EMPLEO DEL NITRÓGENO EN POZOS PETROLEROS

W l L L I A M D . H A M M O M ) *

I N T R O D U C C I Ó N

IMS plumeros ensayos para el empleo del ni trógeno en pozos petroleros se efectuaron con tubos tle gran capac idad montados sobre un c a m i ó n y cargados con ni trógeno gaseoso con pres iones hasta de 2 0 0 Kgs /cm' - . A pesar de que se empleó este t ipo de serv ic io por va­rios años para efectuar ciertos desplaza­mientos de tuberías , no resultó del todo satisfactorio por falta de \ o l u m e i i y pre­sión adecuada .

Con el desarrollo de equ ipo criogé­nico capaz de a lmacenar l íqu idos super-fríos (—196 .8°C) , el prec io del nitró­geno l íqu ido transportado al área de empleo se redujo t :onsiderablemente . Con este hecho se reconoc ió su valor para emjjlearse en c a m p o s petroleros por sus m u c h a s característ icas y flexi-Iiilidad de usos . Se formó una com­pañía de serv ic io en los c a m p o s petro­leros de los Estados U n i d o s de A m é ­rica con el f in de proporc ionar un ser­vicio de desp lazamiento de f luidos en pozos ipctroleros con n i t rógeno l íqu ido para convertirlo en gas. M á s tarde se

reconoc ió el valor de este gas para mu­chas apl icac iones tanto en perforación c o m o en la terminación de pozos y m u y espec ia lmente en las es t imulac iones .

En Marzo de 1 9 6 2 se organizó la compañía m e x i c a n a N I T K O I ' E T que ac­tualmente proporciona este servicio en M é x i c o , con dos equipos en la zona de Poza Rica y otro en la zona noreste. El gas n i trógeno fue se lecc ionado como el más ind icado para obtener los resulta­dos deseados por varias razones :

1. Porque es un elemento inerte, que el imina el peligro de combustión:

2. Porque es poco soluble en agua o aceite;

3. Por su baja actividad (¡uíniica no reacciona con otros fluidos y no corroe las tuberías:

•1. Porque en su estado gaseoso no da­ña las formaciones;

5. Porque mantiene su estado gaseoso a presiones elevadas;

6. Por su alto rendimiento de gas por volumen de l íquido y

7. Como se produce en algunas fábri­cas de oxígeno líquido, es relativa­mente fácil de obtener.

E Q U I P O

El tanque y equ ipo de b o m b e o están montados en u n remolque y c o m o fuerza

motriz se uti l iza u n tractor. El tanque thermos t iene una capac idad de 1 ,200

Gerente de Servicios de Nitrógeno para Pozos Petroleros, S. A. (NITROPET).

164 B O L E T Í N DE LA ASOCLACIÓN

galones de N., l íqu ido que equ iva len a 3 , 1 6 0 ni"* de gas y está provis to de dos paredes q u e p r o p o r c i o n a n un ais lante térmico al alto vac ío y m a n t i e n e n el lí­q u i d o a —196.8°C. Como el n i t rógeno no se transporta a pres ión atmosfér ica y está a u n a temperatura cercana a su p u n t o de ebul l i c ión , la p r e s i ó n en el tanque t i ende a a u m e n t a r y este p e l i g r o se e l i m i n a m e d i a n t e válvulas de seguri ­dad q u e se abren al incrementar la pre­s ión en 4 5 I b s / p u l g - .

A l in ic iar u n a operac ión p r i m e r o se procede a enfr iar la b o m b a a la tempe­ratura del l íqu ido , operac ión que dura 2 0 m i n u t o s a p r o x i m a d a m e n t e . A conti­n u a c i ó n el l íqu ido pasa del tanque a la

b o m b a , donde se a u m e n t a la pres ión de O a 7 0 0 K g s / c m - , de a c u e r d o con las n e c e s i d a d e s del caso . El l íqu ido pasa de la b o m b a a u n vapor i zador que lo conv ier te a gas . Otra b o m b a hace cir­cular a g u a a través de un calentador de c o m b u s t i ó n in terna y l u e g o al vapo­r izador, d o n d e se p r o p o r c i o n a el calor necesar io para convert ir el n i trógeno lí­q u i d o a gas y del vapor izador el gas sale al pozo .

Se p u e d e n b o m b e a r hasta 2 5 m'' de n i t r ó g e n o gaseoso por m i n u t o en condi­c iones normales . U n i n d i c a d o r de nivel regis tra los v o l ú m e n e s de nitrógeno b o m b e a d o s al p o z o . U n m a n ó m e t r o re­g is trador ind ica las p r e s i o n e s de bombeo.

