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ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA “MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” BOLIVIA

TRABAJO DE EXPOSICIÓN

“PERFORACIÓN BAJO BALANCE” ALAN CRISTIAN ESPINOZA AGUILAR FERNANDO FLORES PAZ DAVID J. MONTAÑO SILVA

SANTA CRUZ - 2015 CONTENIDO

S3692-7 S4637-X S3661-7

CAPÍTULO 1. GENERALIDADES....................................................4 1.1. INTRODUCCIÓN...........................................................................................5 1.2. OBJETIVOS..................................................................................................... 5 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO....................................................6 2.1. DEFINICIÓN...................................................................................7 2.2. DIFERENCIA ENTRE SOBREBALANCE Y BAJO BALANCE.................7 2.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS............................................................8 2.4. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE LA PERFORACÍON BAJO BALANCE8 2.4.1. Sistema de Clasificación de la IADC – Por Categoría.........................................8 2.4.2. Sistema de Clasificación de la IADC – Por Sistema de Fluido............................9

2.5. ¿CÓMO PERFORAR BAJO BALANCE?.......................................................9 2.5.1............................................................. Selección del yacimiento candidato. 9 2.5.2.............................................................. Unidad de Perforación Bajo Balance 9 A............................................................................. Equipo de inyección de gas 10 Compresores de Aire........................................................................................10 Compresores auxiliares – Elevadores de Presión (Boosters).............................10 Unidad de Generación de Nitrógeno................................................................11 B.............................................................................. Equipo de Control del Pozo 11 Perforación con Tubería flexible.......................................................................12 Desviador rotatorio......................................................................................... 13 C..................................................................................... Equipo de Separación 13 D. Choke Manifold.................................................................................................15 E....................................................................................... Sarta de perforación 15 Tubería de perforación.....................................................................................15 Motores de Fondo............................................................................................. 16 Presión Mientras Perfora “Pressure While Drilling” (PWD)................................16 MWD................................................................................................................ 16 Válvulas de no retorno.....................................................................................17 2.5.3..................................................................................................... FLUIDOS 17 Diseño de Sistema de Circulación.........................................................................17 Selección del Fluido..............................................................................................17 Tipos de fluidos..................................................................................................... 18 Perforacion con Gas......................................................................................... 18 Perforación con Aire......................................................................................... 19 Perforacion con Niebla.....................................................................................19 Perforacion con Espuma...................................................................................19 Fluidos de una sola fase...................................................................................20 Sistemas de Inyección de Gas...............................................................................20

Inyección a través de la Sarta de Perforación..................................................20 Inyección Anular por Sarta Concéntrica...........................................................21 Gases Para Operaciones de perforación Bajo Balance..........................................21 Aire.................................................................................................................. 21 Gas Natural...................................................................................................... 21 Nitrógeno......................................................................................................... 22 2.5.4...................................................................................... Limpieza de Hueco 23 2.5.5.................................................................... Influjo de fluidos del Yacimiento 23

2.6. ESTRATEGIA DE CONTROL DE POZOS...................................................23 2.6.1. Estrategia para Matar el Pozo.....................................................................24 2.6.2. Control de Pozo........................................................................................... 24

2.7. PROCEDIMIENTOS OPERACIONALES......................................................26 2.8. COMPLETAMIENTO DE POZOS UBD........................................................27 2.8.1. Forzamiento de Tubería (Snubbing)............................................................28

2.9. SERVICIOS DE SUBSUELO..........................................................................32 2.9.1. Registros eléctricos.....................................................................................32 2.9.2. Reacondicionamiento (Workover) en un pozo Bajo Balance........................33

CAPÍTULO 3. CONCLUSIONES Y BIBLIOGRAFÍA...........................34 CONCLUSIÓN........................................................................................35 BIBLIOGRAFÍA......................................................................................35

CAPÍTULO 1. GENERALIDADES

1.1.

INTRODUCCIÓN

La perforación Bajo Balance ha estado entre nosotros desde el comienzo de la exploración y explotación del petróleo. Todos los equipos de perforación por percusión perforaban pozos Bajo Balance. Hasta 1895 todos los pozos fueron perforados Bajo Balance. La introducción de la tecnología de perforación rotatoria en 1895 requirió de un fluido de circulación, el cual al principio fue agua. Para aumentar la seguridad y la limpieza del hoyo, se empezaron a desarrollar los sistemas de lodo en 1920 y a partir de esa fecha la perforación continuó realizándose en condición de sobre balance. Mientras se encontraban yacimientos más profundos y más grandes, los problemas de daño de yacimientos no revestían gran importancia. Hasta que en 1980 se perforaron los primeros pozos Bajo Balance en el Austin Chalk. Estas operaciones dieron lugar al nacimiento de la perforación Bajo Balance moderna la cual se retomó a principios de 1990 en Canadá. El desarrollo de mejores sistemas de modelamiento de flujo y sistemas de entrenamiento junto con experiencias compartidas entre las Compañías Operadores ha ayudado a desarrollar la perforación Bajo Balance, posicionándola como unas de las tecnologías primarias para aumentar la producción de campos maduros y que a la vez puede ayudar a obtener un mayor conocimiento de los yacimientos, incrementando su vida productiva. 1.2.

