La tecnología que se despliega para la perforación de pozos petroleros siempre está en la búsqueda de nuevos métodos y procedimientos que le permitan ser más competitiva en los mercados nacionales e internacionales, considerando que toda incorporación de tecnología deberá ser encaminada a una reducción en los costos y los riesgos para las compañías operadoras de los campos petroleros. En este entorno se presenta la técnica de Perforación con Tubería de Revestimiento.
Este capítulo da a conocer la técnica de perforación con tubería de revestimiento de tal forma que se pueda transmitir y delinear un criterio de aplicación en los campos petroleros del Ecuador.
Desde los inicios de la perforación con cable, hasta las prácticas actuales mediante el empleo de un motor de fondo y herramientas rotativas accionadas desde superficie, la tecnología de perforación con casing viene a cubrir hasta la actualidad, la última etapa en éste proceso.
Si bien durante la última década es donde más se ha desarrollado esta técnica en la perforación de pozos de petróleo y gas, no es una práctica reciente, a inicios del siglo pasado se la usaba de una manera rudimentaria para perforar formaciones blandas en California, en ese entonces era llamada circulación por revestidores. En la década de 1960, Brown Oil Tools, actualmente Baker Oil Tools, patentó un sistema relativamente avanzado para perforar pozos con tubería de revestimiento, que incluía brocas piloto recuperables, ensanchadores para agrandar el pozo y motores de fondo, siendo por medio de este principio que en el año 2001, BP y Tesco obtuvieron una operación exitosa en la que se utilizó tubería de revestimiento para perforar los intervalos correspondientes secciones de superficie y de producción en 15 pozos de gas, del área de Wansutter en Wyoming, EUA.
Todas estas aplicaciones contribuyeron al desarrollo de la técnica de entubación durante la perforación convirtiéndola en un proceso mucho más eficiente y controlado, siendo ahora muy común en lugares como el sur de Texas, el Golfo de México, Puerto la Cruz Venezuela y más sitios alrededor del mundo.
Perforación con casing es la tecnología en donde el “casing” o revestimiento, es usado como sarta de perforación en lugar de la tubería común de perforación, de modo que el revestimiento desciende conforme se profundiza el pozo. Es así que el sistema de perforación con tubería de revestimiento integra los procesos de perforación y entubación para conformar una técnica de construcción del pozo más eficiente.
El uso de esta técnica elimina los viajes de entrada y salida del pozo, lo que reduce el riesgo de atascamiento de tuberías y colapso de la formación al estar expuesta al lodo de perforación. Al ser menor el espacio anular aumenta la velocidad en el levantamiento de recortes lo que mejora la limpieza del pozo y minimiza problemas de pérdida de circulación proporcionando un mejor control del pozo. Además reduce el tiempo de equipo de perforación no productivo, disminuyendo al mismo tiempo el riesgo de que se produzcan desviaciones no programadas. Todo esto asociado a una mayor seguridad.
Básicamente existen dos métodos para la perforación con la tubería de revestimiento, el primero consiste de un sistema para llevar a cabo operaciones direccionales con un conjunto de fondo (BHA) recuperable ajustado dentro del “casing”; el segundo consiste de un sistema de rotación del casing desde superficie, al cual se adapta una zapata perforadora y perforable, que permite la cementación inmediata.
Con el fin de lograr mayor flexibilidad y para aquellas aplicaciones que requieren control direccional la empresa Tesco Corporation ha desarrollado la tecnología Casing DrillingTM que consiste en un arreglo de fondo de pozo (BHA, por sus siglas en ingles) el cual va ajustado dentro del “casing”, este BHA puede perforar direccionalmente con el “casing” hasta la profundidad programada, para luego ser recuperado por medio de un cable. En el caso de producirse una falla antes de alcanzar la profundidad, este BHA puede ser recuperado lo que facilita el reemplazo de los equipos que fallan.
Fuente: Tesco Corporation
El equipo de perforación requerido es convencional, eso si el taladro de perforación debe cumplir con el torque-arrastre que exige la aplicación de esta técnica; desde el punto de vista de las herramientas de fondo a utilizar, tales como brocas, motores de fondo, MWD, etc. no hay mayores cambios o requerimientos especiales respecto a los mismos ya que por ejemplo se pueden utilizar las mismas brocas que normalmente se utilizan en la perforación convencional de una zona determinada con la salvedad que deben pasar por el interior del casing con el que se está perforando. En cuanto a motores de fondo y MWD, éstos también deben pasar por el interior del casing que se está utilizando para perforar siendo éste el único requisito.
Con respecto al casing, en general tampoco existen cambios relevantes más que la adición de un niple de asiento (CDL) para la herramienta de perforación Drlling Lock Assembly (DLA). De todos modos se debe verificar el estado de tensiones al que está sometido el casing durante la perforación y además asegurar que el mismo conserve sus propiedades al momento de cumplir con el propósito original para el cual fue diseñado.
