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40 Oilfield Review
Mapeo de yacimientos durante la perforacin
Las innovaciones introducidas en la tecnologa de perforacin de
tramos laterales
han allanado el camino hacia el xito econmico de numerosas
extensiones
productivas nuevas y la revitalizacin de muchos campos
petroleros antiguos.
Sin embargo, el xito en la perforacin de pozos horizontales y
pozos de alcance
extendido no se define en trminos de la distancia perforada,
sino por la extensin
en la que el perforador permanece en la zona de inters. Un nuevo
servicio
electromagntico de adquisicin de registros de lectura profunda
est ayudando
a los equipos a cargo del posicionamiento de los pozos a
maximizar la exposicin
del yacimiento mediante la identificacin de contactos de
fluidos, fallas y cambios
de formaciones lejos del pozo.
ystein BConocoPhillipsStavanger, Noruega
Jean-Michel DenichouUchechukwu EziobaEttore MirtoSugar Land,
Texas, EUA
James DonleyJames TelfordSantos Ltd.Adelaide, Australia
Meridional, Australia
Christophe DupuisStavanger, Noruega
Laura PontarelliGrant SkinnerMauro ViandantePerth, Australia
Occidental, Australia
Jean SeydouxRo de Janeiro, Brasil
Matthew SpotkaeffGrabels, Francia
Petter VikhamarConocoPhillipsHouston, Texas
Traduccin del artculo publicado en Oilfield Review 27, no. 1
(Mayo de 2015).Copyright 2015 Schlumberger.Por su colaboracin en la
preparacin de este artculo, se agradece a Paul Mitchell,
Houston.adnVISION, GeoSphere, PeriScope y TeleScope son marcas de
Schlumberger.
1. Constable MV, Antonsen F, Olsen PA, Myhr GM, Nygrd A, Krogh
M, Spotkaeff M, Mirto E, Dupuis C y Viandante M: Improving Well
Placement and Reservoir Characterization with Deep Directional
Resistivity Measurements, artculo SPE 159621, presentado en la
Conferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, San Antonio, Texas,
EUA, 8 al 10 de octubre de 2012.
2. Dupuis C y Mendoza-Barrn V: Avoid Pilot Holes, Land Wells,
and Optimize Well Placement and Production with Deep Directional
Resistivity Logging While Drilling, artculo SPE 169206, presentado
en el Seminario de un Da de la SPE, Bergen, Noruega, 2 de abril de
2014.
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Volumen 27, no.1 41
Los avances registrados en el diseo de las barre-nas, los
sistemas rotativos direccionales, los senso-res de fondo de pozo y
la tecnologa de adquisicin de registros (perfilaje) durante la
perforacin (LWD), han ayudado a los perforadores a estable-cer
nuevos rcords de distancia para la perfora-cin de tramos laterales,
y al mismo tiempo incrementar la exposicin del yacimiento. A su
vez, estos logros han generado incrementos sus-tanciales de la
produccin de petrleo y gas. No obstante, la naturaleza de los datos
utilizados para mapear un objetivo puede constituir un desafo
significativo para los operadores que pro-curan maximizar los
metros perforados en sen-tido lateral a travs de una zona
productiva.
Los lmites de la resolucin ssmica y la profun-didad de
investigacin (DOI) de las herramientas de perfilaje pueden generar
incertidumbre con respecto a la posicin, orientacin y estructura
general del yacimiento. Inicialmente, los geo-cientficos mapean las
formaciones sobre la base de datos ssmicos de superficie y datos de
pozos vecinos, si se encuentran disponibles.1 Los datos ssmicos de
superficie se caracterizan por una gran DOI del orden de los
cientos de metros y por una resolucin relativamente no muy alta.
Por el contrario, los datos de registros de pozos se caracterizan
por una DOI ms somera normal-mente del orden de varios centmetros y
por una resolucin mucho mayor. Dado el dimetro relativamente
estrecho de un pozo, comparado con una ondcula ssmica, la
imprecisin de la resolucin ssmica da lugar a que el pozo no alcance
el objetivo. Normalmente, se dispone de registros y otros datos
para ser utilizados en la refinacin de los mapas de prospectos
ssmicos, durante o despus de la perforacin de un pozo; los datos
ssmicos retratan las lneas generales de un yacimiento, y los datos
de registros deben completar los detalles.
La disparidad de la resolucin y la DOI, entre los datos ssmicos
de superficie y los datos de registros de pozos, puede instar a los
operado-res a perforar un pozo piloto vertical inicial para
localizar los topes de las formaciones y los con-tactos de fluidos
y refinar los modelos ssmicos antes de perforar un pozo horizontal
a travs de la seccin prospectiva. En este proceso, el operador
perfora un pozo para penetrar la zona productiva desde el tope
hasta la base. Los datos derivados de los registros del pozo piloto
ayudan al equipo de posicionamiento de pozos a deter-minar los
echados (buzamientos) estructurales y las profundidades de los
marcadores geolgi-cos clave, que utilizan para refinar el modelo de
formacin existente y ajustar los objetivos para el pozo de alcance
extendido. Luego, el pozo se
vuelve a taponar hasta una profundidad ms somera para establecer
un punto de comienzo de la desviacin que permitir un asentamiento
suave en la formacin objetivo.2
Sin embargo, este enfoque no est libre de incertidumbres ni
riesgos. Y el mayor riesgo resulta quizs del hecho de que, en
cierta escala, las for-maciones y sus horizontes subordinados
tienden a variar en sentido lateral (arriba). Es probable que las
caractersticas de la geometra de las formacio-nes, la litologa o la
saturacin de fluidos, registradas en el pozo piloto, no se
extiendan a lo largo de una distancia apreciable ms all del pozo.
Un modelo de formacin puede diferir significativamente de la
realidad: las discordancias y los acuamientos pueden modificar el
espesor de una zona produc-tiva; la granulometra y la saturacin de
agua a menudo varan con la profundidad o la distan-cia; y las
fracturas, las fallas subssmicas y los cambios producidos en el
echado u otros rasgos estructurales pueden invalidar un modelo
antes de que sea verificado con la barrena.