A P L I C A C I O N E S

T E R M I N A C I O N E S DE P O Z O S

El e m p l e o del N., en la t e r m i n a c i ó n de pozos es m u y útil ya que de esta ma­nera se e l imina la n e c e s i d a d de sondeo , lo q u e reduce el costo p o r t i e m p o del equ ipo de per forac ión y ev i ta el peli­gro de perder las sondas en el p o z o o dañar el r ecubr imiento inter ior de plás­tico de la tubería de p r o d u c c i ó n .

T E R M I N A C I Ó N SENCILLA CON EMPACADOR

D e s p u é s de in troduc ir la t idjería de producc ión con el e m p a c a d o r y al l l egar a la p r o f u n d i d a d deseada , se anc la y se prueba el e m p a c a d o r . D e s p u é s de esta prueba se desancla el e m p a c a d o r y se perfora la f o r m a c i ó n . R e c u p e r a d o el cable de d isparos se p r o c e d e a inyec tar N., por la tuber ía de p r o d u c c i ó n , des­p lazando el fluido por el e spac io anular . Al t erminar el desp lazamiento hasta el nivel deseado , se anc la el e m p a c a d o r y se e l imina la pres ión h idros tát ica de la c o l u m n a de N „ d e s c a r g a n d o a la a tmós­fera e i n d u c i e n d o el pozo a f luir s in sondeo .

TERMINACIONES M Ú L T I P L E S

La zona super ior f luirá por el espa­c io anular y la zona infer ior por la tubería de p r o d u c c i ó n . P o r lo general , la zona super ior es dif íc i l de arrancar por el e spac io an idar , a u n induc iendo el f lujo p r i m e r o por la tuber ía de pro­d u c c i ó n y después inv i r t i endo el flujo al e spac io anular . E n estos casos el N , ¡ luede ser m u y útil y el p r o c e d i m i e n t o a s e g u i r e s : se co loca u n tapón para a is lar la zona infer ior , se abre la vál­vu la de c i rcu la c ió n , se b o m b e a N., por la tuber ía de p r o d u c c i ó n hasta levantar la c o l u m n a del f l u i d o en el e spac io anu­lar lo su f i c i ente para i n d u c i r a f lujo la zona produc tora super ior , se c ierra la válvula de c i rcu la c ió n , se pesca el ta­p ó n y la zona in fer ior f luirá por la tu­ber ía de p r o d u c c i ó n q u e q u e d ó llena de N^.

PRUEBAS DE PRODUCCIÓN

L a técn ica para e fec tuar pruebas de p r o d u c c i ó n con N., en conjunto con un

MEXICANA DE GEÓLOGOS PETROLEROS 1 6 5

ompacador de producc ión recuperable para prueba y cementac ión se traduce e n un considerable ahorro de t iempo. Se mete la tubería de perforación o producción con el empacador y válvula de c irculación y se ancla el empacador, s e desplaza el fluido de la tuliería de producción, se cierra la val vida de cir­culación a través del lubricador, se ba­jan las pistolas y se perfora la formación.

Después de los disparos el cable es extraído a la superficie y se descarga el N,, para inducir a flujo el pozo.

Si la formación no f luye a satifac-c ión, puede ser est imulada con ácido, fracturamiento, etc. Si el intervalo re­sulta improduct ivo se puede efectuar i m a cementac ión forzada y proceder a probar otro intervalo. Todas estas ope­raciones pueden ser efectuadas sin ex­traer la tubería del pozo, hasta encon-I r a r un horizonte comercialmente pro­ductor.

En los casos de operaciones continuas de exclus ión de agua, recementaciones y pruebas secas en un mismo intervalo potencialmente productor, es m u y con­veniente y económico el uso del empa­cador recuperable antes menc ionado y la operación con N.,. Si se emplea el empacador convencional , el número de viajes de la tubería de perforación o producción es exces ivo.