OBJETIVOS      

Entender los principios de la Perforación Bajo Balance. Conocer la clasificación de las Perforaciones Bajo Balances. Conocer los equipos y unidades utilizados en la Perforación Bajo Balance. Estudiar los tipos de fluidos utilizados en la Perforación Bajo Balance. Comprender las estrategias de control de pozo. Explicar el procedimiento de una perforación Bajo Balance.

CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO

2.1.

DEFINICIÓN

La perforación Bajo Balance está definida como: Perforar

con

la

columna

hidrostática

del

fluido

de

perforación,

diseñada

intencionalmente para ser menor que la presión de las formaciones que están siendo perforadas. La columna hidrostática de fluido puede ser naturalmente menor que la presión de la formación o puede ser inducida. El estado de inducción puede ser creado mediante la adición de gas natural, nitrógeno o aire a la fase del líquido del fluido de perforación. PFormación > PFondo Bien sea que el estado de Bajo Balance sea inducido o natural, el resultado puede ser una entrada de fluidos de formación que deben ser circulados desde el fondo pozo y controlados en la superficie. El pozo se mantiene controlado, pero la presión siempre es mantenida por debajo de la presión del yacimiento. El control primario del pozo ya no es una columna de fluido sino que ahora es una combinación de presión hidrostática, presión de fricción y la presión de choke en la superficie. Entonces, de hecho, el choke y la cabeza rotatoria forman las barreras primarias en el pozo. El BOP (Conjunto de preventoras de reventones) es aun la barrera secundaria de control de pozo. PFondo = PHisdrostática + PFricción + PChoke 2.2.

DIFERENCIA ENTRE SOBREBALANCE Y BAJO BALANCE

SOBREBALANCE

BAJO BALANCE

Dificultad para manejar influjos de gas y agua.

Influjos manejados por el sistema de separación de UBD.

Masivo daño de formación.

Reducido daño de formación.

Pérdida de circulación.

No hay pérdidas de circulación.

Pega diferencial.

Eliminación de riesgo de pega de tubería por presión diferencial.

Pobre remoción de recortes.

Mejor remoción de recortes, por lo tanto mejor ROP.

Producción limitada por daño de formación.

Incremento de la productividad.

2.3.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas:     

Reducción de daño de formación. Reducción del riesgo de pérdida de circulación. Eliminación de riesgo de pega de tubería por presión diferencial. Incremento de ROP. Mejoramiento de la vida del trépano.

Desventajas:     2.4.

Problemas de estabilidad del hueco. Incremento en los costos de perforación. Incremento de torque y de arrastre. Sistema más complejo de perforación.

SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE LA PERFORACÍON BAJO BALANCE

Se clasifican de acuerdo al nivel de riesgo, por categorías y capa de lodo. 2.4.1. Sistema de Clasificación de la IADC – Por Categoría.

Categoría A

Perforación con presión controlada – Managed Pressure Drilling (MPD), utilizando un peso de lodo al mismo nivel o por encima de la presión de la formación.

Categoría B

Perforación bajo balance (UBO), utilizando un peso de lodo por debajo de la presión de la formación.

Categoría C

Perforación con capa de lodo, Perforación con una columna de fluido anular la cual es mantenida por encima de la formación.

Los recortes perforados con retorno a superficie.

Los recortes perforados sin retorno a superficie.

2.4.2. Sistema de Clasificación de la IADC – Por Sistema de Fluido Se utiliza un gas como fluido de perforación, sin adición de Gas líquido. Niebla Espuma Líquidos Gasificados Líquidos

2.5.

El fluido de perforación está conformado por una fase gaseosa continua y una fase líquido dispersa o discontinua. Es un fluido bifásico con una fase líquida continua y una fase gaseosa dispersa. Son sistemas bifásicos constituidos por un gas entrampado en el Líquido. El fluido de perforación está constituido por una sola fase líquida.

¿CÓMO PERFORAR BAJO BALANCE?

2.5.1. Selección del yacimiento candidato. Aunque es cierto el hecho que la mayoría de los yacimientos probablemente pueden ser perforados bajo balance, la complejidad varía ampliamente de yacimiento a yacimiento. A continuación algunos puntos que debe cumplir el yacimiento o pozo para que sea perforado bajo balance:   

Formaciones que muestran tendencias a pega diferencial. Formaciones con zonas de pérdidas severas de fluido de perforación. Formaciones caracterizadas por tener diferentes permeabilidades,

  

porosidades. Pozos con factores en daño de formación de 5 o más Pozos con grandes fracturas. Pozos de alta permeabilidad.

2.5.2. Unidad de Perforación Bajo Balance La unidad de perforación bajo balance está constituida por: A. B. C. D.

Equipo de inyección de gas. Equipo de control de pozo. Equipos de separación. Choke Manifold.

E. Sarta de perforación. A. Equipo de inyección de gas El equipo de inyección de gas para perforación Bajo Balance comprende varios ítems. Para operaciones de perforación con aire, se usan los mismos compresores y elevadores de presión (Boosters) y para un sistema de generación de Nitrógeno se adiciona una unidad de generación de Nitrógeno. Compresores de Aire Los compresores de aire utilizados en operaciones de perforación Bajo Balance son normalmente compresores de tornillo de dos etapas con sistema de enfriamiento post etapa. La mayoría de estos compresores producen un máximo flujo de aire de 900 scftm de 300-350 psi, con una potencia de aproximadamente 380 BHP a 1800 rpm.