A pesar de estas incertidumbres geolgicas, el operador debe
proceder de acuerdo con la hip-tesis de que el modelo basado en los
datos del pozo piloto tambin refleja las caractersticas de la
formacin en el punto de asentamiento y ms all del mismo. Adems de
sus costos de perfora-cin, los pozos piloto conllevan los mismos
ries-gos que otros proyectos de perforacin: incidentes de prdidas
de circulacin, atascamiento de las
tuberas y atascamiento de las herramientas, entre otros. Los
altos costos de las operaciones de perforacin en aguas profundas y
las econo-mas desafiantes de las extensiones productivas de lutitas
tambin constituyen fuertes incentivos para eliminar el costo de
perforar pozos piloto.
Luego de extensivas pruebas de campo, se ha introducido un nuevo
servicio LWD para ayudar a mapear el subsuelo y asistir en el
posicionamiento preciso del pozo dentro de una formacin objetivo.
Este servicio ayuda a salvar la brecha de la reso-lucin y la DOI
existente entre los datos ssmicos de superficie utilizados para
planificar el desa-rrollo de los yacimientos y los datos derivados
de los registros, utilizados para direccionar y eva-luar el pozo.
El servicio de mapeo de yacimientos durante la perforacin GeoSphere
utiliza medi-ciones electromagnticas direccionales de lec-tura
profunda para detectar los contactos de fluidos y los mltiples
lmites de las formaciones a una distancia de ms de 30 m [100 pies]
del pozo. Estas mediciones a escala de yacimiento proporcionan los
datos oportunos que requieren los operadores para guiar las
decisiones de geona-vegacin en tiempo real. Los equipos de
posiciona-miento de pozos estn utilizando el servicio GeoSphere
para asentar los pozos con precisin, evitar las salidas no
planificadas del yacimiento, mapear mltiples capas de formaciones,
desarro-llar interpretaciones de la estructura del yaci-miento y
mitigar el riesgo de perforacin, y a la vez
> La realidad geolgica. La estructura del yacimiento,
observada a travs del pozo piloto (A) puede no reflejar la
estructura encontrada en el punto de asentamiento (B). Entre el
pozo piloto y la zona de asentamiento, se produce un claro cambio
en el echado (lneas amarillas). El pozo piloto nunca intersecta la
falla (C), que separa una tendencia de echado de la otra. Otros dos
rasgos de esta seccin son un acuamiento (D) contra una discordancia
(E). Ninguno de esos rasgos afecta el trayecto del pozo propuesto,
pero podran incidir en un modelo de campo y en los planes de
perforacin subsiguientes.
ED
C
ED
B
A
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42 Oilfield Review
reducir la necesidad de perforar pozos piloto. Los datos del
servicio de mapeo GeoSphere son utili-zados para actualizar y
refinar los modelos de yacimientos del operador.
Este artculo describe la arquitectura y la operacin del servicio
GeoSphere, que ha sido probado en ms de 200 pozos de todo el mundo.
Algunos casos de estudio del Mar del Norte y Australia demuestran
cmo los datos provistos por este servicio guan a los operadores
para la maximizacin de la exposicin del pozo a la zona
productiva.
El asentamiento y ms all del mismoEl posicionamiento exitoso de
un pozo horizontal requiere que el perforador asiente el arreglo de
fondo (BHA) en una posicin que permita la mxima exposicin del pozo
al yacimiento. Despus de la desviacin respecto de la vertical, el
perforador incrementa el ngulo para aumentar la inclina-cin hasta
que el recorrido del pozo adopta la trayectoria necesaria para
interceptar el objetivo del yacimiento. Luego, el perforador
mantiene la inclinacin constante mientras perfora la sec-cin
tangente. A medida que la barrena se apro-xima al yacimiento, el
equipo de posicionamiento de pozos evala los datos de pozo en
tiempo real para determinar cundo proceder al cambio de inclina-cin
final necesario para concluir el asentamiento. El equipo de trabajo
basa esta decisin principal-mente en la informacin derivada de los
datos LWD de lateroperfil en la barrena o de registros de rayos
gamma cerca de la barrena, complemen-tada a veces con datos de
registros de lodo y el anlisis bioestratigrfico.
No obstante, las herramientas LWD ms con-vencionales poseen una
DOI bastante somera, lo que limita la adquisicin de mediciones a lo
largo de una distancia de varios centmetros o metros
en la formacin. Una DOI somera puede hacer que los equipos de
posicionamiento de pozos no dis-pongan de tiempo suficiente para
efectuar ajustes en la geonavegacin. Por consiguiente, la
profun-didad de investigacin puede incidir en la precisin de un
asentamiento, lo que a su vez puede afectar significativamente la
productividad de un pozo horizontal o de alcance extendido. Un
asenta-miento deficiente reduce la probabilidad de un
posicionamiento de pozo ptimo dentro de la sec-cin prospectiva; por
el contrario, un asentamiento efectivo disminuye el
direccionamiento requerido para mantener el pozo en el punto dulce.
El asen-tamiento a una profundidad menor o mayor que la necesaria
reduce el volumen de yacimiento expuesto al pozo, lo que tarde o
temprano conduce a prdidas de produccin (arriba). Una vez que las
herramientas LWD se encuentran en el yaci-miento, su DOI somera
puede no ser adecuada para advertir acerca de la proximidad de los
lmi-tes de capas o el cambio de los contactos de flui-dos con el
tiempo suficiente para prevenir las salidas de la zona
productiva.
Si bien el posicionamiento preciso de los pozos es necesario
para maximizar la exposicin de la zona productiva, tambin es
preciso un pozo de alta calidad para maximizar la produccin. A
estos efectos, el perforador direccional no slo debe alcanzar el
objetivo y permanecer en la zona de inters, sino tambin
proporcionar un pozo parejo con una mnima tortuosidad.3 Estos
objetivos qui-zs no puedan alcanzarse en su totalidad, dadas las
complejidades estructurales y estratigrficas de las formaciones
encontradas. Independientemente de su causa, las desviaciones
necesarias respecto del plan del pozo para mantener el contacto con
el yacimiento obligarn a un perforador a modificar el azimut o a
incrementar o reducir el ngulo para retomar el camino hacia el
objetivo. La prdida
de un objetivo o el apartamiento ms all de la zona productiva
puede dar lugar a correcciones de rumbo que incrementan la
tortuosidad del pozo.
