30 Oilfield Review

Disparos sobre el objetivo

Kjell BersåsMorten StenhaugStatoilBergen, Noruega

Fokko DoornboschBjorn LangsethStavanger, Noruega

Helge FimreiteHydroBergen, Noruega

Bob ParrottRosharon, Texas, EUA

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Wallace Pescarini, Al Salsman, George Spencery Ian Walton, Rosharon, Texas, EUA.DepthLOG, eFire-CT, OCD (Dispositivo de Confirmación deOrientación), OrientXact, PowerJet, PowerJet Plus y PURE(Operaciones de Disparos para la Explotación Total del Yacimiento) son marcas de Schlumberger.

Las compañías de exploración y producción utilizan la nueva tecnología de disparos

orientados para optimizar la productividad del pozo, minimizar la producción de arena

y reducir los costos totales de terminación de pozos en ambientes difíciles. El cuidado

en la planeación, la selección de tecnología y la evaluación posterior a los trabajos,

es esencial para una estrategia de operaciones de disparos optimizadas.

La producción de arena puede generar proble-mas tan serios, que un pozo cuya perforación yterminación cuestan millones de dólares puedeperder totalmente su valor. Para proteger susinversiones, las compañías de exploración y pro-ducción (E&P, por sus siglas en inglés) hoypueden orientar los disparos que ejecutan en suspozos. Los disparos orientados permiten minimi-zar la producción de arena, mejorar laproductividad y reducir los costos de terminación.

En el año 2001, una importante compañía pro-ductora de petróleo informó que un 60% de suproducción mundial, aproximadamente 2 millo-nes de barriles [317,800 m3] de petróleo crudoequivalente por día, provenía de campos querequerían cierto nivel de manejo de la producciónde arena.1 Si no se controla, la producción dearena erosiona el equipo de fondo de pozo, taponael mismo y finalmente obstruye el flujo de fluido.Los operadores recolectan cantidades significati-vas de datos relacionados con la composición dela formación, el plano de estratificación y laorientación de los esfuerzos, ya sea mediante laadquisición de registros durante la perforación(LWD, por sus siglas en inglés) o con herramien-tas de adquisición de registros operadas a cable.Estos datos, en conjunto con el análisis denúcleos y el desempeño de los pozos vecinos, ayu-dan a los operadores a establecer el potencial deproducción de arena de un yacimiento.2

En yacimientos que presentan perfiles deesfuerzos anisotrópicos, y probabilidades de pro-ducción de arena, la integración de modelado deanálisis de esfuerzos, técnicas de bajada deherramientas, nuevos avances en el diseño deherramientas de disparos y cargas, y evaluaciónposterior a la detonación, permite la optimiza-ción general de la terminación de pozos y laproductividad.

En este artículo analizamos los efectos perju-diciales de los disparos incorrectamentealineados y luego describimos cómo la aplicacióncuidadosa de tecnologías interdependientesmejora los resultados de los disparos. Algunosejemplos de campo ilustran los avances registradosrecientemente en la tecnología de herramientasde disparos orientados bajadas con la tubería deproducción para la optimización de la productivi-dad inicial del pozo y la intervención de pozoscon desempeños deficientes.

Orientaciones que demandan precisiónEn 1999, un importante operador detectó gravesproblemas de producción de arena en el yaci-miento Eoceno C del Lago de Maracaibo,Venezuela. Se trata de un yacimiento competentey consolidado, pero que presenta grandes esfuer-zos locales como resultado de su complejoambiente tectónico. A través de la orientación delos disparos en la dirección del esfuerzo máximo,el operador redujo el volumen promedio de arenaproducida de aproximadamente 40 g/m3 [14lbm/1,000 bbl de petróleo] a un promedio demenos de 6 g/m3 [2 lbm/1,000 bbl de petróleo],una reducción del volumen de arena producidasuperior al 85%.3 Los primeros cuatro pozos condisparos orientados mostraron regímenes de pro-ducción 30% mayores que el promedio delcampo. Esta experiencia demuestra que la téc-nica de disparos orientados correctamenteaplicada, permite reducir significativamente laproducción de arena y mejorar la productividaddel pozo (véase “Métodos prácticos de manejo dela producción de arena,” página 10).

A pesar del éxito de las operaciones de dispa-ros en muchas áreas del mundo, los diseños delas herramientas de disparos han resultado ina-decuados en pozos muy desviados. Durante su

1. Morton N: “Screening Out Sand,” BP Frontiers, edición 2(Diciembre de 2001): 18–22.

2. Almaguer J, Manrique J, Wickramasuriya S, Habbtar A,López-de-Cárdenas JE, May D, McNally AC y Sulbarán A:“Orientación de los disparos en la dirección correcta,”Oilfield Review 14, no. 1 (Verano de 2002): 18–33.

3. Sulbarán AL, Carbonell RS y López-de-Cárdenas: “OrientedPerforating for Sand Prevention,” artículo de la SPE57954, presentado en la Conferencia Europea sobre Dañode la formación de la SPE, La Haya, Países Bajos, 31 demayo al 1° de junio de 1999.

Verano de 2004 31

bajada al pozo, las herramientas experimentandiversos grados de esfuerzo de fricción, curva-tura y torsión, causando arrastre y desalineaciónde los tubos de las pistolas. Los fabricantes depistolas de disparos habitualmente aíslan lasarta de las pistolas de estos esfuerzos y de lafuerza de rotación de la sarta de bajada, colo-cando varios adaptadores giratorios por encimade los tubos de las pistolas para facilitar laorientación automática de la herramienta porefecto de las fuerzas gravitacionales.