Para las operaciones de Casing DrillingTM y motores de fondo direccionales, el motor y la cubierta acodada se encuentran ubicados antes del ensanchador, esto produce la rotación del ensanchador y de la broca, lo que permite la perforación por deslizamiento sin hacer rotar la sarta entera para efectuar las correcciones direccionales.
Fuente: Tesco Corporation
En consecuencia la geometría y la rigidez del BHA obligan a la broca a realizar cortes a lo largo de un trayecto circular. En la perforación direccional con tubería de revestimiento, tres puntos determinan la tasa de incremento de ángulo para un motor direccional, el punto inferior sigue siendo la broca, pero el segundo punto no se encuentra ubicado en la cubierta del motor (se debe utilizar un motor más pequeño que el pozo para pasar a través de la tubería de revestimiento en un arreglo recuperable) ya que a menudo no se pone en contacto con la pared del pozo. En cambio, un estabilizador rotativo no cortante situado por debajo de los patines de las aletas del ensanchador funciona como segundo punto de control.
Fuente: Tesco Corporation
El empleo de un motor PDM direccional demostró que es posible perforar pozos direccionales con tubería de revestimiento, pero la eficiencia de la perforación durante estas pruebas no resultó competitiva ya que al ser de menor tamaño existe una relativa falta de potencia en comparación con las versiones mas grandes lo que provoca una reducción en las ratas de penetración ROP’s.
Las limitaciones del uso del motor de fondo y los beneficios potenciales del empleo de la tecnología rotativa direccional (RSS) se pusieron de manifiesto al perforar con tubería de revestimiento, esta práctica inicialmente se la empleó en el sur de Texas, donde en muchos casos, la perforación rotativa con sistemas rotativos direccionales resultó más eficaz que la utilización de un motor de fondo, incluso en aplicaciones relacionadas con pozos verticales.
Fuente: Tesco Corporation
Las operaciones de perforación con tubería de revestimiento requirieron un arreglo RSS con estabilizadores en tándem en el interior de la tubería de revestimiento para amortiguar las vibraciones asociadas con la perforación y reducir el desgaste y deterioro del DLA. Un lastra barrena, o un adaptador espaciador, permitieron colocar el ensanchador en la parte externa de la tubería de revestimiento. El funcionamiento del sistema rotativo direccional empleado en este arreglo se explica detalladamente en la sección 2.6.2
El sistema Casing Drive System de conexión rápida de Tesco, es operado por un sistema de control hidráulico del sistema de impulsión superior, este acelera el manipuleo de la tubería y previene el daño de las roscas de la tubería de revestimiento, eliminando un ciclo de conexiones y desconexiones en las uniones de los tubulares.
Un arreglo de cuñas sujeta el exterior o bien el interior de la tubería de revestimiento, dependiendo del tamaño de la tubería, y la fija al sistema de impulsión superior sin conexiones roscadas. Un arreglo interno de tipo cangrejo provee un sello de fluido en el interior de la tubería.
Fuente: Tesco Corporation
Cuando se utiliza la tecnología Casing DrillingTM una técnica utilizada para correr registros con cable en agujero abierto para la evaluación de formaciones, consiste en perforar hasta la profundidad total con tubería de revestimiento para luego desenganchar la broca. El paso siguiente implica rectificar hasta la zapata de la tubería de revestimiento intermedia, de manera de poder obtener registros en agujero descubierto a través de la tubería, como si se tratara de una perforación convencional. Luego bajó la tubería de revestimiento de producción hasta la profundidad total.
Fuente: Tesco Corporation
La cementación se realiza también en forma no muy distinta a la convencional empleando un dispositivo que permite el alojamiento de los tapones de desplazamiento al igual que en una cementación corriente (sección 3.10).
En cuanto a la ingeniería, diseñar un pozo para aplicar la tecnología Casing DrillingTM es de alguna manera muy similar a diseñar un pozo convencional. Las consideraciones sobre estabilidad del pozo, control de surgencias, profundidades de asentamiento de los zapatos, el plan direccional y la selección del trépano son tomados de la misma manera que en la perforación convencional.
La diferencia más significativa es que en la perforación con casing, éste puede estar sometido a esfuerzos y tensiones bastante más diferentes que en los usos convencionales.
El proceso de diseño de un pozo perforado con casing comienza de la misma manera que para un pozo convencional. Los puntos de asentamiento de los distintos casing se seleccionan basados en la estabilidad y el control del pozo además de los requerimientos de producción. Se diseña el programa direccional del pozo para perforar los objetivos seleccionados y se desarrolla el programa de lodos. Una vez que el proceso de diseño convencional se llevó a cabo, el diseño final deberá adaptarse la proceso Casing DrillingTM para lograr los objetivos exitosamente y asegurar que el tubo mantenga sus propiedades y especificaciones.
