Tema 7. Operaciones de Baleos (1)

5/11/2018 Tema 7. Operaciones de Baleos (1) - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tema-7-operaciones-de-baleos-1 1/31

CAPITULO 7OPERACIONES DE BALEOS

Una de las operaciones mas importantes durante la terminación deun pozo petrolero es la de baleo o disparos de producción, pues laproducción de hidrocarburos depende en gran parte de su diseño yejecución. Este trabajo presenta una metodología para seleccionar elsistema de baleos más adecuado en una terminación, la cualconsidera los parámetros mas importantes que determinan una mejorcomunicación entre el yacimiento y el pozo.

OBJETIVO

Desarrollar una guía práctica para diseñar el sistema de baleo másapropiado para una terminación de pozo, la misma que incluya losaspectos más importantes tales como las condiciones previas ydurante el baleo, así como los factores que afectan el índice deproductividad.

INTRODUCCION

La culminación de los trabajos en un pozo para obtener producción dehidrocarburos es la operación de baleos o disparos, la cual consisteen perforar la cañería de revestimiento, cemento y formación paraestablecer comunicación entre el pozo y los fluidos del yacimiento.

La correcta selección del sistema de baleo es de importanciarelevante ya que de esto dependerá la productividad del pozo y ladisminución de intervenciones adicionales que implican altos costos.

TIPO DE CARGAS

A) CARGAS EXPLOSIVAS O BALAS

En un principio los baleos se realizaban con balas y aun hoy se siguenutilizando cañones con balas en formaciones blandas.

Consideramos una carga cilíndrica de explosivos de alto poder que esdetonado en un extremo, ver Fig. 1. Se genera una onda de choqueexpansiva que avanza y se desarrolla axialmente a lo largo de lacarga hacia el otro extremo.

A medida que la onda de detonación pasa a través de una región enel explosivo, la presión se eleva casi instantáneamente hasta casi

400 kilobar. Este aumento de presión es importante porque provocaincrementos inmediatos en la densidad y temperatura del explosivo



sin reaccionar exactamente detrás de la onda de detonación y así crea reacciones explosivas posteriores.

La velocidad del hocico del proyectil se eleva acerca de 3300pies/seg. Para casos a travéz de formaciones con menos de 2000 psi

de fuerza compresiva, las balas pueden proveer penetración profundaigual que los baleos con tipo jet.

El aumento considerable de temperatura casi instantánea quesucede con el pasaje se debe principalmente a la compresiónadiabática. La máxima temperatura producida alrededor de 6000 °C,se desarrolla dentro de la zona de reacción, en algún punto detrás delfrente de onda.

Factores que afectan la performance del explosivo: Entre losdiversos factores están:

1. Las presiones de detonación y reacciones químicas asociadascon la explosión.

2. La temperatura, densidad de masa, diámetro, tamaño departículas y grado de confinamiento del explosivo.

3. La estructura molecular. Peso molecular y forma cristalina delexplosivo.

La temperatura afecta la estabilidad y sensibilidad de un explosivo.Cuando la temperatura aumenta, se suministra calor al explosivo,necesitándose menos energía adicional para iniciar o mantener lasreacciones químicas involucradas en la descomposición y detonación.Por tanto, por el incremento de temperatura, la sensibilidad aumentamientras que la estabilidad disminuye.

B) CARGAS MOLDEADAS

El componente principal de un cañón para baleo es la carga. La cargautiliza un explosivo secundario de alto poder para propulsar una

corriente o jet de partículas metálicas de alta velocidad, que penetranel casing, cemento y la formación. A pesar que las cargas jet llamadastambién para baleo, son de apariencia simple, verdaderosdispositivos de precisión y deben estar cuidadosamente diseñados yfabricados para asegurar la obtención de las características deseadasen el baleo.

Las cargas para baleo son cargas moldeadas y revestidas sobre elexplosivo, se moldea una cavidad y se reviste con un materialmetálico, Fig. 2. Los componentes de las cargas moldeadas

encapsuladas son:



• La cápsula de la carga, es la carcaza o receptáculo donde sealojan otros componentes. Diseñadas para soportar altastemperaturas y presiones, las mismas están protegidas por elcarrier de las condiciones propias del pozo, deben serresistentes a la abrasión. Pueden ser construidos de acero

maquinado, acero en frío, aluminio fundido y cerámica.

• La camisa, recubre la masa necesaria para que el jet penetreel casing, el cemento y la formación. La presión ejercida sobrela camisa al momento de detonar el explosivo principal causa elcolapso de la misma y forma el jet. La forma de la camisa, suespesor y composición influyen directamente en la profundidad,diámetro y efectividad de la formación. La forma cónica esutilizada en cargas de penetración profunda para producirperforaciones largas, la forma parabólica se usa para agujero

grande para producir perforaciones de gran diámetro. En amboscasos se denomina a la camisa como el cono. Estadesintegración puede tener velocidades de 8000 m/seg del jet yde 2000 m/seg de la cola o parte trasera de la camisa.