Mediante la reduccin de la tortuosidad, los operadores evitan
los problemas que comprome-ten las operaciones de perforacin,
terminacin y produccin. Durante la perforacin, la tortuosi-dad
puede ocasionar la limpieza deficiente del pozo y la flexin de la
sarta de perforacin; en casos severos, puede impedir que un pozo
alcance la profundidad total (TD) ya que los incrementos del
esfuerzo de torsin (torque) y el arrastre no permiten la
transferencia del peso sobre la barrena, requerido para continuar
la perforacin. Adems, la tortuosidad dificulta los procesos de
colocacin y cementacin de la tubera de reves-timiento en su lugar y
puede interferir con la ins-talacin del equipamiento de terminacin
de fondo de pozo. Incluso despus de la puesta en produccin de un
pozo, la tortuosidad puede impedir el flujo en sumideros, o puntos
bajos, en donde pueden acumularse fluido y escombros. A su vez,
cabe la posibilidad de que estos sumide-ros produzcan problemas de
retencin de lqui-dos y formacin de tapones.
En el posicionamiento y la calidad de los pozos incide la
capacidad de un operador para definir el entorno circundante. En
ese sentido, los pozos ver-ticales son mucho ms simples de
perforar: una vez que la barrena ingresa en una formacin objetivo,
el paso siguiente normalmente consiste en proce-der a la salida a
travs de la base de esa formacin.
> Consecuencias de los asentamientos subptimos. Un
asentamiento ptimo emplaza el pozo en una posicin que requiere poca
correccin para que el pozo permanezca en la zona de inters
(izquierda). Si un pozo se asienta a demasiada poca profundidad con
respecto al tope del yacimiento, deber perforarse un mayor
intervalo de la seccin lateral en los estratos de sobrecarga no
productivos (centro). Si el asentamiento se produce a demasiada
profundidad, quedar petrleo cenital entrampado por encima de la
seccin lateral (derecha), en donde permanecer sin ser producido. La
modificacin de la trayectoria para volver a encauzar el pozo a
travs del punto dulce puede crear un sumidero, que a su vez
ocasione dificultades en el bombeo y conificacin, o la irrupcin
prematura de agua.
Asentamiento ptimo Asentamiento somero Asentamiento profundo
Prdida de exposicin lateral
Punto dulce
Prdida depetrleo cenital
Conificacin de agua
3. La tortuosidad, una medida de la desviacin respecto de una
lnea recta, puede ser utilizada para describir la trayectoria de un
pozo. En un pozo, la tortuosidad puede ser cuantificada mediante la
relacin de la distancia real perforada entre dos puntos, incluyendo
cualquier curva encontrada, dividida por la distancia en lnea recta
entre esos dos puntos. Por consiguiente, a medida que un pozo se
desva de una trayectoria recta, se torna ms tortuoso.
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Volumen 27, no.1 43
Por el contrario, los pozos horizontales o los pozos de alcance
extendido ofrecen al operador la posi-bilidad de atravesar y salir
zigzagueando de una seccin prospectiva cambiante.
Uno de los primeros desafos planteados en la perforacin de
tramos laterales fue la distancia con respecto al pozo a la que
podran detectarse rasgos geolgicos importantes. Las reacciones
frente a escenarios cambiantes detectados a ltimo minuto conducen a
correcciones insuficientes de las trayec-torias y a asentamientos
subptimos que afectan adversamente la exposicin del pozo al
yacimiento. Para evitar estos problemas, es necesario que el
ope-rador cuente con la capacidad para detectar varia-ciones
estructurales y formacionales a tiempo para proporcionar
correcciones de rumbo efectivas.
Diseo de la sarta de herramientasPara determinar la resistividad
de las formacio-nes, muchos servicios LWD y servicios operados con
cable se basan en mediciones electromagnti-cas (EM) de componentes
mltiples derivadas de los registros. El servicio de mapeo de
yacimientos durante la perforacin GeoSphere explota la
sensi-bilidad direccional y la capacidad de lectura pro-
funda de las seales EM para modelar la geometra de las
formaciones y caracterizar las propiedades relacionadas en tres
dimensiones. Esta herra-mienta LWD est diseada para obtener
medicio-nes de resistividad direccionales con mltiples
espaciamientos y mltiples frecuencias. Los geo-cientficos y los
perforadores utilizan estos datos con el fin de identificar los
detalles estructurales y los contactos de fluidos para el
posicionamiento ptimo de los pozos en un yacimiento y para refi-nar
el modelo de yacimiento. Si bien el servicio GeoSphere no es el
primero que provee esta visua-lizacin 3D, la sarta de herramientas
est diseada para observar a mucha mayor profundidad dentro de la
formacin que las herramientas LWD previas.
La sarta de herramientas comprende un adap-tador transmisor y
dos adaptadores receptores idnticos, si bien en ciertos casos
pueden utilizarse tres adaptadores receptores (arriba). El
adaptador transmisor posee una antena incli-nada y transmite las
seales EM hacia el interior de la formacin con seis frecuencias por
debajo de 100 kHz. Estas frecuencias son seleccionadas para
proporcionar una relacin seal-ruido ptima y sensibilidad de las
mediciones. Cada
adaptador receptor cuenta con tres antenas, que se encuentran
inclinadas para lograr sensibilidad azimutal.
Los adaptadores transmisores y receptores se encuentran
disponibles en dos dimetros de 63/4 pulgadas y 81/4 pulgadas lo que
posibilita ope-raciones en dimetros de pozos oscilantes entre 81/2
pulgadas y 14 3/4 pulgadas. Cada adaptador mide 4 m [19,7 pies] de
largo. Para aliviar las preocupa-ciones relacionadas con los
efectos de los estabili-zadores en el rendimiento del BHA, los
collarines son deslizantes; no poseen estabilizador alguno.
