Introduccion a la Perforación bajo balance.

Perforación Bajo Balance (UBD)

Argenis González GómezIng. Petrolero

Universidad Autónoma de Tamaulipas

Marzo 2013

Perforación Bajo Balance (UBD)


Este trabajo busca ser un apoyo introductorio al estudio de los procesos de perforación bajo balance, direccionado

especialmente para estudiantes de ingeniería del petróleo quienes buscan extender sus conocimientos.

- Argenis González , estudiante de Ingeniería Petrolera de la Universidad Autónoma de Tamaulipas

¿Qué es la perforación bajo balance?


La perforación bajo balance es el proceso de profundización de un pozo en donde intencionalmente nuestro fluido de control ejerce una presión hidrostática menor que

la presión de poro. Esto genera que los fluidos de la formación accedan al pozo y puedan ser producidos de forma controlada en superficie.

La PBB se realiza cuando se tienen ventanas operativas estrechas, así se evitan problemas de fracturamiento de la formación.

Sobre balance (convencional) Bajo balanceSe controla el pozo mediante Ph > Pp Pozo con entrada de fluidos. Ph < Pp

Se detiene la perforación al haber influjo del yacimiento al pozo

Se continua perforando aún con influjo del yacimiento al pozo

Se detiene la perforación al haber pérdida de circulación

No se detiene la perforación aun habiendo pérdida de circulación

No se realizan viajes con presión Se realizan viajes con presión controlada


Aplicación de la perforación bajo balancePerforar bajo balance no es algo que se escoge de pozo a pozo, es una decisión

tomada al tener la necesidad de adaptarse a la ventana operativa.

La PBB se aplica en rocas mecánicamente estables. Por debajo de la presión de poro existe un gradiente de presión de estabilidad mecánica de cada formación el cuál si se excede, provocaría un colapso en la formación. Para perforar bajo balance debe existir un margen seguro para escoger densidades de fluido que esté ubicado entre la presión

de poro y el gradiente de estabilidad mecánica. Densidad

Profundidad

G. De fractura

P. De poroG. De estabilidad mecánica

Zona de bajo balance

En ocasiones la presión de poro será equivalente al gradiente de estabilidad

mecánica, no permitiendo que exista una zona de bajo balance. Si se perfora bajo

balance en estos casos, ocurriría un colapso de la formación.


Como perforar bajo balanceMantener la presión hidrostática generada por el lodo de perforación menor que la presión poral, puede tener dos alternativas:

- Que ésta presión hidrostática creada por el fluido sea natural; es decir, que la baja densidad del fluido sea la cuál mantenga el estado de bajo balance.

- Que la densidad del fluido de perforación sea disminuida artificialmente , agregando aire, gas o nitrógeno para aligerar la presión hidrostática.


Fluidos de control para PBBLos fluidos de control utilizados en la perforación bajo balance además de tener densidades bajas, aún necesitan realizar todas sus funciones principales. El fluido además de sus funciones principales debe:

•Evitar que se presente corrosión en la herramienta•Evadir la combustión espontánea•Evitar Inestabilidad química•Tener el menor costo posible

Cuando se necesita reducir aún mas la densidad de un fluido líquido, se pueden adoptar por sistemas de fluidos aligerados con nitrógeno, mediante fluidos

espumados o espumas rígidas.


Fluidos de control para PBB

Aire o gas Rocío Espuma con gas

Espuma estable

Líquido

De 0.01 a 0.10 De 0.10 a 0.25 De 0.25 a 0.41 De 0.41 a 0.83 Mayor a 0.85

Densidades (gr/cm3)


Equipo para perforar bajo balance

Universidad Autónoma de TamaulipasEquipo de superficie


El equipo necesario para operaciones de perforación bajo balance es un tanto diferente al convencional, pues está pensado para operar con fluidos neumáticos o de bajas densidades. Hay ocasiones en que determinadas etapas del pozo pueden

requerir ser perforadas bajo balance y otras en sobre balance, por lo tanto se encontrarán los dos tipos de sistemas instalados en un solo equipo. El sistema de

PBB en superficie esta conformado por:

• Inyección de Nitrógeno (opcional)• Compresores y Boosters

• Preventor y cabeza rotatorios• Ensamble de estrangulación

• Separador Multifásico• Trampa para muestras

• Línea al quemador y Quemador


Equipo de superficie

Sistema de InyecciónEn las perforaciones bajo balance con una reducción de presión hidrostática de forma inducida inyectando nitrógeno, éste tendrá que ser inyectado de manera constante. El nitrógeno puede obtenerse de dos maneras:

Por filtros de membranas: El nitrógeno se obtiene directamente de la atmosfera al hacer pasar el aire por tubos de membrana de poliéster. El nitrógeno se separa debido a la diferencia entre las tasas de permeabilidad de las moléculas de oxigeno y nitrógeno.

Unidades Criogénicas: Se transporta el N2 líquido hacia la localización con equipos terrestres. El nitrógeno líquido pasa por un intercambiador de calor, donde se evapora. Es generalmente mas costosa, por su alto volumen de inyección.



Métodos de inyecciónLa inyección de nitrógeno (o gas natural) al fondo del pozo puede ser llevada a cabo de tres maneras distintas:

Inyección con Sarta Parásita

Utiliza una pequeña sarta sujetada a la parte exterior del revestimiento para la inyección de un gas en determinado punto del anular. Solo se utiliza en pozos verticales.

Inyección con tubería concéntrica

Una LINER debe ser sentado justó en el tope de la formación objetivo. Esta tubería luego es extendida hasta superficie utilizando un colgador de Tp modificado para suspender la sarta o revestimiento temporal. El gas es inyectado por el EA

Inyección directa

Se inyecta gas comprimido al múltiple de la línea de inyección donde se mezcla con el fluido de perforación. No necesita equipo especial en fondo.


