Oilfield Review

Brian Coll
Graeme Laws
M-I SWACO
Aberdeen, Escocia
Julie Jeanpert
Ravenna, Italia
Herramientas especiales para la
recuperación de escombros de pozos
A fines del siglo XVIII, el físico italiano Giovanni Battista Venturi describió
Marco Sportelli
Eni SpA E&P Division
Ravenna, Italia
la reducción de presión que ocurre cuando el fluido fluye a través de una restricción.
Charles Svoboda
Mark Trimble
M-I SWACO
Houston, Texas, EUA
les de limpieza de pozos capaces de ejecutar operaciones críticas de recuperación
La remoción de escombros constituye un paso
vital para asegurar el éxito de las operaciones de
perforación o de terminación de pozos. La remoción de escombros implica la extracción de
“detritos” y materiales indeseados de un pozo en
ejecución o terminado. Los detritos consisten generalmente en trozos pequeños de herramientas de
fondo de pozo, conos de barrenas, herramientas
manuales, cables, cadenas, recortes metálicos
provenientes de las operaciones de fresado, y
muchos otros tipos de residuos. Si bien, en general, no se consideran detritos, la arena y otros
materiales utilizados durante las operaciones de
terminación, estimulación y producción de pozos
a menudo requieren la remoción fuera del pozo
antes de ponerlo en producción.
Dado que existen muchos tipos de escombros,
los ingenieros han desarrollado diversas herramientas y técnicas para facilitar su remoción de un
pozo. Este artículo se centra en la fase de construcción del pozo posterior a la perforación y en los
problemas relacionados con la extracción de fragmentos relativamente pequeños de escombros,
tales como recortes metálicos, escombros de las
pistolas (cañones) de disparo, equipos pequeños y
arena. El artículo comienza con un análisis de las
fuentes de escombros pequeños y luego examina
las diversas técnicas disponibles para remover
estos materiales del pozo. Algunos casos de estudio demuestran cómo los operadores están aplicando estas nuevas tecnologías en una diversidad
de ambientes de terminación de pozos para reducir los riesgos, minimizar el tiempo inactivo y
mejorar la productividad.
Traducción del artículo publicado en
Oilfield Review Invierno de 2012/2013: 24, no. 4.
Copyright © 2013 Schlumberger.
Por su colaboración en la preparación de este artículo, se
agradece a Kenneth Simpkins de M-I SWACO, Houston.
FRAC-N-PAC, PURE y QUANTUM son marcas de
Schlumberger.
HEAVY DUTY RAZOR BACK CCT, MAGNOSTAR, RIDGE BACK
BURR MILL, WELL PATROLLER y WELL SCAVENGER son
marcas de M-I SWACO LLC.
1. El fresado es un proceso que utiliza una herramienta de
fondo de pozo para cortar, triturar y remover material de
equipos o herramientas emplazados en el pozo. El éxito
de las operaciones de fresado requiere la selección de
herramientas, fluidos y técnicas de fresado que sean
compatibles con los materiales de pesca y las
condiciones del pozo.
2. Connell P y Haughton DB: “Removal of Debris from
Deepwater Wellbores Using Vectored Annulus Cleaning
Systems Reduces Problems and Saves Rig Time,”
artículo SPE 96440, presentado en la Conferencia y
Exhibición Técnica Anual de la SPE, Dallas, 9 al 12 de
octubre de 2005.
4
Ahora, los ingenieros están utilizando este principio para diseñar sistemas especiade escombros en algunos de los ambientes del subsuelo más desafiantes del mundo.
Fuentes de escombros pequeños
El piso de perforación es un lugar con poco espacio libre, en el que existen numerosas posibilidades de caída inadvertida de elementos pequeños
en el agujero descubierto. En las operaciones de
aguas profundas, la abertura de la superficie en
el tubo ascendente puede tener un diámetro de 1 m
[3 pies], lo que genera la posibilidad de caída de
elementos grandes en las profundidades.
