rendimientos del Bomba bbls/stk = Carreras para

bombear el volumen.

475 bbls ÷ 0.134 bbls/stk = 3,545 carreras

Caso de Estudio: Procedimiento para Matar el Pozo - Aspectos a Considerar

• Operaciones se preocupó por el volumen grande que se tiene antes de cerrar el pozo.

• Otra preocupación es que las altas velocidades de flujo pudieran evitar que el espacio anular se llene con agua.

• Operaciones prefiere matar el pozo a través de los estranguladores, en lugar de usar la línea de desalojo.

Caso de Estudio: Procedimiento para Matar el Pozo

• Operaciones verifica el alineamiento de todas la válvulas. • Choke completamente abierto antes de que comiencen

las operaciones. • El Representante de la Compañía comienza a llenar el

volumen de la tubería de perforación con agua, a una alta velocidad de 50 carreras / min.

• Después de bombear 50 bbls, el Representante de la Compañía, decide cerrar el choke a la presión de cierre del revestimiento establecida en 875 psi, mientras se bombea continuamente.

• ¿Cuál es el propósito de agregar esta presión? • ¿Cómo se reduce esta presión al llenar el espacio anular

con agua dulce?


• En este punto, el Representante de la Compañía, decide monitorear el tiempo vs. las carreras para completar la operación de cierre de pozo (bottoms up) y reducir la presión sobre el revestimiento en relación a ganar presión hidrostática con el fluido para matar el pozo (agua dulce). Bbls ÷ Rendimiento de la Bomba bbls / carrera = Carreras para bombear el

volumen

475 bbls ÷ 0.134 bbls / carrera = 3,545 carreras para llenar el espacio anular

Carreras ÷ Rendimiento de la Bomba bbls / carrera = Tiempo para bombear el volumen

3,545 carreras ÷ 50 carreras / min = 71 min ¿Cual fue la razón para cambiar a minutos?


• El Representante de la Compañía decide respaldar la presión sobre el lado del revestimiento, mientras utiliza el tiempo.

875 psi ÷ 71 min = 12.3 psi / min • Cada 8 minutos, El Representante de la Compañía purga 100 psi

del revestimiento. ¿Es correcta esta aproximación? • Esta elección, permite mantener los 75 psi remanentes hasta las

operaciones de cierre. • ¿Entienden todos por qué se hizo esto?

Entrenamiento: Reducción de la Presión del Casing

• Se tienen distintas formas de calcular y monitorear la reducción de la presión del revestimiento cuando se gana presión hidrostática fluida en el espacio anular.

• El Representante de la Compañía, eligió usar el tiempo para simplificar sus operaciones.

• ¿Sabe alguien como usar las carreras versus el tiempo?


Presión Carreras (trépano hasta

superficie) 875 0

1 787 355 2 699 710 3 611 1,065 4 523 1,420 5 435 1,775 6 347 2,130 7 259 2,485 8 171 2,840 9 83 3,195 10 ? 3,545 (3,550)


• ¿Hay alguien que recomiende la elaboración de una gráfica de presiones con el trépano subiendo hasta el zapato del revestimiento, tomando en cuenta los volúmenes?

• ¿Como podría esto cambiar el inicio de la reducción de los 875 psi?

• Al mantener la presión de 875 psi hasta que el fluido que mata el pozo llegue al zapato del revestimiento, hemos aplicado alguna tensión adicional sobre la formación en el zapato?

• Ahora podemos contestar por qué el cálculo adicional (volumen de superficie a zapato de revestimiento) resulta crítico en relación a mantener la presión del revestimiento.

Conclusión del Caso de Estudio

• A partir del historial del caso de estudio de líneas arriba, ¿cree usted que el Representante de la Compañía tuvo éxito al matar el pozo?

• Existen algunas otras recomendaciones o preocupaciones que se debieran de haber atendido durante esta operación?

• Recuerde siempre que: ¡ existen múltiples maneras de efectuar una operación de pozo !

Entrenamiento: Conclusiones del Control de Pozo

• Considerar la cantidad de agua

• Matar el pozo a grandes velocidades

• Línea de desalojo vs. choke

• Cálculo del fluido para matar el pozo

• Entender las relaciones de presiones cuando se llena el espacio anular

• Usar una hoja de registro y cálculo como ayuda en las operaciones

• Entendimiento de cuándo usar la contra- presión para minimizar la pérdida de agua

• Determinar si se mató el pozo efectivamente

• Reunión de seguridad antes de iniciar operaciones


Objetivos de Aprendizaje • Usted ha aprendido los aspectos básicos de:

• Equipos de perforación con aire. • Tipos de perforación con aire. • Diferencias entre perforación con aire y con lodo.

• Usted también ha aprendido cómo aplicar los principios de control de pozos a las operaciones de perforación con aire.

perforación con aire - wildwell.comwildwell.com/wp-content/uploads/air-drilling-spanish.pdf ·...

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