8

Tamare, 24 de noviembre de 1998.Traduccin SPE 39433

CASO HISTRICO DE POZOS CON ALTA PRODUCCIN EMPACADOS CON GRAVA (Larry G.Myers, Neil Humpreys y Henry P.Kaminski, SPE-Mobil Equatorial Guinea, Inc., Elias Bouwaked y David Robertson, SPE- Mobil Technology Center)

COMENTARIO: La traduccin de este documento se realiza con el propsito de considerar la factibilidad de aplicar en nuestras operaciones de Gerencia Integrada de Yacimientos algunas de las tecnologas y/o prcticas de las sealadas en el mismo.

ABSTRACTO:

El Campo Zafiro, ubicado en Guinea Ecuatorial (offshore), fue concebido como un proyecto de rpido desarrollo obteniendo produccin inicial comercialmente en agosto de 1996 hacia una plataforma FPSO (Floating Production Storage and Offtake Vessel), a menos de dos aos de haberse descubierto el campo.

Registradores de fondo con lectura en superficie dieron informacin continua del desempeo de los pozos durante la etapa inicial de produccin del campo. Para estos pozos, completados en un yacimiento que requiere control de arena, se les estableci un potencial de produccin de 8000 BPPD.

Los primeros pozos alcanzaron ese nivel de produccin con ndices de productividad (IP) entre 6 y 33 BPPD/Lppc. Sin embargo los datos tambin mostraron, despus de haber completado los pozos, un alto ndice de dao de formacin cuando se compara a las medidas tomadas inmediatamente despus de realizar las operaciones de caoneo con TCP. Esta informacin a tiempo real permiti realizar mejoras continuas en los procesos de completacin de los siguientes pozos perforados.

Este documento presenta un caso histrico donde se muestra los cambios de diseo que permitieron duplicar los ndices de productividad, alcanzando producciones en el orden de 14.000 BPPD. Estos cambios incluyeron la adopcin de completaciones a hueco abierto donde fuese posible, el uso de nuevas configuraciones de rejillas, estudios sobre fluidos para optimar el transporte de la grava del empaque en pozos horizontales y de alta inclinacin, remocin del revoque del fluido de perforacin (Hoyo abierto) y estimulacin cida.

INTRODUCCIN :

El Campo Zafiro est localizado al oeste de frica, aproximadamente a 40 millas costafuera de Guinea Ecuatorial (Fig.1) en profundidades de agua de 425 a 2000 pies. El pozo descubridor Zafiro-1, fue probado en marzo de 1995 por Mobil (75 %) y su socio United Meridian Corporation (25 %). El campo est siendo desarrollado rpidamente con pozos sumergidos ( Subsea wells), que producen a una instalacin flotante (FPSO) . La produccin del campo excede los 90.000 BPPD para noviembre de 1997.

El pozo descubridor penetr una arena petrolfera limpia de 119 pies de espesor de alta permeabilidad en la Formacin Intra Qua Iboe. La presin y temperatura de fondo fueron registradas en 2488 lppc. y 170 F a 5225 pies.

Los siguientes pozos mostraron que el yacimiento es altamente estratificado con espesores permeables variando considerablemente de un pozo a otro.

A cada pozo se le estim inicialmente una produccin de 8000 BPPD. Un detector snico de arena fue utilizado para ayudar a determinar la mxima tasa de produccin libre de arena de esta formacin de edad plioceno. Las pruebas durante los trabajos de completacin, sin haber realizado el empaque con grava para controlar la produccin de arena, mostraron que la mxima tasa de produccin sin arena, era demasiado baja al compararla a los 8000 BPPD/pozo estimados.

LOS PRIMEROS DISEOS:

Los primeros pozos fueron verticales con un revestimiento de 9-5/8 cementado a travs de la zona productora. Se utiliz caones transportados con tubera (TCP) de 7 con desbalance de 500 lppc. a 12 huecos por pie. Con la excepcin de los dos primeros pozos, las perforaciones fueron lavadas. Los dos primeros pozos fueron producidos continuamente despus de realizado el caoneo, por tres o ms horas para limpiar los tneles de caoneo. Las pruebas antes del empaque con grava a tasas en el rango de 2000 BPPD seguidas de una prueba de restauracin de presin, mostraron ligeros ndices de dao negativos, indicando ser ste un mtodo efectivo de limpieza.

