3.2 Definición de pozos horizontales.

La perforación de pozos de trayectoria horizontal se inició

fundamentalmente como una forma de desarrollar la producción en

formaciones productivas con fracturas verticales que, perforadas con

pozos convencionales verticales tenían bajas producciones debido a que

quedaban librados a la posibilidad de atravesar o no esas fracturas. En la

figura siguiente puede verse un esquema de los principales objetivos que

cumplen al perforar pozos horizontales:

Figura .2.1 Objetivos que se cumplen al perforar pozos horizontales. Fuente: Diseño

de perforación - Ing. Luis Rabanaque.

Los pozos horizontales raramente tienen realmente 90°, ya que las formaciones

siempre buzan a algún determinado ángulo. No hay finalmente diferencia en la

perforación a una muy alta inclinación o a Si el pozo tiene 88°, 90° o 92° es

irrelevante, sin embargo el alto de la sección lateral del pozo afecta el diseño de la

terminación y futuras intervenciones del pozo.

Un pozo horizontal es normalmente un pozo de 1000 a 4000 ft de largo y

perforado desde la superficie. También puede ser definido como un pozo paralelo

al lecho plano del reservorio.

Aplicaciones de los pozos horizontales.

Los pozos horizontales son usados efectivamente en las siguientes aplicaciones

1.- En reservorios naturalmente fracturados, los pozos horizontales son usados

para intersecar fracturas y drenarlos de forma efectiva.

2.- En reservorios con problemas de conificación de agua y gas, los pozos

horizontales son usados para minimizar los problemas de conificación y elevar la

producción de petróleo.

3.- En producciones de gas, los pozos horizontales pueden ser usados en

reservorios de baja y alta permeabilidad. En reservorios de baja permeabilidad

los pozos horizontales pueden mejorar el área de drenaje por pozo y reducir el

número de pozos que son requeridos para drenar el reservorio. En reservorios de

alta permeabilidad, donde las velocidades del gas cerca de las paredes del pozo

son altas en pozos verticales, en pozos horizontales pueden ser usadas para

reducir la velocidad cerca de las paredes del pozo. Por lo tanto, los pozos

horizontales pueden ser usados para reducir la turbulencia cerca de las paredes

del pozo.

4 En aplicaciones de EOR (enhanced oil recovery), especialmente en operación

de EOR termales. Un pozo horizontal provee un área de contacto largo en el

reservorio y por lo tanto eleva la inyectabilidad

de un pozo inyector. Este es un beneficio especial en aplicaciones de EOR donde la inyectabilidad es un problema.

5.- Recientemente los pozos horizontales han sido usados en

operaciones de waterflood, polymer flood, para mejorar la eficiencia de barrido.

6.- Las aplicaciones de pozos horizontales están principalmente

relacionadas con los problemas de costos de perforación. En pozos offshore, en

locaciones remotas, y en áreas ambientalmente sensibles, donde el costo del

proyecto puede ser reducido por minimizar el número de pozos que son

requeridos para drenar el reservorio.

3.4TIPOS DE POZOS HORIZONTALES

3.4.1 POZO HORIZONTAL DE RADIO LARGO.Un pozo de radio largo se caracteriza por gradientes angulares de 2 a 6 grados/100 píes, lo que resulta en radios de 3000 a 1000 ft. En este caso se usan herramientas de perforación convencionales. Se han perforado de esta forma secciones laterales que han alcanzado hasta algo más de 5000 ft. Este tipo de trayectoria es especialmente aplicable a pozos donde se requieren desplazamientos horizontales largos para alcanzar el objetivo.

3.4.1.1 Perforación de pozos de radio largo.La figura 3.4.1.1.1 muestra un pozo de radio largo. Se observa que son necesarios de 1000 a 3000 ft verticales para pasar de la trayectoria Vertical a la horizontal. Esta longitud es función del gradiente angular y de la longitud de tramo tangente que se programe. La sección tangente sirve cubrir parte de la distancia horizontal total al objetivo y también para enfocarlo adecuadamente.El gradiente inicial es usualmente menor a 4 grados/100 pies para reducir el torque y el arrastre. La inclinación del tramo tangente varía entre 25 y 60 grados, dependiendo del desplazamiento requerido antes de entrar al objetivo, El gradiente de la segunda curva es de 4 a 6 grados/100 pies, pero puede llegar a ser tan elevado como de 8 a 10 grados cada 100 pies.

Tipo de pozo Gradiente angular Radio (ft) Alcance lateral (ft)

Radio Iargo 2° a 6° cada 100 ft 3000a 1000 2000 a 5000

Radio medio 6° a 20° cada 100ft 900 a 300 1500 a 3000

Radio corto 2° a 5° cada ft 40 a 20 100 a 800

Radio ultra corto 45° a 60° cada ft 2a 1 100 a 200

Figura 3.4.1.1.1 Pozo horizontal de radio largo. Fuente: Diseño de perforación - Ing. Luis Rabanaque.

