viernes, 10 de julio de 2009

Perforacion en desbalance

Técnicas de perforación Bajo Balance .
En esta sección se describen en forma genérica las técnicas de (pbb), enfatizando la función principal de los fluidos que se relacionan con el transporte de recortes del fondo a la superficie y la limpieza del agujero, así como su interacción con las presiones de circulación.
Perforación con aire. En esta técnica de perforación, la principal función de la circulación del aire, es levantar los recortes desde donde fueron generados en el fondo del agujero y acarrearlos hasta la superficie, con la finalidad de prevenir daños a la sarta o atrapamientos por su acumulación en la herramienta. Su principio físico se basa en que el flujo de aire ejerce una fuerza de arrastre en cada corte en particular que es opuesta a la gravedad. Si la fuerza de arrastre es mayor que la fuerza gravitacional, los recortes ascenderán en el espacio anular y se eliminarán en la superficie. Los recortes removidos en la superficie en las operaciones de perforación con aire, son regularmente muy finos al grado de pulverizarlos. El proceso de transporte de recortes es complejo debido al efecto de la presión y la temperatura en el comportamiento del aire, pudiendo presentarse el efecto de estrangulamiento, que es la acumulación de recortes en el espacio anular debido al incremento de presión y disminución del gasto de aire, hasta un punto en que el flujo no es capaz de soportar los recortes. Otro aspecto importante es la geometría del espacio anular que influye en el transporte de recortes. La región geométrica crítica en la cual la velocidad del aire disminuye significativamente es la cima de la herramienta, como consecuencia del incremento de espacio entre la tubería y el agujero, dando lugar a la acumulación de recortes. La experiencia de algunos expertos como Angel1, indica que las operaciones de perforación en calizas, alcanzan un eficiente transporte de recortes, si la velocidad del aire iguala o excede a los 3000 pies/minuto. Las tres limitaciones principales de la perforación con aire son: los flujos de agua, los fuegos subterráneos y la inestabilidad del agujero.

Perforación con Nitrógeno. Las operaciones de pbb que utilizan Nitrógeno como fluido de perforación o como componente del mismo, tienen ventajas notables sobre el aire, ya que la mezcla de Nitrógeno con hidrocarburos gaseosos no es flamable, reduciendo al mínimo la posibilidad de fuegos subterráneos. De acuerdo con el Colegio de Minas de E.U., a una presión atmosférica se requiere menos del 12.8 % de oxígeno, antes de que sea posible crear una mezcla flamable de O2, N2 y Metano.
Las operaciones de perforación que emplean Nitrógeno como fluido circulante, levantan los recortes y el influjo de líquidos de la misma forma que el aire. Similar al aire, el gasto de Nitrógeno en el espacio anular generalmente es turbulento; consecuentemente, la densidad es la propiedad que más impacta en el transporte de recortes. Debido a que la densidad del Nitrógeno es ligeramente menor que la del aire a una temperatura y presión estándar, la eficiencia en el transporte de recortes será la misma que cuando se usa aire, al mismo gasto de inyección en superficie. El aspecto diferencial fundamental es el incremento del costo al emplear Nitrógeno en sustitución del aire. Normalmente el Nitrógeno se puede suministrar por dos métodos, que consisten en el suministro de termos criogénicos o a través de filtros de membrana. La principal limitación del Nitrógeno como fluido de perforación es la económica. En México el N2, se suministra en termos autotransportables, de 7500 m3 de gas, a un costo promedio de 2000 dólares por termo.

Perforación con gas natural. Al igual que en el caso del Nitrógeno, el gas natural puede usarse como fluido de circulación en las operaciones pbb. El empleo de gas natural previene la formación de mezclas flamables en el fondo, cuando se perfora el intervalo productor de hidrocarburos. El gas natural forma casi invariablemente, una mezcla combustible cuando se libera en la atmósfera; esto implica tener un mayor potencial de fuego en la superficie, por lo que es necesario realizar ajustes en los procedimientos de operación con relación al empleo de aire.
La densidad del gas natural generalmente es diferente a la del aire, a la misma presión y temperatura. El gas natural se caracteriza por el fenómeno llamado supercompresibilidad; esto significa que se comprime más rápido que un gas ideal a las mismas condiciones de presión. Considerando que el gas tiene un valor comercial, el perforar bajo balance con este fluido es más costoso que el empleo de aire.
Un aspecto importante que debe tomarse en cuenta cuando se perfora con gas, es la disposición de una línea cercana de abastecimiento, ya que el suministro por otros medios tales como cilindros, resultaría antieconómico. Los procedimientos de operación generalmente son los mismos que se utilizan en la perforación con aire o Nitrógeno. Cuando se hace un viaje, la sarta debe deslizarse a través de la cabeza rotatoria y el flujo de gas debe dirigirse hacia una línea de producción lo más lejana posible del piso de perforación, para prevenir riesgos al personal e instalaciones.

