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ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIN DE LA TCNICA
DE PERFORACIN UNDERBALANCE EN LOS CAMPOS CASTILLA Y APIAY
VIERA CAROLINA LOZANO SALAZAR
DIEGO ARMANDO RIVAS HOYOS
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERAS FISICOQUMICAS
ESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEOS
BUCARAMANGA
2011
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ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIN DE LA TCNICA
DE PERFORACIN UNDERBALANCE EN LOS CAMPOS CASTILLA Y APIAY
VIERA CAROLINA LOZANO SALAZAR
DIEGO ARMANDO RIVAS HOYOS
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al ttulo de
Ingenieros de Petrleos
Directores
ING. JAIME ALBERTO LOZA CASTILLO
ING. DIEGO FERNANDO SUREZ
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERAS FISICOQUMICAS
ESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEOS
BUCARAMANGA
2011
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4
5
NTREGA DE TRABAJOS DE GRADO, TRABAJOS DE
INVESTIGACION O TESIS Y AUTORIZACIN DE SU USO A
FAVOR DE LA UIS
Yo, Viera Carolina Lozano Salazar, mayor de edad, vecina de Bucaramanga, identificada
con la Cdula de Ciudadana No. 1.098.647.427 de Bucaramanga, actuando en nombre
propio, en mi calidad de autor del trabajo de grado, del trabajo de investigacin, o de
la tesis denominada(o): ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACION DE
LA TECNICA DE PERFORACION UNDERBALANCE EN LOS CAMPOS CASTILLA Y
APIAY, hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato
digital o electrnico (CD o DVD) y autorizo a LA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE
SANTANDER, para que en los trminos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de
1993, decisin Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y dems normas generales
sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de
reproduccin, comunicacin pblica, transformacin y distribucin (alquiler, prstamo
pblico e importacin) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente
documento. PARGRAFO: La presente autorizacin se hace extensiva no slo a las
facultades y derechos de uso sobre la obra en formato o soporte material, sino tambin
para formato virtual, electrnico, digital, ptico, uso en red, Internet, extranet, intranet, etc.,
y en general para cualquier formato conocido o por conocer.
EL AUTOR ESTUDIANTE, manifiesta que la obra objeto de la presente autorizacin es
original y la realiz sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra
es de su exclusiva autora y detenta la titularidad sobre la misma. PARGRAFO: En caso
de presentarse cualquier reclamacin o accin por parte de un tercero en cuanto a los
derechos de autor sobre la obra en cuestin, EL AUTOR / ESTUDIANTE, asumir toda la
responsabilidad, y saldr en defensa de los derechos aqu autorizados; para todos los
efectos la Universidad acta como un tercero de buena fe.
Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y
tenor, en Bucaramanga, a los 05 das del mes de mayo de dos mil once, 2011.
EL AUTOR / ESTUDIANTE:
Viera Carolina Lozano Salazar
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ENTREGA DE TRABAJOS DE GRADO, TRABAJOS DE
INVESTIGACION O TESIS Y AUTORIZACIN DE SU USO A
FAVOR DE LA UIS
Yo, Diego Armando Rivas Hoyos, mayor de edad, vecina de Bucaramanga, identificada
con la Cdula de Ciudadana No. 1.098.620.305 de Bucaramanga, actuando en nombre
propio, en mi calidad de autor del trabajo de grado, del trabajo de investigacin, o de
la tesis denominada(o): ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACION DE
LA TECNICA DE PERFORACION UNDERBALANCE EN LOS CAMPOS CASTILLA Y
APIAY, hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato
digital o electrnico (CD o DVD) y autorizo a LA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE
SANTANDER, para que en los trminos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de
1993, decisin Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y dems normas generales
sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de
reproduccin, comunicacin pblica, transformacin y distribucin (alquiler, prstamo
pblico e importacin) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente
documento. PARGRAFO: La presente autorizacin se hace extensiva no slo a las
facultades y derechos de uso sobre la obra en formato o soporte material, sino tambin
para formato virtual, electrnico, digital, ptico, uso en red, Internet, extranet, intranet, etc.,
y en general para cualquier formato conocido o por conocer.
EL AUTOR ESTUDIANTE, manifiesta que la obra objeto de la presente autorizacin es
original y la realiz sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra
es de su exclusiva autora y detenta la titularidad sobre la misma. PARGRAFO: En caso
de presentarse cualquier reclamacin o accin por parte de un tercero en cuanto a los
derechos de autor sobre la obra en cuestin, EL AUTOR / ESTUDIANTE, asumir toda la
responsabilidad, y saldr en defensa de los derechos aqu autorizados; para todos los
efectos la Universidad acta como un tercero de buena fe.
Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y
tenor, en Bucaramanga, a los 05 das del mes de mayo de dos mil once, 2011.
EL AUTOR / ESTUDIANTE:
Diego Armando Rivas Hoyos
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DEDICATORIA
A DIOS
La razn misma de la existencia,
El origen profundo del conocimiento,
El orden lgico y sistemtico de las cosas,
La virtud afectuosa de la vida,
La hermosura indita del Espritu,
Todo puesto para remontarme a la experiencia de tener al frente un proceso donde puedo
poner en prctica lo aprendido,
Sealar el tenue sendero, vaso comunicante entre el destino y el xito,
Las ideas en fuga persiguiendo la inquietante mente,
Sin pretender alcanzarla,
Permitiendo que fluya la ciencia y la virtud en el recorrer de los trazos alegres, destellantes
y efmeros de la vida.
A mis padres y hermanos,
Aquellos que surcan mi esperanza inquieta con el arado sutil,
Plantando ideas en la floresta inmensa del alegre devenir.
A Miguel Antonio Surez Jaimes,
Al que llena mis anhelos, el designio imprescindible de mi amor,
Mi bendicin otorgada, mi entraable compaero.
A estos dedico stas lneas,
Han sido mi soporte, mi norte y mi aventura.
VIERA CAROLINA
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A DIOS
Gracias por ser luz y gua en mi camino, por darme la vida, salud, sabidura, paciencia y
fortaleza para lograr mis objetivos.
A Francelina, mi madre
Gracias por su apoyo incondicional en este largo camino, por su paciencia, comprensin,
consejos y sobre todo por su gran amor; a ella debo todo lo bueno que hace parte de mi ser
hoy en da, sin duda es parte esencial de mi proyecto de vida.
A Alonso, mi padre
Gracias por estar a mi lado en toda la carrera, por sus consejos y peleas, las cuales cada
da me hicieron ms fuerte para salir adelante.
A Carolina y Hernn, mis hermanos
Gracias por su cario, por su amor y su gran apoyo en toda parte de mi vida.
A Diana
Gracias por su cario, compresin, consejos, compaa durante esta larga historia y por
sobre todo, su gran ayuda, a ella le debo gran parte de mi carrera.
DIEGO ARMANDO
9
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan su agradecimiento a:
La UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER por ser el autor trascendental
de nuestro crecimiento intelectual y principal testigo de las milicias acometidas en
la carrera de nuestra formacin.
El GRUPO DE INVESTIGACIN DE ESTABILIDAD DE POZOS por brindarnos la
oportunidad de aprender a ser mejores.
Los Ingenieros JAIME ALBERTO LOZA y DIEGO FERNANDO SUREZ por su
colaboracin, apoyo y confianza en la realizacin de este proyecto.
El gelogo DARWIN MATEUS por su constante exigencia, haciendo de nosotros
unos mejores profesionales.
El Ingeniero YAIR ANDRS QUINTERO por el conocimiento difundido en
nosotros, su orientacin, aportes, paciencia, entrega e inmensa colaboracin.
El Ingeniero HELMUTH PORTILLA por su inmensurable dedicacin, confianza y
sentido del humor. Sus aportes fueron de vital importancia para ste proyecto.
El Ingeniero GERMN CASTILLO por su inters en nuestro trabajo y estar
presente en los momentos ms crticos de ste proceso. Su constante
contribucin fue crucial para nuestro trabajo.
Nuestro compaero y amigo JAVIER GIL RODRGUEZ por ser la luz al final del
tnel, por su paciencia y colaboracin al final del proceso.
10
CONTENIDO
pg.