Los pozos de radio largo se perforan con una combinación de herramientas direccionales convencionales. Se desvían con motores de fondo, generalmente sistemas dirigibles y en este caso se utiliza el mismo sistema para perforar el tramo tangente. De haberse usado para perforar la primera curva un sistema de motor y nicle acodado, el tramo tangente se perfora con un conjunto en sistema rotary. Para la segunda curva se usa un sistema dirigible. El tramo horizontal se perfora usualmente también con un sistema dirigible para poder controlar los cambios de inclinación y azimutales de forma que la severidad de la desviación no sea mayor a 2-3 grados/100 pies.

Ventajas y desventajas del radio largo

Ventajas• Menor severidad de la desviación• Mayor tramo lateral (comparado con el radio corto)• Mayor distancia lateral a partir de la locación inicial• Uso de técnicas y herramientas direccionales convencionales

• El mayor uso de la perforación rotativa permite mejorar el rendimiento• Se utilizan columna perforadora y cañerías estándar• Menor restricción de diámetros de pozo y herramientas• Un mas amplio margen de opciones para la terminación• Mayor facilidad para perfilar y obtener coronas• Puede perforarse con sistemas dirigibles

Desventajas• Se debe controlar la trayectoria del pozo durante una mayor longitud.

• Una mayor exposición de pozo abierto (mayores problemas potenciales).• Mayor longitud de pozo a perforar.• Un posible incremento del costo.• Se requiere mayor cantidad de cañería de entubación.

3.4.2 POZO HORIZONTAL DE RADIO MEDIO.Para estos pozos se usan gradientes de 6 a 20 grados/100 pies, radios de 900 a 300 ft y secciones laterales de hasta 3000 ft. Estos pozos se perforan con motores de fondo especiales y componentes de la columna perforadora convencionales. Para construir curvas de hasta 20 grados/100 pies se utilizan conjuntos con doble sustituto acodado. La sección lateral se perfora con conjuntos de motor de fondo dirigibles convencionales. Este perfil de pozo es común para aplicaciones en pozos terrestres y para re entradas horizontales.Prácticamente, un pozo es de radio medio si su conjunto de fondo no puede rotarse en todo momento en la sección curva. Al comenzar la parte final del radio medio el gradiente está limitado por los límites de flexión y torsión de los tubulares .bajo norma API. Pozos de menor diámetro con tubulares mas flexibles admiten una mas permisible severidad de la desviación (DLS).

3.4.2.1 Perforación de pozos de radio medio.La figura 3.4.2.1.1 muestra un típico pozo de radio medio con una sección tangente para permitir la variación que pueda existir entre la trayectoria planeada y la real.

Figura 3.4.2.1.1 Pozo horizontal del radio medio. Fuente: Diseño de perforación - Ing. Luis Rabanaque.

Existen varios sistemas para perforar con radio medio que incorporan diferentes arreglos de niples o carcasas acodadas, sustitutos acodados regulables y estabilizadores. Se utilizan frecuentemente doble juego de sustitutos acodados para gradientes angulares altos del orden de hasta 20 grados/100 pies. El gradiente resultará del ángulo de los sustitutos acodados y del diámetro de los estabilizadores.

Ventajas y desventajas del radio medio

Ventajas• Menor exposición de pozo abierto comparado con el radio largo• Uso de equipamiento de perforación convencional• El control de la trayectoria durante una longitud menor. Si se combinan pocos cambios de formación con también pocos cambios de diseño de conjuntos de fondo, resulta más fácil mantener gradientes angulares estables.• Se pueden alcanzar distancias horizontales mayores comparadas con el radio corto.• Tiene más opciones para la terminación que el radio corto.• Puede perfilarse y se pueden sacar coronas.• Tiene menos restricciones que el radio corto en diámetros de pozo (de 3 7/8 a 121/2pulg)• Se pueden perforar varias ramas laterales desde un mismo pozo.

Desventajas• Se requiere de ciertas herramientas especiales, como por ejemplo sustitutos de doble acodamiento.• Requiere de algunas técnicas especializadas, por ejemplo: la falta de rotación de la columna cuando se está construyendo la curva con la herramienta orientada dificulta la limpieza del pozo o cuando se debe repasar el pozo el doble acodamiento producirá una mayor fatiga de los elementos del conjunto de fondo.• Se requerirán conexiones de casing y tubing especiales (no API) y por lo tanto mas caras.• Mayores severidades de la desviación que en el radio largo.

3.4.3 POZO HORIZONTAL DE RADIO CORTO.Los pozos horizontales de radio corto tienen gradientes angulares de 2 a. 5 grados/pie, lo que equivale a radios de 40 a 20 ft. La longitud del tramo latera! varía entre 100 y 800 ft. Estos pozos se perforan utilizando herramientas y técnicas especiales. Este tipo de pozos se usa comúnmente para perforar re entradas en pozos existentes.