PERFOR-ACIÓN DE TUBERÍAS CON N.,

Se conocen formaciones de arenas y calizas que son susceptibles de dañarse cuando son disparadas con el pozo lleno de fluido y a s e a de lodo o agua. I l t i -mamente se ha comprobado en varios pozos terminados de calizas fracturadas en el área de Poza Rica que uti l izando la s iguiente técnica se han hecho fluir con buena producción de aceite en zonas donde antes no se logró producción co­

mercial de ace i te : se coloca un lubrica­dor en el cabezal del pozo y con N., se desplaza el fluido de la tubería de pro­ducción por la válvula de circulación o a n t e s de anclar el empacador si no hay válvula d e c irculación, se introducen las pistolas para disparar la zona pro­ductora aunque a veces el lubricador no jjermite que corra el cable de las pistolas por la contrapresión del N.„ e n este caso se reduce la contrapresión del N.. y después de bajar las pistolas se represiona el pozo bombeando N., hasta alcanzar una presión equil ibrante de la presión de formación para evitar que salten la cabeza de las pistolas al ser disparadas. En pozos de 2,.500 m de profundidad la cant idad de N., necesa­ria para represionar la tubería es de 10 ,000 pies"* ( 3 0 0 m» más o m e n o s ) . Después de extraer el cable de las pis­tolas le jJres ión del pozo se e l imina e n forma controlada desde la superficie.

CONTROL DE PVRAFINA

Últ imamente el método que se des­cribe a continuación ha dado muy buen resultado en el control de parafina en las tuberías de producción, pues los coeficientes para transferencias de calor entre agua, aceite y nitrógeno, son muy distintas. D a d o que el gradiente térmi­co en la mayor parte de las zonas pro­ductoras de aceite e s decreciente hacia la superficie, el aceite que contiene pa­rafina tiende a enfriarse y cristalizarse, formando depósitos sól idos en las tube­rías antes de l legar a la superficie.

Si se desplaza con N., el agua o aceite contenidos en el espacio anular del pozo hasta el nivel donde se forma parafina, la protección térmica proporcionada por el N., puede e l iminar o reducir al mí­n imo el problema de la parafina.

166 B O L E T Í N DE LA ASOCLVCIÓN

PIIUEBAS DE TUBERÍAS Y CONEXIONES CON N.,

E n p o z o s p r o f u n d o s y con alta pres ión de g a s se h a c o m p r o b a d o q u e con u n a p r e s i ó n de N., del SO'/c de la normal­m e n t e requer ida ut i l i zando a g u a se com-pru<>ban la ex i s t enc ia de fugas en las tuber ías y c o n e x i o n e s superf ic ia les . Con

las juntas de las tuber ía s y vá lv idas de la superf ic ie , p u e d e n ser p r o b a d a s hasta con 7 0 0 K g s / c m - de p r e s i ó n .

DESI'LAZAXÍIENTOS \ ARIOS

H a y m u c h a s a p l i c a c i o n e s del N., fue­

ra del c a m p o de ] jerforación y t ermina­c i ó n de pozos . A cont i in iac ión se enu­meran a l g u n a s de las m á s importantes .

1. Para protecc ión de tanques , separa­dores, e tc . , contra ox idac ión cuando no es tén en servicio se l l enan con

2. Para pruebas y Hnii)ie/.a de gasoduc­tos antes de ponerlos en serv ic io;

3. Para purgar, probar y proteger con­tra oxidación las tuberías en las re­finerías y

4. Para purgar tanques o l íneas antes de repararlos cuando se util iza sol­dadura.

M E Z C L A S DK N„ C O N F L U I D O S

La ut i l i zac ión pr inc ipa l del N., gaseo­so es mezc lar lo con fluidos i n y e c t a d o s a los pozos a fin de reduc ir la d e n s i d a d de aquél los y de esta m a n e r a asegurar su e x p u l s i ó n ri ipida y c o m p l e t a después de t erminar la r e a c c i ó n dentro de la f o r m a c i ó n . L a i n y e c c i ó n de Ng c o n estos fluidos p r o p o r c i o n a e n e r g í a c i n é t i c a q u e a y u d a r á a la p r e s i ó n de la f o r m a c i ó n a expul sar estos fluidos. I g u a l m e n t e , la m e z c l a de N., con el fluido cubre m á s área de la f o r m a c i ó n , h a c i e n d o m á s e fec t ivo el t ra tamiento .