Los primeros pozos utilizaron equipos y materiales de empaque con grava disponibles al oeste de frica, denominadas rejillas Wire wrapped de acero inoxidable con aberturas de 0.008 y arena 40-60 con HEC como fluido de acarreo. El HEC fue utilizado tambin como material de prdida de circulacin (LCM) cuando stas se presentaban.

Unos tubos de seccin rectangular (Shunt tubes) adosados a las rejillas para dar un paso alterno para transportar la arena del empaque, fueron introducidos despus de los dos primeros pozos empacados. La estratigrafa de arena en conjunto con el espesor neto de los intervalos a completar, mayores de 100 pies, fueron los principales factores para utilizar estas rejillas con tubera adosada para minimizar los riesgos de formacin de puentes y vacos en los empaques (1,2) debido a que en algunos casos se presentaba prdida de circulacin.

Registradores de fondo con lectura en superficie fueron corridos en todos los pozos para obtener datos en tiempo real cuando los pozos estuviesen produciendo o cerrados. No slo estos registradores sirvieron como medios para apoyar aspectos de gerencia de yacimientos, sino que tambin permitieron realizar anlisis tempranos de los diseos de completacin y la habilidad para responder con los cambios considerados necesarios.

RESULTADOS INICIALES:

Cuando los primeros pozos se conectaron a produccin en agosto y septiembre de 1996, todos los pozos (4) fueron capaz de producir 8000 BPPD como se tena estimado. Los registradores de fondo corridos con la completacin dieron la oportunidad de mostrar el desempeo de estos pozos tempranamente, as como orientar los cambios de diseo de completacin. Se observ que el dao de formacin fue mayor que el deseado, en un rango de 13 a 23. A pesar de que daos mayores de 20 son comunes en la industria, se pens que esos daos podran reducirse.

Hubo mucha discusin sobre la conveniencia o no de cambiar nuevamente el procedimiento de limpieza de las perforaciones en comparacin con eliminar el HEC del sistema. Ha sido documentado que el HEC puede daar la formacin. El dao de 23 mostrado por el pozo Zafiro-1 en el cual las perforaciones fueron sometidas a un proceso de limpieza al producir el pozo por tres horas antes del empaque con grava, orientaron a definir que el HEC era parte del problema.

PRUEBAS DE FLUIDOS EN NCLEOS:

Pruebas con el fluido de acarreo y de prdida de circulacin fueron iniciadas para determinar sus efectos en la formacin Zafiro. El retorno de permeabilidad usando los fluido siguientes: HEC, un surfactante viscoelstico como fluido base (VSBF), cloruro de sodio y un biopolmero con carbonato de calcio (CaCO3) fueron realizados en los laboratorios de la Mobil.

Se determin en los fluidos bajo estudio (Tabla 1) que como fluidos de acarreo, el NaCl y el VSBF dieron el mayor retorno de permeabilidad (73 a 77 %) a temperaturas de fondo constante. El HEC con un rompedor slo exhibi un 33 % de retorno de permeabilidad.

El biopolmero con material de prdida de circulacin (CaCO3) exhibi slo un 19 % de retorno de permeabilidad, incrementando slo a 48 % despus de un tratamiento cido con HCl al 7- %. El VSBF, a pesar de ser viscoso, tiene el ms alto ndice de prdida (Leakoff) y no est diseado para controlar prdidas de circulacin. Por lo tanto se decidi incorporar una vlvula flapper en el sistema de empaque cuando fuese posible para minimizar la prdida de fluido hacia la formacin despus de realizar el empaque con grava. Tambin se decidi minimizar la pldora de HEC bombeada despus del caoneo o si fallara la vlvula flapper despus del empaque con grava, cuando se presentasen las prdidas de circulacin.

OTRAS CONSIDERACIONES PARA IR AL NUEVO DISEO:

Durante las operaciones de caoneo en el pozo Opalo-2, una detonacin de bajo orden ocurri con un can de 7 de dimetro externo. Los intentos de pesca fueron infructuosos y el pozo hubo de ser reperforado.

Se decidi no utilizar caones de 7 (OD) debido a los riesgos mecnicos asociados. No existan caones de 6 (OD) disponibles al tiempo de la completacin y consecuentemente Fueron utilizados caones de 4- para perforar este pozo con 55 de inclinacin.

No fue utilizado el HEC como fluido de acarreo y una vlvula flapper fue incorporada, por lo tanto la pldora de HEC no fue necesaria. A pesar de todo, el pozo experiment un alto grado de dao (70 %). Los anlisis indicaron que el can pequeo, descansando en lado bajo del revestimiento de 9-5/8, no perfor efectivamente el lado superior del revestimiento y en consecuencia los orificios de caoneo no permitieron colocar y forzar suficiente grava 40-60 durante el empaque.

