14 Oilfield Review

Perforación de pozos verticales

Guido BruscoEni S.p.A.Falconara, Italia

Pete LewisMilán, Italia

Mike WilliamsSugar Land, Texas, EUA

Por su colaboración en la preparación de este artículo seagradece a Denny Adelung, Emma Bloor y Steve Siswanto,Sugar Land, Texas, EUA; Matt Bible, Ian Carne y Brian Stevens, Stonehouse, Inglaterra; y Dipesh Pattni y Geertjanvan Og, Ravenna, Italia.PowerDrive, PowerPak, PowerV y SlimPulse son marcas deSchlumberger.

La tecnología de perforación direccional continúa su rápida evolución

con un nuevo sistema diseñado específicamente para perforar pozos verticales.

1. Williams M: “Un nuevo giro en la perforación rotativadireccional,” Oilfield Review 16, no. 1 (Verano de 2004): 4–9.

2. “Drilling Levels Will Continue Upward,” World Oil 225,no. 2 (Febrero de 2004): 41, 43–45, 47.“Heightened Activity Will Continue in Some Areas,”World Oil 225, no. 2 (Febrero de 2004): 63–65, 69.

3. Para un ejemplo: Williams, referencia 1.4. Para mayor información sobre perforación en áreas tec-

tónicamente activas, consulte: Addis T, Last N, Boulter D,Roca-Ramisa L y Plumb D: “The Quest for Borehole Stability in the Cusiana Field, Colombia,” Oilfield Review5, no. 2/3 (Abril/Julio de 1993): 33–43.

5. Para mayor información sobre el proyecto KTB, consulte:Bram K, Draxler J, Hirschmann G, Zoth G, Hiron S y KührM: “The KTB Borehole—Germany’s Superdeep Telescope into the Earth’s Crust,” Oilfield Review 7,no. 1 (Enero de 1995): 4–22.Calderoni A, Savini A, Treviranus J y Oppelt J: “Outstanding Economic Advantages Based on NewStraight-Hole Drilling Device Proven in Various OilfieldLocations,” artículo de la SPE 56444, presentado en laConferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Houston, 3 al 6 de octubre de 1999.

La vasta mayoría de los pozos se consideran rec-tos, pero llamarlos rectos es ignorar la tendencianatural de los pozos a desviarse de la vertical. Sintecnología o procedimientos de perforación espe-ciales, los pozos tienden típicamente a penetrarplanos de estratificación y otras característicasgeológicas a un ángulo correcto. Antes del adveni-miento de la tecnología de levantamientos depozos, las compañías de exploración y producción(E&P) no se percataban del grado de desviación otortuosidad de un pozo hasta que las operacionesde adquisición de registros o de bajada de tuberíade revestimiento se entorpecían por un perfil depozo complejo. Además de la deriva natural, lasprácticas de perforación también pueden crearpozos con patas de perro u otras irregularidadesen su forma o dirección, que también podríanpasar inadvertidas hasta que éstas entorpecieranlas operaciones.

La tecnología de levantamiento y perforacióndireccional de pozos ha permitido a las compañíasde E&P ejercer un mayor control sobre las trayec-torias de los pozos. Además, los perforadores hanestado actualizando continuamente las prácticasde perforación con muchísimas mejoras que inclu-yen el perfeccionamiento continuo en la selecciónde barrenas, la optimización del peso sobre labarrena y la mejora en la limpieza del pozo. La adi-ción de los sistemas rotativos direccionales alarsenal de tecnologías de los perforadores comple-menta muchas de estas mejoras.

Introducida en la última década, la tecnolo-gía de perforación rotativa direccional sigueavanzando.1 Los novedosos sistemas rotativosdireccionales facilitan la perforación de largassecciones horizontales con un control direccio-nal excelente, la perforación con barrenasbicéntricas, la perforación en ambientes difíci-les y la perforación en formaciones blandas opoco consolidadas. Además de aquellas opera-ciones complicadas o que marcan un récord y

que generalmente son noticia, los sistemasrotativos direccionales están mejorando apa-rentemente las operaciones comunes deperforación vertical.