INTRODUCCIN ................................................................................................... 25
OBJETIVOS ........................................................................................................... 27
OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 27
OBJETIVOS ESPECFICOS .................................................................................. 27
JUSTIFICACIN .................................................................................................... 28
ANTECEDENTES .................................................................................................. 29
EXPERIENCIA CUSIANA-CUPIAGUA .................................................................. 29
CASO DE ESTUDIO: OPERACIN UNDERBALANCE INSATISFACTORIA ....... 30
EXPERIENCIA EN LA CUENCA CANADIENSE WILLISTON ............................. 31
1. GENERALIDADES DE LA PERFORACIN UNDERBALANCE ........................ 34
1.1 OBJETIVOS DE LA PERFORACIN UNDERBALANCE ................................ 35
1.1.1 Incremento de la Rata de Penetracin (ROP) ............................................... 36
1.1.2 Incremento de la Vida de la Broca ................................................................ 38
1.1.3 Minimizacin de las Prdidas de Circulacin ................................................ 38
1.1.4 Reduccin de la Pega Diferencial ................................................................. 40
1.1.5 Disminucin del Dao a la Formacin .......................................................... 41
1.1.6 Produccin Temprana ................................................................................... 42
1.2 BENEFICIOS Y LIMITACIONES DE LA TCNICA UBD ................................. 43
1.2.1 Ventajas ........................................................................................................ 43
1.2.2 Limitaciones .................................................................................................. 44
1.2.2.1 Inestabilidad del Pozo ................................................................................ 44
1.2.2.2 Influjo de Agua ........................................................................................... 45
1.2.2.3 Incendios en Fondo de Pozo. .................................................................... 46
1.2.2.4 Produccin Excesiva de Hidrocarburo ....................................................... 46
1.2.2.5 Factores Econmicos................................................................................. 47
1.3 SISTEMAS DE FLUIDOS DE PERFORACIN UNDERBALANCE ................. 49
11
2 IDENTIFICACIN DE POZOS CANDIDATOS ................................................... 52
2.1 PARMETROS QUE DEBEN CONSIDERARSE ............................................ 52
2.1.1 Problemas Operacionales ............................................................................. 52
2.1.2 Propiedades del Campo................................................................................ 53
2.1.2.1 Litologa ..................................................................................................... 53
2.1.2.2 Permeabilidad y Tipo de Fluido .................................................................. 54
2.1.2.3 Espesor del Intervalo ................................................................................. 55
2.1.2.4 Temperatura .............................................................................................. 56
2.1.2.5 Presin de Poro de la Formacin ............................................................... 56
2.1.3 Estabilidad del Pozo ..................................................................................... 56
2.2 CANDIDATOS POBRES PARA OPERACIONES UNDERBALANCE ............. 57
2.3 BUENOS CANDIDATOS PARA OPERACIONES UNDERBALANCE ............. 58
3 METODOLOGA PARA LA SELECCIN DE POZOS CANDIDATOS ................ 59
3.1 PROBLEMAS OPERACIONALES ................................................................... 59
3.2 PROPIEDADES DEL CAMPO ......................................................................... 59
3.3 CRITERIO DE ESTABILIDAD DE POZOS ...................................................... 60
3.3.1 Modelo Geomecnico del Pozo .................................................................... 61
3.3.2 Ventana Operacional de Fluido ..................................................................... 63
3.3.3 Criterios de Falla ........................................................................................... 67
3.3.3.1 Criterio de Falla de Mohr-Coulomb ............................................................ 67
3.3.3.2 Criterio de Falla de Drucker-Prager ........................................................... 68
3.3.3.3 Criterio de Falla de Lade Modificado ......................................................... 69
3.3.4 Ajuste de la Ventana Operacional de Fluido ................................................. 70
3.4 ANLISIS ECONMICO ................................................................................. 71
4 MARCO DE ESTUDIO ........................................................................................ 73
4.1 UNIDADES OPERACIONALES PERTENECIENTES A LA FORMACIN
GUADALUPE. ........................................................................................................ 75
4.1.1 Unidad K1 (Guadalupe Superior) .................................................................. 75
4.1.2 Unidad K2 (Guadalupe Masivo) .................................................................... 75
4.2 CAMPO APIAY ................................................................................................ 76
12
4.2.1 Distribucin de Pozos ................................................................................... 77
4.3 CAMPO CASTILLA .......................................................................................... 78
4.3.1 Distribucin de Pozos ................................................................................... 79
5 PRESENTACIN Y ANLISIS DE RESULTADOS APIAY .............................. 80
5.1 PROBLEMAS OPERACIONALES ................................................................... 80
5.2 CARACTERSTICAS DEL CAMPO ................................................................. 82
5.2.1 Propiedades Fsicas ..................................................................................... 82
5.2.1.1 Litologa ..................................................................................................... 83
5.2.1.2 Otras Propiedades ..................................................................................... 83
5.3 ESTABILIDAD DE POZOS .............................................................................. 86
5.3.1 Ventana Operacional de Fluido ..................................................................... 86
6 PRESENTACIN Y ANLISIS DE RESULTADOS CASTILLA ....................... 98
6.1 PROBLEMAS OPERACIONALES ................................................................... 98
6.2 CARACTERSTICAS DEL CAMPO ............................................................... 103
6.2.1 Propiedades Fsicas ................................................................................... 103
6.2.1.1 Litologa ................................................................................................... 104
6.2.1.2 Otras Propiedades ................................................................................... 104
6.2.1.3 Distribucin de Presin ............................................................................ 105
6.2.1.4 Distribucin de Permeabilidad ................................................................. 110
6.2.2 Zonas de Inters ......................................................................................... 112
6.3 ESTABILIDAD DE POZOS ............................................................................ 113
6.3.1 Ventana Operacional de fluido .................................................................... 113
6.3.2 Peso de Lodo Crtico por Colapso .............................................................. 115
6.4 EVALUACIN DE COSTOS .......................................................................... 117
6.4.1 Curvas de Produccin ................................................................................. 117
6.4.2 Costo Equipos Underbalance ..................................................................... 121
6.4.3 Flujos de Caja ............................................................................................. 123
6.4.4 Anlisis Econmico ..................................................................................... 128
6.4.4.1 Curvas de Declinacin ............................................................................. 129
6.4.4.2 Valor Presente Neto y Payback ............................................................... 131
13
CONCLUSIONES ................................................................................................ 137
RECOMENDACIONES ........................................................................................ 139
BIBLIOGRAFA .................................................................................................... 140
14
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Diferencias entre Perforacin Convencional y Under-balanced ........... 35
Figura 2. Perforacin con Gas vs. Perforacin con Lodo .................................... 36
Figura 3. Prdidas de Circulacin Durante la Perforacin Convencional ............ 39
Figura 4. Prevencin de las Prdidas de Circulacin Durante la Perforacin
Underbalance ........................................................................................................ 40
Figura 5. Descripcin Pega Diferencial ............................................................... 41
Figura 6. Fluidos de Perforacin segn su densidad .......................................... 50
Figura 7. Fluidos de Perforacin segn su densidad .......................................... 51
Figura 8. Ventana Operacional de Fluido ............................................................ 60
Figura 9. Envolvente de Falla Mltiple ................................................................ 62
Figura 10. Tipos de Anlisis para el Software PBORE ........................................ 63
Figura 11. Opciones para el Anlisis Genrico ................................................... 64
Figura 12. Datos de Entrada para el Anlisis Genrico ....................................... 65
Figura 13. Ventana de Fluido Generada en el PBORE ....................................... 66
Figura 14. Criterio de Falla de Mohr-Coulomb .................................................... 68
Figura 15. Tipos comunes de ensanchamiento de pozo y su respectiva respuesta
en el registro Cliper ............................................................................................. 70
Figura 16. Localizacin Campos Castilla y Apiay ................................................. 73
Figura 17. Columna Estratigrfica de la Cuenca Llanos ...................................... 74
Figura 18. Localizacin Campo Apiay .................................................................. 76
Figura 19. Distribucin de Pozos Campo Apiay ................................................... 77
Figura 20. Localizacin Campo Castilla ............................................................... 78
Figura 21. Distribucin de Pozos Campo Castilla ................................................ 79
Figura 22. Pozos con Pruebas de Dao Campo Apiay ........................................ 80
Figura 23. Distribucin de Presiones Unidad K1 Campo Apiay............................ 85
Figura 24. Pozos con Modelo Geomecnico Campo Apiay ................................. 87
Figura 25. Ventana Operacional de Fluido Pozo AW Criterio de Falla de Mohr-
Coulomb ................................................................................................................ 88
15
Figura 26. Ventana Operacional de Fluido Pozo AX Criterio de Falla de Mohr-
Coulomb ................................................................................................................ 89
Figura 27. Ventana Operacional de Fluido Pozo AY Criterio de Falla de Mohr-
Coulomb ................................................................................................................ 90
Figura 28. Ventana Operacional de Fluido Pozo AZ Criterio de Falla de Mohr-
Coulomb ................................................................................................................ 91
Figura 29. Ventana Operacional de Fluido Pozo AW Criterio de Falla de Lade 93
Figura 30. Ventana Operacional de Fluido Pozo AX Criterio de Falla de Lade . 94
Figura 31. Ventana Operacional de Fluido Pozo AY Criterio de Falla de Lade . 95
Figura 32. Ventana Operacional de Fluido Pozo AZ Criterio de Falla de Lade . 96
Figura 33. Mapa de Distribucin de Perdidas de Circulacin San FernandoT2 99
Figura 34. Mapa de Burbujas de Perdidas de Circulacin San FernandoT2 ... 100
Figura 35. Mapa de Distribucin de Perdidas de Circulacin Guadalupe K2 .. 101
Figura 36. Mapa de Burbujas de Perdidas de Circulacin Guadalupe K2 ....... 102
Figura 37. Mapa de Distribucin de Gradientes de Presin San FernandoT2 106
Figura 38. Mapa de Burbujas de Gradientes de Presin San FernandoT2 ..... 107
Figura 39. Mapa de Distribucin de Gradientes de Presin Guadalupe K2 .... 108
Figura 40. Mapa de Burbujas de Gradientes de Presin Guadalupe K2 ......... 109
Figura 41. Mapa de Distribucin de Permeabilidad Guadalupe K1 ................. 110
Figura 42. Mapa de Distribucin de Permeabilidad Guadalupe K2 ................. 111
Figura 43. Zonas a Tratar con la Tecnologa UBD Campo Castilla .................... 113
Figura 44. Ventanas Operacionales de Fluido Zonas de Inters Campo Castilla
............................................................................................................................. 114
Figura 45. Peso de Lodo Crtico por Colapso Campo Castilla ........................ 116
Figura 46. Curvas IPR CNW ......................................................................... 118
Figura 47. Curvas IPR CNX ......................................................................... 119
Figura 48. Curvas IPR CNY .......................................................................... 120
Figura 49. Curvas IPR CZ ............................................................................. 121
Figura 50. Curvas de Declinacin CNW ........................................................ 129
Figura 51. Curvas de Declinacin CNX ......................................................... 130
16
Figura 52. Curvas de Declinacin CNY ......................................................... 130
Figura 53. Curvas de Declinacin CZ ............................................................ 131
Figura 54. Valor Presente Neto CNW ........................................................... 132
Figura 55. Valor Presente Neto CNX ............................................................ 133
Figura 56. Valor Presente Neto CNY ............................................................ 134
Figura 57. Valor Presente Neto CZ ............................................................... 135
17
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Volmenes tpicamente requeridos para la perforacin con aire ........... 51
Tabla 2. Modelo Geomecnico ............................................................................ 62
Tabla 3. Pruebas de Dao Campo Apiay ............................................................ 81
Tabla 4. Caractersticas Fsicas Campo Apiay .................................................... 82
Tabla 5. Caractersticas Fsicas Campo Castilla ............................................... 103
Tabla 6. Costos de la Inversin Inicial del proyecto UBD .................................. 122
Tabla 7. Flujo de Caja Pozo CNW Perforacin Convencional ......................... 123
Tabla 8. Flujo de Caja Pozo CNW Perforacin Underbalance ........................ 124
Tabla 9. Flujo de Caja Pozo CNX Perforacin Convencional .......................... 125
Tabla 10. Flujo de Caja Pozo CNX Perforacin Underbalance ....................... 125
Tabla 11. Flujo de Caja Pozo CNY Perforacin Convencional ........................ 126
Tabla 12. Flujo de Caja Pozo CNY Perforacin Underbalance ....................... 126
Tabla 13. Flujo de Caja Pozo CZ Perforacin Convencional........................... 127
Tabla 14. Flujo de Caja Pozo CZ Perforacin Underbalance .......................... 127
Tabla 15. Comparacin de Costos Perforacin y Completamiento ................... 128
Tabla 16. Anlisis Econmico del Pozo CNW con Diferentes Tasas de
Oportunidad ........................................................................................................ 132
Tabla 17. Anlisis Econmico del Pozo CNX con Diferentes Tasas de
Oportunidad ........................................................................................................ 133
Tabla 18. Anlisis Econmico del Pozo CNY con Diferentes Tasas de
Oportunidad ........................................................................................................ 134
Tabla 19. Anlisis Econmico del Pozo CZ con Diferentes Tasas de
Oportunidad ........................................................................................................ 135
Tabla 20. Tasa Interna de Retorno (TIR) .......................................................... 136
18
GLOSARIO
BREAKOUT es un tipo de rotura que se produce en las paredes del pozo debido a
diferencias entre esfuerzos in situ. Se produce como un descascaramiento a lo
largo de la orientacin del mnimo esfuerzo actual, dependiendo adems de la
densidad del fluido usada y de la resistencia de la roca.
