Embed Size (px)
Citation preview
PERFORACIÓN HORIZONTAL
PERFORACIÓN HORIZONTAL
1. GENERALIDADES.-
1.1. INTRODUCCIÓN
Un pozo horizontal se define como un pozo perforado desde la superficie, el cual se va desviando desde la vertical hasta alcanzar 90° y penetrar al yacimiento con una sección completamente horizontal.
Los pozos horizontales son pozos perforados horizontalmente o paralelos a los planos de estratificación de un yacimiento con la finalidad de tener mayor área de producción. También se denominan pozos horizontales aquellos con un ángulo de inclinación no menor de 86° respecto a la vertical. La longitud de la sección horizontal depende de la extensión del yacimiento y del área a drenar en el mismo.
Adicionalmente, se requiere un ensamblaje especial de la sarta de perforación para poder obtener los grados de inclinación máximo hasta el objetivo .Según el radio de curvatura, existen cuatro tipos de pozos horizontales básicos, cada uno de los cuales poseen una técnica que va en función directa con la tasa de incremento de ángulo y del desplazamiento horizontal.
1
Fig. 1.1 Esquema de un Pozo Horizontal
PERFORACIÓN HORIZONTAL
1.2. OBJETIVOS.-
La perforación horizontal apunta hacia el cambio radical de las condiciones de flujo, creando patrones de flujo paralelos en lugar del conocido patrón de flujo radial, es este cambio en el patrón de flujo lo que mejora el índice de productividad.
El parámetro más importante en la perforación horizontal es la longitud de navegación de la sección horizontal dentro del yacimiento, específicamente la longitud de la sección horizontal con relación al espesor de la formación productora.
¿Por qué se perfora un pozo horizontalmente?
Hay varias razones para perforar horizontalmente a través de un reservorio, principalmente debido a las características de la formación y con el fin de maximizar la producción de un pozo.
La producción de formaciones muy delgadas, la cual es muy poco económica
en pozos verticales. Un pozo horizontal tendrá un área de contacto mayor
con el reservorio, así incrementando el índice de productividad. (productivity
index).
Producción de reservorios donde la permeabilidad vertical excede la
permeabilidad horizontal.
Proporciona mayor información sobre el reservorio y sobre la formación.
Llega a zonas aisladas en reservorios irregulares.
Penetra fracturas verticales.
Incrementa la producción en reservorios de baja presión o baja
permeabilidad.
Limita la contaminación por fluidos no deseados al mantener el pozo dentro
de la zona de aceite, sobre el contacto agua / aceite.
Retarda la aparición de gas o agua pues un pozo horizontal crea un menor
gradiente de presión al estar produciendo.
Reduce el número de pozos necesarios para explotar un reservorio. Varios
pozos horizontales pueden ser perforados desde un solo pozo vertical, En vez
2
PERFORACIÓN HORIZONTAL
de un gran número de pozos verticales necesarios para explotar
adecuadamente la misma área del reservorio.
2. CLASIFICACIÓN DE LOS POZOS HORIZONTALES.-
Se han dado varias definiciones para determinar que se clasifica como un pozo horizontal y como se describe su perfil.
Los pozos horizontales también pueden estar caracterizados por la rata de levantamiento en la sección de levantamiento, la cual es la longitud resultante de la sección de levantamiento ( La distancia horizontal en la cual el pozo es llevado de la trayectoria vertical a la horizontal), o bien según la longitud de la sección horizontal (alcance).
Sin embargo a medida que avanzan la tecnología y la experiencia en perforación horizontal, estas categorías tienden a cambiar en relativamente cortos períodos de tiempo.
Existen cuatro tipos básicos de pozos horizontales, los cuales dependen del radio de curvatura que se aplica durante la perforación.
El radio de curvatura esta determinado por la tasa de ganancia de ángulo que se utiliza para pasar desde la vertical hasta la horizontal, existiendo una relación inversa entre las dos; es decir, que cuando se usa una tasa de construcción o tasa de ganancia de ángulo alta, el radio de curvatura disminuye.
