Las pistolas (cañones) de disparos transportan cargas explosivas huecas (premoldeadas) hasta el fondo del pozo, donde son detonadas para formar túneles que actúan como conductos a través de los cuales fluyen los fluidos de yacimiento desde la formación hacia el interior del pozo y desde el pozo hasta la superficie.
En la década de 1920, las compañías de E&P implementaron la práctica de cementar la tubería metálica en el pozo. El cemento sustentaba la tubería de revestimiento y aislaba los intervalos productivos de otras zonas. Aunque efectiva, esta práctica generó un dilema para los operadores: cómo acceder a los hidrocarburos presentes en la parte externa de la tubería.
En un principio, se utilizaron pistolas de balas para punzar mecánicamente la tubería y el cemento, pero su penetración y efectividad resultaron limitadas. La tecnología de cargas huecas, basada en los armamentos militares antitanques, fue introducida en el campo petrolero en el año 1948 y revolucionó las prácticas de terminación de pozos.
Detonación de cargas huecas. Una carga hueca (extremo superior izquierdo) consiste de un iniciador de la detonación pequeño, una funda de revestimiento externa, el material explosivo y un revestimiento cónico. El cordón detonante conecta las cargas huecas individuales (extremo superior derecho) y, cuando éstas se hacen detonar, comienza una reacción en cadena en la que el revestimiento enfoca la energía de los explosivos en un chorro (centro, a la izquierda). Esto genera una onda de presión enorme y de alta velocidad. La punta del chorro se propaga a una velocidad de 7 000 m/s [22 965 pies/s] y ejerce una presión de 103 GPa [15 × 106 psi], lo cual genera túneles de disparos que penetran la tubería de revestimiento, el cemento y la formación (extremo inferior derecho)
Una carga hueca posee un casco externo que aloja un iniciador de la detonación y el material explosivo. Éstos son mantenidos en su lugar mediante un revestimiento cónico (izquierda). El dispositivo de encendido actúa como enlace entre el cordón detonante y los explosivos de la carga hueca. El revestimiento no sólo mantiene los explosivos en su lugar, sino que además su forma cónica genera un chorro de energía de alta presión que penetra la tubería de revestimiento, el cemento y la formación.
Las operaciones de disparos implican la utilización de explosivos de alto orden, que deben ser manipulados con sumo cuidado. La mayoría de los explosivos utilizados para los disparos se denominan explosivos secundarios, lo que significa que otra fuente debe iniciar su detonación. Generalmente, un casquillo detonador o detonador de mecha comienza la reacción en cadena; el detonador puede ser iniciado eléctrica o mecánicamente. Los casquillos detonadores convencionales son iniciados eléctricamente cuando una corriente pasa a través de un filamento. Esta corriente enciende una mecha que hace detonar una carga explosiva primaria compuesta de plomo y nitrógeno (página siguiente). Los casquillos detonadores iniciados mecánicamente se conocen también como detonadores de percusión. El casquillo detonador se conecta al cordón detonante, lo que genera la onda de choque que hace detonar las cargas huecas en la pistola de disparo. Todo esto culmina en la formación de túneles de disparos.
Los detonadores eléctricos demostraron ser muy confiables, pero se han desarrollado numerosas prácticas de seguridad para evitar la detonación no intencional de los casquillos. Entre dichas prácticas se encuentra la puesta a tierra de los sistemas eléctricos y la desconexión del suministro eléctrico durante el armado de las pistolas. Hoy, las transmisiones radiales plantean uno de los mayores peligros para los casquillos detonadores convencionales porque pueden inducir corriente en los cables del detonador. Cuando se ejecutan operaciones de disparos con casquillos detonadores convencionales, el personal de la localización del pozo debe apagar los radiotransmisores, incluidos los teléfonos celulares.