CALIZAS (Carbonatos) son rocas importantes como reservorio de petrleo dada
su gran porosidad. La caliza es una roca sedimentaria compuesta
mayoritariamente por carbonato de calcio, generalmente calcita. Su dureza en la
escala de Mohs es de 3.
CONDICIN OVERBALANCE en la cual la presin del lodo previene el influjo de
fluidos de formacin hacia el hueco durante la perforacin, pero, existe un flujo de
fluidos desde el pozo hacia la formacin.
CONDICIN UNDERBALANCE se obtiene cuando la presin que ejerce la
columna hidrosttica del fluido de perforacin es mantenida intencionalmente por
debajo de la presin de poro de la formacin, por lo cual, se presenta un influjo de
fluidos desde la formacin hacia el pozo, evitando el dao a la formacin.
DAO A LA FORMACIN se mide mediante un factor denotado por S, el cual,
puede tener diversos valores; S>0: Pozo daado. En ste caso, existen
restricciones adicionales al flujo hacia el pozo. S=0: Pozo sin dao. No existen
restricciones al flujo. S
19
presin exterior. Estos yacimientos requieren de trabajos secundarios para seguir
produciendo, ya que, su energa natural se ha agotado.
DIFERENCIAL DE PRESIN DRAWDOWN es la diferencia entre la presin
existente en el lmite exterior de un pozo y la presin de fondo de produccin del
mismo.
ESPUMAS son un estado intermedio entre una fase netamente lquida y una fase
netamente gaseosa. Las espumas contienen un agente surfactante activo que
permite que los elementos se mezclen homogneamente. Adicionalmente, se
debe mantener la calidad de las espumas entre 55% y 97% para asegurar su
estabilidad. Por debajo de ste rango se presenta un comportamiento similar al de
los fluidos aireados, por encima de este rango se presenta un comportamiento
similar a una niebla.
ESTABILIDAD DEL POZO el mantenimiento de un pozo estable es una de las
tareas de perforacin principales de la industria petrolera y gasfera, ya que los
problemas de inestabilidad asociados al pozo resultarn en altos costos de
perforacin y tendrn un impacto severo en el cronograma de perforacin. El
anlisis de Estabilidad de Pozos debe considerarse en la etapa de planeamiento
del pozo en cualquier compaa operadora. La inestabilidad de los pozos sigue
siendo una preocupacin importante para las compaas porque adems de ser
potencialmente costosa, puede poner en peligro al personal asociado a la tareas
de perforacin.
FLUIDOS AIREADOS/GASIFICADOS esencialmente pueden ser cualquier tipo de
fase lquida mezclada intencionalmente con cualquier tipo de gas con el fin de
disminuir la densidad del fluido.
20
NDICE DE PRODUCTIVIDAD es una medida del potencial del pozo o de su
capacidad de producir, y es una propiedad de los pozos comnmente medida. Se
denomina ndice de productividad [J] a la razn de la tasa de produccin, en
barriles fiscales por da y la presin diferencial (Pe - Pwf) en el punto medio del
intervalo productor.
INFLUJO DE FLUIDOS se denomina al paso de los fluidos existentes en la
formacin hacia el pozo. En perforacin convencional, un influjo de fluidos de
formacin generalmente provocar un descenso de la densidad de la columna de
lodo, lo cual no es deseado.
LUTITAS (ARCILLAS) o Shales son un tipo de roca sedimentaria de grano fino,
compuesta por capas extremadamente delgadas de arcilla y limo. La mayora de
Shales estn compuestos por lodo y, consecuentemente, no contienen cantidades
comerciales de aceite o gas; pues, aunque son rocas altamente porosas, son
impermeables.
NIEBLA en este tipo de fluido, el gas constituye la fase continua y el lquido la fase
dispersa en forma de gotas.
PEGA DIFERENCIAL se presenta por presin diferencial cuando la presin
hidrosttica producida por el lodo es mayor que la presin de formacin y hay
formaciones permeables presentes. Su solucin es la reduccin de la presin,
reduciendo la densidad del lodo y la remocin de la torta en la zona de contacto.
PRDIDAS DE CIRCULACIN tambin llamada prdida de retornos, es la
prdida de lodo hacia las formaciones. La prdida de circulacin ha sido uno de
los factores que ms contribuye a los altos costos del lodo.
21
POZOS DE DESARROLLO son aquellos pozos perforados con la finalidad de
explotar, extraer y drenar las reservas de un yacimiento. El objetivo principal al
perforar un pozo de desarrollo es aumentar la produccin del campo, razn por la
cual, se perforan dentro del rea probada; sin embargo y debido a la incertidumbre
acerca de la forma o el confinamiento de los yacimientos, algunos pozos de
desarrollo pueden resultar secos.
POZO EXPLORATORIO es aquel pozo que se perfora como investigacin de una
nueva acumulacin de hidrocarburos, es decir, que se perforan en zonas donde no
se haba encontrado antes petrleo ni gas. Este tipo de pozos puede perforarse
en un campo nuevo o en una nueva formacin productora dentro de un campo
existente. Es importante destacar que cualquier pozo que se perfora con el
objetivo de producir hidrocarburos es, en principio un pozo exploratorio, despus
de la construccin del mismo, dependiendo del rea donde se perfor y del
resultado de la perforacin la clasificacin del pozo cambia y pueden ser
productores y no productores.
PRESIN DE COLAPSO es la presin generada por la columna de lodo de
perforacin que llena el espacio anular y acta sobre el exterior del revestidor
vaco. Debido a que la presin hidrosttica de una columna de lodo aumenta con
la profundidad, la presin de colapso sobre el revestidor es mxima en el fondo y
nula en superficie.
PRESIN HIDROSTTICA es la presin que se ejerce en el interior de un lquido,
como consecuencia de su propio peso. La presin hidrosttica (p) que soporta un
punto de un lquido es directamente proporcional al valor de la gravedad (g), a la
densidad (d) del lquido y a la profundidad (h) a la que se encuentra p=dgh
Cualquier punto de un lquido soporta una presin que depende de la altura de la
columna de lquido que queda por encima.
22
PRESIN DE PORO DE LA FORMACIN est definida como la presin que
acta en los fluidos contenidos en los poros de la roca. Se clasifica en: presin
normal de formacin y presin anormal de formacin.
RATA DE PENETRACIN (ROP) es la velocidad a la cual la broca de perforacin
rompe la roca para profundizar el pozo. Se expresa en pies por minuto metros
por hora, aunque algunas veces es expresada en minutos por pie.
VENTANA OPERACIONAL DE LODO es el rango en el cual puede variar el peso
del fluido de perforacin.