Los escombros también son generados en el
fondo del pozo por las diversas operaciones que se
llevan a cabo en éste. A menudo, los perforadores
deben fresar instrumentos tales como empacadores, extremos superiores de tuberías de revestimiento cortas (liners) y equipos dentro del pozo
(arriba, a la derecha).1 Los recortes metálicos
Almohadilla
de desgaste
Superficie
de trituración
> Típica trituradora de detritos. Las trituradoras
de detritos están diseñadas para triturar cualquier
tipo de material que se encuentra en el fondo del
pozo y que incluye, entre otros, conos de
barrenas, columnas de perforación, tapones
puente u otros objetos. Las almohadillas de
desgaste proporcionan estabilización durante
la trituración con la fresa. Los perforadores
despliegan varias superficies de trituración o
configuraciones de herramientas, dependiendo
del tipo de material a fresar.
resultantes de estas operaciones constituyen el
tipo más común de escombros que se encuentra en
el fondo del pozo. Mediante la circulación de fluido
de perforación, fresado o terminación, gran parte
de los restos de metales es transportada a la superficie. Sin embargo, algunos recortes metálicos pueden permanecer en el pozo, frecuentemente en
lugares que generan problemas durante la terminación o producción del pozo.2
Durante la terminación, los pozos entubados
pueden ser disparados utilizando un arreglo de cargas explosivas
Oilfield especiales
Review instalado en las pistolas
WINTER 12/13
Well Scavenger Fig. 1
ORWIN 12/13-WLSCVG 1
Oilfield Review
Volumen 24, no.4
5
Pistola de disparo
Nuevos
disparos
Arena
Empacador
temporario
Disparos
abiertos
> Protección de los disparos abiertos.
Para aislar los disparos abiertos, que pueden
ser dañados por los escombros provenientes
de las operaciones de pozos ejecutadas en
zonas situadas por encima de los disparos,
los perforadores colocan arena sobre un
empacador temporario. Una vez concluidas
OilfieldenReview
las operaciones
la zona superior, la arena
WINTER
12/13
y los escombros
provenientes
del pozo se
Fig. del
2 empacador,
remuevenWell
de laScavenger
parte superior
que luegoORWIN
es liberado
y extraído del2pozo.
12/13-WLSCVG
6
de disparo. Cuando las pistolas se disparan, las cargas huecas (premoldeadas) perforan la tubería de
revestimiento, el cemento y la formación. Una densidad de tiro de 33 tiros/m [10 tiros/pie] a través de
una zona productiva puede generar cientos de
túneles de disparos; este proceso de disparo produce un volumen considerable de restos de metales y escombros de formación que es preciso
retirar del pozo.
Históricamente, los fragmentos provenientes
de las cargas explosivas, la tubería de revestimiento, el cemento y la formación, se alojan en los
túneles dejados por los disparos, lo cual podría
reducir la eficiencia de la producción. El análisis
posterior a los disparos a menudo indicaba que
muchos túneles se taponaban y resultaban no
productivos. Los desarrollos registrados en materia de tecnología de disparos, tales como el sistema de disparos PURE para la obtención de
disparos limpios, en conjunto con las cargas huecas que generan un mínimo de escombros, permiten que los ingenieros reduzcan este tipo de daño
de los túneles de disparos.3 Si bien con el uso de
estas técnicas quedan menos escombros en los
túneles, es posible que se depositen más escombros en el pozo, obturando potencialmente los
mecanismos de enganche de los tapones puente
recuperables o impidiendo el funcionamiento de
los equipos de terminación de pozos.
Ocasionalmente, ciertos materiales son introducidos deliberadamente en el pozo para ser
removidos durante las operaciones de limpieza
subsiguientes. En las operaciones de estimulación, generalmente se utiliza arena para cubrir el
extremo superior de los empacadores temporarios
y los disparos abiertos con el fin de protegerlos de
cualquier daño mientras los perforadores trabajan en otras partes del pozo (izquierda). Una vez
concluidas estas operaciones, la arena debe ser
removida antes de que comience la producción.