Los fabricantes han empleado diversos méto-dos para generar la alineación gravitatoria de laherramienta de disparo.4 Un método muy cono-cido utiliza aletas de desviación, soldadas al tubode la pistola (derecha). Las aletas de desviaciónmodifican el centro de gravedad del tubo de lapistola y generan una orientación excéntrica. Laprecisión de la orientación utilizando aletas dedesviación generalmente es mayor en los ángulosbajos de la desviación del pozo.

En un esfuerzo por superar las deficienciaspropias de este método, algunos fabricantesaumentaron la altura de las aletas, mientras queotros las acortaron. Las aletas más altas proveíanun ajuste más estrecho pero aumentaban elpotencial de atascamiento de la sarta de las pis-tolas en el pozo. Las aletas más cortasproporcionaban más holgura pero otorgaban alarreglo de pistolas mayor libertad de rotación,introduciendo así un error en la orientación.

Los primeros diseños de Schlumberger utili-zaban espaciadores contrapesados internamentepara ayudar a orientar la sarta de las pistolas.Una barra de acero semicircular, sólida, ocupabala mitad inferior del espaciador, habitualmentede 6 m [20 pies] de largo. Este diseño resultabaadecuado para intervalos cortos de pozos vertica-les, en desviaciones moderadas y en situacionesque requerían sólo una precisión mínima en laorientación.

En los tramos de pozos horizontales extendi-dos más largos, a veces se corren 250 o más tubosde pistolas en una sarta. Cada sección de la pis-tola debe alinearse estrechamente con lasiguiente para garantizar la alineación correcta

de los disparos. No obstante, las fuerzas compre-sionales que actúan sobre los conectorescomprimen cualquier tolerancia de ajuste delfabricante, girando levemente las roscas derechasdel conector y generando un error de orientacióngradual, en sentido horario. Si bien cada uno deesos giros es pequeño, el error de orientaciónacumulado puede ser considerable a lo largo delos intervalos de disparo con muchas conexiones(próxima página).5 Si bien la desviación admisi-ble respecto del ángulo de disparo óptimo varíaentre un yacimiento y otro, una variación de másde 25° respecto del esfuerzo horizontal máximopuede inducir la producción de arena.6

Hasta hace poco, los proveedores de serviciostrataban de minimizar la acumulación de error dealineación y del subsiguiente error de orientaciónmanteniendo corta la longitud de la sección de la

pistola que media entre las uniones giratorias.Sin embargo, las secciones cortas a menudogeneran un esfuerzo de torsión gravitatorio insu-ficiente para orientar las pistolas en los pozosmás desviados.

Intervención en el Mar del NorteLa compañía Hydro observó que los intentos deorientación de los disparos en pozos muy inclina-dos del Mar de Norte a menudo se traducían en undefecto de alineación de hasta 45° en los disparos.En el año 2001, el desempeño inferior al esperadoexhibido por los primeros pozos del campo Visundcondujo a Hydro a evaluar los efectos de las técni-cas de disparos sobre la producción de arena y laproductividad de los pozos.

El campo Visund, operado por Statoil desde elaño 2003, se encuentra ubicado a unos 150 km [90

32 Oilfield Review

4. Benavides SP, Myers WD, Van Sickle EW y Vargervik K:“Advances in Horizontal Oriented Perforating,” artículo dela SPE 81051, presentado en la Conferencia de IngenieríaPetrolera de América Latina y el Caribe de la SPE, PuertoEspaña, Trinidad, Indias Occidentales, 27 al 30 de abril de2003.

5. Stenhaug M, Erichsen L, Doornbosch FHC y Parrott RA:“A Step Change in Perforating Technology Improves Pro-ductivity of Horizontal Wells in the North Sea,” artículode la SPE 84910, presentado en la Conferencia Interna-cional sobre Recuperación Mejorada de Petróleo en elPacífico Asiático de la SPE, Kuala Lumpur, Malasia, 20 al21 de octubre de 2003.

6. Sulbarán et al, referencia 3.

Herramienta

Tubería

Aleta de desviación

Tornillo con resalto

Contrapeso en forma de semibarra

Placa de alineación superior

Tubería de revestimiento

> Diseño de las aletas de desviación. Los diseños más antiguos con aletas dedesviación incorporadas pueden atascarse dentro de la tubería de revesti-miento. A menudo, las aletas de desviación se configuran lo más grandes po-sible con respecto al diámetro interno de la tubería de revestimiento (extremosuperior). Con esta tolerancia estrecha, la arena y los detritos que se acumu-lan dentro y alrededor del tubo de la pistola después de los disparos puedenhacer que la pistola se atasque, o quede suspendida, en el pozo. Las aletasmás pequeñas permiten que el arreglo de pistolas caiga sobre un costadoproduciendo la desalineación de los disparos. Durante la bajada del sistemaen pozos muy desviados, la forma excéntrica del arreglo de tubos de pistolaspuede contribuir a la torsión y a la fricción rotacional produciendo la desali-neación de los disparos. Otros diseños utilizan espaciadores contrapesados(extremo inferior) para generar el esfuerzo de torsión rotacional. Si se generaun esfuerzo de torsión insuficiente para superar la resistencia a la fricción, elresultado es la desalineación de los disparos.

Verano de 2004 33

millas] frente a la costa de Noruega, al noroestede Bergen. La producción se inició en 1999, mien-tras el campo era operado por Hydro. Los dosprimeros pozos del campo Visund fueron termina-dos utilizando cedazos (filtros) de arena. Con eltiempo, los ingenieros de Hydro determinaron queera necesario recurrir al aislamiento por zonaspara manejar adecuadamente la producción proveniente de este campo petrolero. En con-secuencia, se colocaron y se cementaron reves-timientos de producción cortos a lo largo de losintervalos productivos; los pozos fueron termina-dos utilizando un sistema de disparos orientadosestándar con cargas revestidas de cinc.