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RESUMEN
TITULO: ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIN DE LA TCNICA DE PERFORACIN UNDERBALANCE EN LOS CAMPOS ASTILLA Y APIAY
*.*
AUTORES: LOZANO SALAZAR Viera Carolina RIVAS HOYOS Diego Armando
**
PALABRAS CLAVES: Perforacin Underbalance, ventana operacional de lodo, estabilidad de pozo, prdidas de circulacin, campo Apiay, campo Castilla. RESUMEN A lo largo de la historia, la industria petrolera ha permanecido en la constante bsqueda de mejoras y optimizaciones para la mitigacin de problemas operacionales y tiempos no productivos durante las operaciones de perforacin, que de alguna manera, se asocian a problemas de inestabilidad de pozos y geomecnica en general. La perforacin underbalance se ha convertido en una alternativa interesante para solucionar diferentes complicaciones que se presentan durante las operaciones convencionales y, a su vez, generar ingresos considerables por los incrementos en produccin, a pesar de ser una tcnica que implica un costo inicial alto. Sin embargo, no todos los pozos son aptos para efectuar este tipo de operaciones, por lo cual, es necesario realizar un buen estudio de factibilidad. En el presente trabajo se describe cmo los campos Castilla y Apiay, pertenecientes a la cuenca de los Llanos Orientales, exhiben problemticas que incurren en el dao a la formacin y, por consiguiente a la minimizacin de la produccin, y que deben ser controladas o aminoradas mediante la utilizacin de tcnicas de perforacin underbalance. Estos campos son estudiados detalladamente, teniendo en cuenta la severidad de los problemas operacionales, las propiedades fsicas, petrofsicas y estabilidad de pozos para evaluar la factibilidad tcnica de aplicar esta tecnologa en zonas estratgicas seleccionadas para controlar el problema. Por otra parte, se presenta la valoracin de costos representados tanto por la inversin del proyecto como por el incremento en productividad.
* Trabajo De Grado
** Universidad Industrial de Santander. Facultad De Ingenieras Fisicoqumicas; Escuela De
Ingeniera De Petrleos. Directores. Ing. Jaime Alberto Loza Castillo. Ing. Diego Fernando Surez
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ABSTRACT TITLE: FEASIBILITY STUDY FOR THE IMPLEMENTATION OF UNDER-BALANCED DRILLING TECHNIQUE IN CASTILLA AND APIAY FIELDS
*
AUTHORS: LOZANO SALAZAR Viera Carolina RIVAS HOYOS Diego Armando
**
KEYWORDS: Underbalanced drilling, mud weight window, wellbore stability, lost circulation, Apiay field, Castilla field. ABSTRACT Throughout history, the oil industry has been searching constantly for improvements and optimizations for mitigation of operational problems and non-productive times during drilling operations, which are somehow related to wellbore instability problems and geomechanics in general. Underbalanced drilling has become the most interesting choice to solve different complications presented while conventional drilling and, at the same time, generate significant revenue for production increases, despite this technology implies high initial costs. However, not all of the wells are suitable to go through with such operations, therefore, it is necessary to bring off a good feasibility study. The present project describes how Castilla and Apiay fields, belonging to the Llanos Orientales basin, show some issues that concern to formation damage and other different problems, which leads to minimize production. These issues must be controlled or mitigated by using underbalanced drilling technics. Fields are studied in detail, taking into account the severity of the operational problems, physical and petrophysical properties and wellbore stability to evaluate the technical feasibility to implement this technology in strategic zones previously selected to control the problem. On the other hand, this work describes the assessment of costs represented by both, the project investment and the increase in productivity.
* Project Degree
** Universidad Industrial de Santander PHYSICO-CHEMICAL ENGINEERING FACULTY;
PETROLEUM ENGINEERING SCHOOL. Directores. Ing. Jaime Alberto Loza Castillo. Ing. Diego Fernando Surez
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INTRODUCCIN
La perforacin sub-balanceada es tan antigua como la industria del petrleo. Los
primeros pozos eran perforados con equipos con cables sin el beneficio de la
presin hidrosttica que ejerce la columna de fluido. El resultado era
esencialmente no daar la formacin expuesta y proteger la productividad. En el
comienzo de la industria petrolera, un medio en particular de perforacin sub-
balanceada, la perforacin con aire, fue surgiendo tambin como una mejora en el
uso de las tcnicas convencionales en aquel entonces. La perforacin
underbalance es una tecnologa importante, disponible para ser aplicada en un
rango de operaciones. A medida que su aceptacin crece y se difunde
internacionalmente, las cuestiones de ingeniera, costos y logstica resolvern
permitir el uso de este desarrollo tan importante, al punto de llegar a ser tan
aceptable como lo fue la perforacin horizontal en los aos 80s1.
El incremento en la demanda de energa y los costos de la misma han hecho que
la tecnologa de perforacin evolucione con los aos, conduciendo a la industria
del petrleo a perforar zonas que no fueron consideradas anteriormente debido a
restricciones econmicas y tecnolgicas. No obstante la mayora de operaciones
de perforacin son una fuente potencial de dao a la productividad del pozo,
prdidas de circulacin, pegas diferenciales y otros problemas relacionados a la
perforacin convencional. Cuando se disea y ejecuta apropiadamente, la tcnica
de perforacin underbalance minimiza estos problemas asociados, lo cual permite
apreciar beneficios adicionales.
La perforacin Underbalance (UBD) es una de las tecnologas que favorece a la
industria en su apetencia por nuevos horizontes de exploracin y produccin de
1 GEDGE, B., 1999. Underbalanced Drilling gains acceptance in Europe and the International Arena, 1999.
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aceite y gas. Aunque la tecnologa fue considerada peligrosa para la salud de los
trabajadores, durante la perforacin de los primeros pozos, la perforacin
underbalance ha evolucionado en trminos de seguridad y tecnologa durante los
ltimos 100 aos, de modo que la industria dej de considerar sus operaciones
como inseguras. Con esta perspectiva en mente, el concepto de Perforacin
Underbalance o UBD es desarrollado y aplicado satisfactoriamente en
operaciones de perforacin on-shore y off-shore. Sin embargo, existe una
constante necesidad de innovacin y desarrollo para que tal tecnologa contine
siendo prometedora2.
2 Underbalanced Drilling Manual published by Gas Research Institute, Chicago, Illinois, 1997.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Realizar un estudio de factibilidad para verificar la posibilidad de implementacin
de la tecnologa de perforacin underbalance en los campos Castilla y Apiay.
OBJETIVOS ESPECFICOS
Identificar y reconocer la aplicacin de operaciones sub balanceadas,
teniendo en cuenta la obtencin de condiciones requeridas, los beneficios y
desventajas proporcionados por la tcnica, la seleccin del tipo de fluido y
sus implicaciones y los equipos necesarios para su implementacin.
Estudiar los parmetros requeridos para seleccionar pozos candidatos para
la aplicacin ptima de operaciones bajo balance; con el propsito de
minimizar los problemas ocasionados por el uso de tcnicas de perforacin
convencionales.
Analizar la informacin proveniente de los campos en estudio, tal como
datos litolgicos, diferentes tipos de registros, historia de perforacin, datos
de productividad, entre otros.
Realizar un anlisis de viabilidad tcnica y econmica de la tecnologa de
perforacin underbalance para los campos en estudio, teniendo en cuenta
estimacin de costos de perforacin y estimacin de incremento en
productividad.
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JUSTIFICACIN
La tecnologa de perforacin ha evolucionado con los aos, y las principales
razones que justifican su avance son tanto el incremento en la demanda de
energa (aceite y gas) como el incremento en el costo de la misma. Estas
razones han conducido a la industria del petrleo a perforar zonas que no fueron
consideradas anteriormente debido a restricciones econmicas y tecnolgicas.
Actualmente, la exploracin y produccin de hidrocarburos se enfocan cada vez
ms a promover la implementacin de nuevas metodologas para minimizar
problemas y costos. La implementacin de la tcnica de perforacin
Underbalance se ha incrementado en los ltimos aos en todo el mundo, debido a
sus grandes ventajas respecto a las operaciones convencionales, principalmente
la reduccin del dao a la formacin, siendo ste uno de los factores ms
importantes en la capacidad de produccin de un pozo de petrleo.
Debido a que sta tecnologa no se ha desarrollado ampliamente en Colombia, es
necesario llevar a cabo una investigacin que demuestre las probabilidades de
aplicacin de la tcnica UBD en ciertos campos nacionales con el fin de establecer
bases para nuevas proyectos asociados a ste tipo de perforacin.
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ANTECEDENTES
EXPERIENCIA CUSIANA-CUPIAGUA
Hogg 1997, present un estudio en el Piedemonte llanero, en donde fue
desarrollada la tecnologa UBD para remediar los inconvenientes de la perforacin
convencional y preparar una estrategia que se aplicase a las condiciones de tales
formaciones. La tcnica fue aplicada a dos pozos de los campos Cusiana y
Cupiagua:
Pozo 1: ste pozo posee una geologa de superficie que consiste en grandes
rocas areniscas y shales de 12 a 15 pies de dimetro y de gran dureza. Para
perforar este pozo se utiliz como fluido de perforacin, lodo aireado y se
complet con espuma en el momento en que la seccin de conglomerados fue
perforada.
Se perfor con espuma seca, con tubera de 17-1/2, hasta que las corrientes de
agua y gas se encontraron; enseguida se cambi el fluido a espuma hmeda
debido a que exista la percepcin de que el hueco erosionaba debido a las altas
velocidades que se tena en el anular. En el momento en que se estaba
perforando con espuma, el motor se atasc debido a un error humano; sin
embargo, el pozo se mantuvo estable sin colapsar. Despus de superado el
incidente, se sigui utilizando ste fluido hasta el caoneo. Luego, se utiliz la
tcnica convencional para mantener la presin.
