Programa de pozoMR Condiciones de perforación__________________________________________________

Limpieza de pozo

IntroducciónLa limpieza del pozo o transporte de los recortes es una de las mayoresfunciones del fluido de perforación. La eficiencia de la limpieza del pozo es lahabilidad del fluido de perforación para transportar los recortes perforados a lasuperficie y suspenderlos cuando el fluido está en estado estático. Lossiguientes factores afectan la adecuada limpieza del pozo:• Caudal de flujo• Propiedades reológicas• Densidad, tamaño y forma de los recortes• Velocidad de perforación• Angulo del pozo• Excentricidad del pozo• Rotación y reciprocación de la tubería

La formación de lechos de recortes puede ocurrir aún cuando las propiedadesdel lodo y el caudal de flujo han sido optimizados. La formación de lechos derecortes se manifiesta por un excesivo arrastre cuando el ensamblaje de fondo(BHA) se está sacando del pozo. Sin embargo, es posible detectarlo en su etapade formación monitoreando la relación entre la presión y el caudal de flujo, adiferentes caudales de la bomba y correlacionando el volumen de recortes en lazaranda con la velocidad de perforación. Modelos computarizados de limpiezade pozo pueden ser utilizados para detectar la formación de lechos de recortes.

El equipo de control de sólidos, específicamente el uso de zarandas concapacidad para manejar altos caudales de flujo, es un factor a menudo no tenidoen cuenta cuando se considera el caudal de la bomba. Esto es particularmentepertinente cuando se utilizan fluidos de emulsión inversa en pozos altamentedesviados. Las emulsiones inversas tienen una alta reología cuando están frías;y después de un viaje de tubería puede llevarle al fluido de dos a seis horas parabajar su viscosidad significativamente y permitir mayores caudales de bombeo.Esto puede ser sobrellevado cambiando las mallas de la zaranda, pero puederequerir pasar de una malla 180 a una malla 100, permitiendo un incremento enlos sólidos de baja gravedad específica (LGS). La solución es tener suficienteszarandas para manejar tanto la reología a baja temperatura como los altoscaudales de flujo que van a ser utilizados.

Factores que afectan la limpieza de pozoExisten muchos factores que afectan la capacidad de transporte y la limpieza delpozo, pero todos estos factores no pueden ser optimizados simultáneamente.

Caudal de bombeo

El caudal de bombeo es el factor más crítico para una limpieza exitosa. Laformación de un lecho de recortes es más pronunciada cuando el ángulo deinclinación del pozo está por encima de 30°. Como una guía aproximada, lavelocidad anular requerida para la limpieza de pozos desviados con 50-60° esaproximadamente el doble de la necesaria para pozos verticales. La velocidadde perforación debe ser controlada de forma tal que no exceda la capacidad dela bomba.

Para asegurar los máximos caudales prácticos, se deben realizar todos losesfuerzos necesarios para reducir los valores de pérdida de presión y minimizarlas limitaciones de presión, tanto en la superficie como en el fondo del pozo. Losfactores que se deben considerar para maximizar el flujo son:• Las bombas y las líneas de superficie deben ser lo suficientemente grandes

como para minimizar las pérdidas de presión, o la instalación de una tercerabomba debe ser considerada.

• Considere utilizar tubería de 5-1/2” o 6-5/8” para reducir las pérdidas depresión y aumentar las velocidades anulares. El mayor diámetro permitirátambién una mayor resistencia a la tensión, muy importante en pozosextendidos o apretados. Estas ventajas deben ser balanceadas con lareducción en la resistencia al colapso, mayor arrastre y el tiempo extrarequerido para desarmar la tubería al correr el revestidor.

• Cuando fuera posible, diseñe el BHA para pérdida de presión mínima en lospozos críticos, por ejemplo:

– Utilice motores de desplazamiento positivo (PDM) y herramientas demedición durante la perforación (MWD) que ofrezcan la menor caídade presión.

– En algunos casos, utilice herramientas con válvulas tipo bypass quepermitan mayores caudales de bombeo y también permitan el bombeode materiales formadores de puentes tales como: STEELSEAL,BARACARB, BARO-SEAL etc. y píldoras de BAROFIBRE paralimpieza del pozo si fuera necesario.

– En pozos desviados, disminuya el número de portamechas y tuberíapesada (HWDP) con la profundidad.

• Use un buen diseño hidráulico y la densidad de lodo correcta desde elcomienzo para eliminar lavados del pozo (wash-outs).

