Programa de pozoMR Condiciones de perforación __________________________________________________

Limpieza de pozo Introducción La limpieza del pozo o transporte de los recortes es una de las mayores funciones del fluido de perforación. La eficiencia de la limpieza del pozo es la habilidad del fluido de perforación para transportar los recortes perforados a la superficie y suspenderlos cuando el fluido está en estado estático. Los siguientes factores afectan la adecuada limpieza del pozo: • • • • • • •

Caudal de flujo Propiedades reológicas Densidad, tamaño y forma de los recortes Velocidad de perforación Angulo del pozo Excentricidad del pozo Rotación y reciprocación de la tubería

La formación de lechos de recortes puede ocurrir aún cuando las propiedades del lodo y el caudal de flujo han sido optimizados. La formación de lechos de recortes se manifiesta por un excesivo arrastre cuando el ensamblaje de fondo (BHA) se está sacando del pozo. Sin embargo, es posible detectarlo en su etapa de formación monitoreando la relación entre la presión y el caudal de flujo, a diferentes caudales de la bomba y correlacionando el volumen de recortes en la zaranda con la velocidad de perforación. Modelos computarizados de limpieza de pozo pueden ser utilizados para detectar la formación de lechos de recortes. El equipo de control de sólidos, específicamente el uso de zarandas con capacidad para manejar altos caudales de flujo, es un factor a menudo no tenido en cuenta cuando se considera el caudal de la bomba. Esto es particularmente pertinente cuando se utilizan fluidos de emulsión inversa en pozos altamente desviados. Las emulsiones inversas tienen una alta reología cuando están frías; y después de un viaje de tubería puede llevarle al fluido de dos a seis horas para bajar su viscosidad significativamente y permitir mayores caudales de bombeo. Esto puede ser sobrellevado cambiando las mallas de la zaranda, pero puede requerir pasar de una malla 180 a una malla 100, permitiendo un incremento en los sólidos de baja gravedad específica (LGS). La solución es tener suficientes zarandas para manejar tanto la reología a baja temperatura como los altos caudales de flujo que van a ser utilizados.

Factores que afectan la limpieza de pozo Existen muchos factores que afectan la capacidad de transporte y la limpieza del pozo, pero todos estos factores no pueden ser optimizados simultáneamente.

Caudal de bombeo El caudal de bombeo es el factor más crítico para una limpieza exitosa. La formación de un lecho de recortes es más pronunciada cuando el ángulo de inclinación del pozo está por encima de 30°. Como una guía aproximada, la velocidad anular requerida para la limpieza de pozos desviados con 50-60° es aproximadamente el doble de la necesaria para pozos verticales. La velocidad de perforación debe ser controlada de forma tal que no exceda la capacidad de la bomba. Para asegurar los máximos caudales prácticos, se deben realizar todos los esfuerzos necesarios para reducir los valores de pérdida de presión y minimizar las limitaciones de presión, tanto en la superficie como en el fondo del pozo. Los factores que se deben considerar para maximizar el flujo son: •

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Las bombas y las líneas de superficie deben ser lo suficientemente grandes como para minimizar las pérdidas de presión, o la instalación de una tercera bomba debe ser considerada. Considere utilizar tubería de 5-1/2” o 6-5/8” para reducir las pérdidas de presión y aumentar las velocidades anulares. El mayor diámetro permitirá también una mayor resistencia a la tensión, muy importante en pozos extendidos o apretados. Estas ventajas deben ser balanceadas con la reducción en la resistencia al colapso, mayor arrastre y el tiempo extra requerido para desarmar la tubería al correr el revestidor. Cuando fuera posible, diseñe el BHA para pérdida de presión mínima en los pozos críticos, por ejemplo: –

Utilice motores de desplazamiento positivo (PDM) y herramientas de medición durante la perforación (MWD) que ofrezcan la menor caída de presión.

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En algunos casos, utilice herramientas con válvulas tipo bypass que permitan mayores caudales de bombeo y también permitan el bombeo de materiales formadores de puentes tales como: STEELSEAL, BARACARB, BARO-SEAL etc. y píldoras de BAROFIBRE para limpieza del pozo si fuera necesario.