El yacimiento del campo Visund es un yaci-miento geológicamente complejo que corres-ponde a areniscas débiles con permeabilidadesque oscilan entre 300 y 3,000 mD y una resisten-cia a la compresión no confinada que fluctúaentre 725 y 2,900 lpc [5 y 20 MPa]. Los estudiossobre mecánica de rocas indicaron que era posi-ble mantener suficiente resistencia de lostúneles dejados por los disparos (túneles de losdisparos) con una desviación máxima de 25° res-pecto del plano vertical; es decir, la direccióndel esfuerzo máximo.

Hydro planificó intervalos de disparos de másde 2,000 m [6,561 pies] a lo largo de los tramos

de pozos casi horizontales. La deriva admisiblecombinada para la alineación y la orientación delas pistolas sería ±10°, precisión que supera lacapacidad de los equipos de disparos ordinarios.Los ingenieros de Hydro consideraron que unnuevo diseño de sistema de disparos podríamejorar la productividad del campo Visund.

Hydro estableció los objetivos de desempeñode un nuevo sistema de disparos orientados. Serequeriría que los tubos de las pistolas se orien-taran dentro de un ángulo de 20° respecto de lavertical, a través de una curva o pata de perro de5°/30 m [5°/100 pies]. Sería necesario que lascargas tuvieran una eficiencia del 75% respecto

Ventana de estabilidad de ±12.5°

50 secciones de pistolas a 1.25°/sección de lapistola = 62.5° de rotación potencial respecto de la vertical

Error acumulado

0°

1.25°

2.50°

3.75°

> Acumulación del error de alineación. En los diseños de pistolas de disparos previos, se introducía un error rotacional leve encada sección de la pistola cuando las roscas derechas de cada conexión se ajustaban bajo la creciente carga compresiva. Sibien cada error rotacional puede ser pequeño, el error de alineación acumulado se vuelve significativo, lo que ubica a un núme-ro indefinido de pistolas fuera de la ventana de estabilidad de los túneles de los disparos. La curvatura y la torsión rotacional re-sultantes de los cambios en la trayectoria del pozo a menudo exacerban el error de orientación total. En este ejemplo, un errorde 1.25° por sección de la pistola se traduce en una rotación de 62.5° respecto de la vertical si se acumula a lo largo de las 50secciones de la pistola.

de las cargas revestidas de acero estándar. Seestablecieron los criterios para el desempeño delas uniones giratorias bajo cargas que alcanzaban50,000 lbf [222 kN] en entornos verticales y des-viados. Hydro también requería un método deconfirmación de la orientación de los disparoscon una precisión de 2°. Por último, se estable-cieron los criterios posteriores a lasdetonaciones, incluyendo el requerimiento delimitar los detritos de las pistolas a 50 gm/m [0.5onza/pie] de material que no fuera cinc.

Los ingenieros de Schlumberger desarrolla-ron un sistema avanzado de disparos bajado conla tubería de producción capaz de orientar losdisparos en forma precisa, independientementede la tortuosidad, en pozos de gran inclinación.El nuevo sistema de disparos orientados bajadocon la tubería de producción OrientXact dependede varios componentes clave para lograr la preci-sión requerida en la orientación, incluyendo unacombinación de pistolas, adaptadores de fijaciónde las secciones de las pistolas, contrapesos paraorientación y uniones giratorias (izquierda).

La utilización de adaptadores de alineación yfijación especiales asegura un incrementomínimo del error de alineación dentro de las sec-ciones de la sarta de las pistolas. Cada tubo de

pistola se conecta al siguiente con anillos de fija-ción (arriba). Las estrechas tolerancias defabricación eliminan virtualmente los errores dealineación causados por el pequeño espiral de lasarta de pistolas, que opera en sentido horario yes característico del antiguo diseño roscado. Elerror de alineación promedio se reduce a 10minutos, ó 0.167° por arreglo de pistolas, lo quesatisface los exigentes requisitos del proyecto deoperaciones de disparos del campo Visund.

La carga de compresión y tensión ejercidasobre las uniones giratorias, en las sartas de dis-paros largas, puede alcanzar 55,000 lbf en lostramos horizontales y 250,000 lbf [1112 kN] enlos tramos verticales.7 Schlumberger desarrollóuniones giratorias especiales de baja fricciónpara tolerar grandes cargas manteniendo almismo tiempo la precisión de los disparos. Bajolas condiciones operativas existentes habitual-mente en el pozo, las nuevas uniones giratoriascon cojinetes de rodillo redujeron diez veces lafricción rotacional. Las pruebas realizadas en elCentro de Terminaciones de Yacimientos deSchlumberger (SRC, por sus siglas en inglés),ubicado en Rosharon, Texas, EUA, verificaronque la nueva sarta de pistolas podía desarrollarsuficiente esfuerzo de torsión para superar la

34 Oilfield Review

Arreglo de anillos de fijación

Resorte onduladoAjuste de interferencia

Anillo A

Anillo B

Dispositivo de acoplamientoTornillo de fijaciónArreglo de pistolas Arreglo de pistolas

Columna de perforación (sarta cerrada)

Medidores de presión

Cabezal de disparo de retardo hidráulico dual (HDF)

Unión giratoria de baja fricción

Espaciador

Pistola de disparos orientados de 4.5 pulgadas, escasos detritos, 4 tiros por pie, 10°/350°

Contrapeso para orientación

Transferencia balística sellada

Nariz inferior

Dispositivo de Confirmación de Orientación OCD

Tubería de revestimientocorta de 7 pulgadas

> Diseño del sistema de disparos orientados baja-do con la tubería de producción OrientXact. El di-seño OrientXact orienta todos los disparos en ladirección vertical con fases de la pistola de10°/350°. Se pueden utilizar medidores de presiónpara registrar los cambios de presión durante ladescarga. Una o más uniones giratorias de bajafricción soportan la sarta de pistolas. En los ex-tremos de cada sección soportada por una unióngiratoria se localiza un Dispositivo de Confirmaciónde Orientación OCD. La necesidad de disponer decontrapesos para la orientación queda determina-da por los requerimientos de torsión rotacional.