• Minimice la Viscosidad Plástica del fluido. En casos de flujo turbulento,reduzca el Punto Cedente (YP) cuando sea posible.

Propiedades reológicasLas propiedades reológicas juegan un papel significativo en la habilidad delimpiar de un fluido de perforación. La reología debe ser finamente ajustada paramaximizar la capacidad de acarreo y minimizar las pérdidas de fricción.Herramientas tales como el reómetro de alta presión y alta temperatura Fann 70,deben ser utilizadas en las etapas de planificación del pozo para medir lareología a condiciones de fondo de pozo. Existen varios modelos reológicosaplicados a los fluidos de perforación, sin embargo, Baroid cree que el mejor ymás apropiado modelo para predecir la limpieza del pozo es el de Hershel-Bulkley. Se debe prestar particular atención a los valores de n, K y Tau0 encontraposición a los valores tradicionales del YP. Baroid ha desarrolladopaquetes de programas DFG+ y DFG+ WIN para calcular y monitorear estosparámetros en el campo.

Angulo del pozoA medida que aumenta el ángulo del pozo, la remoción de los recortes se hacemás difícil. Para pozos con una desviación de 0 a 40°, generalmente los recortesson suspendidos por las propiedades reológicas del fluido. Angulos de pozo porencima de 40° pueden producir la caída de los recortes, separándolos del canalde flujo y formando lechos de recortes. Angulos de pozo de 40-60° son los másdifíciles de limpiar con efectividad. A estos ángulos, los lechos de recortespueden deslizarse o caer en forma de avalancha hacia la parte baja del pozo,complicando su limpieza y pueden generar problemas como la pega de tubería.Las guías recomendadas son:

Angulos de 0-40°Flujo laminar e incremento de la viscosidad efectiva en el anularpreferentemente. La velocidad de caída en el anular puede ser calculadautilizando un viscosímetro de velocidad variable o RPM seleccionadas parasimular las velocidades de corte en varias partes del anular. Para ángulos depozo por encima de 40°, a mayor esfuerzo de corte a mayor velocidad de corteanular, mayor es la capacidad de acarreo.

Todos los esfuerzos deben hacerse para minimizar la viscosidad plástica parareducir las pérdidas de presión y obtener un perfil de viscosidad plano,resultando en una viscosidad anular alta en la porción externa del pozo al mismocaudal. Esto se consigue fácilmente para los pozos de diámetro de17-1/2” y 12-1/4”.

Angulos por encima de 40°El flujo turbulento o de transición y un fluido de baja reología es el más efectivopara minimizar la formación de lechos de recortes, la remoción de los lechos de

recortes y la limpieza de los pozos con alto ángulo. Recuerde que pozos conángulos de 40-60° son los más difíciles de limpiar. Reologías más bajas (a lascorrespondientes velocidades de corte) serán requeridas para obtener unnúmero de Reynolds por encima de 2,100 y conseguir la turbulencia. En estecaso los recortes y los lechos de recortes serán removidos como si fuerandunas.

El flujo turbulento no puede conseguirse en la mayoría de los pozos de 17-1/2” yen algunos pozos de 12-1/4” debido a una variedad de razones, incluyendolimitaciones de equipos de superficie o de fondo, tuberías lavadas (washout),etc. En este caso el procedimiento a seguir para la limpieza puede hacerseutilizando flujo laminar y debe considerar:• Usar el caudal de bombeo más alto que sea posible para conseguir la

máxima velocidad anular.• Optimizar la reología a bajas velocidades de corte utilizando BARAZAN D

PLUS o BARAZAN PLUS en fluidos base agua y modificadores de reología abajas velocidades de corte tales como RM-63 en conjunto con GELTONE oSUSPENTONE en fluidos de emulsión inversa para suprimir la formación delechos de recortes.

• Usar fuerzas de gel inicial altas para dar una rápida suspensión de losrecortes cuando las bombas estén apagadas durante los registros o viajes.Esto debe ser combinado con geles planos que se desarrollan con el tiempo.

• Use medios mecánicos tales como, por ejemplo viajes de corrección, rotaciónde la tubería, reciprocación, rimado cuando se utiliza top drive y píldorasbombeadas en flujo turbulento para asistir con la limpieza del pozo.

Densidad, tamaño y forma de los recortesLa densidad, tamaño y forma de los recortes van a afectar la limpieza del pozo.Cuando los recortes son más densos, más largos y más redondeados son másdifíciles de transportar fuera del pozo. Las condiciones específicas del pozopueden dictar el tamaño de los cortadores de la barrena.