En pozos desviados, disminuya el número de portamechas y tubería pesada (HWDP) con la profundidad. Use un buen diseño hidráulico y la densidad de lodo correcta desde el comienzo para eliminar lavados del pozo (wash-outs). Minimice la Viscosidad Plástica del fluido. En casos de flujo turbulento, reduzca el Punto Cedente (YP) cuando sea posible. –

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Propiedades reológicas Las propiedades reológicas juegan un papel significativo en la habilidad de limpiar de un fluido de perforación. La reología debe ser finamente ajustada para maximizar la capacidad de acarreo y minimizar las pérdidas de fricción. Herramientas tales como el reómetro de alta presión y alta temperatura Fann 70, deben ser utilizadas en las etapas de planificación del pozo para medir la reología a condiciones de fondo de pozo. Existen varios modelos reológicos aplicados a los fluidos de perforación, sin embargo, Baroid cree que el mejor y más apropiado modelo para predecir la limpieza del pozo es el de HershelBulkley. Se debe prestar particular atención a los valores de n, K y Tau0 en contraposición a los valores tradicionales del YP. Baroid ha desarrollado paquetes de programas DFG+ y DFG+ WIN para calcular y monitorear estos parámetros en el campo.

Angulo del pozo A medida que aumenta el ángulo del pozo, la remoción de los recortes se hace más difícil. Para pozos con una desviación de 0 a 40°, generalmente los recortes son suspendidos por las propiedades reológicas del fluido. Angulos de pozo por encima de 40° pueden producir la caída de los recortes, separándolos del canal de flujo y formando lechos de recortes. Angulos de pozo de 40-60° son los más difíciles de limpiar con efectividad. A estos ángulos, los lechos de recortes pueden deslizarse o caer en forma de avalancha hacia la parte baja del pozo, complicando su limpieza y pueden generar problemas como la pega de tubería. Las guías recomendadas son:

Angulos de 0-40° Flujo laminar e incremento de la viscosidad efectiva en el anular preferentemente. La velocidad de caída en el anular puede ser calculada utilizando un viscosímetro de velocidad variable o RPM seleccionadas para simular las velocidades de corte en varias partes del anular. Para ángulos de pozo por encima de 40°, a mayor esfuerzo de corte a mayor velocidad de corte anular, mayor es la capacidad de acarreo. Todos los esfuerzos deben hacerse para minimizar la viscosidad plástica para reducir las pérdidas de presión y obtener un perfil de viscosidad plano, resultando en una viscosidad anular alta en la porción externa del pozo al mismo caudal. Esto se consigue fácilmente para los pozos de diámetro de17-1/2” y 121/4”.

Angulos por encima de 40° El flujo turbulento o de transición y un fluido de baja reología es el más efectivo para minimizar la formación de lechos de recortes, la remoción de los lechos de

recortes y la limpieza de los pozos con alto ángulo. Recuerde que pozos con ángulos de 40-60° son los más difíciles de limpiar. Reologías más bajas (a las correspondientes velocidades de corte) serán requeridas para obtener un número de Reynolds por encima de 2,100 y conseguir la turbulencia. En este caso los recortes y los lechos de recortes serán removidos como si fueran dunas. El flujo turbulento no puede conseguirse en la mayoría de los pozos de 17-1/2” y en algunos pozos de 12-1/4” debido a una variedad de razones, incluyendo limitaciones de equipos de superficie o de fondo, tuberías lavadas (washout), etc. En este caso el procedimiento a seguir para la limpieza puede hacerse utilizando flujo laminar y debe considerar: • •

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Usar el caudal de bombeo más alto que sea posible para conseguir la máxima velocidad anular. Optimizar la reología a bajas velocidades de corte utilizando BARAZAN D PLUS o BARAZAN PLUS en fluidos base agua y modificadores de reología a bajas velocidades de corte tales como RM-63 en conjunto con GELTONE o SUSPENTONE en fluidos de emulsión inversa para suprimir la formación de lechos de recortes. Usar fuerzas de gel inicial altas para dar una rápida suspensión de los recortes cuando las bombas estén apagadas durante los registros o viajes. Esto debe ser combinado con geles planos que se desarrollan con el tiempo. Use medios mecánicos tales como, por ejemplo viajes de corrección, rotación de la tubería, reciprocación, rimado cuando se utiliza top drive y píldoras bombeadas en flujo turbulento para asistir con la limpieza del pozo.

Densidad, tamaño y forma de los recortes La densidad, tamaño y forma de los recortes van a afectar la limpieza del pozo. Cuando los recortes son más densos, más largos y más redondeados son más difíciles de transportar fuera del pozo. Las condiciones específicas del pozo pueden dictar el tamaño de los cortadores de la barrena.