Los adaptadores se configuran para ser empla-zados en diversas
partes del BHA y pueden estar separados por otras herramientas LWD
o MWD; los adaptadores receptores pueden colocarse a una distancia
de 5 a 35 m [16 a 115 pies] respecto del adaptador transmisor
(abajo). El emplazamiento en el BHA establece el espaciamiento
entre trans-misores y receptores, lo que constituye un factor
crtico que afecta la DOI de la seal EM. En una formacin resistiva,
la DOI es comparable gene-ralmente al espaciamiento mximo de las
ante-nas; en un ambiente conductor, la DOI equivale a
aproximadamente la mitad del espaciamiento de las antenas. La DOI
puede ser afectada por factores tales como la distancia entre la
herra-mienta y un lmite de formacin, la resistividad de la
formacin, el espesor de las capas de la formacin y el contraste de
resistividad entre las capas. La frecuencia EM tambin afecta la
DOI; las mediciones de alta frecuencia se utilizan habitualmente
para espaciamientos cortos entre transmisores y receptores y DOIs
someras, en tanto que las mediciones de baja frecuencia se emplean
para espaciamientos largos entre trans-misores y receptores y DOIs
mayores.
La capacidad de lectura profunda de la sarta de herramientas se
incrementa gracias a la flexi-bilidad para configurar la potencia
de salida del transmisor y las ganancias del receptor a fin de
admitir espaciamientos variables entre transmi-sores y receptores,
y los contrastes de resistivi-dad de las formaciones. Dada la
variabilidad de
Adaptador
de recepto
r 2
Adaptado
r de rece
ptor 1
Adaptad
or de tra
nsmisor
> Adaptadores modulares GeoSphere. Un adaptador transmisor y
dos adaptadores receptores idnticos conforman la sarta de
herramientas. Las ranuras de la proteccin del collarn lo hacen
transparente para el campo electromagntico (EM) y sustentan la
capacidad direccional de las bobinas de transmisin y recepcin
subyacentes.
> Enrosque de la sarta de herramientas. Los adaptadores
GeoSphere pueden ser posicionados por todo el conjunto de fondo
(BHA), y otras herramientas LWD o MWD pueden colocarse entre el
transmisor y los receptores. Este espaciamiento afecta la
profundidad de investigacin, que es proporcional a la distancia
entre el transmisor y el receptor. Un modelo de las posiciones de
los adaptadores en la sarta de herramientas previo a la operacin,
combinado con un modelo de los contrastes de resistividad de la
formacin, ayudar a determinar la frecuencia requerida para la
caracterizacin precisa de la formacin. (Adaptado de Seydoux, et al,
referencia 5.)
Barrena
Herramienta LWD Herramienta LWD Sistema rotativo direccional
Adaptador receptor 2 Adaptador receptor 1 Adaptador
transmisor
IIIIII
IIIIIIIIIIIII
IIIIII
IIIIIIIIIIIII
IIIIIII
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44 Oilfield Review
las formaciones a perforar, la simulacin previa a la operacin es
importante para evaluar el desem-peo de las diversas
configuraciones de la sarta de herramientas. El espaciamiento entre
transmi-sores y receptores, y el ambiente de resistividad esperado,
afectarn el rango de frecuencia ptimo utilizado en el fondo del
pozo. Un modelo previo a la operacin ayuda al ingeniero
especialista en operaciones LWD a evaluar cmo incidirn el
espaciamiento y la frecuencia en la DOI y en la capacidad de la
sarta de herramientas para resol-
ver las caractersticas formacionales esperadas. La colocacin de
los adaptadores transmisores y receptores depende de los objetivos
del cliente y de las caractersticas de las formaciones que definen
el espaciamiento entre transmisores y
receptores. En los BHAs complejos, la disponibili-dad de
potencia y el ancho de banda de los siste-mas telemtricos podran
incidir en el diseo del BHA. Todos estos factores deben ser
considerados durante el modelado previo a la operacin.
5 400
MD
5 500
MD
5 600
MD
5 700
MD
Perfil de resistividad invertido
5 800
MD
5 900
MD
6 000
MD
6 100
MD
6 200
MD
6 300
MD
6 400
MD
6 500
MD
6 600
MD
4 740
Echado (buzamiento) de la formacin
4 760
4 780
4 800
Prof
undi
dad
verti
cal v
erda
dera
, m
Longitud horizontal, m1 300 1,400 1,500 1,600 1,700 1 800 1 900
2 000 2 100 2 200 2 300 2 400 2 500 2 600
4 820
4 840
4 860
4 880
4 900
4 740
4 760
4 780
4 800
Distribucin de los perfilesde resistividad
4 780
4 800
4 820
4 840
Distribucin de los perfilesde resistividad
A
A
B
B70 m50,0
0,2Res
istiv
idad
inve
rtida
, ohm
.m Lutita superiorde 2-ohm.m
Lutita inferiorde 1-ohm.m
Posicin dela herramienta
DOI d
e 20
m
Posicin dela herramienta
DOI d
e 28
m
P15P05
P50 P75 P95
P15P05
P50
P95P75
> Inversin de los datos simulados con el servicio GeoSphere.