Un nuevo sistema rotativo direccional paraperforación vertical es capaz de prevenir que sedesvíen los pozos de la vertical y también puedevolver verticales a los pozos inclinados. Disponi-ble para una gran variedad de tamaños de pozos,el sistema rota continuamente para proveer unasuperior calidad y limpieza del pozo, que mini-miza el riesgo de atascamiento mecánico y lograuna velocidad de penetración (ROP, por sus siglasen inglés) más alta.

En este artículo, se presenta el sistema deperforación vertical PowerV y se demuestra suaplicación en Italia. Comenzamos explorando elinterés por la perforación vertical.

¿Por qué perforar recto?De los 70,000 pozos que se perforan cada añoaproximadamente, la mayor parte son pozos sim-ples y verticales.2 Las compañías de E&Pgeneralmente luchan por minimizar el costo deestos pozos y por lo general no hacen unesfuerzo especial para mantenerlos rectos. Sinembargo, ciertas situaciones exigen que las com-pañías perforen pozos verticales que son muyrectos y parejos.

Una compañía de E&P preferiría perforar unpozo parejo que penetra un yacimiento verti-calmente.3 Un pozo vertical parejo facilita bajartubería de revestimiento más grande con mínimoespacio y permite la posibilidad de utilizar unatubería de revestimiento extra en una etapaposterior en las operaciones de construcción depozos. Un pozo que no mantiene la verticalidadpuede eliminar esta opción. Un beneficio aúnmayor es que la perforación vertical de altacalidad brinda la oportunidad de minimizar eltamaño del pozo desde el comienzo. Un pozo más

Invierno de 2004/2005 15

> Sistema de perforación vertical PowerV. Basado en el probado sistema rotativo direccional PowerDrive,esta simple y robusta herramienta puede tener configuraciones tan cortas como de 4 m [12 pies] paraperforar pozos desde 53⁄4 hasta 22 pulgadas de diámetro. El modelo estándar opera a temperaturas porencima de 125ºC [257ºF]; el modelo de alta temperatura opera a temperaturas por encima de 150ºC[302ºF]. Todos los modelos operan a presiones hidrostáticas de hasta 138 MPa [20,000 lpc].

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*Versión de alta temperatura disponible

Herramienta PowerV

Máxima velocidad de rotación (rpm)

Máxima temperatura de operación (ºF)

Máximo peso sobre la barrena (lbf x 1,000)

Máximo esfuerzo de torsión en la barrena (lbf-pie x 1,000)

Rango de flujo (gal/min)

Caída de presión requerida a través de la barrena (lpc)

Máxima presión de operación (lpc)

Sistema de control vertical automático

Diámetros de pozos disponibles (pulgadas)

Especificaciones de la herramienta PowerV

121/4 a 22

pequeño es típicamente más rápido de perforar yrepresenta menos costos tanto para la elimina-ción de recortes como en materia de tubulares ycemento.

Muchos operadores minimizan la huella de lasoperaciones de perforación en la superficie perfo-rando varios pozos direccionalmente desde unalocalización de superficie a localizaciones defondo de pozos ampliamente espaciadas. En estasoperaciones, la perforación vertical, es una técnicaesencial para evitar colisiones en las secciones

superiores del pozo perforadas desde plantillas deplataformas marinas y localizaciones de perfora-ción en tierra firme. Los pozos que se desplazanaún levemente de la vertical sobre el punto decomienzo de la desviación ponen en peligro lacapacidad del operador para utilizar todas lasbocas disponibles del pozo.

Además de las restricciones de la superficieen las operaciones de perforación, las condicio-nes del subsuelo juegan un rol importante en losdiseños de pozos. Por ejemplo, perforar hasta

objetivos de perforación debajo de rocas confallas, en capas con echados muy pronunciados oen áreas tectónicamente activas, a vecesrequiere un esfuerzo especial para mantener latrayectoria deseada.4 La tecnología de perfora-ción vertical es una opción para alcanzar unobjetivo de perforación específico.

Los proyectos de perforación especiales tam-bién se benefician con la perforación vertical.Por ejemplo, en el Programa Alemán de Perfora-ción Continental Profunda, KontinentalesTiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutsch-land (KTB), se perforó un pozo vertical de 9,101 m[29,860 pies] de profundidad para estudiaraspectos fundamentales de la corteza terrestre.5

Un sistema de perforación vertical restringió laconstrucción de ángulo y minimizó el tamañodel agujero y la fricción.