> Eliminación de la rotación en las conexiones. Cada pistola se alinea y se fija a la siguiente con undispositivo de acoplamiento enchavetado y ranurado de ajuste de interferencia. Durante el armado,el Anillo de fijación A del dispositivo de acoplamiento es forzado dentro de las ranuras hembra deltambor de la pistola y es sostenido en sitio con un resorte ondulado, y el Anillo B con resalto. Estediseño elimina el juego, o la rotación, entre las secciones de la pistola. No es inusual registrar erro-res de alineación acumulados de menos de 10 minutos de un grado por arreglo de pistolas.

Verano de 2004 35

resistencia de la unión giratoria con cargas detensión y compresión de 55,000 lbf, con una cur-vatura simultánea de hasta 10° cada 30 m [100pies] (arriba a la izquierda). Se puede lograr unaprecisión en la orientación de ±10° con seccio-nes de más de 488 m [1600 pies] de largo entrelas uniones giratorias.

La curvatura de una sarta de pistolas puedegenerar un esfuerzo de torsión significativo sobreel arreglo; con el riesgo de que la rotación tengalugar fuera de la orientación de los disparosdeseada (arriba a la derecha). Para abordar esteproblema, los ingenieros desarrollaron una seriede transportadores de pistolas direccionalmentesesgados, diseñados con incrementos de 30° dela dirección de la curvatura preferencial. Estostransportadores de pistolas pueden colocarse enla sarta de las pistolas para coincidir con la tra-yectoria del pozo. Cuando los transportadoressesgados se ubican en su dirección de curvaturapreferencial, sirven para orientar la sarta de laspistolas. Después de disparar las pistolas, el sis-tema de orientación está diseñado para seguiraplicando esfuerzo de torsión, manteniendo

derechos los orificios de salida del transportadore impidiendo que los detritos internos de las car-gas se introduzcan en el pozo.

Entre los desarrollos posteriores se encuentraun nuevo material para transportadores de pisto-las sin dirección preferencial de la curva. Lostransportadores de pistolas hechos con este mate-rial libre de curvas, o no sesgado, no generanningún esfuerzo de torsión. Cuando se empleancon otras piezas internas no sesgadas de las pisto-las, pueden utilizarse en cualquier parte de lasarta de pistolas, independientemente de la tra-yectoria del pozo.

Para verificar la orientación del sistema, losingenieros diseñaron un Dispositivo de Confirma-ción de Orientación OCD. El dispositivo OCD

registra la orientación de los disparos con preci-sión de 0.5°. Los datos son descargados de lamemoria de la herramienta cuando ésta llega a lasuperficie. Sólo se necesitan dos dispositivos OCDpor sección para confirmar la dirección de laorientación de todos los túneles de los disparos.

El nuevo sistema OrientXact logró satisfacercada uno de los requisitos de Hydro en términosde ingeniería y desempeño. Utilizando novedososcontrapesos para orientación pasiva y seccionesde pistolas unidas por uniones giratorias concojinetes de rodillo, el sistema es capaz de mani-pular grandes cargas. Se trata de un sistema deorientación automática que requiere espaciado-

7. Stenhaug et al, referencia 5.

> Pruebas de desempeño bajo curvas distintas.En el Centro de Tecnología de Terminaciones deYacimientos de Schlumberger, ubicado enRosharon, Texas, EUA, se probó el sistemaOrientXact en curvas que oscilan entre 5°/30 m[5°/100 pies] y 10°/30 m [10°/100 pies]. Los girós-copos operados a cable confirmaron una varia-ción de la orientación de 6 o menos grados através de las secciones curvas, lo que indica quelos diseños de las uniones giratorias y los trans-portadores de pistolas OrientXact tendrían el de-sempeño requerido por Hydro en aplicacionesde campo con patas de perro severas.

> Material de transportador de pistolas libre de curvas. Con los materiales de transportadores de pis-tolas convencionales, la torsión rotacional generada cuando se corre la sarta de disparos en el pozohará rotar las pistolas de disparos alejándolas de la orientación pretendida. Los nuevos diseños detransportadores libres de curvas, los avances en la ciencia de los materiales y las estrechas toleran-cias de fabricación permiten que las sartas de pistolas OrientXact se curven a través de las desvia-ciones del pozo sin que ello produzca la desalineación de los disparos.

res contrapesados sólo para las condiciones depozos desviados más difíciles. Un nuevo diseñode cargas provee túneles de disparos profundos yde diámetro reducido e impide el exceso dedetritos y la precipitación química posterior a losdisparos. A través de fases de 10°/350° se evita lageneración de túneles de disparos sucios en ellado bajo del pozo. El sistema OrientXact fue des-plegado para Hydro en el campo Visund ennoviembre de 2001.