Compresores auxiliares – Elevadores de Presión (Boosters) Dos tipos de compresores auxiliares son utilizados normalmente en un trabajo de perforación Bajo Balance, Boosters de baja presión, y Booster de alta presión.

Boosters de Baja presión.- Se componen normalmente de dos cilindros, doble acción, enfriamiento ínter etapas y post etapas. Los cuales aumentan la presión de salida del Nitrógeno de 165 psi a aproximadamente 1800 psi. Booster de Alta Presión.- El Elevador de presión Booster de alta presión es normalmente de un solo cilindro, doble acción, post enfriamiento. Este Booster necesita una presión de succión mínima de 1400 psi la cual puede llevar hasta 4000 psia con una relación de compresión de 3:1. Unidad de Generación de Nitrógeno La unidad de producción de Nitrógeno es un sistema sencillo al cual se alimenta aire de la atmósfera a la entrada del sistema para producir el Nitrógeno requerido a la salida. Una unidad de generación de nitrógeno produce normalmente un máximo de 1500 scfm de Nitrógeno. B. Equipo de Control del Pozo El arreglo convencional de BOP utilizado para perforación no debe ser usado para operaciones de perforación Bajo Balance. No debe ser usado para operaciones rutinarias de Perforación Bajo balance ni tampoco para controlar el pozo excepto en caso de emergencia. Esto asegura que el arreglo de BOP se mantiene como un sistema secundario de control de pozo. Un sistema desviador rotatorio y línea de flujo con válvula de cierre de Emergencia ESD se instala normalmente encima del BOP convencional para dar control en un pozo bajo Balance.

A continuación se muestra un arreglo típico de un equipo de control de pozo:

Perforación con Tubería flexible El control de pozo utilizando un sistema de perforación con tubería flexible se realiza utilizando un stripper (elemento

de

caucho de un diámetro inferior al de la herramienta que se pasa a través de él) de caucho dual y no una cabeza rotatoria.

Desviador rotatorio El uso principal de un sistema desviador rotatorio es dar sello anular efectivo alrededor de la tubería de perforación durante las operaciones de perforación incluyendo los

viajes. Hay actualmente dos tipos de desviadores rotatorios reconocidos: Activos, aquellos que utilizan presión hidráulica, y los Pasivos, que utilizan sello mecánico. C. Equipo de Separación El sistema de separación debe estar diseñado para manejar el flujo esperado de fluidos y gases, debe ser capaz de separar el fluido de perforación del retorno del pozo con el fin de bombearlo de nuevo hacia el pozo. Las corrientes de fluidos cuando se perfora Bajo Balance son frecuentemente descritas como de flujo de cuatro fases, puesto que el flujo de retorno se compone de:    

Aceite Agua Gas Sólidos

Los equipos de separación pueden ser horizontales o verticales. Los separadores verticales son más efectivos cuando retorna predominantemente gas, mientras que los horizontales tienen mayor y más eficiente capacidad para manejar fluidos. Separadores Horizontales Los sólidos predominantemente se depositan en el primer compartimiento de donde son removidos por una bomba de transferencia de sólidos. El líquido pasa sobre una platina de partición al segundo compartimiento donde ocurre una separación de sólidos adicional y el líquido empieza a separarse en virtud de su diferencia de densidad y tiempo de residencia. El líquido rebosa hacia el tercer compartimiento donde la separación es terminada. El componente de agua y los hidrocarburos líquidos son descargados desde diferentes niveles de este tercer compartimiento.

Separadores Verticales. En un separador vertical los sólidos se depositan predominantemente en el fondo del recipiente de donde pueden ser removidos. El residuo de líquidos y gases son separados por su diferencia en densidad con el gas arriba, aceite en el medio y agua abajo encima de los sólidos. El componente de agua e hidrocarburos líquidos son descargados desde diferentes niveles del recipiente. La ventaja de los separadores verticales es la reducida área requerida para su instalación y su mejor capacidad de manejo de gas.

D. Choke Manifold Diseñados para controlar el flujo, la presión, la temperatura, posible erosión y corrosión del flujo de retorno de los fluidos de perforación, gases y sólidos.

E. Sarta de perforación El diseño de sarta para perforación bajo balance es simplificado comparado con el diseño normal. La sarta debe ser lisa con mínimo número de estabilizadores Los DC son lisos para mantener el control del pozo. Los DC pueden ser usados para reducir el influjo de gas actuando como choke en fondo. La sarta de perforación debe ser diseñada para cumplir las siguientes funciones:    

Transmitir y soportar cargas axiales Transmitir y soportar cargas de torsión Transmitir la potencia hidráulica Ser una barrera de control del Pozo (UBD)