En otras actividades de estimulación, tales como
las utilizadas en conjunto con el sistema de exclusión de apuntalantes FRAC-N-PAC, se emplaza
arena y apuntalante sintético intencionalmente en
el pozo para asistir en el proceso de producción.4
En todos los casos, el exceso de arena y apuntalante debe ser removido antes de poner un pozo
en producción.
Sin importar las precauciones adoptadas para
mantener un pozo y el equipo de producción asociado libres de escombros, los materiales indeseados a menudo se ubican en lugares problemáticos
e incrementan el riesgo de dañar el equipo de
terminación, reducir la eficiencia de la producción y hacer peligrar la viabilidad de un pozo en
el largo plazo.5
La complejidad del diseño
La construcción de pozos de petróleo y gas se está
volviendo cada más compleja y onerosa. Para perforar pozos caracterizados por localizaciones remotas, ambientes de aguas profundas o grandes
profundidades de perforación, las tarifas con margen operativo a menudo alcanzan USD 1 millón
por día. Ante las complejidades crecientes y para
reducir los costos, los operadores deben tomar
decisiones críticas en materia de perforación y
terminación de pozos. Como resultado, los costos
del análisis de riesgos ahora se consideran sobre
una base determinada por minuto en vez de una
base diaria.
Con geometrías de pozos y diseños de terminaciones cada vez más sofisticados, los ingenieros
reconocen que el manejo de riesgos, el mejoramiento de la eficiencia y la optimización de la producción pueden requerir la remoción de escombros
que alguna vez pudo haber sido considerada
intrascendente. Es posible que hasta un volumen
pequeño de escombros limite potencialmente la
producción y produzca la falla de la terminación.
Los detritos y los escombros pequeños pueden
ocasionar dificultades cuando los operadores
corren arreglos (aparejos) de terminación largos
y complejos en pozos profundos y desviados.
En los diseños de terminaciones de avanzada —
tales como los que poseen camisas de producción
que aíslan selectivamente los intervalos productivos— los escombros pequeños, que incluyen
fragmentos metálicos y arena, pueden taponar
las camisas de producción o de otro modo hacer
que resulten difíciles de acceder u operar.
Los pozos con trayectorias tortuosas son difíciles de limpiar utilizando métodos convencionales.
La determinación de las velocidades de circulación
óptimas es difícil cuando los ingenieros deben considerar las desviaciones variables, las limitaciones
de la densidad de circulación equivalente (ECD),
los diámetros de tuberías de revestimiento telescópicas y las limitaciones de la capacidad de bombeo
(próxima página, a la izquierda). Incluso las velocidades de circulación modestas, combinadas con
3. Bersås K, Stenhaug M, Doornbosch F, Langseth B,
Fimreite H y Parrott B: “Disparos sobre el objetivo,”
Oilfield Review 16, no. 1 (Verano de 2004): 30–39.
4. Gadiyar B, Meese C, Stimatz G, Morales H, Piedras J,
Profinet J y Watson G: “Optimización de los tratamientos
de fracturamiento y empaque,” Oilfield Review 16, no. 3
(Invierno de 2004/2005): 18–31.
5. Haughton DB y Connell P: “Reliable and Effective
Downhole Cleaning System for Debris and Junk
Removal,” artículo SPE 101727, presentado en la
Conferencia y Exhibición de Petróleo y Gas del Pacífico
Asiático de la SPE, Adelaide, Australia Meridional,
Australia, 11 al 13 de septiembre de 2006.
6. Física Visual, Facultad de Física, Universidad de Sydney,
Australia: “Fluid Flow, Ideal Fluid, Bernoulli’s Principle,
http://www.physics.usyd.edu.au/teach_res/jp/fluids/
flow3.pdf (Se accedió el 16 de septiembre de 2012).
Oilfield Review
Succión
Tamaño de la
tubería de
revestimiento
Área de caída
de presión
36 pulgadas
Entrada de fluido
Cemento
Salida de fluido
28 pulgadas
Chorro
Flujo
22 pulgadas
Zapata de
entubación
18 pulgadas
Incremento del diámetro hidráulico
16 pulgadas
13 5/8 pulgadas
113/4 pulgadas
9 5/8 pulgadas
7 5/8 pulgadas
Agujero
descubierto
fluidos viscosos, exponen al riesgo de pérdida de
circulación como resultado de las ECDs elevadas.