• El explosivo principal, es el que suministra la energíanecesaria para producir el jet. La masa, la distribución y lavelocidad de detonación del explosivo principal afectandirectamente a la performance de la carga. Se utilizanexplosivos secundarios, granulares, de alta calidad como elRDX, HMX, HNS y PYX.

• El fulminante, o impulsor está compuesto de una pequeñacantidad de explosivo que es más sensible que el explosivoprincipal. El fulminante consiste generalmente de alrededor de1 gramo del mismo tipo de explosivo que el principal, pero enforma granular muy fina y sin cera.

Perforadores jet para propósitos especiales:

1. Cañón con disparos selectivados.

2. Casquillo de Titanio por fuera para conos bimetálicos causanuna retardación y aumento secundario de presión en laperforación.

3. Cortina de chorro para el control de arena.4. Perforador para penetrar solamente por tubería. La tubería,

debe ser centralizada para prevenir daño al casing.5. El cortador tipo jet para tubing o casing, también se encuentra

en tamaños para diámetros grandes.6. Perforadores para agujero abierto, para daños primariamente

penetrados.



El perforador de chorro a vacío es diseñado para limpiar afuera de lasperforaciones con una diferencial de presión alta dentro del cañóntransportador inmediatamente después del baleo.

EXPLOSIVOS

Las cargas para perforar la cañería dependen de los explosivos paragenerar la energía necesaria y tener una penetración efectiva delcasing, cemento y formación. Por esto, el desempeño de la carga estárelacionada directamente con el desempeño del explosivo.

Debido a su enorme relación Energía – Peso se prefieren losexplosivos sobre otra fuente de energía. Los explosivos actúanrápidamente, son confiables y pueden ser almacenados por largosperiodos de tiempo. Además, se manejan con seguridad tomando lasprecauciones debidas.

a. TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Los explosivos de acuerdo a su velocidad de reacción puedenclasificarse en ALTOS y BAJOS.

Explosivos Bajos Explosivos Altos

Velocidad de reacción 330 –1500m/s.Sensibles al calor (iniciados porflama o chispa).

Velocidad de reacción ≥ 1500m/s.Iniciados por calor o percusión.

Los explosivos altos que se usan mas comúnmente en la perforaciónde tuberías son: Azida de plomo, Tacot, RDX, HMX, HNS, HTX y PYX.

b. SENSITIVIDAD

La sensitividad es una medida de la energía mínima, presión opotencia requerida para iniciar un explosivo y nos refleja la facilidadcon la que puede iniciarse:

• Sensitividad al impacto : Es la altura mínima de la cualpuede dejarse caer un peso sobre el explosivo para que detone.

• Sensitividad a la chispa : Es la cantidad de energía quedebe tener una chispa para detonar un explosivo.

c. ESTABILIDAD



La estabilidad se refiere a la habilidad de un explosivo para perdurarpor largos periodos de tiempo o para soportar altas temperaturas sindescomponerse.Los explosivos usados en los disparos deben tener una alta

estabilidad para que puedan ser almacenados por un tiemporazonable y que puedan operar efectivamente después de exponersea las temperaturas del pozo.

La gráfica de la Figura 1 ilustra la estabilidad de algunos explosivosen función de la temperatura y el tiempo.

FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD DE UN POZO

El índice de productividad nos permite evaluar la potencialidad de unpozo y está representado matemáticamente por:

wf ws p p

q

J −=

(1)



El índice de productividad de una zona puede ser difícil dedeterminar, por lo tanto el efecto del diseño del sistema de disparocomo son la penetración, fase, densidad, diámetro del agujero, dañodel lodo, etc., pueden ser evaluados usando la Relación deproductividad:

abiertoagujeroen zonamismaladeoducción

baleada yentubada zonaunadeoducción RP

Pr

Pr =

Los principales factores que afectan la productividad del pozoson:

a. Factores geométricos del baleo.b. Presión diferencial al momento del baleo.c. Tipo de cañones y cargas.d. Daño generado por el baleo.e. Daño causado por el fluido de la perforación.f. Daño causado por el fluido de la terminación.

Como se puede observar, los cuatro primeros factores que afectan laproductividad pueden ser manipulados durante el diseño del baleo.Por lo tanto con el análisis de las condiciones del pozo y la seleccióndel sistema de disparo adecuado, se obtendrá la máxima produccióndel pozo.

a. FACTORES GEOMÉTRICOS DEL BALEO

La geometría de los agujeros hechos por las cargas explosivas en laformación influyen en la Relación de Productividad del pozo y estádefinida por los Factores Geométricos. Estos determinan la eficienciadel flujo en un pozo baleado y son:

• Penetración.

• Densidad de cargas por metro.

• Fase angular entre perforaciones.

• Diámetro del agujero (del baleo).

Otros factores geométricos que pueden ser importantes en casosespeciales son: Penetración parcial, desviación del pozo, echados dela formación y radio de drenaje.

La Figura 2 ilustra los factores geométricos del sistema de baleo.



Fase y Patrón de agujeros se ven en las Figuras 3, 4 y 5:



• Efecto de la Penetración y Densidad de carga en la

RP.Como puede apreciarse en la gráfica de la Figura 6, el efectode la penetración y la densidad de cargas es muy pronunciadoen las primeras pulgadas de penetración. Arriba de 6 pulgadasla tendencia es menor, pero es evidente la importancia de lapenetración para mejorar la relación de productividad.