Estos cuatro tipos de perforación son:
Radio largo o curvatura convencional
Radio medio o curvatura media
Radio corto o Alta curvatura
Radio ultracorto.
3
PERFORACIÓN HORIZONTAL
El siguiente diagrama nos ilustra el concepto de pozos de radios corto, ultracorto, medio y largo.
4
Fig.1.2 Tipos de Perforación Horizontal
PERFORACIÓN HORIZONTAL
La distancia horizontal que puede ser perforada se incrementa con el aumento del radio de curvatura, o también llamado de giro. Pasando de los 10 pies de alcance lateral en el radio ultracorto hasta más de 5000 pies en el radio largo.
Aunque el incremento en el radio de giro permite el uso de herramientas de perforación y completacion más convencionales, genera también otros factores desfavorables tales como:
Se incrementa la longitud perforada de la selección curva.
Se incrementa el desplazamiento lateral antes que el pozo alcance la
horizontalidad (un potencial problema en bloques o concesiones pequeñas).
Se incrementa el espesor que debe ser perforado con la sección de ganancia
de ángulo o construcción de la curva atravesando formaciones
suprayecentes (un problema potencial si las mencionadas formaciones
tienen fracturas o capas de gas que deben ser aisladas completamente).
La tendencia de los pozos horizontales esta dirigida al radio medio debido a su habilidad para guiar exactamente la trayectoria del hueco, sus altas tasas de perforación, el hecho de que pueden usarse tuberías y herramientas de completacion convencionales, su buen desempeño en desviaciones (sidetracks) y porque sus desplazamientos mas cortos reducen los problemas de limites de concesión.
2.1. Radio Ultracorto:
El método mas nuevo de perforación horizontal es el método de radio ultra-corto, este método utiliza fluido a alta presión para perforar un agujero semi-horizontal, con un radio el cual puede cambiar de pulgadas a pies.
En términos limitados, puede ser definido como un sistema que virtualmente no tiene sección de construcción, como una sección lateral. Este sistema emplea equipo especializado y la preparación del pozo que se requiere depende de la configuración del pozo (agujero abierto o entubado).
El radio de curvatura en esta técnica de perforación horizontal varía de 1 a 2 pies, y el ángulo de construcción entre 45° y 60° por pie, con sección horizontal entre 100 a 200 pies.
5
PERFORACIÓN HORIZONTAL
Ventajas:
Son efectivos en formaciones suaves y fáciles de penetrar como arenas de crudos pesados y bitumen.
Desarrollo del campo mediante pozos verticales múltiples. Realización de pozos horizontales múltiples a través de varias capas
originadas desde un pozo vertical.
Desventajas:
Requiere equipo especializado. Necesita que se agrande el hoyo en la cercanía lateral del objetivo de
perforación. Es imposible correr registros en la sección horizontal, y no pueden tomarse
núcleo debido a lo severo del radio de curvatura. La longitud de drenaje del pozo, generalmente es menor de 300 pies.
2.2. Radio Corto:
La perforación horizontal de radio corto ha sido tanto como la perforación de radio largo. Por definición, abarca un amplio rango de índices de construcción fuera de los otros sistemas empleando herramientas articuladas o flexibles para perforar curvaturas del rango de 60° a 120°/100 pies.
Esta técnica es empleada en muchos yacimientos de tamaño limitado, ya que el pozo puede ser cambiado a horizontal y terminado con menos desplazamiento del requerido por un pozo de radio largo. También se aplica para yacimientos con baja permeabilidad, naturalmente fracturados y para formaciones irregulares.
En esta técnica el radio de curvatura varía de 20 a 40 pies con variaciones del ángulo de construcción de 2° a 5° por pies, con una sección horizontal de 100 a 800 pies de longitud.