Estos ambientes de pozos complejos exigen nuevos enfoques.
Oilfield Review
WINTER
Viejo concepto:
Nueva12/13
aplicación
Well Scavenger Fig. 3
Desde hace siglos,
existe
un enfoque para
ORWIN 12/13-WLSCVG
3 afrontar
los riesgos que plantean las velocidades de circulación altas: el vacío creado por efecto Venturi.
A fines del siglo XVIII, el físico italiano Giovanni
Volumen 24, no.4
> Efecto Venturi. A medida que pasa a través de un estrangulamiento del flujo a alta
velocidad, el fluido genera una caída de presión localizada, lo que produce la succión
que puede ser aprovechada para aspirar los escombros.
, Tasa de flujo anular y capacidad de limpieza.
limpieza de pozos capaces de ejecutar operacioLa mayoría de los pozos utilizan sartas de
nes de remoción de escombros en ambientes subrevestimiento consecutivas en las que cada una
terráneos difíciles.
de las sartas posee un diámetro menor que la
El efecto Venturi puede ser descripto como un
previa, lo que produce un efecto telescópico.
En los pozos marinos de aguas profundas, se
vacío inducido por un chorro. Las leyes de la dinárequieren sartas de revestimiento múltiples para
mica de fluidos descriptas por Venturi y Bernoulli
controlar la presión del subsuelo y el esfuerzo
establecen que la velocidad de flujo se incrementa
presente en la formación. La capacidad para
con un estrangulamiento del diámetro del trayecto
desplazar los escombros desde el fondo hasta
el extremo superior del pozo mediante el proceso de flujo, satisfaciendo el principio de continuidad,
de circulación solamente es una función de la
en tanto que se produce una reducción corresponcapacidad de transporte del fluido y es afectada
diente en la presión, satisfaciendo el principio de
directamente por la velocidad anular y las
conservación de la energía mecánica. Una caída
propiedades viscoelásticas del fluido.
No obstante, a medida que el fluido se desplaza
simultánea de la presión estática localizada prohacia la superficie, su velocidad se reduce con
voca un vacío (arriba).6
cada incremento del tamaño de la tubería de
Los sistemas de vacío Venturi presentan numerevestimiento y el diámetro hidráulico efectivo.
Esto impone más exigencias a las características rosas ventajas con respecto a las bombas mecánide viscosidad del fluido para el transporte de los
cas convencionales. Los sistemas mecánicos de
escombros. La compensación de la pérdida de la
vacío convencionales generalmente poseen partes
capacidad de transporte mediante el incremento
de la viscosidad o la velocidad del fluido portador móviles que pueden resultar problemáticas: las
puede traducirse en un incremento de la
válvulas pueden atascarse, los filtros de admisión
densidad de circulación equivalente (ECD), lo
pueden taponarse y los motores están sujetos
que hace que se ejerza mayor fuerza hidráulica
a fallas. En contraposición, las bombas Venturi
sobre la formación y puede contribuir a la
poseen un número escaso o nulo de partes móviles
pérdida de circulación. El desafío del perforador
consiste en lograr una capacidad de transporte
y por ende requieren poco mantenimiento.
Oilfieldy aReview
satisfactoria en dirección hacia la superficie
WINTER 12/13
la vez mantener el pozo dentro de las limitaciones
Escombros
Well Scavenger
Fig. 4 de las profundidades
de la ECD en el fondo. Debido a este problema,
Recientemente,
la remoción de escombros con métodosORWIN 12/13-WLSCVG 4 los ingenieros utilizaron bombas
convencionales puede ser difícil.
de vacío de tipo Venturi para remover escombros de
Battista Venturi describió el efecto que recibió su
nombre. Venturi y Daniel Bernoulli, un matemático suizo que trabajó en mecánica de fluidos, son
conocidos por los descubrimientos que condujeron al desarrollo de la bomba de vacío Venturi.