La perforación vertical de las secciones supe-riores de los pozos es también crítica para eléxito de las operaciones de perforación de largoalcance. La tortuosidad excesiva en la partesuperior del pozo causa un mayor esfuerzo detorsión y arrastre en las secciones subsiguientesdel pozo, lo que puede conducir al desgaste de lasarta de perforación y la tubería de revesti-miento. La tortuosidad también aumenta elpotencial de problemas de perforación, talescomo una pobre limpieza del pozo, atasca-miento/deslizamiento e incapacidad paraalcanzar la profundidad planeada debido alesfuerzo de torsión y arrastre. Un pozo parejo yen calibre generalmente genera registros depozos superiores que simplifican la evaluaciónde la formación. Resulta claro que las compañíasde E&P tienen muchas razones apremiantespara perforar pozos rectos y parejos.

En el pasado, se bajaban simples arreglos depéndulo para mantener bajos los ángulos deinclinación del pozo, pero su eficacia era limi-tada en las formaciones duras o con inclinaciónpronunciada. Las bajadas de corrección paravolver el pozo a la verticalidad resultaban costo-sas y no evitaban que el problema volviera aocurrir. A fin de responder a la necesidad depozos rectos y verticales, se dispone ahora de unsistema rotativo direccional para los casos deperforación vertical. Este nuevo sistema man-tiene vertical al pozo todo el tiempo y ofrece laventaja adicional de una ROP alta; su continuarotación minimiza el riesgo de atascamientomecánico, y la carencia de componentes estacio-narios de fondo de pozo elimina el efecto deanclaje de una parte no rotativa.

Nueva tecnología de perforación verticalLa herramienta PowerV ofrece un conjuntoúnico de capacidades (arriba a la izquierda).

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Programada desde la superficie para buscar ymantener automáticamente la verticalidad, laherramienta, una vez instalada en el pozo, direc-ciona activamente la columna de perforaciónpara mantener en forma constante la verticali-dad del pozo sin ninguna interacción desde lasuperficie. Los sensores en el paquete de levan-tamiento triaxial completo dentro de laherramienta PowerV, determinan si la inclina-ción está cambiando a lo largo de qué azimut ypor cuánto. Si han ocurrido cambios, la herra-mienta determina automáticamente la direcciónnecesaria para volver a la orientación vertical,utilizando almohadillas que empujan activa-mente contra la parte superior del pozo. Estaautomatización significa que perforar con el sis-tema PowerV no requiere adaptación en el pozo.

Este sistema rotativo direccional no dependede un sistema de medición durante la perfora-ción (MWD, por sus siglas en inglés) paraoperar. No obstante, un simple dispositivo deinclinación—sólo el dispositivo MWD—permitemediciones de la inclinación en tiempo real.

La velocidad de rotación puede ajustarsepara optimizar la densidad de circulación equi-valente (ECD, por sus siglas en inglés) y lalimpieza del espacio anular del pozo. La rotacióncompleta para asistir la limpieza del pozo ymanejar la ECD es importante aún en pozos ver-ticales y particularmente en operaciones detierra firme donde el equipo de perforaciónpuede estar restringido por la capacidad debombeo o la presión. La ECD y la limpieza delpozo también son importantes en pozos de aguas

profundas con rangos críticos de densidad dellodo, y en rocas fracturadas o sometidas aesfuerzos locales y formaciones sensibles.6

Otras ventajas del sólido sistema PowerVincluyen la colocación precisa del pozo, pozos dealta calidad, ROPs altas y limpieza eficaz delpozo. Además de mejorar los resultados de laperforación, la instalación de este sistemarequiere una brigada de menos personal en lalocalización del pozo, lo cual reduce el costo yminimiza la aglomeración en las localizacionesde perforación compactas.

I T A L I A

Pescara

Roma

CampoMiglianico

Ma r M e d i t e r r á n e o

> Campo Miglianico cerca de Pescara, Italia.

Invierno de 2004/2005 17

calidad en tiempo real. Para mejorar la eficien-cia de la perforación y aumentar la ROP, elsistema se instaló con un motor direccionablePowerPak integrado en el arreglo de fondo depozo.