Vinculación de tecnologías interdependientesHydro identificó diversas áreas susceptibles demejoramiento, fuera de la orientación de los dis-paros, incluyendo el daño de la formación, laprofundidad de penetración de las cargas, laquímica de las cargas, los detritos de las de-tonaciones y la química de los fluidos en elentorno de los disparos.

El daño de la formación en la región vecina alpozo, o daño mecánico, se produce por diversosmotivos. Durante la perforación, la roca yaci-miento está expuesta a significativos cambiosambientales, incluyendo presión, sacudidas pro-ducidas por la barrena, e invasión del filtrado dellodo y de los sólidos. La profundidad del daño esgeneralmente una función de la porosidad de laroca, la permeabilidad, el diferencial de presión,el tiempo de exposición y las características delfluido de perforación o de terminación.

Los largos tiempos de perforación insumidosen los pozos del campo Visund produjeron lainvasión profunda del filtrado del lodo. Los inge-nieros creían que las cargas de penetraciónprofunda estándar no podrían llegar más allá de

la zona dañada. Aún bajo condiciones ideales, lasespecificaciones de prueba del Instituto Ameri-cano del Petróleo (API, por sus siglas en inglés)indican que la profundidad efectiva de los dispa-ros y la penetración, bajo condiciones de fondode pozo reales, pueden ser significativamenteinferiores a las previstas.8 El análisis de laborato-rio, realizado en secciones de núcleos del campoVisund, indicó que se requeriría una profundidadefectiva de penetración del disparo de 40 a 50 cm[16 a 20 pulgadas] para sortear la roca yaci-miento dañada.

En las primeras terminaciones disparadas, secreía que las cargas revestidas de cinc eran lasmenos dañinas, porque el revestimiento de cincse desintegra formando un polvo fino durante ladetonación. En teoría, esto debería minimizar el

daño y los detritos que acompañan a las cargasrevestidas de acero estándar. Como parte de laevaluación del campo Visund, los ingenierosobservaron que las cargas revestidas de cinc nopenetraban tan profundamente como se creíapreviamente. Por otra parte, los subproductospulverizados de la detonación del cinc tienen elpotencial de reaccionar con el fluido del pozo y elagua connata para precipitar oxido de cinc en laroca yacimiento de la región vecina al pozo y enel pozo. Además, los estudios realizados en elSRC demostraron que las interacciones entre elcinc y las píldoras de ahogo a base de bromuro decalcio podían producir la falla de los aditivos decontrol de pérdida de fluido.9 El resultado es unainvasión excesiva de filtrado, que conduce a lareducción de la productividad.10

36 Oilfield Review

1 cm0

1 pulgada0

> Precipitación de óxido de cinc. Los subproduc-tos de la detonación del cinc pueden reaccionarcon los fluidos del pozo y los fluidos de la forma-ción para formar un precipitado de óxido de cinc.El material se puede precipitar dentro de la for-mación, los túneles de los disparos y el pozo,generando un mayor daño de la formación y pro-duciendo el taponamiento de los disparos. Laspepitas grandes, como las que se muestran aquí,pueden taponar el equipo de seguridad y controlde fondo de pozo, planteando serios riesgos ope-racionales y problemas de remediación.

> Penetración profunda con las cargas huecas (premoldeadas) de penetra-ción profunda PowerJet. Estas cargas producen túneles de disparos largos yangostos. El bloque de concreto de la foto corresponde a un objetivo de prue-ba de la Sección 1 del API. El bloque fue disparado con cargas PowerJet re-vestidas de acero a través de una tubería de revestimiento L-80, de 7 pulgadasy 32 lbm/pie. La penetración promedio en este objetivo fue de 137.4 cm [54.1pulgadas]. El túnel de los disparos que se estaba midiendo penetró 152.4 cm[60 pulgadas] dentro del objetivo. Similar desempeño se observa con las cargashuecas de penetración profunda y bajo volumen de detritos PowerJet Plus.

Verano de 2004 37

En varios de los primeros pozos del campoVisund, disparados con cargas huecas (premolde-adas) revestidas de cinc, se observó laprecipitación de óxido de cinc durante la lim-pieza posterior a los disparos. Las pepitas durasde óxido de cinc, de 5 a 20 mm [0.2 a 0.8 pulga-das] de diámetro, que se hacían circular hacia lasuperficie (página anterior, izquierda) taponaronlos estranguladores submarinos y otros equiposde control, generando una situación peligrosa ydifícil de remediar.

Para encarar estos problemas, los ingenierosde Schlumberger desarrollaron las cargas huecasde penetración profunda y bajo volumen de detri-tos PowerJet Plus. A la vez que conservan el altodesempeño de una carga de penetración pro-funda revestida de acero, las cargas PowerJetPlus generan un mínimo volumen de detritos,son contrapesadas para asistir en el proceso deorientación, no producen cinc residual y, deacuerdo con las pruebas de penetración API,pueden generar túneles de disparos profundos yangostos (página anterior, derecha).11

Estos túneles de disparos largos a veces resul-tan difíciles de limpiar. Las operaciones dedisparos en condiciones de bajo balance consti-tuyen una técnica común utilizada para eliminarlos detritos de los túneles de los disparos y mini-mizar el daño de la formación.12 Los trabajosrealizados recientemente en el SRC indicaronque el bajo balance de presión dinámicamáxima—no el bajo balance de presión estáticainicial—determina la limpieza de los disparos.El grado de bajo balance requerido depende devarios factores, incluyendo el diámetro de los

túneles de los disparos, la permeabilidad, laporosidad y la resistencia de la roca. Sinembargo, en el yacimiento Visund, es general-mente aceptado que se necesita un bajo balancede presión mínimo de 725 a 1,450 lpc [50 a 100bares] para minimizar los efectos del daño mecá-nico y eliminar los detritos de los disparos.