Pozo 2: Se perfor con espuma seca obteniendo una ROP siete veces mayor de
la normal. En este pozo hubo problemas con el diseo, debido al efecto de asfixia
causado por las lneas de transmisin; se tuvo atascamiento de la tubera a 17-
1/2 y al momento de pescar, se presentaron problemas. Debido a esto, se
cambi a la perforacin convencional, lo cual hizo que la seccin que se haba
30
previsto perforar en cinco das se perforara en doce. Debido a que no se tenan
los recursos para perforar con espuma, se utiliz entonces nitrgeno, usando
motores de alta velocidad para obtener una buena limpieza del pozo, con lo cual
se obtuvieron buenos resultados en la ROP, ya que aument de 3 a 4 veces.
CASO DE ESTUDIO: OPERACIN UNDERBALANCE INSATISFACTORIA
Saponja, 1996, describi un pozo vertical perforado con la tecnologa UBD con
nitrgeno y agua, a 706 ft3/min y 3,8 BPM respectivamente. El influjo de gas
comenz a 6970 ft y rpidamente se increment a 2,3 MMSCF/D. Al mismo
tiempo, la presin de fondo decay de 2030 a 1305 psi, puesto que el sistema
estuvo en el rgimen hidrostticamente dominado. La perforacin continu pero
sta fue ineficiente, debido a que el influjo de gas de la formacin habra permitido
tasas de nitrgeno ms bajas. ste ejemplo indica claramente la importancia de la
prediccin del comportamiento de influjo del yacimiento Inflow Performance
Relationships (IPR). En sta instancia, el influjo de gas en fondo de pozo se
reducira en casi 60% si la presin de fondo se hubiese mantenido a 2030 psi.
Saponja, 1996, estableci:
La perforacin underbalance ha sido insatisfactoria en algunos
yacimientos/pozos. Sin embargo, el repaso de los procesos operacionales
y los sistemas de circulacin revelaron que se utilizaron fluidos de
perforacin incompatibles y que se alcanz la condicin overbalance
durante las conexiones de la sarta de perforacin.
Un diseo apropiado del sistema de circulacin no permite tasas extremas
de influjo en el yacimiento o altas presiones anulares en la superficie.
El fluido multi-fase pude permitir la perforacin a cualquier gradiente de
presin.
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EXPERIENCIA EN LA CUENCA CANADIENSE WILLISTON
Rehm 2001, report en su artculo cmo Pan Canadian Petroleum Limited
emprendi un programa de perforacin UBD usando inyeccin de nitrgeno en la
tubera de perforacin a comienzos de los 90s. Las conclusiones que surgieron
del anlisis de ms de 120 pozos horizontales perforados underbalance incluyen:
Si el diseo es adecuado, la perforacin underbalance puede ser usada
efectivamente para reducir el dao a la formacin e incrementar la
productividad en pozos horizontales perforados sub-balanceadamente o en
yacimientos depletados.
La acumulacin de lquidos y slidos en el anular fue la principal causa de
incrementos de presin, los cuales resultaron en episodios peridicos de
condiciones overbalance. Se requiri cido para remover los finos de
perforacin incrustados en la formacin durante tales incidentes.
Mediante la utilizacin del Measurement While Drilling (MWD)
electromagntico y cambiando los parmetros de operacin, se pueden
reducir los incrementos de presin, resultando en aumentos significativos
en la productividad del pozo.
Ms de 550 pozos horizontales y ms de 300 verticales han sido completados
underbalance en Canad. sta tecnologa ha sido aplicada a ms de 25 pozos en
la cuenca Williston. sta cuenca tiene una porcin en los Estados Unidos.
Algunos casos se mencionan a continuacin:
Bottineau Co., North Dakota. Dos pozos asistidos por nitrgeno fueron
perforados en un yacimiento de carbonatos, depletado, de 150F y alta
permeabilidad. Para el primer pozo se utiliz una sarta parasite string con pulsos
de Measurement While Drilling (MWD) utilizando nitrgeno y lodo. El diseo de
ste pozo requera perforar 100 psi overbalance para controlar el influjo de fluidos
32
de formacin. Las prdidas de fluido en la formacin se redujeron en un factor de
10 respecto de los pozos anteriores, los cuales fueron perforados 600 psi
overbalance. El segundo pozo fue perforado utilizando Drillpipe Injection y
equipos de generacin de nitrgeno con procedimientos Wet-Connect. No hubo
presencia de H2S, como tampoco se presentaron problemas de corrosin y
Scaling (incrustaciones) en el pozo.
Ward Co., North Dakota. Un pozo horizontal fue perforado underbalance en un
yacimiento depletado a 160F. El rango de contenido de H2S oscilaba entre 2-4%
y el corte de agua promedio era de 70% con formacin de salmuera de 9,8 ppg.
El pozo fue perforado utilizando Drillpipe Injection, generacin de nitrgeno y
sistema Wet-Connect. Aun cuando la concentracin de oxgeno en el nitrgeno
era menor al 2% y el programa qumico utilizado fue hostil, no fue posible controlar
efectivamente la corrosin y el scaling.
Fallon Co., MT and Bowman Co., North Dakota. Ms de 25 pozos han sido
perforados en sta rea utilizando gas asistido. Una bomba criognica de alta
presin fue utilizada para inyectar Nitrgeno 99,8% puro a travs de una parasite
string de 1,5 para establecer la circulacin de Nitrgeno/agua fresca. Los
compresores de aire se utilizaron para re-inyectar nitrgeno durante la operacin y
en caso de requerirse producto adicional, se tenan como suplentes una bomba de
alta presin y un contenedor de nitrgeno. ste mtodo redujo los requerimientos
de nitrgeno de 5-10. La reduccin del contenido de oxgeno a menos de 2%, el
cambio de sarta a tipo parasite string, y el programa de tratamiento qumico
continuo, permiti el uso de una unidad de membrana de nitrgeno. Se utiliz gas
natural en vez de nitrgeno en reas donde era econmico sustituir mediante una
tubera temporal.
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Lecciones aprendidas de estos casos:
La perforacin underbalance por inyeccin de nitrgeno puede ser un
mtodo efectivo para maximizar la produccin en pozos horizontales de
baja permeabilidad si se toman todas las precauciones para permanecer
en la condicin underbalance. Si en cualquier momento se alcanza la
condicin sobre-balance, las ventajas de la perforacin underbalance
quedan invalidadas.
Las concentraciones de oxgeno superiores al 2% causan corrosin
excesiva en la cuenca Williston.
La inyeccin de nitrgeno (Drillpipe Injection), es el mtodo ms efectivo
cuando es posible la MWD electromagntica.
A pesar de los costos adicionales y el tiempo (comparado con el Drillpipe
Injection), la inyeccin de nitrgeno a travs del parasite string es un
mtodo preferible cuando no es posible la MWD electromagntica.
Se debe realizar un modelamiento in situ para optimizar las tasas de
nitrgeno e inyeccin de fluidos con el fin de reducir costos y evitar la
condicin overbalance.
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1. GENERALIDADES DE LA PERFORACIN UNDERBALANCE
La mayora de los pozos de aceite y gas natural son perforados mediante la
utilizacin de tcnicas rotatorias, en las cuales, una broca disgrega la roca en la
base del pozo y un fluido de perforacin es bombeado hacia el fondo. A medida
que fluye sobre el fondo del pozo, el fluido de perforacin barre los cortes y los
remueve hacia la superficie.
En operaciones de perforacin convencional el fluido de perforacin cumple varios
objetivos, entre ellos, estabilizar el pozo, lubricar y refrigerar la broca, y el ms
importante controlar los fluidos de formacin. La composicin y propiedades del
fluido de perforacin se seleccionan para asegurar que la presin del fluido en el
pozo exceda la presin de poro de la formacin perforada en aquellas
profundidades donde la formacin est abierta al pozo, es decir, las formaciones
productoras. En sta situacin de overbalance, la presin del lodo previene el
influjo de fluidos de formacin hacia el hueco durante la perforacin, pero, existe
un flujo de fluidos desde el pozo hacia la roca que lo rodea. Algunos aditivos se
aaden al lodo para restringir ste flujo, mediante la depositacin de una torta de
filtrado de baja permeabilidad en la pared del pozo y en los poros y fracturas
adyacentes al pozo.
En operaciones de perforacin underbalance, la presin ejercida por la columna
hidrosttica del fluido de perforacin es mantenida intencionalmente por debajo de
la presin de poro de la formacin en la seccin del pozo a hueco abierto. Como
resultado, los fluidos de formacin fluyen hacia el pozo cuando se penetran
formaciones permeables durante la perforacin underbalance. Por sta razn, se
requieren equipos especiales y procedimientos para controlar el influjo de fluidos
35
durante las operaciones. No obstante, la perforacin sub-balanceada ofrece
varios beneficios sobre las tcnicas de perforacin convencionales3.
Figura 1. Diferencias entre Perforacin Convencional y Under-balanced
Fuente: Edge Advantage International Ltd. 2002
1.1 OBJETIVOS DE LA PERFORACIN UNDERBALANCE
Los objetivos de la perforacin underbalance pueden agruparse en dos categoras
principales:
Maximizar la recuperacin de hidrocarburos.
Minimizar los problemas ocasionados por perforacin convencional4.
3 Underbalanced Drilling Manual published by Gas Research Institute, Chicago, Illinois, 1997. 4 GEDGE, B., 1999. Underbalanced Drilling gains acceptance in Europe and the International Arena, 1999.
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La respuesta a la pregunta Por qu perforar con la tcnica UBD? Es que sta
puede aumentar los beneficios financieros en la perforacin del pozo. Este
mejoramiento puede provenir de una variedad de diferentes factores que reducen
los costos de perforar un pozo o de incrementar su productividad una vez
perforado.