La formacin simulada est compuesta por una lutita superior con una
resistividad de 2 ohm.m (marrn) por encima de un yacimiento de 30
ohm.m (tostado), en donde la resistividad decrece hasta alcanzar un
valor de 1 ohm.m en la lutita inferior. Aqu se presentan dos
histogramas de la distribucin de los perfiles de resistividad para
las estaciones de inversin (puntos A y B). En cada profundidad
medida, se genera una distribucin de los perfiles de resistividad a
partir de la inversin estadstica, en la que la media P50 (inserto,
prpura) se muestra como un mapa de colores a lo largo de toda la
trayectoria. Otras cuatro cantidades (inserto, P05 a P95)
proporcionan informacin acerca de la incertidumbre de la
distribucin y muestran, por ende, los lmites de sensibilidad de las
mediciones. La inversin resuelve adems el echado relativo de la
formacin. En el punto A, se puede inferir una DOI de 20 m a partir
de la distribucin de las cantidades. En el punto B, la distribucin
invertida de los perfiles de resistividad indica que la herramienta
se encuentra dentro del yacimiento y la DOI se extiende hasta los
28 m, debido a un incremento de la resistividad del volumen
investigado. Al mismo tiempo, por debajo de la posicin de la
herramienta, se delinea un perfil de tipo rampa de resistividad en
declinacin. En ambas grficas, se pueden interpretar la
incertidumbre respecto de la posicin del tope del yacimiento, la
resistividad del yacimiento y su espesor. Esta incertidumbre se
reduce a medida que las cantidades convergen cuando la sarta de
herramientas se aproxima al yacimiento. (Adaptado de Seydoux et al,
referencia 5.)
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Volumen 27, no.1 45
Inversin de mltiples capas en tiempo realPara que el pozo logre
una mxima exposicin al yacimiento, los miembros de los equipos de
posicionamiento de pozos deben monitorear exhaustivamente la
estructura de la formacin y responder a los cambios de litologa a
medida que guan lateralmente el pozo a travs de un yacimiento. Las
mediciones EM GeoSphere son direccionalmente sensibles y, por
consiguiente, proporcionan datos de entrada valiosos para el
posicionamiento de pozos y la caracterizacin de yacimientos. Estos
datos son procesados utilizando un algoritmo estocstico de inversin
en tiempo real para generar un modelo de resistividad de la
formacin de mltiples capas. El modelo es acompaado por
actualizaciones continuas, a medida que avanza la perforacin, lo
que permite que los especialistas en posicionamiento de pozos
rastreen el avance de la perforacin y a la vez identifiquen los
contactos de fluidos u otros lmites presentes en el yacimiento.
La tecnologa GeoSphere es capaz de obtener mediciones EM
direccionales con diversas fre-cuencias y espaciamientos entre
transmisores y receptores. Para una determinada frecuencia y una
configuracin de espaciamiento dado entre transmisores y receptores,
la sarta de herramien-tas mide un tensor de nueve componentes entre
el transmisor y el receptor. Estas mediciones se invierten en
tiempo real para proporcionar resul-tados de modelos de mltiples
capas, en los que el nmero de capas y sus espesores se ajustan a
las mediciones de la herramienta y son consistentes con la
frecuencia, el espaciamiento, la sensibili-dad y la DOI de cada
medicin. Adems, a partir de los modelos, se pueden estimar la
anisotropa de la resistividad, el echado y otros aspectos
estructura-les de las formaciones adyacentes al pozo.4
El algoritmo estocstico de inversin emplea algunas restricciones
para los modelos lmites generales para la resistividad, echado
aparente y valores de anisotropa adems de un criterio de parsimonia
mxima para calcular los modelos ms simples consistentes con los
datos.5 El algo-ritmo agrega o elimina capas iterativamente segn
sea necesario para ajustarse a las restricciones de los componentes
del tensor, cada uno de los cuales posee su propia DOI y
sensibilidad. Este proceso utiliza un mtodo probabilstico para
estimar los parmetros de la formacin; en lugar de requerir el mtodo
de inversin para desarrollar solamente la solucin ms probable, para
cada estacin de inversin se computa una distribucin de las
solu-ciones de los modelos que se ajusta a los datos (pgina
anterior). La distribucin consiste en varias decenas de miles de
modelos de formaciones y cuantifica las incertidumbres para estimar
la
solucin ms probable del modelo de formacin. Si bien la cantidad
de soluciones del modelo de for-macin computadas mediante la
inversin es consi-derable, su distribucin se computa en menos de un
minuto para proporcionar los resultados de la inver-sin en el
momento; incluso con velocidades de penetracin altas.
La inversin probabilstica provee una estima-cin imparcial de la
resistividad de la formacin que rodea el pozo. La inversin resulta
adecuada para los ambientes geolgicos complejos porque no requiere
ningn dato de entrada del usuario, lo que reduce el riesgo de
interpretacin errnea de las estructuras geolgicas, o de los fluidos
contenidos en las mismas, basada en suposiciones equivocadas.
Mediante la integracin de los resultados de la inversin imparcial
con los modelos de explora-cin y produccin desarrollados
previamente, los operadores pueden actualizar sus interpretacio-nes
con confiabilidad y en forma oportuna. A partir de estos modelos
actualizados, los equipos de posi-cionamiento de pozos pueden
validar o modificar las trayectorias de la perforacin para dar
cuenta de las condiciones cambiantes del subsuelo.
Sortear el agua en EkofiskEl campo Ekofisk, ubicado en la
plataforma conti-nental de Noruega, fue descubierto por Phillips
Petroleum Company en 1969 y fue puesto en pro-duccin en el ao 1971
(arriba). Operado por
ConocoPhillips Skandinavia AS, este campo del Mar del Norte est
compuesto por cretas fractura-das apiladas en un domo alargado y
produce de la formacin Ekofisk y de la formacin Tor infraya-cente.
Estas formaciones de creta se caracterizan por poseer altas
porosidades oscilantes entre 25% y 45% y una baja permeabilidad
variable entre 1 y 10 mD. Una zona compacta la unidad EE separa la
formacin Ekofisk inferior de la forma-cin Tor.6
4. Se dice que las propiedades que varan con la direccin son
anisotrpicas. La anisotropa de la resistividad, las diferencias
entre la resistividad medida en sentido horizontal y la
resistividad medida en sentido vertical, es un fenmeno comn en las
rocas.
5. Seydoux J, Legendre E, Mirto E, Dupuis C, Denichou J-M,
Bennett N, Kutiev G, Kuchenbecker M, Morriss C y Yang L: Full 3D
Deep Directional Resistivity Measurements Optimize Well Placement
and Provide Reservoir-Scale Imaging While Drilling, Actas del 55o
Simposio Anual de Adquisicin de Registros de la SPWLA, Abu Dhabi,
Emiratos rabes Unidos (18 al 22 de mayo de 2014), artculo LLLL.