Densidad del fluido El aumento de la densidad del fluido va a causar un incremento en la flotabilidad proveyendo una mejora en la limpieza del pozo a cualquier inclinación. En la mayoría de los casos, la selección de la densidad es usualmente predeterminada por la presión de poro, la mecánica de la roca, los esfuerzos tectónicos en el lugar, el gradiente de fractura, y la densidad requerida para estabilizar el pozo y evitar derrrumbamientos para un pozo o un ángulo de buzamiento determinados.

Velocidad de perforación Un aumento en la velocidad de penetración resultará en una mayor concentración de recortes en el anular. A ángulos de pozo por debajo de 40° la

velocidad de transporte crítica y los requerimientos de flujo crítico para limpiar aumentan con el aumento de la velocidad de penetración, asumiendo que no hay cambios en la viscosidad efectiva del lodo. En pozos desviados con ángulo por encima de 40°, una velocidad de flujo subcrítica y un aumento en la velocidad de perforación van a permitir que el lecho de recortes crezca más, debido a la mayor velocidad de generación de recortes. Controlar la velocidad instantánea de perforación es mejor que controlar el promedio de pies perforados en una hora. Si se permite la formación de lechos de recortes profundos en pozos desviados, estos serán más difíciles de remover y pueden resultar en el empacamiento y el mayor riesgo de pega de tubería o pérdida de circulación. Las velocidades factibles de perforación dependerán de la eficiencia de transporte del fluido. Baroid utiliza un modelo matemático (MAXROP) para determinar la máxima velocidad de penetración recomendada para un pozo de un diámetro dado, a un cierto ángulo de desviación y caudal de flujo.

Excentricidad del pozo El trabajo realizado por Iyoho/Azar y Tomren ha confirmado que en pozos verticales, el comportamiento de los recortes es casi el mismo para todas las excentricidades. En un anular excéntrico, hay una reducción notable en la velocidad de los recortes en el área reducida del anular. Ya que un incremento correspondiente en el movimiento de los recortes ocurrirá en la sección agrandada, los efectos aparentemente se cancelan uno con el otro. El programa de ingeniería de Baroid MAXROP muestra claramente para pozos con ángulo de desviación por encima de 40°, que la formación de camas de recortes se reduce al mínimo cuando la tubería está concéntrica con respecto al hueco. La velocidad de formación del lecho de recortes es mayor cuando la tubería en el pozo tiene excentricidad positiva.

Prevención y cura de los problemas de limpieza Cuando no es posible remover completamente los recortes perforados del pozo con la circulación, los siguientes métodos de limpieza deben ser implementados:

Rotación y reciprocación de la tubería La rotación de la tubería ayudará al disturbar mecánicamente los lechos de recortes, permitiendo una mejor remoción. Los estudios de campo indican que la rotación de la tubería mientras se perfora mejora la eficiencia de limpieza del pozo aproximadamente en un 25%. Si un deslizamiento excesivo para trabajo direccional se está realizando, una rotación ocasional de la tubería de

perforación a alta velocidad va a ayudar a reducir la formación de lechos de recortes.

Viajes cortos y rimado. Viajes cortos frecuentes y/o rimado hacia arriba son utilizados para remover los lechos de recortes por agitación mecánica. Esto es muy efectivo cuando se utiliza top drive, debido a que un viaje corto mientras se bombea, mejora la hidráulica y la disturbación rotacional de los lechos de recortes. Se debe evitar un excesivo rimado hacia arriba, para prevenir el agrandamiento innecesario del hueco.

Incremento de la hidráulica. Utilice bombas suplementarias elevadoras de la hidráulica si fuera necesario, especialmente mientras se perforan los pozos de 12-1/4”, 8-1/2”, o secciones de menor tamaño.

Píldoras de limpieza. Siempre observe los retornos de las píldoras en la superficie y evalúe su eficiencia. La clave para píldoras exitosas es asegurarse que se bombea lo suficiente, manteniendo la rotación de la tubería y el caudal de la bomba todo el tiempo para evitar el empacamiento del hueco con los recortes.

Alta viscosidad Para pozos o secciones de revestidor con un ángulo de desviación menor de 40°, una píldora de alta viscosidad puede ser preparada, incrementando tanto el YP como la reología de baja velocidad de corte, o únicamente la reología de baja velocidad de corte correspondiente a las velocidades de corte anulares. El volumen de la píldora barredora debe ser equivalente a una longitud de más de 300 pies de espacio anular.