Los ingenieros y desarrolladores han utilizado el
diseño de la bomba de vacío Venturi en muchas
aplicaciones, que incluyen desde sistemas de
mezcla de fluidos hasta equipos para el cuidado
de la salud y equipos de mantenimiento doméstico, tal como el pico rociador de una manguera
de jardín común. Hoy, los ingenieros están aplicando este principio fundamental —el efecto
Venturi— para diseñar sistemas especiales de
áreas problemáticas y de difícil acceso en los pozos.
Se han desarrollado múltiples diseños, cada uno de
los cuales posee características únicas para satisfacer una serie de requerimientos operacionales.
Diversas compañías de servicios entre las que se
encuentra M-I SWACO, una compañía de
Schlumberger, ofrecen herramientas de recuperación de escombros del fondo del pozo basadas en el
efecto Venturi; algunas están configuradas para ser
utilizadas con tubería flexible y otras para ser
empleadas con herramientas de servicio.
La herramienta WELL SCAVENGER ofrece un
diseño modular que proporciona flexibilidad para
sus aplicaciones. El módulo superior contiene un
motor de una sola boquilla, accionado por fluido,
7
diseñado sobre la base del principio de Venturi.
La presión de las bombas de superficie genera un
flujo localizado eficiente de circulación inversa
que alcanza velocidades de levantamiento ópti-
mas sin velocidades de bombeo altas. Este flujo
inverso hace que los escombros fluyan en forma
ascendente por el interior del tubular inferior y
se introduzcan en las cámaras colectoras antes
Motor
Chorro
Flujo
convencional
Área de
baja presión
generada por el
efecto Venturi
Módulo del motor
Flujo
mixto
Flujo
inverso
Circulación
normal invertida
herramienta abajo
Tamiz de
filtración
> Configuración del módulo de la herramienta
WELL SCAVENGER. El fluido que fluye a través
del motor de la herramienta WELL SCAVENGER
(extremo superior izquierdo) recorre el siguiente
trayecto: el fluido que fluye desde la superficie
a través del chorro (flecha verde descendente)
genera una zona de baja presión. El efecto de
vacío que resulta de esta caída de presión
localizada hace que el fluido y los escombros
suban a través de la herramienta WELL
SCAVENGER y luego a través del centro del
motor (flecha roja ascendente). El fluido pasa
por el perímetro del motor, invierte la dirección
proximal con respecto al chorro (flechas rojas
curvas) y luego fluye fuera de la herramienta
(flechas negras). Cuando sale de la herramienta,
una porción del fluido se desplaza por el pozo
hacia la superficie (flechas verdes ascendentes),
en tanto que el resto viaja de regreso. Antes de
llegar al motor, el fluido cargado de escombros
pasa a través de la cámara de recolección inferior
(derecha). Una vez dentro de la herramienta, los
escombros en movimiento interactúan con los
elementos del deflector de la herramienta,
contribuyendo a la decantación en las cámaras
de recolección. Cuando una cámara se llena, los
escombros fluyen hacia las cámaras subsiguientes.
Cuando el fluido cargado con escombros
asciende a través de la herramienta WELL
SCAVENGER, no todos los escombros decantan
en las cámaras de recolección. Algunos pasan
al módulo de tamizado, en el que un arreglo
magnético atrae y recolecta los materiales
ferrosos; luego, el fluido pasa a través de
un filtro que remueve los materiales no
ferrosos residuales.
8
Módulo
de tamizado
de escombros
Arreglo
magnético
Área de
recolección
de escombros
Deflector
de escombros
Área de
recolección
de escombros
Módulos de
recolección
de escombros
Oilfield Review
WINTER 12/13
Well Scavenger Fig. 6
Cámara inferior
de recolección
de escombros
Área de
recolección
de escombros
Trayecto de los
escombros y del
flujo de fluido
de que lleguen a la cámara colectora de residuos
ferrosos y luego fluyan a través del tamiz de filtración (izquierda). El sistema básico de tres módulos puede ser complementado con un arreglo de
herramientas auxiliares, tales como el arreglo
magnético MAGNOSTAR, un filtro de fondo de
pozo WELL PATROLLER, el dispositivo RIDGE
BACK BURR MILL y un accesorio de derivación
de acción simple (SABS), para ampliar el alcance
operativo (próxima página, arriba).