Dado que las localizaciones de pozos actuales dependen de las comunicaciones radiales continuas, el cierre de todas las transmisiones es problemático. Para sortear este inconveniente que genera el uso de detonadores convencionales, los ingenieros diseñaron un detonador que no contiene ningún explosivo primario y cuyo umbral de potencia para iniciar la detonación es de 3 megavatios; un casquillo detonador convencional posee un umbral de potencia de aproximadamente 1 vatio. Cuando los operadores utilizan este nuevo detonador, las transmisiones radiales pueden continuar sin riesgos durante el armado de las pistolas porque la tensión de dispersión o la corriente inducida no pueden iniciar la detonación.
Pistola para tubería de revestimiento y pistola bajada a través de la tubería de producción. Las pistolas de disparos se encuentran disponibles en una diversidad de tamaños y configuraciones. Las pistolas para tubería de revestimiento (extremo superior) alojan cargas huecas grandes y ofrecen opciones flexibles en términos de fases (orientación) y densidad de disparos. Las pistolas bajadas a través de la tubería de producción (extremo inferior) están diseñadas para atravesar restricciones estrechas a la vez que se maximiza el tamaño de las cargas huecas. Para la pistola recuperable bajada a través de la tubería de producción mostrada, después de la detonación de la pistola sólo queda una ristra metálica en la que se fijan las cargas huecas
Las pistolas de disparos se encuentran disponibles en una diversidad de tamaños y configuraciones. Las dos categorías principales de sistemas de pistolas son las pistolas bajadas a través de la tubería de producción y las pistolas de transportadores huecos o para tubería de revestimiento (derecha). Las pistolas de transportadores huecos son más grandes que las bajadas a través de la tubería de producción y permiten cargas más gran- des, más opciones de fases y una mayor densidad de disparos. La fase es el ángulo formado entre las cargas individuales, expresado en grados; y la densidad de los disparos, es el número de agujeros por unidad de longitud. El hardware de terminación de pozos existente y las propiedades del yacimiento generalmente dictaminan el tipo de sistema de pistolas utilizado. No obstante, los operadores pueden diseñar un tipo determinado de terminación de pozos para admitir un sistema de disparos que se adecue a un yacimiento específico.
En los pozos que contienen tubería de producción, los operadores utilizan pistolas de pequeño diámetro operadas a través de la tubería de producción. Estos sistemas están compuestos por sistemas de pistolas desechables que dejan detritos en el pozo después de la detonación o sistemas de pistolas recuperables con una ristra de montaje que puede ser recuperada después de la detonación. Las pistolas bajadas a través de la tubería de producción pueden ser utilizadas en condiciones de bajo balance, en las que la presión hidrostática del pozo es menor que la presión de formación. Después de la detonación, los fluidos de formación fluyen hacia el interior del pozo, barriendo los detritos de los túneles de disparos recién formados. El pozo puede ser sometido a pruebas de flujo o puesto en producción de inmediato. Con las pistolas bajadas a través de la tubería de producción, los operadores pueden agregar disparos a los intervalos productivos, o abrir zonas nuevas sin la erogación que implica remover la tubería de producción. Si las pistolas han de ser recuperadas después de los disparos, el pozo se dispara generalmente en una condición de sobre balance, en la que la presión del pozo es mayor que la presión de formación. Si el pozo es disparado en condiciones de bajo balance con pistolas para tubería de revestimiento, el operador debe ahogar (matar) el pozo para recuperar las pistolas.
Las pistolas de disparos se bajan en el pozo utilizando una diversidad de métodos. Las pistolas bajadas con la tubería de producción (TCP) se fijan en la tubería y se bajan en el pozo utilizando un equipo de perforación o de terminación de pozos. Las pistolas TCP ofrecen ventajas tales como la posibilidad de dejar la tubería de producción en su lugar después de ejecutar la operación de disparos en condiciones de bajo balance, además del mejora- miento del desempeño y de la flexibilidad proporcionada por la utilización de pistolas de transportadores huecos. Dado que los pozos pueden ser disparados en condiciones de bajo balance, el flujo hacia la superficie puede ser iniciado de inmediato. Con este método, los intervalos largos y las zonas ampliamente separadas pueden ser disparados simultáneamente; otras técnicas requieren múltiples viajes de entrada al pozo. Una desventaja de las pistolas TCP es que se requiere un equipo de perforación o de terminación de pozos para bajar las pistolas en el pozo y luego extraerlas. Si las pistolas han de ser recuperadas, se debe ahogar el pozo.