1.1.1 Incremento de la Rata de Penetracin (ROP)
Las operaciones de perforacin underbalance exhiben incrementos significativos
de la ROP con respecto a las aplicaciones convencionales overbalance, debido a
que la presin en la cabeza de la broca disminuye. Esto puede reducir
significativamente el tiempo de perforacin en secciones horizontales, mejorar la
vida de la broca y minimizar costos de perforacin.
La figura 2 muestra una comparacin de las ratas de penetracin cuando se
utilizan dos fluidos de perforacin diferentes, a saber, lodo y gas. Es claro que la
ROP es considerablemente alta cuando se utiliza gas como fluido de perforacin,
comparada con la del lodo (overbalance)5.
Figura 2. Perforacin con Gas vs. Perforacin con Lodo
Fuente: RAFIQUE, M. A., 2008
5 RAFIQUE, M. A. Underbalanced Drilling: Remedy for Formation-Damage, Lost-Circulation and Other Related Conventional-Drilling Problems, 2008
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El cambio en la ROP variar segn el tipo de tcnica sub-balanceada utilizada y
segn el tipo de roca. Si la perforacin convencional brinda altas tasas de
penetracin o si el intervalo a ser perforado es relativamente corto, la perforacin
underbalance no reducir suficientemente el rig time para pagar por el equipo
adicional involucrado.
A menudo se afirma que una reduccin de la presin diferencial en fondo del pozo,
incrementar la ROP. El cambio de perforacin overbalance a underbalance
cambia la presin diferencial de positiva a negativa, por lo tanto, se espera un
aumento en la rata de penetracin. Esta es una simplificacin excesiva, pues, no
tiene en cuenta algunos aspectos fundamentales de cmo la presin en fondo de
pozo influencia la respuesta de perforacin en rocas permeables y shales. En
rocas permeables, la presin diferencial positiva entre el fluido de perforacin en el
wellbore y la formacin adyacente reduce la ROP. Esta presin diferencial
representa un esfuerzo de confinamiento, el cual acta sobre la roca que est
siendo perforada. En la mayora de areniscas y carbonatos, aumentar la presin
de confinamiento incrementa la resistencia al corte. Las operaciones de
perforacin underbalance exhiben incrementos significativos de la ROP con
respecto a las aplicaciones convencionales overbalance, debido a que la presin
en la cabeza de la broca disminuye. Esto puede reducir significativamente el
tiempo de perforacin en secciones horizontales, mejorar la vida de la broca y
minimizar costos de perforacin6.
6 Underbalanced Drilling Manual published by Gas Research Institute, Chicago, Illinois, 1997
38
1.1.2 Incremento de la Vida de la Broca
Regularmente se afirma que la vida de la broca se incrementa cuando se utilizan
fluidos livianos en vez de los lodos de perforacin convencionales. La perforacin
underbalance remueve el confinamiento de la roca impuesto por la presin
overbalance. Esto debe disminuir el esfuerzo aparente de la roca y reducir el
trabajo que se debe efectuar para perforar cierto volumen de roca. Es razonable
que ste aumento en la eficiencia de perforacin incremente, a su vez, la cantidad
de hueco que puede ser perforado antes de que la broca alcance su estado crtico.
1.1.3 Minimizacin de las Prdidas de Circulacin
Durante la perforacin convencional, las prdidas de circulacin afectan
negativamente las operaciones en tres formas:
Incrementan el precio de la operacin debido al atraso en entregas de
fluido.
Se eleva el costo final del fluido debido a la prdida.
Daos potenciales adicionales a la formacin7.
Las prdidas de circulacin ocurren cuando el fluido de perforacin entra en la
formacin antes de que ste regrese a la superficie (Figura 3). Estas han sido
caracterizadas como el mayor problema de perforacin, ya que, puede involucrar
el influjo de lodo hacia las zonas altamente permeables y/o abrir fracturas o
cavidades que interceptan el wellbore. Esto se presenta principalmente en zonas
con altas permeabilidades, ms frecuentemente, en formaciones naturalmente
7 TERN, Claudia P. Acoplamiento de un Modelo de Flujo de Fluidos y Geomecnica con el Anlisis de Estabilidad Mecnica de Pozos en Yacimientos Naturalmente Fracturados. Aplicacin a un Caso
Colombiano Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga 2006.
39
fracturadas o con fracturas inducidas por la presin excesiva del fluido de
perforacin.
Las prdidas de circulacin pueden representar altos costos durante la perforacin
convencional, pues, el fluido perdido debe ser reemplazado y las prdidas deben
mitigarse, mediante la adicin de controladores de filtrado al lodo. La perforacin
underbalance elimina el esfuerzo fsico ejercido por el lodo hacia la formacin, por
lo tanto, sta tcnica previene los problemas de prdidas de circulacin (Figura 4).
Esto no quiere decir que las prdidas de circulacin no puedan ocurrir; es posible
que se presenten prdidas en el momento en que la presin del pozo exceda la
presin de poro de la formacin, lo cual indica, que el solo hecho de utilizar un
fluido liviano no garantiza la condicin bajo balance8.
Figura 3. Prdidas de Circulacin Durante la Perforacin Convencional
Fuente: RAFIQUE, M. A., 2008
8 Underbalanced Drilling Manual published by Gas Research Institute, Chicago, Illinois, 1997.
40
Figura 4. Prevencin de las Prdidas de Circulacin Durante la Perforacin Underbalance
Fuente: RAFIQUE, M. A., 2008
1.1.4 Reduccin de la Pega Diferencial
En un pozo perforado convencionalmente, la torta de filtrado se forma en las
paredes del pozo, por la depositacin de slidos cuando el lquido fluye hacia
zonas permeables, debido a la presin overbalance. Si la sarta de perforacin se
ve empotrada en la torta de filtrado, la presin diferencial entre el pozo y el fluido
en la torta de filtrado, acta sobre un gran rea, de manera que la fuerza axial
requerida para mover la sarta puede exceder su capacidad de tensin como se
puede apreciar en la figura 5. A ste fenmeno se le denomina pega diferencial.
Al perforar con la tecnologa UBD, no existir torta de filtrado ni presin que acte
para asegurar la tubera. Por otro lado, sta tcnica no puede eliminar la
posibilidad de pegas de tubera que sean causadas por otros mecanismos, como
se ver ms adelante en las limitaciones de la tcnica.
41
Figura 5. Descripcin Pega Diferencial
Fuente: Oilfield Glosary Schlumberger
1.1.5 Disminucin del Dao a la Formacin
El dao a la formacin es la reduccin de la permeabilidad de una zona/formacin
productora y, por lo tanto, de la productividad del pozo. El trmino Skin Effect es
usado para connotar el dao o cilindro de permeabilidad reducida en el pozo.
Existen dos fenmenos que pueden cambiar la permeabilidad de la roca. El
primero es el cambio de porosidad, debido al hinchamiento de las arcillas o
depositacin de slidos en el espacio poroso. El otro es el taponamiento de las
gargantas de poro, causado por materia orgnica e inorgnica. El dao a la
formacin puede ocurrir cuando lquidos, slidos o ambos entran en la formacin
durante la perforacin; generalmente, el lodo es la principal fuente de tales
contaminantes9.
9 BENNION, D. B., THOMAS F.B., BIETZ R.F., BENNION D.W. Underbalanced Drilling: Praises and Perils, 1998.
42
Si la presin ejercida por el fluido de perforacin en el pozo es inferior a la presin
de poro, el esfuerzo causante de la penetracin de material hacia la formacin es
eliminado, aunque, en algunas circunstancias, las diferencias de potencial qumico
entre los fluidos de perforacin y formacin pueden causar filtrados en contra del
gradiente de presin. Sin embargo, existen muchos ejemplos de pozos perforados
bajo balance, que experimentaron una mayor productividad que aquellos que
fueron perforados convencionalmente.
Los tipos de dao a la formacin que pueden ser mitigados por la perforacin
underbalance son los siguientes:
Interaccin entre el fluido de circulacin y el fluido del yacimiento
Interaccin entre el fluido de circulacin y la formacin
Formacin de incrustaciones, sedimentos y emulsiones
Interaccin entre agua y lutitas-arcillas
Introduccin de slidos en los poros de la formacin
Migracin de partculas debido al gradiente de alta presin en el pozo
Reduccin de la permeabilidad por adsorcin qumica10
1.1.6 Produccin Temprana
Cuando un pozo es perforado bajo balance, la produccin de hidrocarburos puede
comenzar tan pronto como la zona productora sea penetrada. Con los equipos y
facilidades de superficie apropiados, es posible recolectar el aceite mientras se
est perforando. Algunos pozos underbalance, han comenzado la produccin
antes de que las operaciones de perforacin hayan finalizado11.
10 TERN, Claudia P. Acoplamiento de un Modelo de Flujo de Fluidos y Geomecnica con el Anlisis de Estabilidad Mecnica de Pozos en Yacimientos Naturalmente Fracturados. Aplicacin a un Caso
Colombiano Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga 2006. 11 Underbalanced Drilling Manual published by Gas Research Institute, Chicago, Illinois, 1997
43
1.2 BENEFICIOS Y LIMITACIONES DE LA TCNICA UBD
Esta tcnica presenta un gran nmero de ventajas que favorecen las operaciones
en casos en los cuales la perforacin convencional no es prctica; sin embargo, se
deben evaluar frente a la inversin inicial del proyecto.
1.2.1 Ventajas
Los principales beneficios que ofrece la tecnologa UBD respecto a la perforacin
convencional son los siguientes:
Incremento en la rata de penetracin ROP.
Incremento de la vida til de la broca.
Reduccin de la probabilidad de pega diferencial.
Disminucin de las prdidas de circulacin durante la perforacin.
Evaluacin temprana de formaciones productoras y reduccin de costos de
pruebas de productividad.