Sun K, Omeragic D, Cao Minh C, Rasmus J, Yang J, Davydychev A,
Habashy T, Griffiths R, Reaper G y Li Q: Evaluation of Resistivity
Anisotropy and Formation Dip from Directional Electromagnetic Tools
While Drilling, Actas del 51er Simposio Anual de Adquisicin de
Registros de la SPWLA, Perth, Australia (19 al 23 de junio de
2010), artculo I.
6. B , Vikhamar P, Spotkaeff M, Dolan J, Wang H, Dupuis C,
Ceyhan A, Blackburn J y Perna F: Shine a Light in Dark Places:
Using Deep Directional Resistivity to Locate Water Movement in
Norways Oldest Field, Actas del 55o Simposio Anual de Adquisicin de
Registros de la SPWLA, Abu Dhabi, Emiratos rabes Unidos (18 al 22
de mayo de 2014), artculo EE.
> Complejo Ekofisk. Las plataformas instaladas con fines de
alojamiento y para tareas de compresin, perforacin, procesamiento y
de otro tipo, conforman un eje de actividad para la produccin de
este campo del Mar del Norte.
Copyright ConocoPhillips; utilizado con autorizacin.
-
46 Oilfield Review
El campo ha estado sometido a procesos de inyeccin de agua desde
1987. A partir del pico de ms de 20 millones de m3 [126 millones de
bbl] de petrleo equivalente, registrado en su tasa de produccin
anual en 1977, la produccin del campo declin en ms de la mitad en
ocho aos. La inyeccin limitada de gas, combinada con un proceso
extensivo de inyeccin de agua y las numerosas instalaciones nuevas
del campo, ayu-daron a restituir la produccin hasta alcanzar
prcticamente los niveles pico a fines de la dcada de 1990; pero al
cabo de 10 aos, comenz a decli-nar nuevamente.
Las cretas del campo Ekofisk, a pesar de la baja permeabilidad
de su matriz, demostraron poseer una alta eficiencia de
desplazamiento de la inundacin de agua en la matriz. Las secciones
fracturadas del yacimiento experimentan una inundacin ms rpida de
agua, mientras que el resto del yacimiento se inunda con
posterioridad. Con el transcurso del tiempo, esta distribucin
compleja del agua en el yacimiento y la presin de poro ha
dificultado el mapeo de las acumula-ciones productivas
remanentes.
El equipo de planeacin de pozos de la com-paa ConocoPhillips opt
por utilizar el servicio GeoSphere para asentar y perforar un pozo
hori-zontal. Primero, procur localizar el horizonte com-pacto EE
ubicado entre las formaciones Ekofisk y Tor; un marcador clave para
asentar el pozo. Despus del asentamiento, la perforacin sera
condicional y se basara en la saturacin de agua de las formaciones.
El objetivo era geonavegar en la formacin Tor superior, pero
mantener una posi-cin ptima implicara algo ms que navegar a lo
largo de la estructura de la formacin. Los mode-los de yacimiento
indicaban que el tramo lateral podra encontrar agua inyectada
dentro de los intervalos fracturados de la seccin superior extrema
de la unidad Tor (TA) superior, situacin que el operador quera
evitar.
El equipo de planeacin de pozos apuntaba a la porcin de la
unidad TA saturada de petrleo y necesit el servicio GeoSphere para
orientar la geonavegacin dentro de la zona productiva, la
identificacin de cualquier zona de agua pre-sente por encima y por
debajo del tramo lateral propuesto y la localizacin de la unidad
Tor (TB) intermedia, ms compacta, situada por debajo del pozo. Al
operador tambin le preocupaba el hecho de que la irrupcin de agua
en la zona TA pudiera obligar a tomar una decisin anticipada con
respecto a la profundidad total (TD) del pozo, por lo que era
necesaria una evaluacin constante del tramo lateral para continuar
la perforacin.
Adems, la capacidad de la herramienta para generar imgenes
profundas de la zona alrededor del pozo resultara de utilidad para
observar la presencia de fallas a distancia y revelar aspectos del
yacimiento pertinentes al diseo de la termi-nacin, tales como la
determinacin de los mejo-res intervalos para las operaciones de
disparos.
El servicio GeoSphere fue utilizado durante la perforacin ms all
de la zapata de la tubera de revestimiento, lo que permiti al
operador detec-tar un marcador resistivo a una profundidad
ver-tical verdadera (TVD) 15 m [50 pies] por debajo del pozo. A
medida que el operador continu incre-mentando el ngulo hasta
alcanzar 60, el servicio localiz los horizontes en la formacin
Ekofisk a una TVD a 18 m [60 pies] [profundidad medida (MD) [30 m]
100 pies] de distancia del pozo. El tope de la unidad EE, la capa
delgada por encima de la for-macin Tor, fue detectado a una
distancia de 24 m [79 pies] por debajo del pozo. El servicio se
uti-liz para resolver el contacto entre la unidad EE y la unidad TA
de la formacin Tor superior, si bien ste se encuentra a una MD de
50 pies por delante de la barrena (arriba). Cuando el pozo
intersect la porcin media de la unidad TA de la formacin Tor, el
equipo de planeacin de pozos dispuso que el perforador direccional
incremen-tara la inclinacin hasta 89,6 para asentar el pozo en la
porcin inferior de la unidad TA.
Mientras se perforaba el tramo lateral, el pozo intercept una
falla de 12 m [40 pies] y los gelogos de planeacin de pozos
recomendaron incrementar la inclinacin hasta 94 para perma-necer
dentro del yacimiento objetivo. La inversin efectuada con el
servicio GeoSphere indic que, a pesar de atravesar la falla, el
pozo permaneci en el yacimiento de buena calidad dentro de la
uni-dad TA y adems detect una zona de baja resisti-vidad por debajo
del pozo, que era la unidad TB rellena con agua de la formacin Tor.