Dado que las herramientas de remoción de
escombros a menudo se despliegan en fluidos a
base de salmuera que poseen intrínsecamente
una capacidad limitada de transporte de sólidos,
las técnicas convencionales en general requieren
altas velocidades de circulación o fluidos portadores viscosos para levantar los escombros e introducirlos en canastas o cámaras de captación.
Estas medidas no son necesarias con la herramienta WELL SCAVENGER. Cuando los disparos
se encuentran abiertos y están sujetos a problemas de pérdida de circulación o daños, cuando
existen equipos de fondo de pozo sensibles a la
presión de operación, o cuando las limitaciones
de los equipos de superficie imposibilitan el logro
de velocidades de bombeo elevadas, las herramientas de nueva generación, tales como el dispositivo WELL SCAVENGER, ofrecen a los ingenieros
una ventaja significativa. Los ingenieros de
M-I SWACO utilizan un software patentado de
régimen de flujo para determinar la velocidad de
bombeo de superficie requerida para recuperar
los escombros previstos sin afectar los equipos de
fondo de pozo o los disparos abiertos.
Dependiendo del volumen de escombros anticipado, los ingenieros configuran uno o más módulos
de recolección de escombros en el extremo inferior
de la herramienta de servicio. Cada módulo está
diseñado con un área de recolección de escombros,
un derivador de flujo y un tubo de flujo interno provisto de un centralizador interno que brinda resistencia y estabilidad. El tubo de flujo interno
proporciona el trayecto para el flujo inverso, y el
derivador ayuda a que los escombros se separen
del fluido e ingresen en el área de recolección a
medida que el fluido fluye a través de cada una de
las cámaras.
La unidad de tamizado se encuentra fijada
por encima de los módulos de recolección de
escombros y por debajo del motor. El fluido fluye
a través de la herramienta, pasa por un arreglo
magnético y luego atraviesa un filtro antes de
salir de la herramienta. Los arreglos de filtros e
imanes se encuentran internamente centralizados para lograr estabilidad en pozos desviados.
Después de la limpieza, o cuando el sistema se
Oilfield Review
Remoción de la arena y los
escombros de las pistolas
Los operadores generalmente colocan tapones
puente temporarios por encima de las zonas productivas durante la ejecución de operaciones
tales como la operación de redisparo de las
zonas superiores. Además, la arena o el apuntalante cerámico se coloca generalmente por encima
de los tapones temporarios para proporcionar
protección adicional a los mecanismos de enganche instalados de cara hacia arriba, que liberan y
recuperan los tapones temporarios.
En el año 2011, Eni SpA utilizó como tapones
los empacadores BA para empaque de grava
QUANTUM para llevar a cabo operaciones de terminación de múltiples zonas con tratamientos de
empaque de grava en una serie de pozos del Mar
Adriático, en el área marina de Italia. Después de
colocar los tapones, los perforadores emplazaron
arena por encima de cada uno de ellos a fin de
protegerlos de los escombros de las pistolas y de
la formación, generados durante las operaciones
de disparos de la zona suprayacente. Una vez concluidas las operaciones de disparos, se bajó al
pozo la herramienta WELL SCAVENGER y se eliminaron con éxito la arena y los escombros de las
pistolas provenientes de la parte superior de
cada empacador.