Reduccin del dao a la formacin.
Produccin temprana.
Beneficios ambientales.
Mejoramiento de la seguridad.
Aumento de la productividad del pozo.
Menor necesidad de tratamientos de estimulacin.
Otras ventajas a tener en cuenta:
Reduccin de costos en volmenes de fluido de perforacin.
Disminucin de enmascaramientos de zonas productoras.
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Posibilidad de realizar pruebas de flujo durante la perforacin en
condiciones seguras y rpidas.
Aprovechamiento de los hidrocarburos producidos durante la perforacin.
Reduccin de tiempos en la perforacin de zonas de extrema dureza.
Facilidad de acceder al Nitrgeno (como gas inerte) en cualquier locacin.
Bajos costos de produccin in situ de Nitrgeno.
La tcnica es exitosa en yacimientos depletados y naturalmente
fracturados.
1.2.2 Limitaciones
Adems de los beneficios que se presentan anteriormente, existen limitaciones
tcnicas y econmicas para las operaciones de perforacin underbalance.
Carden, 1993, report que en los Estados Unidos, la inestabilidad del pozo y el
influjo de agua, fueron las dos principales razones para finalizar las operaciones
de perforacin con aire. Otros de los factores tcnicos que restringen la
perforacin underbalance incluyen incendios en fondo de pozo, dificultades con la
perforacin convencional, y excesiva produccin de hidrocarburo.
1.2.2.1 Inestabilidad del Pozo
En operaciones de perforacin convencionales, el exceso de presin en el pozo
sobre la presin de poro de la formacin provee un grado de soporte a las paredes
del hueco. En la perforacin underbalance hace falta ste soporte; a medida que
el grado de bajo balance se incrementa, mayor es la tendencia de inestabilidad del
pozo.
Al igual que en la perforacin convencional, la inestabilidad del pozo puede darse
por mecanismos mecnicos o qumicos, los cuales pueden intensificarse con la
perforacin underbalance. Cualquiera que sea el mecanismo fundamental, la
45
inestabilidad del pozo puede resultar en la pega de la sarta en el fondo del hueco.
Los fragmentos de roca demasiado grandes para ser levantados por el fluido de
perforacin, pueden caer y acumularse, o de otra manera, la formacin puede
hincharse y terminar en una pega de tubera.
En operaciones de perforacin convencionales, el exceso de presin en el pozo
sobre la presin de poro de la formacin provee un grado de soporte a las paredes
del hueco. En la perforacin underbalance hace falta ste soporte; a medida que
el grado de bajo balance se incrementa, mayor es la tendencia de inestabilidad del
pozo. Esta limitante es principalmente influenciada por los esfuerzos in situ
predominantes, los esfuerzos de formacin, la presin actual de yacimiento y la
geometra del pozo. En general, sta tcnica puede implementarse en
formaciones ms viejas, duras y competentes, que tengan los esfuerzos
suficientes para permitir la perforacin con aire seco, sin los problemas de
inestabilidad de pozo.
La inestabilidad inducida qumicamente puede tener lugar al perforar formaciones
con alto contenido de arcillas sensibles al agua. Estas deberan deshidratarse con
el uso de un fluido de perforacin en fase gaseosa; pero, por el contrario, dichas
arcillas absorben agua de la fase acuosa presente en el pozo cuando se utiliza
niebla, espuma o lquidos aireados como fluidos de perforacin. En tal caso, el
cambio en el contenido de agua de la arcilla induce esfuerzos adicionales en la
regin cercana al pozo, lo cual, puede desestabilizarlo12.
1.2.2.2 Influjo de Agua
El influjo de agua puede impedir la perforacin underbalance por varias razones.
Cuando se perfora con gas, el agua puede humedecer los cortes de perforacin
en el fondo del pozo causando la pega y acumulacin de los mismos en la sarta y
en las paredes del hueco. Esta acumulacin de cortes es denominada anillos de
12 Underbalanced Drilling Manual published by Gas Research Institute, Chicago, Illinois, 1997
46
lodo. Si un anillo de lodo no es detectado y controlado, ste puede crecer a tal
punto de entrampar la sarta. Paradjicamente, la adicin de agua al fluido de
circulacin puede controlar la formacin de este fenmeno, saturando los cortes y
previniendo que se adhieran unos a otros. Por esta razn, es normal hacer el
cambio de perforacin con gas seco a perforacin con niebla cuando ocurre el
influjo de agua. Sin embargo, este problema puede ser mitigado mediante la
utilizacin de un adecuado fluido de perforacin.
1.2.2.3 Incendios en Fondo de Pozo.
Los Downhole Fires, ms apropiadamente llamados explosiones en fondo de
pozo, no son muy frecuentes pero sus consecuencias son impresionantes tanto
los drill collars como la broca pueden fundirse o consumirse en llamas. Para que
el fuego ocurra, la composicin del hidrocarburo y la mezcla de aire debe
encontrarse en un rango inflamable; as como tambin, debe existir un mecanismo
de ignicin tal como un anillo de lodo, una chispa en fondo de pozo, o un pequeo
hueco o washout en la sarta de perforacin. Estos incendios pueden evitarse
mediante la utilizacin de fluidos de perforacin no inflamables, tal como espumas,
que aslan el aire en burbujas separadas e impide la combustin13.
1.2.2.4 Produccin Excesiva de Hidrocarburo
Los asuntos de control de pozo no son fundamentalmente una limitacin de la
perforacin underbalance. Durante este tipo de perforacin, los fluidos contenidos
en la formacin fluyen hacia el pozo, y tal influjo no se previene como en la
perforacin convencional, por lo cual, se requieren otro tipo de prcticas y
procedimientos para controlar el pozo. En la mayora de las circunstancias, los
equipos de superficie apropiados pueden contener y controlar los fluidos
producidos mientras se perfora bajo balanceadamente. Las altas tasas de
produccin de hidrocarburos y las altas presiones son deseables desde el punto
de vista de rentabilidad del pozo a largo plazo. Sin embargo, stas pueden
13 Underbalanced Drilling Manual published by Gas Research Institute, Chicago, Illinois, 1997.
47
impedir, o al menos complicar, algunas operaciones de la perforacin
underbalance. Los equipos de superficie deben ser capaces de manejar con
seguridad la mxima tasa de produccin, y a su vez, ser capaces de contener la
mxima presin probable en superficie, la cual podra ser de gran relevancia. Si
se encuentran tasas de produccin excesivas deber haber otra alternativa que
matar el pozo y cambiar a perforacin sobre balance14.
1.2.2.5 Factores Econmicos
Si bien puede ser posible tcnicamente realizar un proyecto de perforacin
underbalance en un pozo, puede que no siempre sea econmicamente viable.
Los factores relacionados con costos efectivos que pueden imposibilitar la
perforacin underbalance incluyen grandes influjos de agua, altas tasas de
penetracin o productividad con tcnicas de perforacin convencionales, y
logstica local.
En muchas locaciones, las restricciones ambientales hacen que la disposicin de
agua producida sea costosa. Con grandes influjos de agua, los costos por
disposicin pueden anular cualquier reduccin de costos asociados a la
perforacin underbalance.
El incremento en ROP debido a la perforacin bajo balanceada no siempre reduce
los costos de la operacin. Si la ROP obtenida con la perforacin convencional ya
es lo suficientemente alta (por ejemplo, 50 ft/hr o ms) o si la perforacin
underbalance va a ser llevada a cabo slo en un pequeo intervalo, el tiempo de
perforacin total para dicho intervalo no podr reducirse lo suficiente como para
pagar por la movilizacin adicional y los costos diarios asociados a los equipos
utilizados en la perforacin underbalance.
14 Underbalanced Drilling Manual published by Gas Research Institute, Chicago, Illinois, 1997
48
Similarmente, si la productividad del pozo perforado convencionalmente es alta,
los incrementos no sern muy significativos al utilizar UBD. Por el otro extremo,
existen muchos yacimientos de baja permeabilidad, que aunque no poseen dao,
deben estimularse mediante el fracturamiento hidrulico incluso si se perfora bajo
balance (Asumiendo altas ROP durante la perforacin convencional).
Finalmente en algunas reas, puede ser antieconmico perforar bajo balance si
los equipos y materiales requeridos, tales como compresores, elevadores de
presin, agentes espumantes, etc., no estn disponibles localmente y el costo de
su movilizacin o transporte excede los beneficios de la perforacin UBD.
Otras desventajas y riesgos de la tecnologa son los siguientes:
Control de pozo.
Retornos de fluidos a altas velocidades, necesidad de un equipo altamente
entrenado.
Presencia viva de los fluidos de perforacin en superficie, especialmente
Sulfuro de Hidrgeno y gases corrosivos. Corrosin en las lneas de flujo.
Presencia de tres fases de fluido en el pozo, acarrea limpieza deficiente.
Riesgo de alcanzar la condicin de sobre balance.
Restriccin en la capacidad de manejo de retornos en superficie, zonas de
altas permeabilidades.
Pueden existir zonas en las cuales sea difcil de alcanzar la condicin bajo
balance.
Incompatibilidad con equipos convencionales.
Drenaje gravitacional en pozos horizontales.
49
1.3 SISTEMAS DE FLUIDOS DE PERFORACIN UNDERBALANCE
Una amplia variedad de sistemas de fluidos han sido utilizados en operaciones
bajo balance, incluyendo aire, mist (niebla), espuma, fluidos gasificados y fluidos
lquidos. Basados en la presin de poro de la formacin y en la profundidad, se
debe realizar una seleccin preliminar de los sistemas de fluidos de perforacin.