3.4.3.1 Perforación de pozos de radio corto.En la mayoría de las aplicaciones, se parte de un pozo vertical y se perfora una curva de radio corto inmediatamente arriba de la formación de interés o dentro mismo de ella. El procedimiento consiste en fijar una cuña con la orientación requerida y desviar la trayectoria con la curva de gradiente necesario usando

conjuntos de desvío especiales. Una vez alcanzados los 90°, se perfora la sección lateral con un conjunto especial que requiere de tubulares articulados que permitan rotar en la curva de radio corto. En algunos casos se utilizan motores de fondo articulados. La mayoría de los pozos perforados de esta forma han tenido alcance lateral de 90 a 200 m, aunque se ha logrado en algún caso hasta 350 m.

Ventajas y desventajas del radio corto

Ventajas• Una menor sección en curva.• La menor distancia al objetivo permite una definición mas precisé de la estructura• El KOP está mas próximo al objetivo• Se pueden perforar varias ramas laterales desde e! mismo pozo• Menor longitud del pozo.• Fácilmente aplicable a la reentrada en pozos existentes

Desventajas• Se necesita equipamiento de perforación especial.• Deben usarse técnicas no convencionales de perforación.• Alcance limitado de la sección lateral.• Diámetros de pozo restringidos (4 1/2 a 6 ¼ pulg.)• El control azimutal es pobre en la sección lateral.• La posibilidades de terminación son limitadas.• Demanda mayor tiempo debido a la baja penetración y cambios oe BHA.

Figura 3.4.3.1.1 Secuencia do perforación de un pozo de radio corto. Fuente: Diseño de perforación - Ing. Luis Rabanaque.

3.4.4 POZO HORIZONTAL DE RADIO ULTRA CORTO.Adicionalmente a lo anterior, hay también sistemas de radio ultracorto, que pueden llevar la trayectoria del pozo de la vertical a la horizontal con un radio de 2 a 1 ft. Este no constituye un sistema de perforación en un sentido convencional, sino una aplicación especial de los chorros de agua de alta presión. Los chorros de agua perforan un pozo de diámetro entre 18 y 6 cm con una longitud de 100 a 200 ft.

3.5 Limitaciones de la perforación de pozos horizontales.Una de las principales limitaciones de los pozos horizontales es su costo. Generalmente el costo de los pozos horizontales es alrededor de 1.2 a 3 veces mas que el costo de un pozo vertical, dependiendo de el método de perforación y la técnica de completación empleada.Un factor adicional en la determinación del costo de perforación es la experiencia en el área dada. Generalmente el costo de un primer pozo horizontal es mayor que el costo de un segundo pozo. Como más y más pozos son perforados en el área dada, el costo de perforación de pozos horizontales con respecto a pozos verticales se reduce.Ya en el proceso mecánico existen una serie de limitaciones en este tipo de perforación, así tenemos:1. El rebote de la sarta cuando se produce el choque con otro pozo interceptado2. El cambio abrupto en la inclinación y dirección, mismas que pueden notarse por incrementos de torque y arrastre.3. Problemas de pega de tubería, problema que impide continuar con la perforación. Este tipo de problema puede darse por presiones diferenciales, problemas en la geometría del hoyo, empaquetamiento del hoyo, agentes externos como chatarra, revestidotes colapsados, entre otros.4. Problemas con los recortes o ripios de perforación. Los ripios son triturados a un tamaño muy pequeño por el efecto del fresado de la sarta, este efecto es causado por el peso de la totalidad de la sarta descansando sobre el lado inferior de la sección horizontal, donde generalmente se alojan la mayoría de ripios. Una considerable cantidad de estos muy finamente molidos se mezclan en el lodo de perforación y consecuentemente causan un alto contenido de sólidos.

3.6 EXPLOTACIÓN DE CRUDOS PESADOS EN POZOS HORIZONTALES.Probablemente la perspectiva mas esperada para aplicar los pozos horizontales esta enfocado en el recobro de crudo pesado. Particularmente usando el método de recobro temía! a través de vapor.Para emplear métodos de recobro termal con pozos horizontales (HWs), se requiere de diferentes enfoques mas especializados que los típicos usados en actividades convencionales de pozos verticales.Es importante que cada una de las disciplinas involucradas como la perforación, completación, y operaciones termales en pozos horizontales sean consideradas cuidadosamente según las especificaciones requeridas para el éxito del resultado.

El principio claro del recobro de crudo pesado a través de métodos termales es reducir la viscosidad de los hidrocarburos hasta el punto donde pueden fluir para poder ser producidos. La eficiencia de esta operación es limitada por la tasa de transferencia de calor, la cual es proporcional al área disponible. Por lo tanto si mayor cantidad de área del yacimiento puede ser expuesta al calentamiento, entonces se puede lograr una operación más rápida y con mayor eficiencia. Múltiples pozos horizontales pueden ser perforados en una zona de petróleo pesado para la inyección termal y lograr mayor recobro. La ventaja de los pozos horizontales en inyección termal sobre los pozos verticales es evidente, ya que en los pozos verticales debido a que el aire es mas liviano que el petróleo, este tiende a migrar hacia el tope de la zona, por esta razón no se crea un frente de combustión uniforme, y por lo tanto se tendrá una ruptura prematura del frente de combustión y una gran cantidad de petróleo se queda en el yacimiento