Ventajas:
Más precisión para drenar el yacimiento que el de radio medio y largo. Atractivo en yacimientos pequeños. Se emplea desde un pozo convencional (Reentry). Posibilidad de tocar contacto entre fluidos.
6
PERFORACIÓN HORIZONTAL
Se pueden aislar zonas problemáticas inmediatas a la zona productora
Desventajas
Requiere de un motor de fondo con una articulación ensamblada. La longitud de drenaje en el pozo, generalmente es menor que 300 pies. Se completa únicamente a hoyo abierto. No pueden tomarse núcleos, ni perfilarse; en vista del radio de curvatura
presente.
2.3. Radio Medio:
La perforación de un pozo mediante el método de radio medio se lleva a cabo conforme la tubería API lo permita, dadas las limitaciones impuestas por esfuerzos combinados de flexión y torsión en la sarta de perforación. Esto equivale a una pata de perro de 20°/100 pies cuando se perfora con rotaria, y de 30°/100 pies cuando se emplea motores de fondo.
Las secciones de construcción y horizontal son generalmente perforadas con herramientas modificadas, las cuales están configuradas para emplearse con ensamblajes de campo estándar, creando un paquete que puede ser empleado para cualquier equipo con modificaciones mínimas.
El radio de curvatura varía de 300 a 800 pies, con un ángulo deconstrucción de 6° a 20° por cada 100 pies. La sección horizontal varía de 2000 a 4000 pies de longitud.
Ventajas:
Menor torque y arrastre que en pozos de radio corto. Para drenar el yacimiento puede perforarse horizontalmente hasta una
longitud de300 pies. Existe la posibilidad de sacar núcleos convencionales. Puede ser normalmente completado. Puede acomodarse normalmente el tamaño de la herramienta (MWD); la
cual tienen acceso desde 1 ¾” de diámetro hasta 4 ¾”.
Desventajas:
7
PERFORACIÓN HORIZONTAL
No aplicable para formaciones superficiales y delgadas Equipo especial de perforación requerido. La longitud de drenaje en el pozo, generalmente es menor que 300 pies. Se completa únicamente a hoyo abierto. No pueden tomarse núcleos, ni perfilarse; en vista del radio de curvatura
presente.
2.4. Radio Largo:
Estos pozos son perforados con equipos de perforación y ensamblajes de fondo convencionales o con motores direccionales, además, tiene la flexibilidad de perforar con amplios rangos de tamaños de agujeros y de Herramientas. Los métodos, en general el método de radio largo puede ser definido como un agujero con al menos una sección en la cual la inclinación del pozo se incrementa de 1° a 6° /100 pies.
El método de radio largo ofrece usos limitados para su desarrollo. A pesar de que numerosos agujeros de radio largo han sido perforados con el propósito de investigar y determinar la extensión del yacimiento, esta técnica es mas empleada cuando se requiere alcanzar objetivos alejados de la localización superficial, tales como plataformas de perforación costa afuera, localizaciones remotas y/o abruptas, así como inaccesibles o yacimientos ubicados bajo ciudades. para perforar radios largos son mas flexibles que los otros métodos.
El radio de curvatura varía de 1000 a 3000 pies y el ángulo deconstrucción entre 2° y 6° por cada 100 pies. La sección horizontal varía entre 1000 y 4000 pies de longitud.
Ventajas:
Fácil para perforar usando un equipo de perforación convencional y revestidor estándar.
Los costos por día de los servicios, frecuentemente son más bajos que los de radio medio y corto.
Permite perforar longitudes horizontales de aproximadamente 5000 pies, con un promedio de 3500 pies.
Existe un mayor acomodo para la completación.
8
PERFORACIÓN HORIZONTAL
Se puede acomodar fácilmente el juego completo de herramientas de perfilaje.
Desventajas:
Frecuentemente se requiere de un tope en el manejo del sistema, largas bombas y grandes cantidades de lodo.
El riesgo a hueco abierto es mayor; ya que la tubería de perforación puede pegarse y causar daño al yacimiento mientras se perfora.