La densidad de cargas influye también en la relación deProductividad (RP) observando que para una densidad de 3cargas /m es necesaria una penetración de 16 pulgadas para

obtener una RP de 1.0 mientras que para una densidad de 13c/m se necesitan solo 6 pulgadas.



La gráfica supone un pozo sin daño, para el caso mas real deun pozo con una zona de daño debida al fluido de perforación,la penetración más allá de la zona de daño es relevante paramejorar la RP.

• Efecto de la Fase en la RP.

La fase angular entre perforaciones sucesivas es un factor

importante. La Figura 7 muestra una reducción de un 10 – 12% en la RP para sistemas de 0ª y 90ª con una mismapenetración.

Suponiendo que se use un sistema de 0ª de fase, con unapenetración de 6 pulgadas, se obtiene una RP de 0.9 de lagráfica, mientras que para un sistema de 90ª se obtiene unaRP de 1.02; esto representa una diferencia del 11 % en la RP.



b. PRESIÓN DIFERENCIAL AL MOMENTO DEL DISPARO

El modo en que el pozo es terminado ejerce una gran influencia en suproductividad.

Existen dos técnicas que pueden aplicarse durante la ejecución de losdisparos:

• Sobre – balance: Phidrostática Pformación

•Bajo – balance: Phidrostática ∠ Pformación

El objetivo de una terminación sobre-balanceada es fracturar laformación al momento del baleo, sin embargo si la presión no esalcanzada después del disparo y antes de que fluya el pozo, seforman tapones con los residuos de las cargas.



Después de dejar fluir el pozo, es posible que aún se tenga unaperforación parcialmente taponada y una zona compactada de bajapermeabilidad.Cuando se tiene una terminación bajo-balanceada, los residuos de lascargas y la zona comprimida podrían ser expulsados por la acción delbrote de fluido de terminación.

Disparar el pozo con una presión diferencial a favor de la formaciónes recomendable para obtener la limpieza de los agujeros. Sinembargo, usar presiones diferenciales muy altas es inadecuado yaque arriba de cierto valor no se obtiene ninguna mejora en el procesode limpiado. Una presión diferencial excesiva puede provocararenamiento o aporte de finos de formación que impedirán el flujo através de la perforación, o un colapso de la Cañería de Revestimiento.

Debido a lo antes mencionado, para calcular la presión diferencial aestablecer durante el baleo se deberán considerar los factoressiguientes:

• Grado de consolidación de la formación.• Permeabilidad de la formación.



• Fluido en los poros.

• Presión de colapso en las tuberías y equipo.

• Grado de invasión del fluido de perforación.

• Tipo de cemento.

La magnitud de la presión diferencial negativa dependerábásicamente de dos factores:

• La permeabilidad de la formación.

• El tipo de fluido.

Procedimiento para la estimación de la presión diferencialbajo-balanceada en arenas:

Para determinar la presión bajo-balanceada que contrarreste el efecto

skin, es importante clasificar la formación en: Consolidad o No-consolidada. Una forma de lograr esto es mediante el análisis de larespuesta de los registros de densidad ó sónico en las lutitas limpiasadyacentes a la zona productora.

Una formación consolidada tiene los granos de arena suficientementecementados o compactados para permanecer intactos. Estos granosno fluirán, aún si se tiene un flujo turbulento en los espacios de losporos.

Una arena se considera Consolidada si se tienen lutitas adyacentes(arriba y/o abajo) compactas con tiempos de tránsito

pie seg t /100 µ ≤∆ obtenido de un registro sónico. Si se tiene unregistro de densidad, las arenas se consideran consolidadas si ladensidad volumétrica 3

/4.2 cm grsb ≥ ρ en las lutitas limpiasadyacentes.

Una formación No-consolidada es una arena pobrementecementada o compactada de tal manera que los granos pueden fluiral haber movimiento de fluidos a través de la formación.



Una arena se considera No-consolidada cuando las lutitasadyacentes tienen un tiempo de tránsito mayor de 100 pie seg / µ ouna densidad menor a 3

/4.2 cm grs .

La razón de usar el tiempo de tránsito de las barreras de lutitasadyacentes, abajo o arriba, en lugar de la arena misma, es que eltiempo de tránsito de la lutita está relacionado directamente con sucompactación. El grado de compactación de las lutitas adyacentesindica la compactación de la arena. Si se usara el tiempo de tránsito

de la arena para determinar su compactación, sería necesario hacercorrecciones por tipo de hidrocarburo, densidad de los granos dearena, porosidad de la zona, saturación de agua, etc., muchos deestos datos no están disponibles y deben ser supuestos, por lo que esposible tener un resultado erróneo.

Formación Consolidada.-

Si la formación es consolidada, se deberá encontrar un punto medioentre una presión bajo-balanceada mínima y una máxima:

1. Determinación de la presión bajo-balanceada máxima (max P ∆ ): Hay dos maneras de encontrar la presión diferencial

máxima:

• Ya que la formación está consolidada, el flujo de arena no esproblema por lo que es posible balear con la mayor presióndiferencial que pueda ser soportada por el elemento oaccesorio del pozo que tenga el menor rango de presión: límitede presión de colapso del casing o cañería, presión diferencialen el obturador u otro accesorio.