Píldoras de alta densidad Píldoras de alta densidad son usualmente mezcladas a 2 lb/gal (o más) por encima de la densidad del lodo en circulación. El efecto de flotabilidad de la mayor densidad incrementa la capacidad de acarreo. Sin embargo este tipo de píldoras tendrá un efecto limitado en remover los lechos existentes en pozos altamente desviados, al menos que sean precedidos por una píldora rascadora de baja viscosidad en flujo turbulento. Una píldora de alta densidad no debe ser utilizada si es probable que cause pérdida de circulación.

Píldoras de baja viscosidad

Una píldora de baja viscosidad en flujo turbulento ha sido efectiva en muchos pozos de alto ángulo (por encima de 40°). La inyección de una píldora de baja viscosidad en un flujo que de otra manera sería laminar usualmente promoverá un flujo turbulento local. Una píldora de baja viscosidad combinada con rotación de la tubería, es el método más efectivo para disturbar el lecho de recortes y limpiar el pozo. Píldoras de baja viscosidad son normalmente agua o salmuera base en sistemas base agua y fluido base en sistemas de emulsión inversa.

Píldoras mixtas seguidas (tandem) Las píldoras mixtas seguidas (tandem) consisten típicamente de una píldora de baja viscosidad (agua o aceite base) seguida por una píldora viscosa y densificada. Las píldoras deben ser bombeadas en flujo turbulento o de transición para tener el máximo beneficio y para prevenir la canalización lateral por la píldora de baja viscosidad. Una píldora mixta consiste en 30-50 barriles de fluido base (aceite, agua o sintético) seguido por una píldora densificada para balancear el sistema circulante. La densidad debe ser lo más alta posible, teniendo en cuenta las limitaciones del equipo y las formaciones expuestas. Antes de bombear esta píldora, el efecto en la presión hidrostática y la estabilidad resultante en el pozo debe ser cuidadosamente examinada. La píldora de baja viscosidad en flujo turbulento va a rascar los lechos de recortes en el área de flujo principal del anular. La píldora densificada con su mayor flotabilidad va a ayudar a levantar los recortes disturbados afuera del pozo cuando caigan de la píldora de baja viscosidad.

Píldoras de BAROFIBRE El desarrollo de aditivos para la limpieza del pozo ha mostrado que ciertos materiales fibrosos que se utilizan como material de pérdida de circulación (LCM) van a limpiar efectivamente un pozo con ángulo por el proceso de interferencia de partícula en el frente de la parábola de flujo. BAROFIBRE ha sido utilizado exitosamente en muchos sistemas de fluidos. BAROFIBRE está compuesto de fibras procesadas de madera que están tratadas con una amina para hacerlas preferentemente mojables por aceite. BAROFIBRE tiene cinco veces el área superficial de los materiales normales de pérdida de circulación, y en aplicaciones de limpieza de pozo, actúa como una fibra de asbestos en lodos base agua. Diferente a muchos materiales de pérdida convencionales, BAROFIBRE no tapa las mallas de las zarandas.

Circular antes de los viajes El mínimo tiempo de circulación antes de los viajes es influenciado por el diámetro del pozo y la inclinación. Los pozos desviados no estarán completamente limpios de recortes si se circula solamente el volumen anular

teórico antes de los viajes. El mínimo recomendado es mostrado en la siguiente tabla: Desviació Factor de circulación n 17-1/2 / 16" 12 1/4" Vertical 1.5 x Fondo arriba 1.3 x Fondo arriba 10-30° 1.7 x Fondo arriba 1.4 x Fondo arriba 30-60° 2.5 x Fondo arriba 1.8 x Fondo arriba 60° + 3.0 x Fondo arriba 2.0 x Fondo arriba

8 1/2" 1.3 x Fondo arriba 1.4 x Fondo arriba 1.6 x Fondo arriba 1.7 x Fondo arriba

El factor de circulación se aplica solamente a la sección de pozo dentro de los rangos de desviación específicos. Para determinar el tiempo total requerido para limpiar efectivamente el pozo, la desviación del pozo a lo largo de su longitud debe ser considerada. Estos son solo lineamientos, la clave es circular hasta que el pozo esté limpio antes de los viajes.