Los fluidos utilizados en UBD se dividen en tres grupos:
Una fase Gas
Dos fases Gas + Lquido / Lquido + Gas
Una fase Lquido
La seleccin del fluido de perforacin apropiado es crucial para la aplicacin de
una operacin exitosa, as como la seleccin de cada una de sus fases, cuando se
requiere un fluido de perforacin multifase. Cualquiera que sea el fluido
seleccionado debe ser evaluado en base a sus efectos en la formacin, la
capacidad de limpieza del hueco, hidrulica y equipos separadores en superficie.
Los rangos de densidades ms comunes oscilan entre 0 y 7 PPG, como se
observa en las figuras 6 y 715.
15 RAFIQUE, M. A., 2008. Underbalanced Drilling: Remedy for Formation-Damage, Lost-Circulation and Other Related Conventional-Drilling Problems, 2008.
50
Figura 6. Fluidos de Perforacin segn su densidad
Fuente: RAFIQUE, M. A., 2008.
Los gases ms comnmente utilizados para la reduccin de la densidad del fluido
de perforacin son el aire y el nitrgeno, como tambin el gas metano, pero, con la
preocupacin de la seguridad no ha sido tan empleado como los otros dos
enunciados. Los conceptos bsicos cuando se trata con fluidos gasificados o
aireados siguen siendo los mismos independientemente del tipo de gas que se
vaya a utilizar.
La diferencias que se encuentran para los gases, se van a observar en el
momento de manejar los retornos en el anular, aun cuando los clculos son los
mismos para todos los gases, en la siguiente figura se observan los diferentes
tipos de fluidos que se podran llegar a implementar dependiendo de la densidad
de lodo que se desee llegar a obtener para el pozo a perforar.
51
Figura 7. Fluidos de Perforacin segn su densidad
Fuente: Afanador, Carlos A., Delgado, Luis E., 2008
La aplicabilidad de los sistemas de fluidos compresibles est limitada a las
condiciones de litologa, presin de poro de la formacin y donde se logren
ahorros en tiempo del taladro y dinero, a pesar de la necesidad de equipo
adicional para aplicar la tecnologa Underbalance. La perforacin con fluidos
compresibles incluye: aire o gas seco, niebla, espuma estable/pesada, y lodo
gasificado.
Tabla 1. Volmenes tpicamente requeridos para la perforacin con aire
Mtodo Aire [SCFM] Presin [psi] Lquido [gpm] Equipo
Perforacin con
aire/polvo 1250 6000 200 800 Ninguno 26 compresores
Perforacin con
niebla 1250 6000 400 1.200 1 10 16 compresores
Perforacin con
espuma 400 1600 400 1.200 10 100
1 compresor
pequeo
Lodo aireado 500 1.500 600 1.200 100 400
(lodo) 1 compresor
Fuente: MANUAL DE LODOS Y CEMENTOS Cap. 21D Perforacin Neumtica.
52
2 IDENTIFICACIN DE POZOS CANDIDATOS
Con el fin de determinar los pozos candidatos para operaciones de perforacin
underbalance se deben tener en cuenta los siguientes tems:
El pozo debe ser de desarrollo y no exploratorio, pues, se debe tener el
conocimiento de las condiciones del yacimiento tales como presin,
produccin de fluidos, estabilidad de la formacin.
El yacimiento debe presentar un estado de deplecin.
El grado de dificultad que se presente durante la perforacin convencional
(grandes prdidas de circulacin, pegas diferenciales, entre otras) y la
relacin con el costo de las operaciones.
La necesidad de perforar formaciones demasiado duras que demanden
periodos de perforacin convencionales muy grandes.
Que la perforacin bajo balance demuestre ser la tcnica ms favorable en
los aspectos econmicos y ambientales.
2.1 PARMETROS QUE DEBEN CONSIDERARSE
2.1.1 Problemas Operacionales
Es necesario considerar los problemas operacionales predominantes en el campo,
ocasionados por la perforacin convencional con el fin de identificar las
complicaciones que sern eliminadas, mitigadas o controladas con el uso de la
53
tecnologa de perforacin Underbalance. Como ya fue mencionado anteriormente,
la tcnica UBD puede ser la solucin a diferentes problemas operacionales como
lo son las prdidas de circulacin, las pegas diferenciales, bajas ROPs, baja vida
til de la broca y alto dao de formacin.
Una vez identificado el principal problema operacional del campo en estudio, se
analiza la severidad del mismo, de manera que se justifique la aplicacin de
operaciones Underbalance como solucin a la problemtica especificada. Esto
quiere decir que se debe estimar la inversin que constituye la perforacin
Underbalance, tanto fluidos de perforacin como equipos en superficie, frente a la
produccin obtenida utilizando la tcnica, y evaluar si la diferencia de
productividad justifica la inversin.
2.1.2 Propiedades del Campo
Teniendo un conocimiento previo de la problemtica a remediar, se efecta un
anlisis detallado de las propiedades fsicas del campo. Esto se realiza con el fin
de descartar que ciertas propiedades constituyan un impedimento para la
aplicacin ptima de la tcnica UBD. Algunos de los parmetros que afectan ms
significativamente la operacin se describen a continuacin.
2.1.2.1 Litologa
Una descripcin litolgica sencilla del tipo de roca es determinante para la
compatibilidad del yacimiento con operaciones sub-balanceadas. La mayora de
las operaciones underbalance han sido llevadas a cabo en carbonatos, pero
ciertamente no existe ninguna limitacin referente al tipo de roca requerido para
las tcnicas sub-balanceadas. La roca dura no es un requerimiento; calizas,
dolomitas, areniscas, arcillas, lutitas, as como formaciones altamente laminadas y
variables son todos potenciales candidatos para operaciones UBD.
54
Formaciones homogneas de carbonatos tienden a ser excelentes candidatos
para la perforacin UBD. La migracin de partculas finas no es tpicamente un
problema, y la roca en s no tiene componentes que sern dainos por la
exposicin a un tipo en particular de fluido. Los carbonatos tienden a ser rocas
ms duras, con tasa de penetracin ms lentas. Ya que la perforacin
underbalance incrementa las tasas de penetracin, estas formaciones sern
buenos candidatos desde el punto de vista econmico. La preocupacin ms
grande para los carbonatos es la relativa al dao por incompatibilidad entre el
fluido de perforacin y el fluido del yacimiento, por lo que se necesita una tcnica
que limite la invasin de fluido a la formacin.
En secciones de lutitas, el problema ms serio es la estabilidad del pozo. Esta
puede ser causada por sistemas deposicionales o por incompatibilidad de la
relacin roca-fluido. Muchas secciones de lutitas son relativamente duras y las
aplicaciones de las tcnicas sub-balanceadas pueden resultar en un incremento
en la tasa de penetracin. Si el pozo requiere de peso o densidad para
mantenerse abierto, la seccin de lutitas no ser el mejor candidato para la
perforacin underbalance.
Formaciones muy heterogneas, ya sea que la heterogeneidad est relacionada
con la litologa, permeabilidad, distribucin de porosidad, o tamao de poro, son
excelentes candidatos para la perforacin underbalance. Cuando estas
formaciones son perforadas en forma convencional, slo los intervalos de mejor
calidad del yacimiento son daados.
2.1.2.2 Permeabilidad y Tipo de Fluido
La permeabilidad es uno de los principales parmetros que infieren en la
aplicacin de operaciones sub-balanceadas, debido al diferencial de presin
negativo que proporciona la tcnica. Como se seal anteriormente, al utilizar
55
este tipo de perforacin con fluidos de baja densidad, se inducir al pozo a una
produccin temprana que se presentar durante la operacin.
Esta produccin temprana durante las operaciones de perforacin underbalance
implicara un influjo de fluidos incontrolable si se tienen altas permeabilidades en
el campo, es decir, yacimientos con K > 2,000 mD no son buenos candidatos a
perforacin underbalance.
A esto se suma el tipo de fluido el cual est ampliamente relacionado con la
permeabilidad cuando se trata de influjo de fluidos a la cara de pozo. Cuando una
roca reservorio posee una alta permeabilidad y, a su vez, el tipo de fluido es un
crudo liviano, la perforacin underbalance se convierte en una operacin
altamente riesgosa, ya que las posibilidades de patadas de gas y/o reventones
son un problema latente. Yacimientos con bajas permeabilidades y crudos
livianos, as como yacimientos con altas permeabilidades y crudos pesados son
buenos candidatos a la perforacin underbalance.
2.1.2.3 Espesor del Intervalo
Se debe establecer cul o cules intervalos se perforarn con la tcnica UBD, si la
operacin se va a realizar en todo el pozo o en las formaciones productoras. La
situacin ms comn es perforar con fluidos de baja densidad en los intervalos
que conforman los yacimientos principales del pozo, con el objetivo de disminuir el
dao a la formacin y, de esta manera, incrementar la productividad del pozo.
En este ltimo caso, es necesario determinar el espesor de los intervalos, teniendo
en cuenta el dao ocasionado por tcnicas convencionales durante la perforacin
en pozos aledaos, de modo que se justifique la inversin inicial de un proyecto de
perforacin underbalance.
56
2.1.2.4 Temperatura
La temperatura del yacimiento puede ocasionar cambios en los fluidos y, por
consiguiente, en la produccin de los mismos durante la operacin. La produccin
alta de gas, esto es un valor alto de GOR, ocasionado por altas temperaturas
dificulta la aplicacin de tcnicas bajo balance.
El mejor candidato debe tener temperaturas que oscilen en un rango aproximado
de 100 700 F y, a su vez, que tengan baja produccin de gas [ GOR] para
evitar inconvenientes como patadas de pozo.
2.1.2.5 Presin de Poro de la Formacin
La presin de poro de la formacin e