•



Para el caso de casing o cañería nueva, el límite de presión seráde un 80 % de su presión de colapso para tener un factor deseguridad de un 20 %. Para sartas usadas, el factor deseguridad deberá ser mayor de acuerdo a sus condiciones. Lamayoría de los obturadores recuperables y herramientas de

fondo tienen un límite seguro de presión diferencial de 5000psi.

• La resistencia compresiva de formación puede ser usadatambién para calcular la max P ∆ . De acuerdo a pruebas hechasen laboratorio con núcleos de formación, no hay movimiento enla matríz de formación hasta que el esfuerzo efectivo excede1.7 veces la resistencia compresiva de la formación. El esfuerzoefectivo es igual a la presión de sobrecarga menos la presión deporo. Por lo tanto, la presión de poro mínima es igual a lapresión de sobrecarga menos 1.7 veces la resistenciacompresiva. Esto significa que la presión bajo-balanceadamáxima es la presión de formación menos la presión de poromínima:

Z σ Pp

sob −= σ (2)

Rc Z *7.1σ (3)

Rc Pp sob *7.1min −= σ

minmax Pp Pf P −=∆ (4)

2. Determinación de la presión bajo-balanceada mínima (min P ∆ ): En base a estudios estadísticos se ha llegado a

establecer un rango de valores mínimos para yacimientos dearenas, estos valores se encuentran en la Tabla de la Figura 8.Como se observa en esta tabla, el valor de P ∆ depende de 2factores:

•La permeabilidad de la formación.•El fluido contenido (Aceite o Gas).

Arena con Aceite:

37.0

3500min

K P =∆ (5)

Arena con Gas:

17.0

2500min

K P =∆ (6)



3. Determinación del punto medio de presión ( Pmed ∆ ): Una vezdeterminado max P ∆ y min P ∆ en los pasos anteriores, sedeterminará el punto medio de presión y la presión diferencialbajo-balanceada P ∆ de la siguiente manera:

2

minmax P P Pmed ∆+∆=∆ (7)

a) Si los registros indican una invasión somera y/o se usó cementocon baja pérdida de agua, P ∆ estará entre min P ∆ y el puntomedio.

b) Si los registros indican una invasión de media a profunda y/o seusó cemento de media a alta pérdida de agua, P ∆ estará entreel punto medio y max P ∆ .

Si la presión diferencial calculada ( P ∆ ) está fuera de los rangosmostrados en la Tabla 10, ajustar el valor de la presión al mínimo omáximo.

Una vez que se obtiene la presión diferencial requerida paraefectuar el disparo, se calcula la presión hidrostática a laprofundidad del intervalo productor al momento del disparo.

−= Pf Ph P ∆ (8)

La densidad requerida para generar la presión hidrostática de laecuación (8) es calculada como sigue:

Dv

Phb

*4228.1= ρ (9)

Ver ejemplos 1 y 2 en Apéndice 1.

La presión hidrostática de una columna de fluido es:



f Dv Ph ρ **4228.1= (10)

En el caso de no contar con el dato de la presión de formaciónpuede calcularse en base al lodo de perforación usado para

controlar la zona de interés suponiendo:

Phl Pf ≤ (11)

l Dv Phl ρ **4228.1= (12)

En la tabla de la Figura 10 se observa que para zonas de bajapermeabilidad se requieren presiones diferenciales más altas paraforzar a los fluidos a través de los poros. De igual forma, en unazona de gas debido a que éste tiene una mayor compresibilidad no

se expande tan fácilmente como el petróleo después de sercomprimido durante la perforación.

Arenas no Consolidadas.-

Las gráficas de las figuras 11 y 12 relacionan la máxima presióndiferencial con el tiempo de tránsito t ∆ o la densidad b ρ de laslutitas adyacentes para arenas no consolidadas. Si se cuenta con unabuena medida de la resistencia compresiva de la formación, esposible determinar la max P ∆ para formaciones no-consolidadas, estoes empleando el mismo procedimiento que se utiliza para arenas

consolidadas, el cual consiste en restar la presión de poro mínimapara generar movimiento de arena, de la presión de la formación.

Sin embargo, si no se tiene la resistencia compresiva de la formación,el siguiente procedimiento puede ser empleado.

1. Escoja la max P ∆ .- Presión diferencial máxima en arenas no-consolidadas con aceite:

t P ∆−=∆ *203600max (psi) (13)

4000*2340max −=∆ b P ρ (psi) (14)

Presión diferencial máxima en arenas no-consolidadas con gas:

t P ∆−=∆ *254750max (psi) (15)

4700*2900max −=∆ b P ρ (psi) (16)

2. Escoja la min P ∆ .- Usando la permeabilidad de la formación,determine la min P ∆ mediante las ecuaciones 5 y 6 para zonas

de petróleo y gas respectivamente.



