Interacción de nuevas tecnologías y prácticas operativas para la perforación de pozos en zonas de alta presión y alta temperatura

Abstract

El concepto de perforación de pozos de alta presión-alta temperatura (AP/AT) ha sido recientemente definido; sin embargo todavía no existe un consenso acerca del mismo. No obstante, este tipo de pozos han venido siendo perforados desde hace mucho tiempo como consecuencia de la necesidad de buscar petróleo y gas en campos cada vez que han llegado a ser más inaccesibles. Lidiar con la construcción de un pozo AP/AT como si fuera algo convencional, sería un grave error. La perforación de un pozo AP/AT (HP/HT en inglés) ha llegado a ser uno de los desafíos más importantes en la ingeniería de perforación de pozos de petróleo y gas, básicamente por una información inadecuadamente correlacionada y aún hasta hoy escasamente documentada, a pesar de la gran cantidad de experiencia mundialmente ganada en este dominio de conocimiento multidisciplinario. Este reporte no está enfocado en la completación o producción ni tampoco en operaciones de broca arriba del fondo de pozo, bit off bottom, (por ejemplo: corrida de revestimiento, registros de cables, prueba de pozos, etc.), sino más bien está dirigido a la contribución en sinergia de varias técnicas involucradas en la planificación y ejecución de la perforación de pozos, como geomecánica, equipos de perforación, fluidos de perforación, diseño de geometría de pozo, brocas, técnicas y tecnologías en sí aplicadas de direccionamiento de pozos y el gerenciamiento en tiempo real de la presión de fondo de pozo. El objetivo de esta monografía es demostrar que las contribuciones en sinergia de varias disciplinas convergen desde las etapas tempranas hasta la completación de cualquier pozo AP/AT. En este sentido, se observa que se vuelve esencial la mitigación de los riesgos asociados a la perforación de un proyecto de esta magnitud o mejor aún la maximización de las posibilidades de éxito. La práctica operacional y la ingeniería de perforación tradicional no son suficientes por sí solas para construir un pozo de este grado de complejidad. Los pozos AP/AT se convirtieron así en un reto adicional a la perforación convencional, porque las herramienta de perforación (MWD, LWD, motores de fondo, sistemas rotatorios), registros de cable y pruebas de pozos caen más allá de sus límites operacionales, las columnas litológicas perforadas están en reservorios de alta presión y alta temperatura, los estrechos márgenes entre presión de fractura y presión poral, las densidades de los lodos de perforación están cerca de las fronteras de la movilidad de un fluido como consecuencia de la alta gravedad específica requerida para controlar la presión de fondo, los equipos preventores de reventones (BOP) y otros de control de presión relacionados deben ser construidos para soportar altos rangos de presión así como los productos elastoméricos usados deben soportar altas temperaturas. La metodología usada para la adecuada administración y utilización de la información son llevadas a cabo en las etapas pre y post operativas las cuales involucran: la definición de los parámetros de entrada, la recolección de la información, el control de calidad de la misma y su transformación en conocimiento utilizable que pueda ser compartido de manera que permita la mejora continua en el proceso de perforación. El gerenciamiento del conocimiento y la aplicación de tecnologías adecuadas ha permitido reducir los tiempos improductivos, a través de una campaña de perforación de siete pozos del campo Sen ubicado en la región sur terrestre de México, y por ende disminuir los días de perforación desde 280 días hasta 170 días. Finalmente, el éxito en el emprendimiento de un pozo AP/AT no solo se sustenta en el básico entendimiento de la administración de los resultados de geomecánica, fluidos de perforación y geometría de pozo y diseño de revestimiento sino en la gestión de los recursos cruciales para el desempeño óptimo como son los equipos de perforación y de control de pozo, la aplicación correcta de técnicas de gerenciamiento de presión durante la perforación (MPD), evaluación de la formación, medidas de presión en tiempo real (PWD) y registros de mecánica de perforación (choques y vibraciones y más) tanto como la selección óptima de brocas así como de herramientas direccionales y de modernas tecnologías relevantes.

The drilling concept of high pressure-high temperature wells (HP/HT) has been recently defined; nevertheless does not exist a consensus about it yet. In spite of that, these types of wells have been drilled since a long time ago as a consequence of the necessity of searching oil and gas in fields that become even more inaccessible. Dealing with the construction of a HP/HT well as it would be something conventional is a serious mistake. HP/HT oil well drilling have come to be one of the most important challenges in the drilling engineering of oil and gas wells, but the information has not been properly correlated and even today is scarcely documented, regardless of the big amount of worldwide experience gained in this multidisciplinary knowledge domain. This report is not focused on well completion or production nor bit off bottom operations (ie: casing running, logging, well testing, etc.) either, but rather is approached in the synergetic contribution of several technical domains involved in the planning and execution of well drilling such as geomechanics, drilling rigs, drilling fluids, well geometry design, bits, well deviation applied techniques by itself and real time downhole pressure measurements management. This monograph aims to show that the synergetic contributions of several disciplines converge from the early planning stages to the completion of any HP/HT well. In this sense, it seems that gets to be essential for the mitigation of drilling risks associated to a project of this magnitude or even better for the maximization of the possibilities of success. Operational practice and conventional drilling engineering are not enough by themselves to construct a well with this level of complexity. HP/HT wells turn into a further challenge of a conventional drilling because of drilling tools (MWD, LWD, downhole motors, rotary systems), wireline and well testing fall beyond its own operational limits, the lithological columns drilled which are in high pressure-high temperature reservoirs, the narrow margins between fracture and pore pressures, the drilling muds densities are near the frontiers of a fluid mobility as a consequence of the high specific gravity required to control the bottom hole pressure, the blow-out-preventer (BOP) devices and equipment related must be built to support high pressure ranges as well as the elastomeric products used must withstand high temperatures. The methodology used for the suitable management and usage of the information are staged as pre and post operational which involve: the definition of the inputs parameters, the collection of the information, the quality control of it and the transformation to useful knowledgement to share, that allows the continuous improvement of drilling process.