Los ingenieros de M-I SWACO en Aberdeen trabajaron con los ingenieros de Schlumberger en
Ravenna, Italia, para planificar cuidadosamente
cada terminación. El operador utilizó 1,3 g/cm3
[10,8 lbm/galón] de cloruro de calcio [CaCl2] como
fluido de terminación y emplazó en el pozo 20 litros
Volumen 24, no.4
Herramienta
WELL PATROLLER
Herramienta
RIDGE BACK BURR MILL
Trayecto del flujo de fluido
Herramienta
MAGNOSTAR
Herramienta
SABS
Paleta
Camisa del
estabilizador
Derivador
de fluido
Componentes
estructurales
(costillas) de
fresado
retráctiles
Arreglo
magnético
Bola de accionamiento
llena o se obtura, se puede abrir la herramienta
SABS, lo cual permite velocidades de circulación
anular más altas. Esto a su vez ayuda a limpiar los
escombros residuales localizados por encima de
la herramienta. La herramienta WELL SCAVENGER
puede remover una amplia variedad de tipos de
escombros de los pozos, que incluyen escombros
de las operaciones de fresado, dientes y conos de
barrenas, arena, herramientas manuales pequeñas y escombros de las pistolas de disparos.
En la superficie, la manipulación segura de
las herramientas de recuperación cargadas con
escombros es esencial, especialmente cuando
han sido expuestas a la presencia de bromuro de
cinc y otros fluidos de terminación de pozos caracterizados por sus riesgos elevados en materia de
salud, seguridad y ambiente (HSE). Para abordar
esta problemática, los módulos de la herramienta
WELL SCAVENGER están provistos de cabezas de
levantamiento herméticas diseñadas para contener los materiales recuperados en la superficie
durante la extracción de la herramienta.
Filtro
Orificios de
circulación
Orificios
cerrados
Orificios
abiertos
> Herramientas de limpieza de pozos. La herramienta MAGNOSTAR es un arreglo magnético que
recoge los residuos ferrosos a medida que la corriente de residuos pasa por la herramienta.
Las paletas del alojamiento del arreglo magnético generan un área de flujo para la derivación del
fluido alrededor de la herramienta, a la vez que se proporciona una separación respecto de la pared
de la tubería de revestimiento. La herramienta WELL PATROLLER es un dispositivo de filtrado de
fondo de pozo que se corre en la sarta de limpieza. Cuando se baja en el pozo, este dispositivo ayuda
a limpiarlo. Luego, a través de un filtro de tela metálica, la herramienta filtra cualquier escombro
remanente del espacio anular a medida que el arreglo se extrae del pozo. La herramienta
RIDGE BACK BURR MILL es una herramienta de limpieza de la tubería de revestimiento para las
tuberías de revestimiento o las tuberías de revestimiento cortas (liners) disparadas. La herramienta
remueve las rebabas de los disparos para asegurar el pasaje irrestricto de los componentes de la
terminación hasta el fondo del pozo. Los usuarios pueden desactivar la herramienta RIDGE BACK
BURR MILL una vez concluida la operación de fresado y limpieza. El perforador hace circular una
bola de accionamiento hasta la herramienta; la bola desplaza una camisa interna de soporte para
eliminar la fuerza de expansión ejercida sobre los componentes estructurales (costillas) de fresado.
El accesorio de derivación de acción simple (SABS) permite que los perforadores incrementen la
velocidad de flujo en una sarta de revestimiento por encima de una tubería de revestimiento corta o
de una reducción de la tubería de revestimiento. La herramienta se baja en el pozo con sus orificios
de circulación en posición cerrada (segunda desde la derecha). Para abrirlos, el perforador lanza una
Oilfield Review
bola de accionamiento (derecha). Esta acción redirecciona e invierte el flujo de fluido desde la parte
12/13 de este modo las restricciones
inferior de la sarta de herramientas para sortear laWINTER
sarta, eliminando
Scavenger
Fig. 7
de flujo, permitiendo un incremento de la velocidadWell
de bombeo
y estableciendo
una mayor velocidad
ORWIN
12/13-WLSCVG
7
anular. Para cerrar los orificios, el perforador dispara
una segunda
bola de accionamiento.
Zona
Profundidad, tope
Profundidad, base
Longitud de la zona
1
1 782 m [5 846 pies]
1 794 m [5 886 pies]
12 m [39 pies]
Tiros
472
2
1 640 m [5 381 pies]
1 648 m [5 407 pies]
8 m [26 pies]
315
3
1 522 m [4 993 pies]
1 546 m [5 072 pies]
24 m [79 pies]
964
4
1 471 m [4 826 pies]
1 480 m [4 856 pies]
9 m [30 pies]
354
> Intervalos disparados en un pozo del Mar Adriático.