3. Determine la presión del punto medio.- Siga el mismoprocedimiento establecido para arenas consolidadas.

2

minmax P P Pmed

∆+∆=∆

Procedimiento para la estimación de la presión diferencialbajo-balanceada en carbonatos:



Para el caso de formaciones de carbonatos, no se dispone de unestudio estadístico riguroso ni de experimentos de laboratorio. Enalgunos paises como Venezuela, se ha trabajado con rangos depresiones diferenciales entre 1500 y 3500 psi, sin que se presentenproblemas de derrumbe.

En México se han efectuado trabajos con cañones bajados con tubería(TCP) con resultados diferentes. La presión diferencial aplicada almomento del disparo ha variado en general entre 1000 y 5000 psi.Sin embargo existen casos en los que se han tenido problemas dederrumbe aplicando presiones muy diferentes (7000 psi en un caso y1000 psi en otro)

En ambos pozos la formación disparada era caliza tipo mudstone conmuy baja porosidad. Debido a lo anterior es recomendable realizar unestudio mñas profundo cuando se determine la max P ∆ aplicable, endonde la max P ∆ es la diferencia entre la presión de formación y lapresión hidrostática mínima para evitar el derrumbe.

c. TIPO DE CAÑONES Y CARGAS

Un sistema de disparo consiste de una colección de cargasexplosivas, cordón detonante, estopín y portacartas. Esta es unacadena explosiva que contiene una serie de componentes de tamañoy sensitividad diferente y puede ser bajado con cable y/o con tubería.

1. Cañones bajados con cable

El sistema de Disparo Bajado con Cable (DCB) puede usarse antes deintroducir la tubería de producción, o después de introducir la TP,Figura 13.

La ventaja de efectuar el disparo previo a la bajada de la sarta deproducción es que se pueden emplear cañones de diámetro másgrande, generando un baleo más profundo.

Los componentes explosivos son montados en un portacargas el cual

puede ser un tubo, una lámina o un alambre. Los cañones seclasifican en:

• Recuperables (no expuestas)

• Semidesechables (expuestas)

• Desechables (expuestas)

Recuperables: En los sistemas recuperables (no expuestas), losresiduos de los explosivos y lámina portadora son recuperados yprácticamente no queda basura en el pozo. En este sistema no están

expuestos los explosivos a la presión y ambiente del pozo, lo cual lohace más adecuado para ambientes hostiles.



Desechables: En los cañones desechables los residuos de lascargas, cordón, estopín y el sistema portador (lámina, alambre,uniones de cargas) se quedan dentro del pozo dejando unaconsiderable cantidad de basura. Una ventaja es que al no estar

contenidas las cargas dentro de un tubo, pueden ser de mayortamaño con lo que se obtiene una mayor penetración. La principaldesventaja es que los componentes explosivos están expuestos a lapresión y fluido del pozo, por lo que, normalmente, este sistema estálimitado por estas condiciones.

Semidesechables: Este sistema es similar al desechable con laventaja de que la cantidad de residuos dejados en el pozo es menor,ya que se recupera el portacargas.

La Figura 14. ilustra los diferentes sistemas mencionados:

2. Cañones bajados con tubería

En el sistema de Disparo Bajado con Tubería (DBT), en inglés TCP, elcañón es bajado al intervalo de interés con tubería de trabajo. Adiferencia de los cañones bajados con cable, en este sistema solo se

utilizan portacargas entubados, además la operación de disparospuede ser efectuada en una sola corrida, lo cual favorece la técnicade disparos bajo balance.



El objetivo principal del sistema TCP es crear agujeros profundos ygrandes favoreciendo la productividad del pozo. También estesistema es recomendado (si las condiciones mecánicas lo permiten)cuando se dispara en doble cañería de revestimiento, esto con la

finalidad de generar una penetración adecuada del baleo.

d. DAÑO GENERADO POR EL DISPARO

El proceso de baleo de formaciones permeables y porosas con lascargas moldeadas crea una “película” que se opone al flujo en elagujero. El jet penetra la formación a alta velocidad, desplazandoradialmente el material de formación, creándose una zonacompactada alrededor del agujero y reduciendo la permeabilidadoriginal. Para disminuir el efecto peculiar deberá incrementarse lapenetración para librar la zona de daño.

e. DAÑO GENERADO POR EL FLUIDO DE LA PERFORACIÓN



Durante el proceso de perforación del pozo se causa un daño a laformación debido al lodo de perforación. Este daño se asocia altaponamiento de los poros alrededor del pozo.Existe la tendencia de usar lodos que cumplan con el propósitoinmediato de perforar segura y económicamente un pozo, pero no

siempre se piensa en los efectos del fluido sobre la productividaddel pozo.

El enjarre puede resolver el problema de la invasión del filtrado,pero si no es removido completamente antes de depositar elcemento en el espacio anular, las partículas sólidas pueden serarrastradas dentro del agujero abierto por el jet del disparo,aunque se use un fluido supuestamente limpio de terminación.

f. DAÑO CAUSADO POR EL FLUIDO DE LA TERMINACIÓN

El fluido de terminación es de primordial importancia para obteneróptimos resultados. Si existe algún material extraño en el fluido,puede ser empujado dentro de la perforación por el jet o unpequeño taponamiento sería el resultado.