Tubería de perforación El tamaño del hueco y la penetración dentro del yacimiento tanto como la trayectoria direccional determinarán entre la tubería flexible y la tubería convencional cual es el medio óptimo para la sarta. Si el hueco requerido es mayor que 6-1/8”, se debe usar

tubería convencional. Para huecos con tamaños de 6-1/8” o menores puede considerarse la tubería flexible. La diferencia entre la tubería flexible y la tubería por juntas, es que la tubería flexible está diseñada para contener altas presiones, no se realiza conexiones durante la perforación, es de menor costo. En cambio la tubería por juntas la presión está limitada, se requiere detener la inyección de gas para hacer las conexiones, y es de alto costo. Motores de Fondo La selección y uso de motores de fondo de pozo es importante en la perforación Bajo Balance por cuanto muchos pozos perforados con esta técnica son horizontales o direccionales. Tanto los motores de desplazamiento positivo (PDM) y las turbinas han sido utilizados exitosamente en operaciones de perforación Bajo Balance. El gas aumenta la velocidad del motor pero disminuye el torque entregado por el motor. Presión Mientras Perfora “Pressure While Drilling” (PWD) Sensores de Presión mientras se perfora han sido de gran valor en cada operación bajo balance donde son usados. Estos sensores pueden presentar problemas debido a vibración y a altas ratas de perforación encontradas en las operaciones de bajo balance. MWD Utiliza el fluido de perforación bombeado a través de la sarta como medio de trasmisión de las ondas acústicas. Cuando se tiene inyección de gas / Nitrógeno a través de la Sarta, estos pulsos de presión deben ser transmitidos en un medio compresible que no es eficiente para este propósito. La experiencia indica que esta transmisión es posible en un medio compresible con una fracción volumétrica máxima de gas de 20%. Sin embargo, en muchas aplicaciones de campo, trabajando a FV menores al 20%, la transmisión de datos ha sido problemática.

Válvulas de no retorno Las válvulas de no retorno son necesarias para la perforación bajo balance para prevenir influjos de fluidos de yacimientos dentro de la sarta durante la perforación, viajes y conexiones. 2.5.3. FLUIDOS Diseño de Sistema de Circulación El diseño del sistema de circulación en una operación bajo balance toma en cuenta factores tales como: 

Características del pozo (presión de fondo, estabilidad de las paredes, inhibición



de lutitas daño de formación, limpieza y transporte de recortes). Capacidad y limitaciones de Equipos de superficie (desempeño del motor,



turbinas, corrosión, reciclaje, disposición/reutilización). Densidad, compatibilidad, reología y tipo de fluido.

Selección del Fluido En perforación bajo Balance, se necesita seleccionar un fluido que provea una presión por debajo de la presión de yacimiento cuando se esté circulando. Gfluido =

BHP 0.052∗h ( TVD )

BHP = P hidrostática + P fricción + P superficie Donde: Presión de Superficie es asumida aproximadamente 150 psi Y la caída de presión en el yacimiento es asumida como 250 psi

La selección de fluido para perforación Bajo Balancea tiene un rango de densidad que cubre el espectro entero desde gas hasta fluidos pesados o densificados.

Tipos de fluidos Existen básicamente 5 sistemas de fluidos que son reconocidos en perforación Bajo Balance que nos permiten obtener fluidos de perforación con densidades en el rango desde la densidad de gas hasta líquidos pesados.     

Sistemas de Gas Sistemas de niebla Espumas Líquidos Gasificados Líquidos o fluidos de una sola fase

La fase líquida del fluido de perforación para operaciones de perforación Bajo Balance tiene tres funciones básicas, al igual que en la perforación sobre balance. 1. Limpieza del hoyo.

Transporte de sólidos, líquidos y gases.

2. Lubricación.

Lubricación de la broca y de la sarta de perforación

3. Refrigeración.

Particularmente la refrigeración de la broca.

Perforacion con Gas El gas Natural para las operaciones de perforación bajo balance ha probado ser una alternativa confiable. Si un yacimiento de gas está siendo perforado bajo balance, un pozo productor o una línea de trasmisión de gas puede producir suficiente gas a la presión adecuada para ser utilizado como fluido de perforación. De esta manera se logra evitar el uso de Nitrógeno proveyendo un sistema de perforación efectivo en costo. Características de la perforación con gas: • Altas tasas de Penetración. • Mayor vida útil de la Broca. • Mayor Productividad • Pueden presentarse Baches con influjo de fluidos. • Pueden formarse Anillos de Lodo en presencia de fluidos de formación. • El mecanismo de limpieza es la Velocidad anular.

Perforación con Aire Es una técnica de perforación para incrementar la rata de penetración, la presión de fondo es lo más baja posible para incrementar el desempeño de la perforación. El objetivo de la perforación con aire es reducir los costos perforando más rápido. El uso de aire en formaciones con hidrocarburo no es recomendado ya que la combinación de oxígeno y gas natural puede causar una mezcla explosiva. Para evitar el uso de aire, el Nitrógeno normalmente es utilizado. La experiencia con Nitrógeno en operaciones de intervención de pozos (workover) hace al Nitrógeno la primera opción para operaciones de perforación Bajo Balance. Perforacion con Niebla La perforación con Niebla es normalmente usada cuando las formaciones comienzan a producir agua.(10 a 100 bls por hora) durante las operaciones de perforación con aire o gas. La característica de esta perforación es que es similar a la perforación con Aire pero con adición de líquido, además reduce el riesgo de formación de anillos de lodo y por consiguiente, reducción del riesgo de explosiones en fondo. Perforacion con Espuma El hecho que la espuma tenga una viscosidad natural inherente así como propiedades de control de pérdida de fluido, hacen de estos sistemas un medio de perforación atractivo. Durante las conexiones y viajes, la espuma permanece estable y proporciona mayor estabilidad de presión en el fondo del hoyo. La perforación con espuma estable tiene significativas ventajas: Muy Bajas densidades hidrostáticas, buena reología, excelente propiedades de transporte de cortes, viscosidad natural inherente, propiedades para control de pérdida de fluido. La espuma consiste de una fase líquida continua, formando una estructura molecular que rodea y atrapa el gas. Las espumas pueden tener viscosidades extremadamente altas, las cuales son mayores que la del Líquido y el gas que ellas contienen. Características de la perforación con espuma:

   

Muy buena capacidad de arrastre. Bajas tasas de bombeo de líquido Alta capacidad de transporte de cortes. Presenta un mejor control en superficie y un ambiente de fondo de pozo mas estable.