Es menos preciso para determinar la profundidad vertical verdadera (TVD), porque el comienzo de la perforación (superficie), queda muy lejos (horizontalmente) de la sección horizontal perforada.
Es mucho más costoso en revestidores, cemento y fluidos.
3. NÚMERO DE POZOS.-
Uno de los más importantes aspectos de la perforación horizontal es la selección del pozo candidato, no existen reglas rígidas para la selección del yacimiento.
Una de las primeras consideraciones que se toma en cuenta es la parte económica y costos del proyecto. Los pozos horizontales son mas caros en una relación de 2 a 3 veces mas que un pozo vertical y 1.5 veces que un pozo convencional.
Para perforar un pozo horizontal para explotar un yacimiento usualmente se requiere recoger información acerca del yacimiento y de las condiciones existentes en el área.
Por esta razón los parámetros que deben ser considerados incluyen:
Profundidad del objetivo.
Espesor o potencia de la zona productiva.
Mecanismo de producción del yacimiento.
Porosidad.
Permeabilidad absoluta.
Presión de formación.
9
PERFORACIÓN HORIZONTAL
Características de la roca reservorio.
Saturación de fluidos.
Gravedad especifica del gas y del petróleo.
Temperatura del yacimiento.
Restricciones verticales dentro del yacimiento.
Historia de producción.
Hidrocarburos originales en sitio.
Hidrocarburos remanentes.
Diámetro del pozo.
Tipo de levantamiento artificial.
Los pozos horizontales se consideran factibles en las siguientes áreas donde han sido económicamente probados con éxito.
4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA PERFORACIÓN HORIZONTAL.-
La perforación horizontal es una técnica que ofrece una alternativa viable para el incremento del índice de productividad y la recuperación de la mayor cantidad de reservas de hidrocarburos.Esta técnica de perforación ha tenido en los anos recientes avances relativamente rápidos y resultados sorprendentes en varios aspectos de su desempeño pero hay aspectos tanto positivos como negativos asociados con este tipo de perforación.
4.1. VENTAJAS:
Las ventajas que un pozo horizontal presenta frente a otro vertical o desviado estan relacionados tanto con la fase de perforación como de producción.
En los pozos horizontales o de ángulo elevado (mayor a 70°), la tensión generalmente desaparece y la sarta de perforación pasa libremente inclusive a través de curvas muy pronunciadas.Las vibraciones producidas por la broca, sumadas a la tensión son una de las mas frecuentes causas de fatiga y de falla de la sarta de perforación. Estas vibraciones también desaparecen a ángulos elevados, la explicación para esto es que el peso
10
PERFORACIÓN HORIZONTAL
total de la sarta descansa sobre el lado inferior del hoyo por lo que las vibraciones que genera la broca se atenúan rápidamente.
Otro factor favorable tiene que ver con la flexión de la tubería de perforación, se ha observado mediante cálculos y experiencias que a altas inclinaciones, la tubería de perforación empujada por Gravedad contra el fondo del hoyo es capaz de permanecer bajo cargas altamente compresivas sin flexiones, esta propiedad permite la reducción del peso del conjunto de fondo y obtener menos fricción.
Las formaciones productoras por lo general son mucho mas suaves (blandas), que las formaciones sobre yacentes, por lo que pueden perforarse mas rápidamente.
Las ventajas que ofrecen los pozos horizontales en lo referente a la producción son variadas entre las principales:Los pozos horizontales, en general dan mayor recuperación de reservas que los pozos verticales, las dos razones para obtener reservas mas altas son las siguientes:
El incremento del área de drenaje. El incremento del índice de productividad.
Otra ventaja es la posibilidad de completar varios pozos horizontales desde una misma locación y cubrir un área de drenaje mayor, especialmente en áreas de alta sensibilidad ambiental.