El jet de la carga genera gases de alta presión asociadas con laexplosión, hay indicios reales de que el fluido alrededor de la cargaes separado durante el disparo y cuando la burbuja de gas secontrae al enfriarse, el frente del fluido es lanzado dentro de laperforación. Momentáneamente se crea una condición de sobre-

balance con fuerzas de impacto y si el fluido no es completamentelimpio, las partículas serán adheridas a las paredes del agujero ypodría haber invasión de extensión limitada.

El daño del pozo, las perforaciones de las cargas, penetraciónparcial y la desviación provocan un cambio en la geometría radialdel flujo que afecta la productividad del pozo. El efecto combinadode estos factores se denomina “Efecto Peculiar” y genera unacaída de presión que afecta la producción del yacimiento.

METODOLOGIA DE SELECCION

a) Planeación.b) Información necesaria para el diseño del disparo.c) Selección del sistema óptimo.

a) Planeación

Frecuentemente cuando se piensa en balear un pozo solo sepresta atención al cañón. Sin embargo, para obtener el resultadomás eficiente del disparo, se requiere del diseño y aplicación de un

programa completo de baleo.



Los resultados de las pruebas API pueden servir de base para unacomparación general del desempeño de las cargas, pero esta soloserá válida bajo las mismas condiciones de prueba. Lascondiciones reales en la formación no serán las mismas queexistían durante la prueba; las tuberías, fluidos del pozo, tipos de

formación y presiones pueden ser muy diferentes. Como resultado,el desempeño de una carga puede variar significativamente delobtenido durante la prueba.

En general:

o A mayor resistencia a la cadencia menor diámetro deagujero.

o A mayor resistencia compresiva y densidad de los materialesmenor penetración.

o El esfuerzo efectivo (presión de sobrecarga menos la presiónde poro) también afecta la penetración.

Al planear un trabajo de baleos de cañería-formación se debeconsiderar:

1. El método de terminación.2. Las características de la formación.3. Las tuberías y accesorios del pozo.4. Las condiciones esperadas del pozo durante el baleo.

Una vez recabada esta información, se deberá escoger dentro deuna gran variedad de sistemas de disparo y técnicas disponiblespara seleccionar el mejor sistema para el caso en particular.

1. Métodos básicos de terminación

• Terminación Natural.

• Terminación con Control de Arena.

• Terminación con estimulación.

El orden de importancia de los factores geométricos del sistema debaleos es diferente para cada uno.

Terminación Natural.- En las terminaciones naturales no senecesita estimulación o control de arena. El objetivo esincrementar la relación de productividad.

El diseñador debe establecer un programa de disparo pararemover o reducir cualquier impedancia al movimiento del fluidodel yacimiento. Estas restricciones pueden existir en la zonacomprimida por el disparo o en la zona dañada durante la

perforación. La zona dañada es una región que rodea la pared delpozo en la cual la formación pudo haber sido alterada durante la



perforación. Por ejemplo, cuando el fluido de perforación y el aguadel cemento entran en la formación pueden depositar materiasólida, causar dilatación de la arcilla e inducir precipitaciónquímica. Esto reduce el tamaño efectivo de los poros disponiblespara flujo del fluido.

El orden de importancia de los factores geométricos en este tipode terminación es:

1. Densidad de cargas.2. Penetración de la bala o carga.3. Fase de cargas.4. Diámetro del agujero baleado.

Terminación con Control de Arena.- El objetivo en lasoperaciones para control de arena es prevenir que la formaciónalrededor de la perforación se deteriore. Si esto ocurre, losmateriales resultantes bloquean el agujero y pueden tapar latubería de revestimiento y la tubería de producción.

En formaciones no-consolidadas, puede ocurrir el arenamiento sihay una caída sustancial de presión entre la formación y el pozo. Ya que esta caída es inversamente proporcional a la seccióntransversal del agujero hecho por la carga, la probabilidad dearenamiento puede reducirse aumentando el área perforada obaleada total. Entre más grande sean la densidad de cargas y el

diámetro del hoyo, mayor será el área baleada.

Por lo anterior, el orden de importancia de los factoresgeométricos en este caso es:

1. Diámetro del agujero baleado .2. Densidad de cargas.3. Fase de cargas.4. Penetración de la bala o carga.

Terminación con Estimulación: Las operaciones de

estimulación incluyen acidificación y fracturamiento hidráulico. Elobjetivo es incrementar el tamaño y número de caminos por losque el fluido puede moverse de la formación al pozo. Ambasoperaciones requieren de la inyección a la formación de grandesvolúmenes de fluidos a altas presiones.

En las formaciones que requieren estimulación, el diámetro ydistribución de los agujeros son importantes. El diseñador debeseleccionar diámetros y densidades para controlar la caída depresión a través de las perforaciones para reducir la demanda del

equipo de bombeo.