Fluidos de una sola fase Un pozo perforado en condición Bajo Balance con un fluido de una sola fase es comúnmente referido como perforación fluyendo ó “Flow Drilling”. Esta es la forma mas sencilla de perforación bajo balance. Siempre que una condición Bajo Balance pueda ser alcanzada circulando a las tasas requeridas con un fluido de una sola fase, esta deberá ser la primera opción considerada. Sistemas de Inyección de Gas Inyección a través de la Sarta de Perforación La inyección en la sarta de perforación es el primer y más sencillo método de inyección de gas en el sistema de circulación. El Gas comprimido es inyectado a través del múltiple de válvulas del stand pipe (Stand pipe manifold) donde se mezcla con el fluido de perforación. La ventaja más relevante de la inyección de gas en la sarta de perforación es que no se requiere ningún equipo especial en fondo del pozo. El uso de válvulas confiables de no retorno es requerido para evitar el flujo vertical hacia arriba en la tubería. Las tasas de inyección de gas usadas cuando se perfora con este sistema de inyección son normalmente menores que las usadas con inyección por el anular mientras que las presiones que se pueden obtener con este sistema son menores que las que se pueden conseguir con el sistema de inyección anular. Inyección Anular por Sarta Concéntrica Este método tiene mucha aplicación en pozos donde se tiene el esquema mecánico adecuado y por lo tanto no se requiere realizar modificaciones al diseño mecánico original. Para un pozo nuevo, se deberá instalar una sarta de revestimiento corto o liner justo arriba de la formación objetivo. Esta sarta de liner se extiende normalmente hasta superficie como un revestimiento temporal el cual es instalado en cabeza de pozo usando un colgador modificado de

tubing con el fin de crear el arreglo de doble espacio anular. De esta manera el gas será inyectado a través del espacio anular externo. El gas es inyectado en el anular para facilitar el drawdown requerido durante la perforación. La sarta de revestimiento temporal deberá ser descolgada y recuperada antes de correr el completamiento final. Otra alternativa es que un pozo viejo tenga un completamiento que incorpore mandriles de “gas lift” de tal manera que se pueda adecuar este sistema para obtener la presión requerida en fondo mediante la inyección de gas a través de estos mandriles. Gases Para Operaciones de perforación Bajo Balance Aire Usado en formaciones de roca dura y yacimientos de gas seco. Las operaciones de perforación bajo balance con aire han presentado algunos problemas asociados a la corrosión y problemas de oxidación, así como algunos casos de explosiones en fondo Gas Natural Si existe una fuente de gas natural de alta presión y volúmenes adecuados disponibles es una muy buena opción. El uso de martillos neumáticos para perforación con gas es otra opción que puede ser usada para incrementar la ROP. El gas natural tiene la ventaja de ser no tóxico y no corrosivo si es desazufrado correctamente. Tiene gran solubilidad en los hidrocarburos cuando se compara con el Nitrógeno lo cual puede resultar en un mayor potencial para problemas precipitación de asfáltenos. La inyección de Gas natural a través de un Sistema de Tubería flexible (Coiled Tubing) no se recomienda ya que un orificio en esta tubería no podría ser aislado y podría liberarse gas para formar una mezcla explosiva dentro de las vueltas de tubería enrollada en el carrete.

Nitrógeno Es el gas más común que es normalmente usado para alivianar fluidos de circulación en operaciones bajo balance. El nitrógeno es un gas incoloro, inodoro y sin sabor que compone las 4/5 partes de la atmósfera terrestre. Es no-toxico, no inflamable y no corrosivo, además tiene muy baja solubilidad en agua e hidrocarburos y es compatible con cualquier fluido usado en perforación. No tiende a formar Hidratos complejos o emulsiones. El Nitrógeno forma la principal parte de nuestra atmósfera: 78.03 % Nitrógeno 20.93 % Oxigeno 0.93 % Argón 0.11 % Otros gases El Nitrógeno usado en operaciones de pozo es normalmente entregado en forma líquida y es conocido como criogénico. Este es producido a través de destilación fraccional del aire. En este proceso el aire es licuado y el líquido es entonces separado a través de los siguientes factores de proceso. El Nitrógeno empieza a evaporarse dejando el Oxígeno líquido enriquecido. La pureza del Nitrógeno líquido puede ser de hasta 99,98 %. Una fuente potencial de gas muy atractiva es el gas de combustión de unidades de propano auto contenidas o diesel quemado en los motores del taladro. Gas de Combustión Cuando se utiliza motores diesel el proceso de la combustión es relativamente ineficiente y el gas efluente puede contener de 10 - 15 % de oxígeno mas gases corrosivos tales como el CO2 y NO2 que pueden reaccionar adversamente con los hidrocarburos producidos acelerando el proceso de corrosión. Motores que utilizan propano como combustible producen gases mas limpios resultando en menos oxígeno (frecuentemente menos del 2%) en el gas efluente.