La mayora del dao fue atribuido al flujo convergente en el lado bajo del pozo, resultando en un trabajo inefectivo de caoneo. Los resultados del pozo Opalo-2 indujeron a evitar los trabajos de caoneo cuanto fuese posible y por tanto se decidieron a usar las completaciones a hueco abierto con empaque con grava.

NUEVOS PARMETROS DE DISEO Y PROBLEMAS POTENCIALES:

Los parmetros del nuevo diseo condujeron a completaciones a hueco abierto cuando fuese posible. Tambin puesto que el espesor de algunas de estas arenas es menor a 20 pies, pozos altamente inclinados, incluso horizontales fueron preferidos para exponer mas arena a produccin. Un mnimo de 500 pies de seccin horizontal en la arena Zafiro fue lo establecido. Aplicando anlisis nodal utilizando las dimensiones de los tubulares utilizados, el retorno de la inversin empieza a ser afectado negativamente al sobrepasar los 1200 pies. El diseo de los primeros pozos horizontales fue de 500 pies empacados a hueco abierto.

Debido a la expectativa de longevidad de los pozos y al costo de las intervenciones en pozos de este tipo, las rejillas preempacadas no fueron consideradas. El taponamiento y la subsecuente prdida de produccin atribuida a la rejilla preempacada en el tiempo, se consider para tomar esa decisin. Se decidi que los pozos altamente inclinados y horizontales necesitaban ser empacados. Las rejillas preempacadas cumpliran una funcin de respaldo ya que problemas mecnicos o del hoyo, justificaran su uso.

Es bien conocido que pozos horizontales pueden ser empacados con el sistema de empaque con altas tasas de flujo de agua (High Rate Water Pack). Sin embargo, debido a limitaciones de almacenamiento de fluidos en la plataforma, se decidi usar un fluido viscoso no daino como fluido de acarreo.

Pruebas previas de fluidos indicaron que el VSBF tena suficiente viscosidad para transportar la arena bajo las condiciones de temperatura del yacimiento, a una tasa menor de 5 BPM.

Unos tubos adosados a la rejilla (Shunt tubes) seran utilizados para evitar vacos o puentes en el empaque, pero necesitaran proteccin al momento de ser bajados al fondo del pozo. Una rejilla protectora (Fig.2) fue diseada para lograr esta proteccin. El ensamblaje consiste bsicamente de una rejilla tpica de 0.008 de acero inoxidable soldada a un tubo base de 4 , con cuatro tubos adosados (Shunt tubes). Luego es insertada y soldada dentro de un revestimiento perforado de 7 (OD).

El revestimiento exterior no slo sirve de proteccin cuando se corre el ensamblaje, tambin provee centralizacin de las rejillas con respecto a las paredes del hoyo. Esta centralizacin permite colocar mas grava entre la rejilla y la formacin. Tambin minimiza la tendencia de las rejillas a taparse con el revoque del fluido de perforacin al deslizar el equipo en la parte baja del hoyo.

El uso de fluido en base aceite ha sido bastante exitoso perforando los pozos de este campo. Pruebas de fluidos base aceite corridas en un simulador de empaque con grava, indic que el taponamiento sera un problema si el hoyo fuera dejado con el filtrado del fluido base aceite antes de realizar el empaque con grava, es decir, requerira una limpieza previa al empaque.

Se decidi para los pozos horizontales, perforar un hoyo piloto de 12- utilizando MWD para verificar que la arena objetivo fuera encontrada. Un revestimiento de 9-5/8 se asentara por encima de la zona de inters, el fluido base aceite sera desplazado por un fluido limpio especial (Drill In Fluid) ms compatible con la operacin de empaque con grava y la seccin horizontal perforada.

Las pruebas fueron realizadas con un fluido viscoso con base agua (DIF) usando CaCO3 como material puenteante. Este sistema mostr formar un revoque delgado (1/8) requirindose una baja presin para levantarlo (42 lppc)

Un trabajo de acidificacin posterior al empaque con grava (20 gals/pie de HCl al 7-1/2 % con un secuestrador de hierro y estabilizador de arcilla) colocado con una tubera continua, sera requerido para efectivamente disolver y remover el CaCO3 del revoque y pasar a travs del empaque con grava. Anlisis de resistencia de la roca en ncleos haban indicado que el hoyo colapsara si se acidificaba antes de realizar el empaque con grava.