Una buena distribución vertical de los agujeros es necesaria paramejorar la extensión vertical del tratamiento. Generalmente unadensidad de 13 cargas por metro es suficiente. La distribuciónradial de los agujeros puede también puede también tener un rolimportante en la efectividad del tratamiento. En operaciones de

fracturamiento, por ejemplo, si se usa una fase 90ª en lugar de 0ª,es más probable que los agujeros se alinien con la orientación delas fracturas naturales, proporcionando una trayectoria másdirecta para que el fluido de fracturamiento entre en la formación.

El orden de importancia para este tipo de terminación es:

1. Fase de cargas.2. Densidad de cargas.3. Diámetro del agujero baleado.4. Penetración de la bala o carga.

En caso de tener la formación fracturada naturalmente, se deberáconsiderar un sistema que aumente la probabilidad de interceptarfracturas, por lo que el orden de los factores cambia de lasiguiente manera:

1. Penetración de la bala o carga.2. Fase de cargas.3. Densidad de cargas.4. Diámetro del agujero baleado.

2. Características de la formación

Las características de la formación y los objetivos de laterminación determinan la jerarquía de los factores geométricosdel sistema de baleo. Las condiciones del pozo, por otro lado,determinan usualmente el tamaño y tipo de cañón que puedeusarse y pueden afectar también el éxito de la operación de baleo.

Las siguientes Tablas muestran un resumen de la jerarquización delos factores geométricos.



Consideraciones en formaciones heterogéneas: El diseñoefectivo de baleo considera las heterogeneidades comunes de laformación. La Tabla de la Figura 15 muestra la jerarquía delosfactores geométricos del sistema de baleo en función de lasheterogeneidades de la formación. La Figura 16 muestra lasheterogeneidades.



La mayoría de las formaciones son anisotrópicas, es decir su K vertical es menor que su K horizontal. Esto afecta la relación deproductividad. Una manera efectiva de contrarrestar los efectosadversos de la anisotropía es incrementando la densidad de losbaleos.

Laminaciones de arcillas: Si se tienen laminaciones de arcillas,es importante obtener la mayor densidad de cargas por metro

para aumentar la probabilidad de perforar las formacionesproductoras intercaladas.

Fracturas naturales: Muchos yacimientos tienen uno o másconjuntos de fracturas naturales que proveen de una altapermeabilidad aunque la permeabilidad de la matriz sea baja. Laproductividad del intervalo disparado depende de la comunicaciónhidráulica entre las perforaciones y la red de fracturas.

b) Información necesaria para el diseño del disparo

Los siguientes datos deberán ser considerados para obtener unbuen diseño de disparos:

Datos de la formación:

• Litología.

• Permeabilidad.

• Porosidad.

• Densidad.

• Intervalo a balear.

Fluidos esperados y presiones:•Petróleo, gas, H2S, etc.



•Presión de formación, sobrecarga de poro,resistencia compresiva.

Condiciones del pozo:

•Desviaciones.

•Lodo de perforación.•Diámetro de trépano.

• Temperatura de fondo.

Estado Mecánico:

• Tuberías de revestimiento.

•Cementación.

•Datos de la sarta de tubería.

Método de Terminación:

•Natural.•Control de arena.

•Estimulación/Fracturamiento.

c) Selección del sistema óptimo

A continuación se propone un procedimiento para la selección delsistema de baleo en base a las características del pozo y susaccesorios tubulares. El procedimiento puede ser dividido encuatro etapas:

I. Selección del diámetro máximo del cañón y el tipo de sistema(Recuperable entubado, desechable ó semidesechable).

II. Jerarquización de los factores geométricos del cañón.

III. Determinación de los factores geométricos en función de laproductividad.

IV. Determinación de la presión diferencial previa al disparo.

6. SOFTWARE DE DISEÑO

Para diseñar las terminaciones con baleos se pueden usar programastales como el WEM (Well Evaluation Model) a través del cual esposible calcular el desempeño de las cargas en el fondo, cálculos delflujo (análisis nodal), análisis de sensitividad, con el que se puedendeterminar de manera rápida diferentes curvas de IPR (InflowPerformance Relationship) cambiando uno o varios parámetros, etc.,todo esto tomando en cuenta todos los parámetros que intervienenen un diseño, (datos de formación, tipo de terminación, estado

mecánico del pozo, presiones, tipos de cargas, etc.).



Dichos cálculos requieren la aplicación de un gran número deecuaciones complejas que de resolverse de manera manual ocuparíanun consumo de tiempo considerable.

IMPORTANTE

En la actualidad la tecnología en el diseño de disparos estácambiando de manera rápida debido a nuevos avances comoresultado de investigaciones y pruebas de laboratorio. Sólo para darun ejemplo, las presiones de rebalance calculadas a partir de lasinvestigaciones de BEHRMANN L. (1995) difieren significativamentecon las calculadas por KING, (son más altas) de tal manera que losconceptos aquí descritos deberán tomarse con la reserva necesaria.

Por otra parte no es posible analizar de manera particular todos loscasos posibles de variables en una terminación con baleos, por lo queel diseñador deberá utilizar su criterio para un caso en especial.

SEGURIDAD EN EL POZO

Para efectuar un trabajo de baleo en el pozo, hay que verificar que enel pozo tenga el sistema de seguridad o BOP, además el pozo debeestar lleno de fluido de terminación, para controlar la presión deyacimiento que pueda manifestarse de inmediato en boca de pozo,para evitar o prevenir cualquier descontrol probable.