La perforación horizontal permite producir petróleos de alto grado API (crudos pesados).En el caso de una zona productora muy delgada, las perforaciones verticales pueden ser antieconómicas debido a que los punzonamientos están insuficientemente abiertos para la producción para ciertas formaciones delgadas con empuje de fondo, los pozos horizontales ayudan a prevenir y reducir la conificacion de agua.
4.2. DESVENTAJAS:
Las principales desventajas que se presentan en la perforación de pozos horizontales son las siguientes:
11
PERFORACIÓN HORIZONTAL
La fricción lateral causada por la rotación de la sarta aparece en forma de un torque que se incrementa muy rápidamente en desviaciones mayores a 60°.
Otra desventaja de los pozos horizontales es concerniente a los ripios de perforación, los ripios son remolidos a un tamaño muy pequeño por el efecto de fresado de la sarta este efecto es causado por el peso total de la sarta, descansando sobre el lado inferior de la sección horizontal donde se alojan la mayoría de los ripios.
Una cantidad de ripios finamente molidos se mezcla con el lodo de perforación y consecuentemente causan un alto contenido de sólidos.
En cuanto a la producción, los pozos horizontales presentan algunas desventajas en comparación con los pozos verticales las mas significativas son las siguientes:
Inefectividad en formaciones potentes, sobre todo en las formaciones con permeabilidad vertical baja y permeabilidad horizontal alta, tomando en cuenta que la permeabilidad afecta la productividad.
Los costos de perforación, completacion y mantenimiento de un pozo horizontal son bastante elevados.
5. PERFORACIÓN HORIZONTAL DIRIGIDA.-
La Perforación Horizontal Dirigida (PHD), es un método para la instalación sin zanjas de nuevos sistemas de canalización, o para la rehabilitación de las redes ya existentes.
En comparación con las obras con zanja abierta, la perforación horizontal dirigida, requiere de un menor tiempo para la instalación, además de no requerir interrupciones bruscas en el tráfico ni las actividades comerciales.
Este sistema consiste en una máquina perforadora, que trabaja desde superficie (por lo general) a lo largo de toda la perforación, siendo seguida y orientada desde la superficie, mediante un sistema de sondas que indica la posición y orientación de la cabeza perforadora en todo momento.
Las condiciones particulares de cada terreno, obliga a realizar un estudio especifico en cada caso concreto, ya que conocer la localización precisa de servicios ya existentes y el tipo de subsuelo al que se enfrentará la máquina, es vital para la
12
PERFORACIÓN HORIZONTAL
realización de una perforación con éxito. Por ello, se deben realizar estudios topográficos previos, mediante técnicas de georadar.
El equipo de perforación debe estar formado por un personal altamente cualificado para la ejecución de estos trabajos. Debido a la peculiaridad del proceso, suelen ser las empresas especializadas las que forman a este personal, siendo importante la experiencia adquirida en otros trabajos de perforación.
Este avance tecnológico frente a los sistemas tradicionales, presenta multitud de ventajas. Entre ellas, las más destacables son el respeto al medio ambiente y que no es necesaria a interrupción del tráfico rodado. Pero no son menos importantes otras como:
La perforación se puede dirigir tanto en planta como en alzado, gracias a la cabeza en forma de cuña, y al sistema de guiado mediante sonda electromagnética.
Es ideal para salvar obstáculos y servicios existentes. La alta precisión lo convierte en el método más indicado cuando la pendiente
o el punto de inicio y terminación son determinantes, como zonas urbanas, por ejemplo.
No requiere de fosos de ataque y salida.
La Perforación Horizontal Dirigida (HDD) es un método de perforación que se utiliza para abrir túneles para la instalación de oleoductos o cableado eléctrico. El proceso puede resumirse en las tres etapas que a continuación se indica :
Hueco Piloto
Pre-ensanchamiento
Halado ó Instalación de tubería
5.1. HUECO PILOTO.-
Consiste en perforar siguiendo el trazado previsto en la parte de estudio. Para ello se utiliza cabezal direccionable que permite cambios de orientación, juntamente con un varillaje especial que admite dichas desviaciones.