En un pozo dado, el logro de este nivel debajo balance estático puede resultar práctico ono. En ciertos casos, las condiciones existentesen el pozo, el método de bajada de las herra-mientas y la longitud de la sarta de las pistolaspueden impedir la ejecución de disparos en con-diciones de bajo balance estático. El sistema deOperaciones de Disparos para la ExplotaciónTotal del Yacimiento PURE optimiza este pasocrítico en la conexión del pozo con el yacimiento,a través de la maximización del bajo balancedinámico, o bajo balance transitorio, establecidoinmediatamente después de la creación de lacavidad de los disparos. El sistema PURE creauna descompresión instantánea de los fluidos delyacimiento en torno al disparo, inmediatamentedespués de ejecutadas las operaciones de dispa-ros, ayudando a eliminar el material triturado deltúnel de los disparos mientras existen condicio-nes de sobre balance estático. El resultado es lalimpieza de los túneles de los disparos conmínimo deterioro de la producción.13

En la mayoría de los casos, la técnica PUREproducirá menos efecto de daño mecánico quelas operaciones de disparos en condiciones debajo balance estático convencionales. Las evalua-ciones de laboratorio y de campo handemostrado que los conceptos del diseño del sis-

tema PURE a menudo arrojarán una relaciónentre la permeabilidad de la zona triturada y lapermeabilidad del yacimiento (kc/k) de 1, lo queindica un deterioro nulo de la permeabilidad. Lastécnicas de disparos en condiciones de bajobalance menos avanzadas arrojan típicamenteuna relación kc/k de 0.1 a 0.3.

En las terminaciones del campo Visund, losproblemas mecánicos impidieron la aplicación deoperaciones de disparos en condiciones de bajobalance convencionales. Los ingenieros de pro-yecto determinaron que el daño de los disparospodía eliminarse con un bajo balance de presiónde aproximadamente 1,740 lpc [120 bares]. Laspruebas de laboratorio indicaron que con unasarta de disparos correctamente diseñada y laaplicación de los conceptos de bajo balance diná-mico PURE, podía lograrse suficiente bajobalance como para despejar el túnel de los dispa-ros y minimizar el daño de la formación.

El programa de disparos del campo Visundfue diseñado con un sobrebalance de presiónestática de 508 lpc [35 bares] y las técnicasPURE, alcanzando un bajo balance dinámicojusto después de los disparos. El bajo balancedinámico elimina los detritos de la zona trituradade los túneles de los disparos. Para evitar que elpozo volviera a un estado de sobrebalance depresión antes de que se ecualizaran la presióndel pozo y la presión de poro, el diseño sugirió undispositivo de restricción al flujo para sellar eltope del colgador de la tubería de revestimientocorta de 7 pulgadas. El dispositivo de restricciónal flujo también actuaría como herramienta decorrelación en profundidad. Para estas primerasaplicaciones, los ingenieros instalaron medidoresde presión de fondo de pozo justo por encima delcabezal de disparo a fin de cuantificar la magni-tud del bajo balance dinámico y confirmar que eltrabajo fuera ejecutado conforme al diseño(arriba a la izquierda).

7,500

6,500

5,500

4,500

3,500

2,500-1 0 1 2

Tiempo, segundos3 64 5

Pres

ión,

lpc

Presión del yacimientoPresión del pozo

8. Stenhaug et al, referencia 5.9. En este contexto, por píldora de ahogo se entiende un

fluido pesado con densidad suficiente para producir unapresión hidrostática mayor que la presión del yacimiento,aislando así el flujo de fluidos de formación dentro delpozo.

10. Chang FF, Kageson-Loe NM, Walton IC, Mathisen AM ySvanes GS: “Perforating in Overbalance—Is It ReallySinful?,” artículo de la SPE 82203, presentado en la Con-ferencia Europea sobre Daño de la formación de la SPE,La Haya, Países Bajos, 13 al 14 de mayo de 2003.

11. Instituto Americano del Petróleo: publicación API RP 19B(antes RP 43): http://api-ep.api.org (se tuvo acceso el 15de marzo de 2004).

12. Para mayor información sobre operaciones de disparosen condiciones de bajo balance, consulte: Bakker E,Veeken K, Behrmann L, Milton P, Stirton G, Salsman A,Walton I, Stutz L y Underdown D: “La nueva dinámica deoperaciones de disparos en condiciones de bajobalance,” Oilfield Review 15, no. 4 (Primavera de 2004):56–69.

13. Bakker et al, referencia 12.

> Logro de condiciones de bajo balance dinámico en el pozo A-21 del campoVisund. Los cambios de presión fueron registrados por sensores de presiónde fondo de pozo, a lo largo de todo el proceso de ejecución de los disparos.El cambio de la presión del pozo (negro) se representa gráficamente en fun-ción de la presión del yacimiento medida previamente (rojo). El pozo A-21 delcampo Visund fue sobrebalanceado en 508 lpc [35 bares] antes de los dispa-ros. La técnica de disparos PURE produjo una caída de presión del pozo de4,206 lpc [290 bares] en un segundo, después de la detonación de las pistolasde disparos. Una breve condición de bajo balance justo después de dispararlas pistolas minimizó el daño de la formación y contribuyó a la limpieza de lostúneles de los disparos.