ESTIMULACIONES CON ÁCIDO

D e s p u é s de h a b e r p r a c t i c a d o m á s de 4 0 0 e s t i m u l a c i o n e s con á c i d o y n i tróge­no en ca l izas e n el área de P o z a R i c a , Ver . y R e y n o s a , T a m p s . , se h a c o m p r o ­b a d o q u e en su m a ) o r í a los pozos h a n r e s p o n d i d o con m a y o r p r o d u c c i ó n y ra­pidez q u e las o b t e n i d a s por m é t o d o s c o n v e n c i o n a l e s . Esto se d e b e a q u e los produc tos de la r e a c c i ó n del á c i d o con la ca l iza son e x p u l s a d o s m á s e f i c a z m e n ­te de la f o r m a c i ó n . A n t e r i o r m e n t e si el p o z o , p o r ba ja p r e s i ó n , e x p u l s a b a len­

tamente estos m a t e r i a l e s o si era nece­sar io s o n d e a r l o , par te del c loruro de ca lc io q u e d a b a a s e n t a d o en la forma­c i ó n y par te del á c i d o g a s t a d o q u e d a b a o c l u i d o en la p o r o s i d a d m a t r i z provo­c a n d o res tr i cc iones al f lujo del ace i te . C o n el uso de n i t r ó g e n o estos mater ia l e s son e x t r a í d o s de la f o r m a c i ó n y expul­s a d o s a la s u p e r f i c i e e n f o r m a rtipida y ef i c í en te en c u e s t i ó n de m i n u t o s .

L a o p e r a c i ó n de inyec tar N., m e z c l a d o c-on á c i d o a la f o r m a c i ó n es m u y sen­ci l la y el t i e m p o p a r a e fec tuar la no es l u a j o r q u e el e m p l e a d o e n el t ra tamien­to hab i tua l . P r i m e r o se b o m b e a u n col­c h ó n de N., p u r o y con el á c i d o se mez­c la n i t r ó g e n o en p r o p o r c i o n e s var iab les de a c u e r d o c o n las n e c e s i d a d e s jjrevia-m e n t e ca l cu ladas .

ESTIMULACIONES P O R F R A C T U R A M I E N T O

S e h a o b s e r v a d o q u e c o n el e m p l e o de N., m e z c l a d o con f lu idos p a r a fractu-r a m i e n t o s se ha m e j o r a d o cons iderab le ­m e n t e el rad io de las f racturas i n d u c i ­das . A l i gua l q u e los t r a t a m i e n t o s con á c i d o , el u s o del N„ m e z c l a d o con los

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Fig . 1.—Ksqupmaf y Aplicaciones del Nitrógeno en Pozos Petroleros.

MEXICANA DK GEÓLOGOS P E T R O L E R O S 167

fluidos ha dado como resultado una m e j o r expulsic'in de d ichos fluidos des-jiués del tratamiento y consecuentemente , m a ) o r produc-cicni debido a una mejor limjjieza de los espacios porosos . La re-( uperacicni de arena o el material que se emplea para mantener abiertas las fracturas provocadas es m e n o r cuando 1 I fluido que acarrea e.ste material ha s ido mezc lado con N„. Esto se debe a que el N,, penetra en la poros idad pri­

maria diwantf el t iempo en que el pozo está cerrado para establecer equi l ibrio , reduciendo el volumen del fluido conte­nido en las fracturas inducidtis y ]3er-mit iendo que la formación fracturada se as iente sobre la arena inyectada. Al abrir el pozo, el n i trógeno sale de la zona de poros idad pr imaria para arras­trar el f luido inyectado hacia la super­ficie, dejandcj la arena dentro de la fractura.

ASOCIACIÓN MEXICANA DE GEÓLOGOS PETROLEROS

El volumen XV de su Boletín incluirá un índice General de

todos los trabajos publicados entre 1949 y 1963

Además se publicarán otras contribuciones científicas y téc­

nicas de interés geológico-petrolero

SOCIEDAD GEOLÓGICA MEXICANA

En 1962 se publicó el Volumen X X V de su Boletín, uno de

los más importantes órganos de difusión de los geólogos me­

xicanos, aunque también incluye contribuciones de distin­

guidos especialistas extranjeros

C O N G R E S O G E O L Ó G I C O I N T E R N A C I O N A L

X X a . S e s i ó n — M é x i c o , 1 9 5 6

RECIENTE PUBLICACIÓN:

El Sistema Cretácico UN SYMPOSIUM SOBRE EL CRETÁCICO EN EL HEMISFERIO

OCCIDENTAL Y SU CORRELACIÓN MUNDIAL

Tomo II

MÉXICO, 1963

1 volumen ilustrado de 420 págs.

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En 1963, con la colaboración de la Asociación Mexicana de Geólogos Petroleros, se publicará la

SECCIÓN X - M I C R O P A L E O N T O L O G I A

Pedidos a: Order to:

X X CONGRESO GEOLÓGICO INTERNACIONAL

Ciprés 176 México 4, D. F.

M É X I C O