La herramienta PowerV perforó la seccióndel pozo de 16 pulgadas, una longitud de 1,736 m[5,696 pies], en una sola bajada (abajo a laizquierda). La velocidad de penetración fue 21%más alta que la ROP promedio de los pozos veci-nos. La sección de 121⁄4 pulgadas, perforada enocho corridas, fue de 1,060 m [3,478 pies] delargo y la ROP fue 24% más alta que la de pozosvecinos. Ambas secciones se perforaron sinfallas de la herramienta y con un ahorro de 15días comparado con el plan de perforación(abajo a la derecha).

Alentada por el éxito de la perforación delPozo Miglianco 2, Eni utilizó una herramientaPowerV de 22 pulgadas especialmente cons-truida para perforar la sección superior del pozoMonte Enoc 5 en el Campo Grumento Nova delsur de Italia. El sistema PowerV perforó tierrade aluvión problemática rica en arcilla en lasuperficie y calizas duras justo debajo del puntoen el cual se coloca la tubería de revestimientode superficie, y realizó esto a velocidades depenetración más altas que un arreglo convencio-nal de fondo de pozo.

Una solución efectiva en costos para el reto verticalA pesar de que la perforación vertical aparentaser relativamente simple, puede presentar retossimilares a la perforación direccional, y serequiere en algunas de las más caras zonas deoperación, tales como desarrollos subsalinos enaguas profundas. Un sistema rotativo direccionalque se distingue por perforar verticalmenteofrece nuevas posibilidades para reducir los cos-tos de construcción de pozos para las compañíasde E&P, eliminando corridas correctivas demo-rosas para enderezar pozos errantes y/oincrementando la ROP.

Como otros sistemas rotativos direccionalesdesarrollados por Schlumberger, la continuarotación del sistema PowerV con la perforaciónofrece las ventajas de minimizar el riesgo ymejorar la calidad del pozo. —GMG

Perforación vertical en formaciones difícilesEn Pescara, Italia central, Eni está perforandopozos de desarrollo en el Campo Miglianico(página anterior). El yacimiento carbonatadoyace debajo de lutitas plásticas duras que hacendifícil la perforación de pozos de perforación degran diámetro. En particular, los cortes de luti-tas interfieren con la optimización de lahidráulica.

Eni seleccionó la herramienta PowerV paraperforar el Pozo Miglianico 2. En particular, lacompañía quería mejorar la eficiencia, la lim-pieza del pozo y la calidad del mismo. Laherramienta MWD de diámetro reducido detercera generación SlimPulse confirmó la verti-

> Utilización de la moderna tecnología de perfo-ración vertical para mantener el ángulo del pozoa un promedio de 0.18º mientras se perforan2,796 m [9,173 pies] en secciones de 16 pulgadasy 121⁄4 pulgadas de diámetro. Perforando la secciónde 16 pulgadas en una sola bajada y la secciónde 121⁄4 pulgadas en ocho corridas con la herra-mienta PowerV, Eni obtuvo ROPs que fueron porencima del 20% más altas en el Pozo Miglianico 2que en pozos vecinos.

-5-10-15-20 0 5 10 15 20

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Prof

undi

dad

verti

cal v

erda

dera

, m

Sección vertical, mAzimut = 288ºOrigen = 0N/S, 0 E/O

> Perforación más rápida con el sistema PowerV. Eni perforó el PozoMiglianico 2, con una anticipación de 15 días respecto de lo planeado.

4,000

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Prof

undi

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med

ida,

m

0 20 40 60 80 100 120

Días desde el inicio de la perforación

Punto de asentamiento de la tuberíade revestimiento de 185⁄8 pulgadas

Sección del agujerode 16 pulgadas

Fin del servicio a 3,600 m

Punto deasentamientode la tubería de revestimiento de 131⁄2 pulgadas

Sección del agujero de 121⁄4 pulgadas

Planeado Real

6. Bratton T, Edwards S, Fuller J, Murphy L, Goraya S,Harrold T, Holt J, Lechner J, Nicholson H, Standifird W yWright B: “Prevención de problemas durante la perfora-ción,” Oilfield Review 13, no. 2 (Otoño de 2001): 32–51.Ali AHA, Brown T, Delgado R, Lee D, Plumb D, Smirnov N,Marsden R, Prado-Velarde E, Ramsey L, Spooner D, StoneT y Stouffer T: “Observación del cambio de las rocas:modelado mecánico del subsuelo,” Oilfield Review 15,no. 2 (Otoño de 2003): 22–41.