Densidad del fluidoEl aumento de la densidad del fluido va a causar un incremento en la flotabilidadproveyendo una mejora en la limpieza del pozo a cualquier inclinación. En lamayoría de los casos, la selección de la densidad es usualmentepredeterminada por la presión de poro, la mecánica de la roca, los esfuerzostectónicos en el lugar, el gradiente de fractura, y la densidad requerida paraestabilizar el pozo y evitar derrrumbamientos para un pozo o un ángulo debuzamiento determinados.

Velocidad de perforaciónUn aumento en la velocidad de penetración resultará en una mayorconcentración de recortes en el anular. A ángulos de pozo por debajo de 40° la

velocidad de transporte crítica y los requerimientos de flujo crítico para limpiaraumentan con el aumento de la velocidad de penetración, asumiendo que nohay cambios en la viscosidad efectiva del lodo.

En pozos desviados con ángulo por encima de 40°, una velocidad de flujosubcrítica y un aumento en la velocidad de perforación van a permitir que ellecho de recortes crezca más, debido a la mayor velocidad de generación derecortes.

Controlar la velocidad instantánea de perforación es mejor que controlar elpromedio de pies perforados en una hora. Si se permite la formación de lechosde recortes profundos en pozos desviados, estos serán más difíciles de removery pueden resultar en el empacamiento y el mayor riesgo de pega de tubería opérdida de circulación.

Las velocidades factibles de perforación dependerán de la eficiencia detransporte del fluido. Baroid utiliza un modelo matemático (MAXROP) paradeterminar la máxima velocidad de penetración recomendada para un pozo deun diámetro dado, a un cierto ángulo de desviación y caudal de flujo.

Excentricidad del pozoEl trabajo realizado por Iyoho/Azar y Tomren ha confirmado que en pozosverticales, el comportamiento de los recortes es casi el mismo para todas lasexcentricidades. En un anular excéntrico, hay una reducción notable en lavelocidad de los recortes en el área reducida del anular. Ya que un incrementocorrespondiente en el movimiento de los recortes ocurrirá en la secciónagrandada, los efectos aparentemente se cancelan uno con el otro.

El programa de ingeniería de Baroid MAXROP muestra claramente para pozoscon ángulo de desviación por encima de 40°, que la formación de camas derecortes se reduce al mínimo cuando la tubería está concéntrica con respecto alhueco. La velocidad de formación del lecho de recortes es mayor cuando latubería en el pozo tiene excentricidad positiva.

Prevención y cura de los problemas de limpiezaCuando no es posible remover completamente los recortes perforados del pozocon la circulación, los siguientes métodos de limpieza deben ser implementados:

Rotación y reciprocación de la tuberíaLa rotación de la tubería ayudará al disturbar mecánicamente los lechos derecortes, permitiendo una mejor remoción. Los estudios de campo indican que larotación de la tubería mientras se perfora mejora la eficiencia de limpieza delpozo aproximadamente en un 25%. Si un deslizamiento excesivo para trabajodireccional se está realizando, una rotación ocasional de la tubería de

perforación a alta velocidad va a ayudar a reducir la formación de lechos derecortes.

Viajes cortos y rimado.Viajes cortos frecuentes y/o rimado hacia arriba son utilizados para remover loslechos de recortes por agitación mecánica. Esto es muy efectivo cuando seutiliza top drive, debido a que un viaje corto mientras se bombea, mejora lahidráulica y la disturbación rotacional de los lechos de recortes. Se debe evitarun excesivo rimado hacia arriba, para prevenir el agrandamiento innecesario delhueco.

Incremento de la hidráulica.Utilice bombas suplementarias elevadoras de la hidráulica si fuera necesario,especialmente mientras se perforan los pozos de 12-1/4”, 8-1/2”, o secciones demenor tamaño.

Píldoras de limpieza.Siempre observe los retornos de las píldoras en la superficie y evalúe sueficiencia. La clave para píldoras exitosas es asegurarse que se bombea losuficiente, manteniendo la rotación de la tubería y el caudal de la bomba todo eltiempo para evitar el empacamiento del hueco con los recortes.