Perforación con Niebla. La perforación con niebla es una de las diferentes técnicas en que el fluido es una mezcla de dos fases de líquido y gas. Otros fluidos de perforación que contienen fases líquidas y gaseosas incluyen a las espumas y los lodos gasificados. En la práctica es frecuente obtener perforación con niebla, cuando al perforar con aire se incorpora una pequeña cantidad de agua con un agente espumante. La niebla se forma si la fracción de volumen de líquido se encuentra en uno o dos por ciento abajo con respecto al gas, a las condiciones prevalecientes de presión y temperatura. La espuma tiene mucho mayor viscosidad que la niebla o el aire seco y mucho mayor eficiencia en el transporte de recortes. La fase líquida en la perforación con niebla es agua con surfactante y un inhibidor de corrosión; formando la niebla por la inyección de líquido dentro del flujo de gas.
Típicamente, la perforación con niebla requiere de alrededor de un quinto de la concentración de espumante que las espumas estables. Por ejemplo, si se requiere de 0.75 a 2 por ciento de espumante, para crear una espuma estable, entonces la concentración del mismo agente para la perforación con niebla estará probablemente en el rango de 0.1 a 0.5 por ciento. La perforación con niebla tiene sus limitaciones características, las cuales incluyen: grandes equipos de compresión, permisos para disposición de agua residual, elevada inestabilidad del agujero y alta corrosión en las partes metálicas del equipo.

Perforación con espuma. Las espumas usadas como fluidos de perforación, consisten de una fase líquida continua, que forma una estructura celular alrededor del gas entrampándolo. Las espumas pueden llegar alcanzar viscosidades extremadamente altas, y al mismo tiempo sus densidades son usualmente menores a un medio de las del agua. Con esta combinación de alta viscosidad y baja densidad, los fluidos espumados pueden incorporar varios beneficios a las operaciones de perforación, tales como: una alta eficiencia en el transporte de recortes, condiciones de bajo balance en formaciones sensibles o depresionadas y mayor presión anular para reducir los mecanismos de inestabilidad del agujero. En la formulación de espumas para perforación, generalmente la fase gaseosa es aire y la fase líquida es agua.
Las espumas se clasifican de acuerdo con la forma de las burbujas que contienen y generalmente se denominan como espumas esféricas y espumas poliédricas. Otros dos términos usados en la caracterización de las espumas son la textura y la calidad. La calidad es la fracción de volumen de gas expresada en por ciento; mientras que la textura describe el tamaño y distribución de las burbujas. Una espuma de calidad, es aquella que contiene un porcentaje de gas en volumen superior a 90.
La selección de una espuma como fluido de perforación se determina, cuando se espera un flujo de agua. Por otro lado, se ha establecido que un eficiente transporte de recortes se obtiene con bajas velocidades anulares (100 pies/min), requiriendo por lo tanto, bajo poder de compresión en relación a la perforación con aire o niebla.
La contaminación de la espuma con cloruros o hidrocarburos líquidos, causan su deterioro estabilidad y eficiencia de acarreo; mientras que, los flujos de gas incrementan su calidad. La principal razón de usar espumas para perforar en bajo balance, es la capacidad de acarrear grandes volúmenes de agua, sin requerir excesivos volúmenes o presiones de aire. Las espumas proporcionan buena limpieza del agujero a velocidades anulares bajas, reduciendo la erosión en las paredes del mismo.
Además es factible emplear productos biodegradables, a fin de evitar la contaminación ambiental. Dentro de las limitaciones que se presentan en la perforación con espumas, se incluyen la alta corrosión, la inestabilidad del agujero, los fuegos subterráneos, el deposito de agua residual y los altos costos de consumibles.

Perforación con líquidos gasificados. Los líquidos gasificados generalmente no contienen surfactantes y se caracterizan por tener altas fracciones de volumen de líquido a las condiciones de fondo del pozo. Las densidades de los líquidos gasificados usualmente varían en el rango de 0.50 a 0.85 gr/cm3.
Originalmente, los lodos aireados constituyeron los mejores líquidos gasificados. Su primera aplicación fue evitar pérdidas de circulación más que lograr perforar bajo balance. La fase líquida de estos fluidos es normalmente agua, petróleo crudo o diesel con viscosificante, que se gasifican comúnmente con Nitrógeno y menos frecuentemente con aire. Las presiones de circulación se pueden controlar ajustando los gastos de inyección de gas líquido; asimismo, la presión diferencial bajo balance debe mantenerse en un rango de 250 a 500 lb/pg2.
Hay dos técnicas básicas para gasificar los fluidos de perforación, una es la inyección de gas dentro del líquido en la superficie a través de la tubería y la otra es la inyección de gas en el fondo a través del espacio anular. Los líquidos aireados no deben usarse con sistemas de superficie cerrados, debido a la posibilidad de formar mezclas combustibles con aire y los vapores de hidrocarburos producidos.
Los análisis de predicción de presión de circulación al perforar con líquidos gasificados, pueden considerarse análogos a los usados en un pozo con bombeo neumático. Los factores que limitan la aplicación de los líquidos gasificados son: las formaciones con alta presión o productivas, los agujeros inestables, control de presión inadecuado, la excesiva producción de agua y la corrosión.

Perforación con flujo controlado. Esta técnica se refiere aquellas operaciones en que el pozo fluye a la superficie mientras se perfora, ocurre cuando una formación permeable se perfora intencionalmente con un fluido de perforación líquido, estimulando el flujo de la formación. Los sistemas de suministro de gas no se requieren en esta técnica, por lo que pueden usarse sartas con motores y sistemas de telemetría que tienen limitado su uso con líquidos gasificados. El requerimiento básico de la técnica, es que las presiones del agujero deben mantenerse entre una presión máxima igual a la presión de formación y una presión mínima dictada por la estabilidad del agujero. Empresas especializadas prevén incrementos en la aplicación de esta técnica hacia el futuro, dada su compatibilidad con otras técnicas. La Tabla 1 en el apéndice, relaciona los pozos que se han perforado bajo balance

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