Una vez definido el entorno de los disparos,los ingenieros de Schlumberger utilizaron unsimulador de orientación computarizado para eldiseño de las sartas de disparos OrientXact enseis pozos del campo Visund. El más largo inclui-ría un intervalo de disparo total de 2,049 m [6,722pies] con 1,705 m [5,594 pies] de disparos netos alo largo de un pozo horizontal con gran severidadde pata de perro. Los ingenieros eligieron unaserie de uniones giratorias y contrapesos paraorientación suficientes para asegurar una orien-tación precisa. La longitud de las secciones de laspistolas individuales entre las uniones giratoriasoscilaba entre 167 y 400 m [548 y 1,312 pies].

El sistema de disparos OrientXact, integradocon las cargas PowerJet Plus, las técnicas debajo balance PURE y el dispositivo de confirma-ción de disparos OCD, se ha utilizado hasta ahoraen ocho pozos del campo Visund; siete producto-

res y un inyector. Los intervalos de producciónnetos, que oscilan entre 150 y 1,705 m [492 y5,594 pies], han sido disparados con éxito. Encomparación con los diseños previos, las cargasPowerJet Plus sólo produjeron una fracción delos detritos. Los disparos fueron confirmados porlos detectores OCD con una variación de ±5°; esdecir, la mitad de la desviación máxima admisi-ble respecto del ángulo de disparo óptimo(arriba). Los medidores de presión de fondo depozo indicaron un bajo balance instantáneo de3,626 lpc [250 bares] generado dentro de unadécima de segundo después de la detonación.

La vinculación de las tecnologías interdepen-dientes para encarar los asuntos relacionadoscon el daño de la formación, la profundidad depenetración de las cargas, la química de las car-gas, los detritos de la detonación, y el entorno delos disparos en el campo Visund, minimizó la pro-

ducción de arena y permitió aumentar la produc-ción de hidrocarburos entre tres y seis veces conrespecto a los volúmenes logrados con las prácti-cas de disparos previas.

Mejoramiento de la eficiencia en un campo satélite del campo GullfaksPara mejorar los regímenes de producción en uncampo satélite del campo Gullfaks, Statoil redis-paró tres pozos. Las operaciones se llevaron acabo con los cabezales de los pozos bajo presión.Los ingenieros admitieron que podía ser necesariorealizar operaciones de limpieza antes de efectuarlos nuevos disparos. Habitualmente, se requeri-rían dos carretes de tubería flexible, uno para lalimpieza de la arena y el otro configurado con uncable eléctrico para la correlación precisa de laprofundidad de los disparos. Los ingenieros com-binaron la tubería flexible convencional con unregistro de correlación de profundidad en tiemporeal DepthLOG CT para establecer la profundidadde los disparos, eliminando así la necesidad dedisponer de un segundo carrete de tubería flexi-ble, ahorrando tiempo, mejorando la eficiencia ycreando un entorno de trabajo más seguro.

Los ingenieros de Statoil y Schlumbergeroptimizaron las operaciones a través de la inte-gración de múltiples tecnologías. El sistema depistolas de orientación automática OrientXactproporcionó disparos correctamente alineados.Mediante telemetría de pulsos a través de lacolumna de fluido del pozo, se transmitieron losdatos de correlación de profundidad en tiemporeal al equipo a cargo de las operaciones de dis-paros. Las cargas PowerJet Plus penetraronprofundamente el yacimiento, dejando un volu-men mínimo de detritos en la tubería derevestimiento. Con el pozo todavía bajo presiónde producción, las técnicas PURE proporciona-ron condiciones de bajo balance dinámico,minimizando los efectos de daño mecánico de lostúneles de los disparos y asistiendo en la elimina-ción de los detritos de la formación triturada. Elcabezal de disparo electrónico eFire-CT, bajadocon tubería flexible, abordó los asuntos de segu-ridad requiriendo una secuencia codificada decambios en la velocidad de bombeo dentro de latubería flexible durante su permanencia en elfondo del pozo para la detonación de las pistolasde disparo. Con el sistema eFire-CT, no se requie-ren espaciadores de seguridad, lo que permite lautilización de mayores longitudes de pistolas.14

En los tres pozos, se efectuaron 10 carrerasde disparos con pistolas bajadas con tubería fle-xible, cuya longitud oscilaba entre 50 y 100 m[164 y 328 pies]. Utilizando las correlacionesDepthLOG y el monitor universal de longitudesde tuberías (UTLM, por sus siglas en inglés), los

38 Oilfield Review

Pernoajustado en 0°

A

Marca de la orientación en grados

Cordón detonante (verde)

Orificio del cordón detonante

Tubo para la bala

Arreglo de péndulo

B

C D

> Confirmación de la orientación. El dispositivo OCD fue desarrollado por Schlumberger para confirmar eldesempeño del sistema de disparos OrientXact. La fotografía B muestra el dispositivo OCD instalado enel arreglo del transportador con el cordón detonante (verde) atravesando la celda OCD. En la fotografíaD, se ha abierto el dispositivo OCD (C). Se muestra el arreglo de péndulo interno que consiste en un arre-glo de collar de rotación libre, bala y tubo de tambor a través del cual pasa el cordón detonante. Cuandose disparan las pistolas, la energía emitida desde el cordón detonante fuerza una bala que se encuentraen el tubo del tambor haciéndola pasar hacia la pared interna del dispositivo OCD. En el momento de ladetonación, la bala marca simultáneamente la orientación exacta de la pistola con respecto a la vertical;en A se muestra una orientación de 0°. La unidad OCD mide la orientación de los disparos con unaprecisión de ±0.5°.

Verano de 2004 39

ingenieros posicionaron las pistolas de disparoscon una precisión de ± 1 m [± 3.3 pies], a unaprofundidad de 4,500 m [14,764 pies], en todaslas carreras de disparos. Todas las pistolas deto-naron correctamente sobre el objetivo.