Pistola para tubería de revestimiento y pistola bajada a través de la tubería de producción. Las pistolas de disparos se encuentran disponibles en una diversidad de tamaños y configuraciones. Las pistolas para tubería de revestimiento (extremo superior) alojan cargas huecas grandes y ofrecen opciones flexibles en términos de fases (orientación) y densidad de disparos. Las pistolas bajadas a través de la tubería de producción (extremo inferior) están diseñadas para atravesar restricciones estrechas a la vez que se maximiza el tamaño de las cargas huecas. Para la pistola recuperable bajada a través de la tubería de producción mostrada, después de la detonación de la pistola sólo queda una ristra metálica en la que se fijan las cargas huecas
Los sistemas de disparos operados con cable poseen diversas ventajas. Por ejemplo, los operadores poseen flexibilidad para la selección del sistema de pistolas y las operaciones pueden ser ejecutadas con o sin un equipo de perforación/terminación en la localización del pozo. Dado que el cable metálico proporciona comunicación entre la pistola de fondo de pozo y la superficie, los sistemas de disparos con cable brindan una correlación de profundidad precisa. Los sistemas de disparos a través de la tubería de producción casi siempre dependen de un cable para su operación.
Las limitaciones de los sistemas de disparos con cable son la longitud y el peso de las pistolas y la geometría del pozo. Las operaciones de disparos con línea de acero, que están adquiriendo cada vez más popularidad, constituyen una alternativa eficiente y económicamente efectiva con respecto a las operaciones de disparos convencionales efectuadas con herramientas operadas con cable y las pistolas TCP. No obstante, las unidades operadas con línea de acero no proporcionan la energía desde la superficie para activar los casquillos detonadores y las operaciones de disparos con línea de acero no brindan el mismo nivel de precisión en cuanto a la correlación de profundidad que los sistemas de disparos operados con cable.
Pistola de alta de densidad de disparos para tubería de revestimiento, después de ejecutar los disparos
Si bien los operadores consideran muchos factores a la hora de diseñar un programa de disparos, por lo general es el yacimiento quien determina qué sistema se utilizará. Por ejemplo, las formaciones con tendencia a la producción de arena exhiben un mejor desempeño con una alta densidad de disparos y agujeros grandes (izquierda). Los operadores a menudo efectúan las operaciones de disparos con pistolas TCP de gran diámetro que producen muchos agujeros por pie lineal. La profundidad de penetración para estos tipos de formaciones no afecta el desempeño del pozo. No obstante, las formaciones dañadas durante las operaciones de perforación y terminación de pozos muestran un mejor desempeño con penetraciones profundas que se extienden más allá de la zona dañada. Sin embargo, la penetración más profunda trae aparejada la desventaja del menor diámetro de los agujeros de los disparos. La ejecución de operaciones de disparos en condiciones de bajo balance en pozos con daño de formación también puede mejorar el desempeño de los pozos.
La operación de disparo puede ejecutarse en un instante, pero su importancia para los ingenieros y científicos se refleja en la viabilidad de un pozo en el largo plazo. Ambos grupos continúan desarrollando técnicas de disparos basadas en el mejoramiento de los diseños de los equipos y de los sistemas de despliegue. Además, los ingenieros están utilizando procesos avanzados de modelado y pruebas de los sistemas de disparos existentes para mejorar los resultados. El objetivo final es posibilitar el flujo de petróleo y gas desde la formación hasta la superficie de manera segura y garantizada.