En superficie se realizaron pruebas de transporte de grava utilizando los shunt tubes en un pozo horizontal modelo y un fluido gelificado (Fig.3). Los primeros resultados fueron pesimistas, pero se encontr que a baja concentracin de arena lograran un efectivo empaque con grava. Pruebas adicionales mostraron que luego de cambiar el dimetro de las salidas de los tubos rectangulares (Shunt tubes) y optimizando el espaciamiento de stas, resultados exitosos podran alcanzarse con grava normal. Los resultados de la prueba han indicado que 2000 pies o ms de seccin horizontal pueden ser empacados con un fluido gelificado cuando las salidas de los tubos huecos rectangulares son diseadas apropiadamente.

RESULTADOS DE CAMPO CON LOS NUEVOS CRITERIOS DE DISEO:

Completaciones Horizontales a Hueco Abierto: Tres pozos horizontales a hueco abierto han sido perforados, completados y puestos en produccin hasta la fecha. En todos los pozos, la seccin productora, ha sido perforada utilizado un fluido viscoso a base agua con CaCO3 (DIF), han sido empacados con arena artificial de baja densidad (GE: 1.7 ) de granulometra 40/60 utilizando los tubos adosados en el exterior de las rejillas con una vlvula flapper. Estos tres pozos, a pesar de haber sido perforados en reas del campo donde exhiben bajos espesores permeables, estn produciendo por encima de 10.000 BPPD cada uno con diferencial de presin (Drawdown) menores a 500 lppc. Una tpica configuracin de los pozos puede verse en la Figura 4.

Zafiro 5: 508 pies. Este pozo cercano a la horizontalidad tiene 508 pies de hueco abierto de 8-1/2 comenzando con 82 grados y decreciendo a 75 grados, alcanzando una arena de 30 pies de espesor con un buzamiento de 10 a 12 grados. El pozo fue completado y puesto en produccin en febrero de 1997. Durante el empaque con grava, la mezcla inicial fue bombeada de 1.5 a 5 BPM, usando un 25 % de exceso de grava de baja densidad. El arenamiento no fue observado. Un trabajo adicional de bombeo fue realizado sin problemas y un 64 % de exceso fue bombeado. El tratamiento cido fue realizado posteriormente con una tubera continua desde el fondo hasta el tope y luego forzado hacia la formacin.

Este pozo ha producido por encima de 12.000 BPPD con una produccin normal de 10.000 BPPD. El ndice de productividad (IP) despus del empaque con grava es de 47.3 con un dao de 3.0. La relacin KH (Horizontal) es 35.000 md-pie.

Zafiro 10: 855 pies. Esta seccin horizontal de 908 pies fue perforada de 81 a 91 grados. Una rejilla especial con shunt tubes fue corrida en la completacin con dificultades para llevarla al fondo. Slo 855 de 992 pies lograron entrar al hueco abierto. El pozo fue empacado con grava de baja densidad con un 43 % de exceso. El pozo produce por encima de 10.000 BPPD con un IP despus del empaque de 68.1. La relacin KH es de 11.400 md-pie con un factor de dao de 0.3.

Zafiro 13: 611 pies. Este pozo fue perforado con 87 grados de inclinacin. Slo 611 de 1000 pies de rejillas lograron ubicarse en la seccin horizontal. El pozo fue empacado con un exceso de 75 % de grava de baja densidad. El pozo exhibi un IP de 23.3 y produce 10.000 BPPD. La relacin KH es de 37.000 md-pie y muestra un dao de 3.8.

Completaciones Verticales a Hueco Abierto: Los pozos verticales, a diferencia de los horizontales, fueron perforados con fluido base aceite. La zona productora fue ampliada usando sistema gelificado base agua con CaCO3 como material puenteante para evitar prdidas de circulacin cuando stas fuesen encontradas. Cuando se utiliz material de prdida (CaCO3) se realiz un tratamiento cido usando HCl al 7-1/2 %, de 25 a 50 gals/pie. El mismo sistema gelificado fue utilizado sin CaCO3 como pldoras durante las operaciones de ampliacin. Fueron empacados con grava normal. Una o dos juntas protectoras especiales fueron usadas en el ensamblaje para actuar como centralizadores. En el resto de las rejillas se utiliz los tubos rectangulares adosados.