Por último, la unidad OCD confirmó los dispa-ros en +8, +4 y +3°, en tres carreras de disparosindependientes. La vinculación de las tecnolo-gías de disparos interdependientes en el campoGullfaks permitió mejorar la eficiencia operacio-nal y optimizar los regímenes de producción.

Prevención de la producción de arena en el campo RimfaksLa prevención de la producción de arena en elcampo Rimfaks de Statoil es esencial para opti-mizar la productividad de los pozos. Otro satélitedel campo Gullfaks, el campo Rimfaks se encuen-tra ubicado en la porción norte del sectornoruego del Mar del Norte. El pozo I-3H producede yacimientos de areniscas débiles que requie-ren que los disparos se ejecuten cerca de ladirección del esfuerzo máximo para minimizar laexcesiva producción de arena. El equipo de con-trol de flujo de fondo de pozo, incluyendo losestranguladores, los empacadores y los equiposasociados, se utiliza para controlar los regímenesde producción a lo largo de la terminación dehorizontes múltiples. El flujo de arena y los detri-tos posteriores a los disparos deben evitarse paraprevenir el daño y la erosión del complejo arreglode terminación.

Para minimizar la producción de arena, losingenieros combinaron las tecnologías Orient-Xact y PowerJet Plus a fin de dispararsimultáneamente los objetivos a lo largo deltramo horizontal de 1,036 m [3,400 pies]. Con untotal de ocho unidades OCD, la mayor variaciónen la orientación de los disparos midió sólo 6°(arriba a la derecha). Las cargas PowerJet Plusproporcionaron una penetración estrecha, ultra-profunda, optimizando la estabilidad de lostúneles de los disparos y maximizando la comuni-cación con el yacimiento más allá de cualquierdaño de la formación en la región vecina al pozo.

Por diseño, los detritos de las cargas PowerJetPlus son retenidos en la pistola. En el pozo I-3H,sólo se recuperaron 130 g [4.59 onzas] de piezasmetálicas pequeñas y limaduras. La utilización delas cargas PowerJet Plus revestidas de aceroeliminó la precipitación de subproductos de cincy el daño de la formación asociado en la regiónvecina al pozo, observados en pozos previos.

Los disparos orientados con precisión, combina-dos con un novedoso diseño de cargas, dieroncomo resultado disparos profundos, correcta-mente orientados y con escaso volumen dedetritos, eliminando la necesidad de efectuarposteriores tratamientos de reparación y estimu-lación. Además, se limitó la producción de arenay se mejoró el desempeño del pozo.

Nuevas trayectorias para los disparos orientadosLos operadores han descubierto el valor de losdisparos orientados en las terminaciones inicia-les y en el mejoramiento correctivo de laproductividad. Las utilidades en concepto de efi-ciencia en materia de costos, los ahorros detiempo de equipo de perforación y la optimiza-ción de la producción son los beneficios típicosde las operaciones de disparos orientados. Lossistemas bajados con tubería flexible, combina-

dos con las nuevas técnicas de orientación, per-miten a los operadores efectuar disparos precisosbajo condiciones de pozo activas a lo largo depozos horizontales tortuosos y extendidos.Cuando la tecnología de disparos orientados secombina con el novedoso diseño de cargas hue-cas, las técnicas de bajo balance dinámico, lacapacidad de correlación de la profundidad entiempo real, los sistemas de seguridad y los dis-positivos OCD, los operadores logran optimizarlas terminaciones, los costos y la productividaddel pozo.

A medida que maduren el sistema OrientXacty las tecnologías relacionadas, su aplicación a lasoperaciones de fracturamiento hidráulico y ter-minaciones sin cedazos permitirá aún mayorflexibilidad en operaciones de mejoramiento dela producción eficaces desde el punto de vista desus costos mediante técnicas de orientación dedisparos exigentes. —DW

15

-2

-5

4

0

6

-3

5

-1

10

5

0

Resu

ltado

s OC

D, g

rado

s/pa

ta d

e pe

rro, g

rado

s/30

m [g

rado

s/98

.4 p

ies]

-5

-10

-15151 101

Componentes de la sarta de disparosCabezal de disparo Canto redondeado51 1

Severidad de la pata de perroPeso para orientaciónUnión giratoriaResultado OCD

Área de la gráfica

0

100

200

300

400

Cant

idad

de

túne

les

500

600

700

800

0

Orientación de los túnelesde los disparos, grados

Histograma de fases

5 10 15 20-20 -15 -10 -5

+ 5°– + 5°–

350° 10°

14. Los espaciadores de seguridad se colocan entre el arre-glo de pistolas y el cabezal de disparo. Esto permite quelas pistolas activas sean cargadas en el pozo o extraídasde éste, exponiendo al personal solamente al cabezal dedisparo mientras las cargas explosivas permanecendebajo del piso del equipo de perforación.

> Orientación de los disparos en el campo Rimfaks. Las unidades OCD del sistema OrientXact registra-ron la orientación de los disparos a través de cuatro secciones yacimiento después de disparar el pozoI-3H del campo Rimfaks para Statoil (extremo inferior). Practicados con fases de 10°/350°, todos losdisparos exhibieron una precisión de 6° respecto del objetivo (azul). La severidad de la pata de perro(verde) varía entre cero y aproximadamente 5° respecto de la horizontal y parece no haber tenidoningún efecto sobre la orientación de los disparos. Las líneas rojas verticales indican las posicionesde las uniones giratorias entre las secciones de la pistola; los contrapesos para orientación se mues-tran como líneas marrones verticales. Las barras verdes del histograma (extremo superior) identificanla cantidad de túneles de disparos en cada ángulo de orientación respecto de la vertical.