Perforación bajo equilibrio

La perforación bajo balance ( UBD , por sus siglas en inglés) es un procedimiento utilizado para perforar pozos de petróleo y gas en el que la presión en el pozo se mantiene más baja que la presión estática de la formación que se está perforando. A medida que se perfora el pozo, el fluido de formación fluye hacia el pozo y hacia la superficie. Esto es lo opuesto a la situación habitual, donde el pozo se mantiene a una presión superior a la formación para evitar que el fluido de formación ingrese al pozo. En un pozo "sobre balanceado" convencional, la invasión de fluido se considera una patada y, si el pozo no se cierra, puede provocar un reventón , una situación peligrosa. Sin embargo, en la perforación bajo balance, hay un "cabezal giratorio" en la superficie, esencialmente un sello que desvía los fluidos producidos a un separador mientras permite que la sarta de perforación continúe girando.

Si la presión de formación es relativamente alta, el uso de un lodo de menor densidad reducirá la presión del pozo por debajo de la presión de poro de la formación. A veces se inyecta un gas inerte en el lodo de perforación para reducir su densidad equivalente y, por lo tanto, su presión hidrostática en toda la profundidad del pozo. Este gas suele ser nitrógeno, ya que no es combustible y está fácilmente disponible, pero también se han utilizado de esta manera aire, aire con oxígeno reducido, gas de combustión procesado y gas natural .

La perforación con tubería flexible (CTD) permite la perforación y el bombeo continuos y, por lo tanto, se puede utilizar una perforación bajo equilibrio que puede aumentar la tasa de penetración (ROP).

Existen varios tipos de perforación en condiciones de bajo balance. Los más comunes se enumeran a continuación.

• Aire seco. También se lo conoce como espolvoreo. En este caso, se utilizan compresores de aire combinados con un amplificador (que quita la carga de los compresores y aumenta la presión del aire, pero no aumenta el volumen de aire que baja por el pozo) y el único fluido que se inyecta en el pozo es una pequeña cantidad de aceite para reducir la corrosión.
• Niebla. Se añade una pequeña cantidad de agente espumante (jabón) al flujo de aire. Las partículas finas de agua y espuma en una atmósfera de aire hacen que los recortes vuelvan a la superficie.
• Espuma. Se añade una mayor cantidad de agente espumante al flujo. Las burbujas y los grumos de burbujas en una atmósfera de niebla hacen que los recortes vuelvan a la superficie.
• Espuma estable. Se añade una cantidad aún mayor de agente espumante al flujo. Esta es la consistencia de una crema de afeitar.
• Elevación aérea. Las babosas y burbujas de aire en una matriz de agua y jabón pueden o no agregarse al flujo de aire del fluido.
• Lodo aireado. Se inyecta aire u otro gas en el flujo de lodo de perforación. Se requieren unidades desgasificadoras para eliminar el aire antes de que pueda recircularse.

Los pozos bajo balance tienen varias ventajas sobre la perforación convencional, entre ellas:

• Minimiza el daño a la formación. En un pozo convencional, el lodo de perforación se introduce a presión en la formación en un proceso denominado invasión , que con frecuencia causa daño a la formación (una disminución de la capacidad de la formación para transmitir petróleo al pozo a una presión y un caudal determinados). Puede ser reparable o no. En la perforación con bajo balance, si se mantiene el estado de bajo balance hasta que el pozo se vuelve productivo, no se produce invasión y se puede evitar por completo el daño a la formación.
• Aumenta la velocidad de penetración (ROP). Con menos presión en el fondo del pozo, es más fácil para la broca cortar y extraer la roca.
• Reducción de la pérdida de circulación . La pérdida de circulación se produce cuando el lodo de perforación fluye hacia la formación sin control. Se pueden perder grandes cantidades de lodo antes de que se forme una capa de lodo adecuada , o la pérdida puede continuar indefinidamente. Si el pozo se perfora con un nivel bajo de equilibrio, el lodo no ingresará a la formación y se puede evitar el problema.
• Elimina el atascamiento diferencial. El atascamiento diferencial se produce cuando la tubería de perforación se presiona contra la pared del pozo de manera que una parte de su circunferencia solo verá la presión del yacimiento, mientras que el resto seguirá siendo empujado por la presión del pozo. Como resultado, la tubería se atasca en la pared y puede requerir miles de libras de fuerza para retirarla, lo que puede resultar imposible. Debido a que la presión del yacimiento es mayor que la presión del pozo en UBD, la tubería se aleja de las paredes, lo que elimina el atascamiento diferencial.
• Reduce el daño a la formación y la pérdida de agua. Algunas formaciones rocosas tienen una tendencia reactiva al agua. Cuando se utiliza lodo de perforación, el agua contenida en el lodo de perforación reacciona con la formación (principalmente arcilla) y provoca inherentemente daños a la formación (reducción de la permeabilidad y la porosidad). El uso de una perforación con bajo balance puede ayudar a prevenir esto.

La perforación con bajo balance suele ser más costosa que la perforación convencional (cuando se perfora un pozo desviado que requiere herramientas de perforación direccional ) y tiene sus propios problemas de seguridad. Técnicamente, el pozo siempre está en una condición de reventón a menos que se desplace un fluido más pesado en el pozo. La perforación con aire requiere un volumen más rápido en el pozo, ya que los recortes caerán más rápido por el espacio anular cuando se retiren los compresores del pozo en comparación con tener un fluido de mayor viscosidad en el pozo. Debido a que el aire es compresible, las herramientas de medición por telemetría de pulso de lodo durante la perforación (MWD) que requieren un fluido incompresible no pueden funcionar. Las tecnologías comunes que se utilizan para eliminar este problema son las herramientas MWD electromagnéticas o las herramientas MWD con cable. La mecánica del fondo del pozo suele ser más violenta también porque el volumen de fluido que pasa por un motor de fondo de pozo o un martillo de fondo de pozo es mayor que un fluido equivalente cuando se perfora con equilibrio o sobrebalance debido a la necesidad de velocidades más altas en el pozo. La corrosión también es un problema, pero se puede evitar en gran medida utilizando un aceite de recubrimiento o inhibidores de óxido.

Referencias

Nas, Steve, Capítulo 12 Perforación en condiciones de bajo balance, de Petroleum Engineering Handbook, Volumen II, Editor Robert Mitchell, 2007, páginas II-519 a 569. Manual disponible en la Society of Petroleum Engineers. [1]