OPTIMIZACIÓN DE LA PERFORACIÓN
Edgar Carvajal
¿Sabías que mientras perforamos el 80% de los problemas de pozo lo representan o son generados por los esfuerzos mecánicos de la formación?
En la medida que vamos profundizando en la perforación de los pozos en esa misma medida los esfuerzos en la formación también se incrementan, este incremento en los esfuerzos de la formación los cuales son generados por la sobrecarga de la misma y los esfuerzos horizontales del área, son los que generan los incrementos en el torque mientras profundizamos y son los que generan el 80% de los problemas de perforación.
Los esfuerzos mecánicos en la formación si estos no son controlados mientras perforamos, harán que la roca de la formación se elongue e inclusive se deforme generando los altos torques y son los causantes del 80% de los problemas de los pozos. Cuando comenzamos la perforación de un pozo en las primeros metros perforados la densidad del lodo es lo suficiente como para controlar la presión de poro, y a su vez esta densidad debido a que en los primeros metros perforados la sobrecarga de la formación y los esfuerzos horizontales del área son muy bajos la densidad del lodo es lo suficiente como para controlar los esfuerzos mecánicos de la formación(Grafica pto a-b) esto se observa como mayor frecuencia en el Plioceno , Mioceno y esta es la razón por la cual podemos realizar pozos horizontales y de altos ángulos en el mioceno, sin embargo, en la medida que vamos incrementando la profundidad, en esa misma medida se incrementan los esfuerzos de la formación lo podemos observar a partir del oligoceno y llega un punto en el cual dicho esfuerzo supera la densidad del lodo la cual busca controlar la presión de poro(Grafica pto b-c), es a partir de ese momento cuando comenzamos a hablar de problemas geomecánicas de la formación, esta es la razón por la cual en la medida que profundizamos se hace más complejo realizar pozos de alto ángulo inclusive no es posible realizar pozos horizontales (esto va a depender por supuesto de la propiedad mecánica de la roca).
Como mencionamos, los esfuerzos mecánicos de la formación si estos no son controlados, son los que generan el 80% de los problemas en los pozos, tales como:
1.- Altos torques: los altos torques son una consecuencia de las fuerzas aplicadas sobre las barrenas y ampliadores, estas fuerzas aplicadas tanto en la barrena como en el ampliador son generadas por la falta de control de los esfuerzos en la formación.
2.- Vibración en la sarta de perforación: la falta de control en los esfuerzos mecánicos de la formación hace que la sarta entre en resonancia y por lo tanto generan las altas vibraciones en la sarta
2.- Bajas tasas de penetración: debido a que la sarta de perforación entra en resonancia el perforador se ve en la necesidad de bajar el peso sobre la barrena y bajar las revoluciones de la sarta para controlar el efecto de resonancia, trayendo como consecuencia una disminución en la tasa de penetración.
3.- Falla de las herramientas direccionales: cuando se tiene alta vibración debido a los esfuerzos mecánicos de la formación los componentes electrónicos de las herramientas direccionales caen en resonancia y hacen que fallen por fatiga perdiendo la señal de transmisión de datos.
4.- Problemas en el control direccional: cuando no se logra controlar los esfuerzos de la formación, estos llegan a ser tan altos que no permiten que las sartas de perforación direccional respondan de manera adecuada a los comandos, esto debido a que se genera una componente de fuerza sobre el motor, RSS, o el estabilizador que hace que actúa como una fuerza de péndulo, cambiando la respuesta al direccionamiento.
5.- Desgaste prematuro en la barrena y ampliador: al ser los esfuerzos de formación muy altos, esto hace que tanto la barrena como el ampliador sean sometidos a esfuerzos severos haciendo que se acelere el proceso de desgaste y por ende bajando su rendimiento debido al desgastes prematuros.
6.- Desgaste en los estabilizadores: al ser el valor de los esfuerzos de la formación tan alto hace que se presenten fuerzas laterales sobre los elementos de la sarta de perforación, llegando a actuar dichas fuerzas sobre los ampliadores las cuales actúan como una fuerza de péndulo y haciendo que el ampliador presente desgastes acelerados.
6.- Fractura de la roca: al no ser controlados los esfuerzos de la formación hacen que la roca se elongue o deforme trayendo como consecuencia cierre del agujero y generando una fuerza de empuje hacia la barrena o el ampliador que al tratar de avanzar someten a la roca a una condición adicional de esfuerzos haciendo que la roca fracture por esfuerzos combinados.
7.- Pega mecánica de tubería: cuando los esfuerzos mecánicos de la formación no logran controlarse estos pueden llegar a ser tan altos que generan las pegas de tubería por condición mecánica ya sea por fractura de la roca la cual genera solidos adicionales no contemplados en el sistema generando una falta de limpieza en el agujero, o generar atrapamiento por deformación de la roca la cual no permite el movimiento de la sarta.
8.- Desconexión de tubería: al ser los esfuerzos de formación muy altos, actúan sobre la barrena y el ampliador generando en ocasiones desconexión y daño de la tubería (depende del entendimiento y manejo del mismo).
Actualmente todos los software en el mercado utilizan coeficientes de fricción en las condiciones de los pozos para determinar los valores de torques, sin embargo, estos valores son aproximados y no permiten determinar con exactitud y precisión los valores de torque, ya que el coeficiente de fricción es una variable que depende de la fuerza normal y dicha fuerza normal depende de la inclinación del pozo y el peso de la sarta, es decir si cambiamos la inclinación del pozo, dicha fuerza normal cambiara, por lo tanto el coeficiente de fricción variara y por ende el valor del torque variara con respecto al real del pozo, adicionalmente para utilizar el coeficiente de fricción las condiciones de la formación deben ser estables, tal es el caso de los pozos horizontales que son construidos en el Mioceno donde los esfuerzos de la formación son bajos y pueden ser controlados por la densidad del lodo, en estos casos el coeficiente de fricción dará un torque calculado que va estar muy cercano al real de perforación. Debido a esta situación cuando se presenta altos torques durante la perforación del pozo, los ingenieros de diseño de pozos vienen calculando un coeficiente de fricción en base a los torques observados y llevando ese coeficiente de fricción hacia el próximo pozo a ser perforado, esto es un error ya que si se tiene problemas de altos torques en un pozo y se lleva dicho coeficiente de fricción a otro pozo, se estaría extrapolando la condición problema al siguiente pozo, por lo tanto se tendrá el mismo problema de alto torque del pozo anterior.
Actualmente se dispone en el mercado de todo un desarrollo de ingeniería el cual permite determinar los valores de torques que se tendrán durante la perforación metro a metro perforado con gran precisión y exactitud. Este estudio se basa en el análisis de geo presiones, propiedades mecánicas de las rocas y comprensibilidad de la roca para determinar los esfuerzos laterales de la formación y los torques de perforación.
Ing. Edgar Carvajal
Ciudad del Carmen. México, 26-10-20
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