Compresores


Los compresores en operaciones de bajo balance sustituyen a las bombas de lodo como los mecanismos desplazantes de fluido. La compresibilidad de los fluidos

neumáticos es muy grande, por lo tanto el uso de bombas convencionales de lodo no lograrían la eficiencia volumétrica que se necesita. En PBB se utilizan

compresores de desplazamiento positivo y dinámicos.


Compresores elevadores de presión (BOOSTERS)


Este tipo de compresor se encarga de elevar aún mas la presión de la línea de acuerdo con los requerimientos. Básicamente es una unidad compresora de desplazamiento positivo que recibe el aire a cierta presión mínima. Algunas alcanzan presiones de descarga de 2000psig o más.

Se pueden hacer arreglos dependiendo del volumen necesitado, por ejemplo, para volúmenes de 1500 pcpm, se utilizan arreglos simples que constan de cuatro compresores, dos boosters de baja y dos de alta.


Cabeza rotatoria (Rotary Heads)Es un dispositivo instalado sobre el preventor anular para desviar el flujo de fluidos en superficie y además proporciona un sello alrededor de la tubería de perforación aislando la presión y fluidos del anular del piso de perforación. Se denominan por la IADC como Dispositivos rotatorios de control (RCD). El preventor rotatorio es parte de este dispositivo.

Depende de energía hidráulica externa para

accionar al sello entre el empaque y la TP

Depende del sello a través de la fricción polímero-acero entre el empaque y la TP. La energía para

mantener el sello es provista por la fuerza descendente del empaque contra la presión

fluyente.

Existen las RH activas y pasivas


Preventor Rotatorio (RBOP)El RBOP se usa para mantener una contrapresión

superficial arriba de las 1500 psi en condiciones dinámicas y 2000 psi en condiciones estáticas

mientras el pozo es perforado con fluido de baja densidad. Va colocado por encima del preventor

esférico, en conjunto con la cabeza rotatoria.

Lo conforman empaques hidráulicos. Éstos se presionan contra la flecha o la TP, controlados por aceite hidráulico a una presión mayor de la del cierre del pozo.

Los empaques sellan el espacio anular mientras la tubería esta en rotación; esto causará desgaste eventual en el empaque, por lo que es una pieza que tiene que estar en constante revisión y si es necesario, deberá ser reemplazada.


Múltiple de estrangulaciónEs un dispositivo utilizado en operaciones de PBB para realizar el control de la

presión y el flujo que retorna del anular. El estrangulador del equipo de perforación dedicado al control de pozo no debe ser utilizados con propósitos de perforación

bajo balance, ya que este debe estar en óptimas condiciones en caso de operaciones de control de pozo.

La configuración tradicional para la perforación (tres vías de flujo en paralelo) utiliza un estrangulador

ajustable y uno fijo en las dos vías de salida. El E. ajustable puede ser

controlado manual o hidráulicamente.

Después de cada trabajo de perforación, el múltiple debe ser inspeccionado para descartar

erosión por arena o rupturas.



Trampas para muestrasPara realizar análisis del fluido de perforación en perforación convencional, el chango (derrick man), toma una muestra del fluido de perforación retornado del pozo y analiza sus propiedades para determinar algún cambio en ellas. En el sistema de PBB, un acceso al lodo no es posible de la misma manera pues este fluye a través de un circuito aislado. La trampa para herramientas proporciona una manera para tomar muestras del fluido para analizarlas.



Separador multifásicoEl sistema separador consiste primordialmente en la separación de fases líquidos/gas/sólidos. Es un tanque cilíndrico con placas deflectoras en el interior para acelerar la agitación o turbulencia del fluido y lograr la separación de las fases. En principio, los sólidos, hidrocarburos líquidos y agua, gases y metano son conducidos en un recipiente de separación ya sea de tres o cuatro fases. Al entrar ocurre un cambio de velocidad por lo que todos los fluidos y sólidos son mezclados en un compartimento delimitado por una mampara justo abajo del conducto de entrada; aquí los sólidos permanecen en la parte inferior, y el gas tenderá a permanecer en la parte superior; en tanto los líquidos, conforme se vaya llenando el compartimento, pasarán al otro lado de la mampara y ahí se separarán por densidades; cada fluido se direccionará ahora a un conducto que esta ubicado en su zona de fase, como se ve en la figura.



Línea del quemador y quemador.

La línea del quemador contiene una válvula de contrapresión que mantiene una presión deseada dentro del separador. Adicionalmente, la misma línea puede contar con un múltiple de válvulas para poder alimentar con gas a los compresores. El quemador es el final del proceso de separación de gas, en donde es quemado en la atmosfera si no existe posibilidad de almacenarlo o transportarlo.


Universidad Autónoma de TamaulipasPerforar bajo balance?

•Incremento en la Velocidad de Perforación•Incremento en la vida de la barrena•Reducción de pérdidas de circulación•Reducción en tiempos de limpieza y prueba de pozo•Producción temprana•Eliminación de algunos problemas mecánicos•Reducción del daño a la formación

• Inestabilidad del agujero• Influjos de agua

• Corrosión• Explosiones en el fondo

• Vibraciones de la sarta y el BHA• Equipos de perforación direccional

• Factores económicos

Ventajas

Desventajas

Fuentes• Principios de Perforación Bajo balance y su aplicación en campos

geotérmicos – Weatherford• Introducción a la perforación bajo balance – SWACO

• Perforacion Bajo Balance – Rivelino A. Padilla, Weatherford, Noviembre 25, 2009, PPT.

• TESIS UNAM “Perforacion Bajo balance: Equipo y técnicas” – Luis Gerardo García Vela, 2005

Gracias

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Engineering

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