2.5.4. Limpieza de Hueco La limpieza de Hueco en una perforación Bajo Balance debe ser monitoreada de cerca. 

Hay una reología de fluidos reducida (Fluido delgado, no hay sólidos



suspendidos) Flujo de dos fases turbulento y normalmente un incremento de la ROP y en consecuencia mayor concentración de sólidos en el anular.

La limpieza del hueco con fluidos bifásicos tiene el mismo criterio que en fluidos de una sola fase. La remoción de cortes es un aspecto de capital importancia en cualquier pozo perforado en condición Bajo Balance. La eficiencia de la limpieza y transporte de cortes es principalmente controlada por las velocidades de líquido y la concentración de sólidos. La adición de un gas al sistema genera un régimen de flujo turbulento, el cual minimiza la formación de camas de sólidos e incrementa la velocidad de la mezcla. La velocidad del líquido es un parámetro crítico que controla la habilidad del sistema para transportar cortes. 2.5.5. Influjo de fluidos del Yacimiento A medida que la broca perfora en el Yacimiento, los fluidos empiezan a fluir dentro del pozo. Los parámetros operacionales son restablecidos teniendo en cuenta el influjo y este es controlado a valores manejables. Influjos Inesperados (después de perforar una Fractura) pueden tener un impacto significativo en las operaciones de perforación. El flujo del pozo probablemente no será estable durante la perforación bajo balance. 2.6.

ESTRATEGIA DE CONTROL DE POZOS

Es importante distinguir entre matar el pozo y controlarlo en operación de perforación Bajo Balance. En perforación Bajo Balance se utiliza control de flujo manipulando la presión de fondo y la presión de superficie para mantener el pozo dentro de la seguridad y los límites operativos aceptables en este contexto matar el pozo, es realmente desplazar el lodo pesado para matar el pozo y restaurar las condiciones de

Sobre Balance. En perforación Bajo Balance, esto normalmente solo se hace si la seguridad del equipo o del personal está en riesgo cuando los controles operativos han llegado a los límites operativos predeterminados o cuando una falla de equipo requiere matar el pozo para solucionar el problema. En perforación Bajo Balance, el pozo debe estar diseñado para permanecer 100% del tiempo que dure la operación en condición Bajo Balance. Esto significa que el pozo debe ser capaz de contener una columna de fluido de yacimiento hasta superficie. 2.6.1. Estrategia para Matar el Pozo La estrategia adoptada para matar el pozo en perforación Bajo Balance es aislar el pozo y llevar la operación a una operación convencional Sobre Balance. Matar el pozo se hace cuando: 

En el momento en que la seguridad del personal o instalaciones estén



amenazadas Durante la persistente imposibilidad de mantener control de flujo Bajo



Balance Cuando un equipo especializado de Bajo Balance falla y la única manera de

 

corregir la situación es volviendo a condiciones de sobre-balance La integridad de la sarta y el revestimiento está perdida. Hay un problema en fondo de pozo o se requiere una operación de pesca compleja.

2.6.2. Control de Pozo La entrada de fluidos del yacimiento en el pozo depende de varios factores como la diferencial de presión, permeabilidad, longitud de yacimiento expuesta al pozo y el índice de productividad del yacimiento. Durante la perforación Bajo Balance el control del yacimiento se mantiene regulando la diferencial de presión o drawdown dentro de un límite predeterminado consistente con el Índice de Productividad del yacimiento y la capacidad de separación del equipo en superficie en una operación de perforación Bajo Balance, se prepara una matriz de Control de Flujo antes de empezar la fase de perforación Bajo Balance. Esto es un resumen de las acciones de control de flujo en

función de la tasa de influjo de gas del yacimiento y la presión de flujo en cabeza del pozo.

Una vez que una línea base de tendencias de tasas de flujo y presiones se ha establecido, cualquier cambio o desviación de esta tendencia en el retorno de fluidos, lecturas de presión anular de fondo o presiones de la tubería deben ser investigadas con otros datos de superficie y el curso de acción necesaria debe ser decidida si los procedimiento de control de pozo tienen que ser activados. Dependiendo de los cambios observados y otras informaciones disponibles, tres acciones son posibles. La utilización de colores como de un semáforo hace más entendible la matriz: • Continuar la perforación Bajo Balance normal como en luz verde • Hacer la acción correspondiente según la matriz de control de flujo • Parar la perforación y cerrar el pozo en las BOP´s La opción de cerrar el pozo en las BOP´s del taladro solamente se usa como último recurso cuando la presión de cabeza del pozo excede el límite de presión del equipo de Bajo Balance en superficie o cuando el control en el choque es incapaz de restringir la productividad del pozo dentro de los límites de seguridad operativa de separación de los equipos. Donde la productividad del pozo es mayor que la esperada se debe considerar en primer lugar reducir la productividad del pozo disminuyendo la diferencial

de presión Los siguientes temas de control de pozos deben considerarse también como parte de la planeación de cualquier proyecto de Bajo Balance. 2.7.