Alta viscosidadPara pozos o secciones de revestidor con un ángulo de desviación menor de40°, una píldora de alta viscosidad puede ser preparada, incrementando tanto elYP como la reología de baja velocidad de corte, o únicamente la reología debaja velocidad de corte correspondiente a las velocidades de corte anulares. Elvolumen de la píldora barredora debe ser equivalente a una longitud de más de300 pies de espacio anular.

Píldoras de alta densidadPíldoras de alta densidad son usualmente mezcladas a 2 lb/gal (o más) porencima de la densidad del lodo en circulación. El efecto de flotabilidad de lamayor densidad incrementa la capacidad de acarreo. Sin embargo este tipo depíldoras tendrá un efecto limitado en remover los lechos existentes en pozosaltamente desviados, al menos que sean precedidos por una píldora rascadorade baja viscosidad en flujo turbulento. Una píldora de alta densidad no debe serutilizada si es probable que cause pérdida de circulación.

Píldoras de baja viscosidad

Una píldora de baja viscosidad en flujo turbulento ha sido efectiva en muchospozos de alto ángulo (por encima de 40°). La inyección de una píldora de bajaviscosidad en un flujo que de otra manera sería laminar usualmente promoveráun flujo turbulento local. Una píldora de baja viscosidad combinada con rotaciónde la tubería, es el método más efectivo para disturbar el lecho de recortes ylimpiar el pozo. Píldoras de baja viscosidad son normalmente agua o salmuerabase en sistemas base agua y fluido base en sistemas de emulsión inversa.

Píldoras mixtas seguidas (tandem)Las píldoras mixtas seguidas (tandem) consisten típicamente de una píldora debaja viscosidad (agua o aceite base) seguida por una píldora viscosa ydensificada. Las píldoras deben ser bombeadas en flujo turbulento o detransición para tener el máximo beneficio y para prevenir la canalización lateralpor la píldora de baja viscosidad.

Una píldora mixta consiste en 30-50 barriles de fluido base (aceite, agua osintético) seguido por una píldora densificada para balancear el sistemacirculante. La densidad debe ser lo más alta posible, teniendo en cuenta laslimitaciones del equipo y las formaciones expuestas. Antes de bombear estapíldora, el efecto en la presión hidrostática y la estabilidad resultante en el pozodebe ser cuidadosamente examinada.

La píldora de baja viscosidad en flujo turbulento va a rascar los lechos derecortes en el área de flujo principal del anular. La píldora densificada con sumayor flotabilidad va a ayudar a levantar los recortes disturbados afuera delpozo cuando caigan de la píldora de baja viscosidad.

Píldoras de BAROFIBREEl desarrollo de aditivos para la limpieza del pozo ha mostrado que ciertosmateriales fibrosos que se utilizan como material de pérdida de circulación(LCM) van a limpiar efectivamente un pozo con ángulo por el proceso deinterferencia de partícula en el frente de la parábola de flujo. BAROFIBRE hasido utilizado exitosamente en muchos sistemas de fluidos. BAROFIBRE estácompuesto de fibras procesadas de madera que están tratadas con una aminapara hacerlas preferentemente mojables por aceite. BAROFIBRE tiene cincoveces el área superficial de los materiales normales de pérdida de circulación, yen aplicaciones de limpieza de pozo, actúa como una fibra de asbestos en lodosbase agua. Diferente a muchos materiales de pérdida convencionales,BAROFIBRE no tapa las mallas de las zarandas.

Circular antes de los viajesEl mínimo tiempo de circulación antes de los viajes es influenciado por eldiámetro del pozo y la inclinación. Los pozos desviados no estaráncompletamente limpios de recortes si se circula solamente el volumen anular

teórico antes de los viajes. El mínimo recomendado es mostrado en la siguientetabla:

Desviación

Factor de circulación

17-1/2 / 16" 12 1/4" 8 1/2"Vertical 1.5 x Fondo arriba 1.3 x Fondo arriba 1.3 x Fondo arriba10-30° 1.7 x Fondo arriba 1.4 x Fondo arriba 1.4 x Fondo arriba30-60° 2.5 x Fondo arriba 1.8 x Fondo arriba 1.6 x Fondo arriba60° + 3.0 x Fondo arriba 2.0 x Fondo arriba 1.7 x Fondo arriba

El factor de circulación se aplica solamente a la sección de pozo dentro de losrangos de desviación específicos. Para determinar el tiempo total requerido paralimpiar efectivamente el pozo, la desviación del pozo a lo largo de su longituddebe ser considerada. Estos son solo lineamientos, la clave es circular hastaque el pozo esté limpio antes de los viajes.