13
PERFORACIÓN HORIZONTAL
La orientación es controlada en todo momento por sistemas de navegación adecuados al tipo de trabajo; estos permiten una localización centimetrica del cabezal y aseguran el seguimiento del trazo diseñado.
El avance se consigue por medio de inyecci6n de lodos específicos que, ayudados por la punta de perforación, se encargan de excavar el terreno y transportar el detritus perforado hasta el exterior del túnel.
5.2. PRE-ENSANCHAMIENTO.-
Se realiza al terminar la perforaci6n piloto, habitualmente en sentido inverso, tirando del ensanchador. El proceso puede constar de más de una fase, para conseguir en cada una de ellas un diámetro de perforación mayor.
En casos en los que el diámetro del producto a instalar es pequeño, se realiza un solo ensanche. Los lodos de perforación son una de las partes más importantes durante este proceso, puesto que deben ser capaces de transportar todo el detritus generado en el frente de perforación hasta el exterior de ésta y conseguir un túnel limpio en todo momento.
Simultáneamente, deben realizar un sellado de la misma para evitar fugas del lodo al terreno contiguo, y conseguir una presión hidrostática dentro de la perforación que la estabilice.
14
PERFORACIÓN HORIZONTAL
5.3. INSTALACIÓN DE LA TUBERIA.-
Es el último de los procesos de la perforación. La tubería soldada en toda su longitud se fija justo detrás del ensanchador, y se introduce en el interior de la perforación tirando de ella suavemente, puesto que la suspensión compuesta por lodos actúa como medio deslizante y reduce el rozamiento contra las paredes.
La tubería ya instalada continua libre de tensiones y sostenida por una suspensión de lodos.
15
PERFORACIÓN HORIZONTAL
Cuando en un proyecto de contempla la colocación de ductos de tuberías que han de cruzar zonas urbanas de alto tránsito, pistas de aterrizaje con alto tráfico, ríos con caudal permanente, sin perturbar las operaciones normales puede sernos de gran ayuda el uso de la perforación horizontal dirigida.
La perforación horizontal dirigida (direccional) permite instalar un ducto por debajo de un obstáculo, como un río o carretera, sin perturbar el entorno. Al contrario de la técnica de perforación horizontal, la trayectoria curva de una perforación horizontal dirigida permite hacer pasar el ducto por debajo de obstáculos desde la superficie, de manera que no se requiere efectuar ninguna excavación importante.
Es ideal en suelos no pedregosos y bloques (arcilla, limo y arena), puede ejecutarse asimismo con casi todo tipo de rocas, permite instalar ductos que pueden alcanzar 1.200 milímetros de diámetro, ofrece la posibilidad de efectuar perforaciones que alcancen hasta 1.800 metros de longitud (lo que varía según las condiciones del suelo y el diámetro requeridos).
6. VENTAJAS DE LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA HDD.-
La instalación de cruces por el método de Perforación Horizontal dirigida causa un impacto ambiental mínimo y poca interferencia en la zona donde se ejecuta el proyecto, como se indica a continuación:
16
PERFORACIÓN HORIZONTAL
Las riveras y el fondo del río o la playa permanecen intocadas como si nunca se hubiera realizado un cruce.
El agua del río no se contamina con el material de la excavación al ser removido, como sucede con los cruces a zanja abierta, por lo que la vida animal y la vegetación no se verán afectadas así como tampoco las actividades de pesca y caza.
No se afecta el tráfico fluvial.
Para el proceso de perforación se utiliza únicamente Bentonita Wyoming API (arcilla), de origen natural, a fin de evitar la contaminación del ambiente. No se utilizan aditivos químicos.
Se puede proporcionar cobertura máxima a los cruces, a fin de reducir en mayor escala problemas que pueden ocurrir por causa de la socavación de las aguas del río o las olas del mar.
17