Zafiro 11: 235 pies. Este pozo tiene un revestimiento de 9-5/8 asentado al tope de una seccin de muchos estratos en la arena Zafiro, con la seccin mas limpia en la parte mas profunda del hoyo. Lutitas reactivas fueron encontradas durante el trabajo de ampliacin a 14-3/4 . Dificultades en mantener el hoyo estable, incidieron en decidir el uso de rejillas preempacadas. Slo se logro bombear un 10 % en exceso de la grava antes de completar el empaque. El pozo produjo a una tasa inicial de 9.500 BPPD con un IP de 28.1 y una relacin KH de 140.000 md-pie. El factor de dao de 12.9 en esta arena de alta permeabilidad puede ser parcialmente atribuido al taponamiento de las rejillas preempacadas. El pozo produce cerca de 10.000 BPPD.

Opalo 3: 78 pies, 14 de desviacin. Tiene asentado un revestimiento de 9-5/8 inmediatamente encima de una arena limpia y no fueron encontrados problemas con las lutitas durante la ampliacin del hoyo. El pozo fue empacado con un exceso de 23 % de arena. Este pozo que tiene una relacin de 37.500 md-pie, present un IP de 87.7 con un dao de 1.3. El pozo produce alrededor de 10.000 BPPD pero en algunos cortos perodos de tiempo ha producido hasta 14.000 BPPD.

Opalo East 1: 158 pies. Este pozo no ha sido conectado aun a la FPSO. Fue empacado una vez concluida la perforacin con el propsito de realizar una prueba especial multi-rate y toma de muestras de fondo del pozo para una completa evaluacin. El pozo fue ampliado hasta 14-3/4 usando un sistema de fluido gelificado base agua con CaCO3, bombeando pldoras viscosas para la limpieza del hoyo. El IP despus de la completacin fue de 61.7 con una relacin KH de 233.000 md-pie. El factor de dao fue de 11.4, Sin embargo el pozo no fue acidificado puesto que aun estaban pendientes las conexiones de produccin.

Topacio 3: 60 pies. Debido a problemas de inestabilidad de lutitas se cemento el revestimiento de 9-5/8 por encima de una arena limpia. El hoyo original de 8-1/2 fue cementado y un nuevo hoyo fue perforado por debajo de la zapata del revestimiento de 9_5/8. Puesto que el problema de la lutita se acrecentaba con el tiempo, se decidi no ampliar el hoyo. El pozo fue empacado con un 84 % de exceso de grava. La relacin KH es de 46.000 md-pie, el IP es de 22.8 y el factor de dao es de 5.2.

Observaciones:

Un parmetro de medida comnmente utilizado para determinar la efectividad de la completacin es el ndice de Productividad. Sin embargo, puesto que el IP es afectado por KH y el factor de dao, considerar slo el IP en yacimientos no homogneos puede ser engaoso. Por esta razn, se compar los IPs y la relacin IP/KH para las completaciones del Campo Zafiro (Figs.5 y 6)

Conclusiones:

1.- Las completaciones a hueco abierto pueden alcanzar mayores niveles de productividad que los pozos cementados y caoneados, ambos empacados con grava.

2.- Los estudios sobre ncleos pagan dividendos por el acierto en la seleccin de los fluidos a utilizar en el proceso de completacin.

3.- Varios cientos de pies de seccin horizontal a hueco abierto pueden ser efectivamente empacados usando un fluido viscoelstico en conjunto con las rejillas especiales con tubos desviadores de flujo (Shunt tubes)

4.- El uso de estas rejillas especiales y un fluido viscoelstico reducen los requerimientos de fluidos para empacar largos intervalos de seccin productora.

5.- El empaque con grava en pozos altamente inclinados u horizontales, es superior a las rejillas preempacadas cuando se considera la longevidad del trabajo.

6.-Minimizar prdidas de fluido hacia la formacin, luego de realizado el caoneo o el empaque con grava, es conveniente para minimizar el dao a la formacin.

7.- Pruebas adicionales de fluidos y otros trabajos deben realizarse para prevenir los problemas de estabilidad de las lutitas en el Campo Zafiro.

ReconocimientoLos autores desean agradecer a los Supervisores de Perforacin de la Mobil Will Bilings, James Menard, Keith Renard y Bob Simon por su ayuda. Adicionalmente, agradecen al personal de la Gerencia de Tecnologa E&P de Mobil, Dowell Schlumberger, US Filter/ Johnson Screens y Lloyd Jones & Associates.

Referencias (Ver Artculo SPE 39433)