A medida que avanzaba la perforacin del tramo lateral, la sarta de
herramientas GeoSphere continu rastreando la posicin de la unidad
TB a una TVD 40 pies por debajo del pozo y posteriormente detect un
lmite conductivo de inclinacin pronunciada, interpretado como una
falla, mientras la falla segua estando a una TVD 27 m [90 pies] por
encima del BHA. Las mediciones de resistividad indicaron que la
zona presente ms all de la falla estara humedecida con agua, lo
cual fue confirmado subsiguientemente con las medicio-nes LWD
convencionales, cuando el pozo atra-ves la falla. Anticipando la
presencia de otras zonas conductivas, junto con el potencial para
el incremento de la presin de poro, el equipo de planeacin de pozos
opt por dar por alcanzada la TD del pozo despus de perforar ms de
550 m [1 800 pies] de MD de un tramo lateral relleno con
hidrocarburos (prxima pgina).
> Utilizacin de las mediciones de lectura profunda para
asentar un pozo. La posicin de una formacin puede ser detectada con
anticipacin a la penetracin de la barrena. Las seales (esferas
azules y tostadas) de la herramienta GeoSphere se centran en el
punto medio entre el transmisor y la antena del receptor
correspondiente. Una vez detectado el tope del yacimiento, se
estima la distancia entre la barrena y la interseccin con el
yacimiento en base al ngulo de la trayectoria del pozo. Esto
permite al perforador direccional efectuar ajustes oportunos para
optimizar el asentamiento. (Adaptado de Dupuis y Mendoza-Barrn,
referencia 2.)
Barrena
Distancia deintercepcin
IIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIII
IIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIII
IIIIIIIII
IIIII IIIIII
IIII
IIIIII IIIII IIIIIIIIIII
Adaptadorreceptor 2
Adaptadorreceptor 1
Adaptadortransmisor
ngulo dela trayectoria
del pozoTope del yacimiento
-
Volumen 27, no.1 47
> Una cuestin de escala. El mapeo a escala de yacimiento
exhibe una mucho mayor resolucin para la navegacin del yacimiento
que la resolucin que sera posible utilizando datos ssmicos
solamente. Las capacidades de lectura profunda de la sarta de
herramientas GeoSphere posibilitaron la deteccin temprana de la
unidad EE, 79 pies por debajo del pozo, lo que proporcion al
operador un aviso anticipado para prepararse para asentar el pozo
en la unidad TA inferior. Los colores fros azules y verdes indican
la presencia de capas conductivas o de baja resistividad, tales
como lutitas o arenas acuferas. Los colores clidos anaranjados y
rojos indican una alta resistividad, tpica de las arenas
petrolferas o gasferas (extremo superior). Adems de mapear la
estructura y el contenido de fluidos de la unidad TA, la tcnica de
inversin GeoSphere tambin mape la unidad TB, si bien el pozo no
haba penetrado en ese intervalo. Esta informacin ayud al operador a
extender el pozo horizontalmente a travs del yacimiento TA, y a la
vez mantener una separacin ptima con respecto a la unidad TB
rellena con agua. La unidad TB, como fue detectada con la tcnica de
inversin GeoSphere (extremo inferior, lnea roja), es comparable con
la unidad picada en la visualizacin de los datos ssmicos de
superficie (lnea amarilla).
X 900
X 100
X 200
X 300
X 400
X 500
X 600
X 700
X 800
4 800 5 000 5 200 5 400 5 600 5 800 6 000 6 200 6 400 6 600 6
800 7 000 7 200 7 400 7 600 7 800 8 000Longitud horizontal, m
8 200
Prof
undi
dad
verti
cal v
erda
dera
, m
W 500
W 600
W 700
W 800
W 900
X 000
X 100
X 200
X 300
X 400
X 500
X 600
X 700
X 800
X 900
Y 000
Y 100
Y 200
Y 300
Y 400
Y 500
Y 600
Y 700
Y 800
Y 900
Z 000 Z 1
00 Z 200 Z 3
00 Z 400 Z 5
00 Z 600 Z 7
00 Z 800 Z 9
00Unidad EE
Unidad TA Falla 2
Falla 3
Falla 1
Pozo
Unidad TB
X 900
X 100
X 200
X 300
X 400
X 500
X 600
X 700
X 800
Prof
undi
dad
verti
cal v
erda
dera
, m Falla 2
Resistividad
Pozo
Unidad EE
Falla 3
Falla 1
Rayos gamma
Unidad TB
Unidad TB, interpretacin GeoSphere
Profundidad medida
50,0
0,2
Resi
stiv
idad
, ohm
.m
-
48 Oilfield Review
> Definicin de un yacimiento. Si bien los datos obtenidos de
un pozo piloto confirmaron la presencia del yacimiento e
identificaron el echado en el punto de entrada del pozo piloto, la
geometra general del tope del yacimiento no pudo ser estimada
utilizando los datos obtenidos del pozo piloto y de otros pozos
vecinos. Para reducir la incertidumbre asociada con la profundidad,
inherente al modelado ssmico del yacimiento, el equipo de
posicionamiento de pozos de Santos se bas en las mediciones
direccionales de lectura profunda para definir los lmites superior
e inferior del yacimiento. Conforme continu la per-foracin, el
operador pudo mapear la extensin lateral del yacimiento. Las
lecturas de rayos gamma (extremo superior, verde) y de resistividad
(curvas roja, azul, anaranjada y negra), obtenidas con otras
herramientas LWD que indican la presencia de zona productiva y
arena limpia, son comparables con el mapa de colores del servicio
GeoSphere (centro). El panel inferior resalta la discrepancia entre
el tope del yacimiento y el contacto agua-petrleo, determinados por
el modelo ssmico previo a la perforacin, y los determinados con el
servicio de mapeo de yacimientos durante la perforacin
GeoSphere.