PROCEDIMIENTOS OPERACIONALES

Los procedimientos operacionales para operaciones de perforación Bajo Balance se subdividen normalmente en 5 grupos: 1. Procedimientos Operacionales previos y posteriores 2. Procedimientos de Operaciones 3. Procedimientos de equipos 4. Procedimientos de emergencia 5. Procedimientos Administrativos Los procedimientos operacionales previos y posteriores cubren: • Cargue, transporte, descargue, ubicación, armado y desarmado de equipos • Pruebas de presión e inyector de nitrógeno • Puesta en marcha del sistema de fluidos Los procedimientos Operacionales deben cubrir los siguientes aspectos: • Prueba y alivio de presión de la válvula de no-retorno • Armado y corrida de BHA´s • Recuperación, desconexión y tumbado de BHA´s • Generación de la Condición de Bajo Balance • Perforación Bajo Balance • Exportación del crudo producido

• Manejo de sólidos y muestras • Viajes de tubería Los procedimientos de emergencia deben cubrir todos los aspectos relacionado con fallas, ya sea en los BOP, en las válvulas de no retorno, o en el sistema de circulación de fluido y además con problemas de taponamiento de la sarta. Los procedimientos de equipo necesitan cubrir los aspectos de arranque y operación de los equipos de compresión y de nitrógeno, además del suministro de combustible 2.8.

COMPLETAMIENTO DE POZOS UBD

Los primeros pozos perforados en Bajo Balance no pudieron ser completados Bajo Balance. La mayoría de estos pozos fueron desplazados a un fluido de matar antes de correr el liner o el completamiento elegido. Dependiendo del tipo de fluido de completamiento, se pueden presentar algunos daños a la formación. El daño puede no haber sido tan severo utilizando una salmuera para completamiento como puede haberlo sido con lodo de perforación, pero reducciones significativas en productividad de los pozos Bajo Balance han sido encontradas después de la instalación del completamiento. Si el propósito de la perforación Bajo Balance es mejorar la productividad del yacimiento, es importante que el yacimiento nunca esté expuesto a presiones de Sobre Balance con un fluido extraño al yacimiento. Si el pozo ha sido perforado Bajo Balance para solucionar problemas de perforación, y la productividad no ha sufrido, entonces se puede matar el pozo y adoptar un esquema de completamiento convencional. Una variedad de métodos de completamiento están disponibles para pozos perforados bajo Balance: • Liner liso para cañonear los intervalos productivos • Liner ranurados • Mallas expandibles

• Hueco abierto Todas las opciones mencionadas pueden ser rechazadas en pozos Bajo Balance. El uso de liners lisos cementados en un pozo perforado Bajo Balance no es recomendado si la ganancia en productividad del yacimiento debe mantenerse. Generalmente no es posible cementar un liner en modo de Bajo Balance aunque el uso de cementos espumosos puede dar solución en algunas circunstancias. Los requerimientos de visados y analizados como parte del estudio de factibilidad antes de comenzar la operación Bajo Balance. Independientemente del sistema requerido por el yacimiento para el completamiento, la instalación de un completamiento tiene que ser cuidadosamente revisada durante el proceso de planeación para asegurar que la condición de Bajo Balance se mantenga durante la instalación del completamiento si se instaló un completamiento con empaque. El empaque de producción y la tubería de cola son corridos con tubería de perforación con un tapón de aislamiento instalado en el interior de la tubería de cola. Si el pozo es mantenido Bajo Balance, la presión encabeza normalmente requerirá que el empaque de producción y la tubería de cola sean forzadas hacia dentro del pozo contra la presión que este tenga acumulada. 2.8.1. Forzamiento de Tubería (Snubbing) Con la presión del pozo actuando hacia arriba sobre el completamiento, el peso del conjunto es menor que la fuerza hacia arriba. Esto significa que se necesita un sistema de snubbing para poder correr el ensamble del empaque dentro del pozo. En un sistema Bajo Balance el pozo puede ser dejado fluyendo a través del paquete de separación de superficie. Esto es una ventaja sobre las operaciones de snubbing convencional puesto que la presión en superficie del pozo fluyendo es normalmente menor que la presión de cierre. En ningún momento durante la operación de snubbing debe comprometerse el conjunto de BOP´s de control convencional del pozo. Deben utilizarse las BOP’s especiales para snubbing y un desviador rotatorio en adición a las BOP’s convencionales de perforación. El uso de una válvula de Cierre en fondo del pozo puede simplificar significativamente la instalación del completamiento.

Hay muy pocos métodos mecánicos disponibles para aislar el fondo del pozo para correr un liner ranurado. EL sistema Baker “Underbalanced Liner Bridge Plug (ULBP)” es uno de los pocos sistemas actuales en el mercado. Este sistema permite que un tapón removible sea instalado en el último revestimiento. Una herramienta de recobro que se adjunta al fondo del liner ranurado libera el tapón de aislamiento. Esta herramienta desasienta el tapón de aislamiento y luego lo succiona hacia su interior. Esta acción de absorber de la herramienta de recobro asegura que el tapón y la herramienta estén rígidos y puedan ser corridos hasta a TD eliminando el riesgo de quedar colgados o enganchados en la sección de hueco abierto sin alcanzar el fondo. Ambos, el empaque y la herramienta de recobro están diseñados específicamente para ser liberadas por el liner. Si es necesario, el pozo puede ser lubricado con fluido de matar en el tope del tapón y desplazado a través del liner ranurado cuando la sarta este sellada por el desviador rotatorio. El procedimiento completo para correr un liner ranurado y el completamiento de un pozo perforado Bajo Balance es descrito en los siguientes diagramas.