SEGURIDAD EN LA LOCACION

La seguridad es un aspecto extremadamente importante enoperaciones de baleos. Se han considerado con el diseño yfabricación de los equipos de baleo todos los factores de seguridadposible, a fin de que el manipuleo de los explosivos en el campo seauna operación segura. En la locación, todo el personal incluidas lascuadrillas de perforación, estarán alertados de la presencia deexplosivos y conocerán los procedimientos adecuados durante lasoperaciones de baleo.Una empresa de servicios con experiencia debe ser la encargada de

operar el equipo de baleos.

Los explosivos pueden ser detonados por calor, generado por llama,chispa, fricción, corriente eléctrica ó reacción química, y por lo tantodeberán estar aislados de estas paredes de iniciación. Esto incluyemotores, calefactores y substancias químicas que puedan reaccionarcon las cargas y producir calor.

Se recomienda no permanecer cerca de la zona donde se encuentranlos cañones de baleo ni manipularlos, a menos que sea

absolutamente necesario. El equipo de baleo se mantendrá alejado decables eléctricos y generadores, y no deberán realizarse



transmisiones desde móviles (radio ó teléfonos) dentro de un radio de75 m. de las operaciones de baleos.

Todo equipo de baleo deberá tener su correspondiente puesta atierra. Además, no se realizarán operaciones de baleo durante

tormentas eléctricas, de polvo y rayos. Debe prestarse suma atencióna todo el equipo eléctrico (rotadores superiores (top drive), motoreseléctricos, etc.) en la zona del equipo. Una carga eléctrica estáticapodría disparar accidentalmente los cañones.

Cualquier consulta referida a seguridad será dirigida de inmediato alingeniero a cargo de las operaciones de baleo.

Ejemplos de cálculo de presión diferencial:

CALCULO DEL COLCHON DE AGUA

El colchón de agua se calcula en base a la estimación más adecuadasobre la presión en el fondo del pozo (BHP). Para calcular el colchónde agua se utiliza la siguiente fórmula:

Pies de colchón de agua = Presión diferencial (psi)/ Gradiente de

fluido(psi/pie)m de colchón de agua = Presión diferencial(bar)/ Gradiente de

fluido (bar/m)

Ejemplo 1:

Se calcula que un pozo tiene una BHP de 4680 psi (322,9 bar) a unaprofundidad de formación de 10000 pies (3048 m). Se desean 200 psi(13.8 bar) diferenciales en la columna de trabajo para lograr que elpozo comience a fluir y limpiar. Por lo tanto, se necesitaría un colchónde agua de 4480 psi (308.9 bar). En caso que el agua salada

disponible tenga un peso dse 9.3 lb/gal (1114 g/l), entonces lacantidad de pies (metros) necesarios de colchón de agua puedecalcularse de la siguiente manera:

Pies colchón de agua = Presión (psi)/Gradiente del fluido (psi/pie)Pies colchón de agua = 4480/9.3 x 0.052Pies colchón de agua = 4480/0.483Pies colchón de agua = 9275 pies (2827 m)

Por lo general, se utiliza la expresión “tiros con agua”. Para obtener

las cantidades necesarias, Simplemente dividir la longitud del colchónde agua por la longitud del tiro de la tubería en las mismas unidades.La cantidad de agua salada se puede calcular con una simple



multiplicación: longitud del colchón por la capacidad del tubing. En elejemplo anterior, para una capacidad de tubería de 0.00579 bbls/piese tendrá:

Volumen de fluido (bbls)=colchón de agua (pies)x capacidad de

tubería (bbls/pie)Volumen de fluido = 9275 pies x 0.00579 bbls/pieVolumen de fluido = 53.7 bbls (8.5 m3)

Ejemplo 2:

Se desea perforar un intervalo en arenas de 2500 a 2506 metros conuna permeabilidad de 500 md. Los registros sónico y densidad en elintervalo dan una medida de t ∆ de 70 seg µ y b ρ de 2.5 gr/cc, elanálisis de los registros indica una invasión somera. El fluido que seespera producir es gas y la presión del yacimiento de 4000 psi. Laprofundidad interior del pozo es de 2520 metros. ¿Cuál debe ser la

presión diferencial previa al disparo y como se lograría si el fluido determinación es agua?.

a) De acuerdo a la tabla de la figura 10. considerando una formaciónde alta permeabilidad (>100 md) productora de gas, la presióndiferencial deberá estar entre 1,000 y 2,000 psi

b) De acuerdo a respuesta de los registros la formación esconsolidada.

c) Para una arena con gas se usará la ec.(6)

d) La ∆Pmax se determinará de acuerdo al rango de presión delaccesorio tubular de menor rango. Si suponemos este de 5,000 psiy en buenas condiciones entonces: psi PTm P 000 , 4 000 , 5 8 . 0% 80 max = ∗ = = ∆

e) Ya que la invasión es somera, la ∆P deberá estar entre el puntomedio y la ∆Pmin



Documents

Tema 7. Operaciones de Baleos (1)