X 120
X 110
X 100
X 090
X 080
850 900 950 1 000 1 050 1 100 1 150 1 200 1 250Longitud
horizontal, m
1 300 1 350 1 400 1 450 1 500 1 550 1 600
Prof
undi
dad
verti
cal v
erda
dera
, m
Rayo
s ga
mm
aRe
sist
ivid
adgA
PIoh
m.m
00,
210
01
000
Punto de entradaTrayectoria perforada
Tope del yacimientoZapata de la tuberade revestimiento
Contacto agua-petrleo1 ohm.m
50 ohm.m
Tope del yacimiento segn elmodelo previo a la perforacin
Pozo piloto
Tope del yacimiento segn elmodelo previo a la perforacin
Contacto agua-petrleo segn elmodelo previo a la perforacin
Tope del yacimiento real
Contacto agua-petrleo real
Pozo vecino
Trayectoria perforada real
-
Volumen 27, no.1 49
Despus de emitir una alerta temprana de la proximidad de la zona
de asentamiento, el servicio GeoSphere ayud al equipo de planeacin
de pozos a mapear las zonas ricas en petrleo en un yaci-miento
sometido a inundacin de agua y hasta una distancia de 100 pies
alrededor del pozo. Las medi-ciones obtenidas con el servicio
GeoSphere tambin le aseguraron al operador que la trayectoria del
pozo no haba pasado por alto el objetivo previsto. Por otra parte,
los cambios en la saturacin de agua indicados por la sarta de
herramientas LWD fueron utilizados para asistir en la determinacin
de los intervalos de disparos durante la fase de terminacin.
Mapeo de los lmites de un yacimiento en el rea marina de
AustraliaDurante la perforacin de un prospecto en el rea marina del
noroeste de Australia, los geo-cientficos de Santos Ltd tuvieron
que enfrentar unos 10 m [33 pies] de incertidumbre en trminos de
control de la profundidad ssmica. El equipo de posicionamiento de
pozos de Santos procur asen-tar el pozo lo ms cerca posible del
tope del yaci-miento y luego direccionar la trayectoria para lograr
un posicionamiento ptimo con respecto al contacto agua-petrleo
(OWC). Los registros de un pozo piloto ayudaron a confirmar la
presencia de una arena de gran espesor, mostraron la pro-fundidad
del OWC y determinaron el echado de la formacin en el pozo piloto.
No obstante, la orien-tacin del yacimiento y la geometra de su
cresta no pudieron ser inferidas con precisin. A pesar del control
estructural subptimo, el equipo de posicionamiento de pozos de
Santos debi perfo-rar en direccin hacia un asentamiento que
posi-cionara el pozo de manera tal de lograr una exposicin mxima
del yacimiento.
Santos seleccion la tecnologa GeoSphere para reducir las
incertidumbres geolgicas y ma-pear la estructura, el echado, los
contactos de fluidos y los lmites del yacimiento. El BHA in-cluy un
sistema rotativo direccional, los trans-misores y receptores
GeoSphere, la herramienta LWD PeriScope, el servicio de telemetra
de alta velocidad TeleScope y la herramienta de densi-dad-neutrn
azimutal adnVISION. Tras salir de la
zapata de la tubera de revestimiento, la sarta de herramientas
detect el tope del yacimiento a una TVD 6 m [20 pies] por debajo de
la trayectoria de pozo propuesta e identific el OWC a una TVD 19 m
[62 pies] por debajo del tope del yacimiento. En con-secuencia, el
equipo de posicionamiento de pozos pudo establecer la geometra
estructural y eva-luar la trayectoria de perforacin antes de
asen-tar el pozo (pgina anterior).
El mapeo del yacimiento y del OWC en tiempo real demostr ser
crucial para la optimizacin y el mantenimiento del posicionamiento
estructu-ral dentro del yacimiento. Las interpretaciones de la
estructura del yacimiento y de los contactos de fluidos con el
servicio GeoSphere fueron inte-gradas posteriormente en el modelo
geolgico 3D del operador para actualizar los planes de perfo-racin
y de desarrollo de campos petroleros.
El panorama generalEl espaciamiento entre un transmisor y un
recep-tor afecta la profundidad de investigacin de una herramienta
de perfilaje y la sarta de herramien-tas GeoSphere utiliza esta
relacin para lograr una DOI mayor que la de las herramientas LWD
convencionales. Sus mediciones direccional-mente sensibles de
lectura profunda dirigen un proceso continuo de inversin automtica
de mltiples capas en tiempo real que proporciona a los equipos de
posicionamiento de pozos una perspectiva ms amplia de la geologa
que rodea un pozo. Esta vista expandida del subsuelo ayuda a los
geocientficos y perforadores a reducir la brecha existente entre
los datos LWD convencio-nales y los datos ssmicos de superficie
para iden-tificar los contactos de fluidos, las fallas sub- ssmicas
y otros detalles geolgicos no definidos a travs de los datos
ssmicos de superficie.
Mediante la presentacin en tiempo real de la informacin derivada
del mapeo durante la perfo-racin, el servicio GeoSphere puede
producir un impacto significativo en las decisiones de
posiciona-miento de los pozos, que tarde o temprano inciden en la
produccin. Un pozo puede ser direccionado a lo largo de un trayecto
definido por los lmites observados por encima y por debajo del
mismo; en general, el tope del yacimiento y el contacto de
agua en su base. Esta vista ms amplia del yaci-miento ayuda al
perforador a perforar un intervalo productivo ms largo con un
trayecto de pozo parejo, que resulta en un incremento de la
recupe-racin de la zona productiva.
En la oficina, los datos del servicio de mapeo durante la
perforacin pueden servir subsiguien-temente como base para
desarrollar estrategias destinadas a optimizar la produccin en
campos complejos o marginales. Estos datos son utiliza-dos adems
para identificar nuevos objetivos en arenas adyacentes. Las
mediciones a escala de ya-cimiento del servicio GeoSphere
proporcionan mayor resolucin que los datos ssmicos de super-ficie,
lo que conduce a una integracin ms estre-cha con otra informacin
del yacimiento. La in-formacin complementaria derivada de los datos
ssmicos de superficie, junto con los datos LWD convencionales o los
datos derivados de los regis-tros adquiridos con cable, puede ser
integrada con los resultados del proceso de inversin GeoSphere para
crear o refinar los modelos estructurales con miras a lograr una
mayor comprensin de los yaci-mientos y de los fluidos que
contienen. MV