El principal problema al correr el completamiento en un pozo vivo es la instalación de la línea de control de la Válvula de Seguridad de Subsuelo (SSSV). Una vez la línea de control está conectada, el BOP no sellará mas alrededor de la tubería. Nuevamente, el método más simple es aislar el yacimiento antes de correr el completamiento. En el caso del completamiento, el empaque de producción con un tapón instalado en la tubería de cola es empujado hacia adentro del pozo y el empaque de producción es corrido con la tubería de perforación. El conjunto de empaque es lubricado dentro del pozo utilizando el sistema de snubbing o una válvula de Cierre en fondo (DDV). Una vez el empaque de producción es sentado, la tubería de perforación puede usarse para bombear el fluido de completamiento y dar una barrera adicional que puede ser monitoreada si se requiere. El completamiento puede ser corrido ahora en forma convencional. El tapón de aislamiento en la tubería de cola será retirado durante la puesta en marcha del pozo. Antes de recuperar este tapón, el fluido tiene que haber sido desplazado de la sarta de completamiento. Esto puede ser conseguido con tubería flexible o con una camisa deslizante. Una vez el completamiento ha sido instalado, el pozo está listo para producción. No se requiere limpieza o estimulación en el caso de pozos perforados Bajo Balance. 2.9.

SERVICIOS DE SUBSUELO

En este punto es donde los requerimientos de evaluación de un pozo son revisados con el operador e incluye temas como registros eléctricos, corazonamiento y sísmica que tienen que ser recogidos mientras se desarrolla la perforación Bajo Balance. La mayoría de los registros y corazonamiento, como también otros datos requeridos pueden

normalmente

ser

obtenidos

siempre

que

los

requerimientos

y

los

procedimientos operacionales sean identificados en las primeras etapas de un proyecto de perforación Bajo Balance. 2.9.1. Registros eléctricos Cualquier registro eléctrico en pozos perforados Bajo Balance puede ser diseñado de la misma manera que los programas convencionales. Los temas que tienen que ser considerados son aspectos de control del pozo durante la operación de registro. Se

pueden tomar registros con guaya (wireline) usando un lubricador adecuado. Los Registros con tubería son más complejos puesto que la tubería y el anular necesitan ser controlados. El uso de un substituto con entrada lateral (Side entry sub) y un desviador rotatorio de control, no funcionará. Si un registro con tubería es necesario deberá considerarse el uso de herramientas en memoria. Debido a la falta general de fluido conductivo en operaciones de perforación Bajo Balance los registros eléctricos deben limitarse a registros tipo Inducción Eléctrica, Gamma Ray, Neutrón y tipo Caliper. 2.9.2. Reacondicionamiento (Workover) en un pozo Bajo Balance El procedimiento para servicio a pozos (workover) es reversar el procedimiento de corrida del completamiento. Por ejemplo, se instala un tapón de suspensión en la tubería de cola para luego desplazar el pozo con fluido de matar. Después de retirar el completamiento, el conjunto de herramientas para recuperar el empaque es corrido hasta la profundidad del empaque. Antes de retirar el empaque, el pozo es retornado a la condición de Bajo Balance. Esto asegura que el fluido de matar que puede dañar la formación nunca estará en contacto con el yacimiento. Una vez el pozo ha sido perforado y completado Bajo Balance para propósitos de mejoramiento de la productividad del yacimiento, el estado de Bajo Balance debe ser mantenido durante la vida del pozo. Esto incluye todas las intervenciones siguientes (workovers) y operaciones del pozo.

CAPÍTULO 3. CONCLUSIONES Y BIBLIOGRAFÍA

CONCLUSIÓN La perforación Bajo Balance ha estado entre nosotros desde el comienzo de la exploración y explotación del petróleo. Todos los equipos de perforación por percusión perforaban pozos Bajo Balance. Hasta 1895 todos los pozos fueron perforados Bajo Balance. En el presente informe se explicó detalladamente sobre la perforación bajo balance, analizando de la misma manera los fluidos utilizados para la perforación bajo balance, los equipos, herramientas, utilizados en la superficie y en la sarta de perforación. Así mismo, se hizo un análisis de las estrategias de control de pozo, la completación del pozo. Por otro lado, se hizo una comparación entre la perforación Sobrebalance y la perforación Bajo Balance, mencionando las ventajas y desventajas respectivas de la perforación bajo balance. Igualmente se explicó el procedimiento operacional de una perforación Bajo Balance. BIBLIOGRAFÍA 

MANUAL DE PERFORACIÓN BAJO BALANCE, Steve Nas, Weatherford, Junio



2007. INTRODUCCIÓN A LA PERFORACIÓN BAJO BALANCE, Hubert Perez &



Rivelino Padilla, Mayo 2011. UNDERBALANCED DRILLING AND COMPLETION MANUAL, Second Edition,



Noviembre 1998. www.iadc.com