[5,3 galones] de apuntalante cerámico cuya densidad era de 2,7 g/cm3 [22,5 lbm/galón], por
encima de cada empacador temporario antes de
disparar las zonas más someras. El primer pozo,
un pozo vertical, fue disparado con 39 tiros/m
[12 tiros/pie] (arriba).
9
Después de disparar cada zona, el perforador
corrió una herramienta WELL SCAVENGER y una
zapata de lavado en el pozo para remover el
exceso de apuntalante cerámico y limpiar el
mecanismo de enganche para la recuperación de
los empacadores.
En la primera carrera, el tope de los escombros fue localizado con la herramienta WELL
SCAVENGER y no se inició proceso alguno de circulación, lo que permitió que la zapata de lavado
se deslizara sobre los escombros y se asentara en
el tapón del empacador. La arena y los escombros
fueron removidos con éxito y el tapón temporario
se recuperó sin incidentes. No obstante, para
reducir el riesgo de atascamiento de la herramienta en la arena o el riesgo de daño del empacador, los ingenieros optaron por iniciar la
circulación a aproximadamente 30 m [100 pies]
por encima del tope anticipado de la píldora de
arena en carreras subsiguientes.
En cada pozo, después de posicionar la zapata
de lavado en el tapón del empacador, el perforador hizo circular desde un volumen y medio hasta
tres volúmenes anulares para asistir en la limpieza general de los escombros. La herramienta
WELL SCAVENGER removió cada píldora de arena
en un promedio de 25 minutos. En base a la recuperación total de residuos no ferrosos, 16 kg [35 lbm]
de peso seco, o aproximadamente un 65% de la
arena cerámica, fueron bombeados fuera del pozo a
través del tamiz de tela. Los escombros de las pistolas y las partículas de arena más grandes quedaron
retenidos en las cámaras de recolección, y los
A
materiales ferrosos se recolectaron en el arreglo
magnético del módulo de filtrado (abajo). Las brigadas manipularon, limpiaron, inspeccionaron y
prepararon las cámaras de escombros para que
pudieran ser corridas nuevamente en los arreglos
de fondo subsiguientes (BHAs).
En dos pozos subsiguientes, se llevaron a cabo
operaciones similares; el tercer pozo fue desviado
24°. Mediante la utilización de la herramienta
WELL SCAVENGER, los perforadores removieron
con éxito la arena y los escombros de las pistolas
en las 12 carreras, lo que permitió que cada empacador fuera recuperado sin incidentes.
Escombros en áreas sensibles a la presión
Las acumulaciones de arena y otros escombros
pequeños sobre los empacadores pueden dificultar la recuperación de estos últimos. De un modo
similar, estos materiales pueden interferir con la
operación de otros equipos mecánicos de fondo
de pozo, tales como las válvulas de aislamiento de
la formación (FIVs). Dado que estas válvulas son
activadas por presión, las técnicas de remoción
de escombros deben asegurar que se produzcan
cambios mínimos de presión localizada. El motor
Venturi de una sola boquilla WELL SCAVENGER permite la remoción de escombros con bajas velocidades de circulación, lo que minimiza los cambios de
presión cerca de una válvula FIV. En una operación
de limpieza típica con válvulas FIV, el BHA incluye
los componentes del sistema WELL SCAVENGER
y una o más herramientas complementarias de
limpieza de pozo, tales como las herramientas
B
C
> Recolección de escombros de pozos en el Mar Adriático. El arreglo magnético de la herramienta
WELL SCAVENGER atrae los residuos ferrosos que circularon a través de dicha herramienta (A).
De las cámaras de recolección de escombros, se recuperaron escombros cerámicos (B) y residuos
de las pistolas de disparos (C).
10
MAGNOSTAR y WELL PATROLLER (próxima
página, izquierda).
En el año 2012, un operador internacional del
sector del Mar del Norte correspondiente al
Reino Unido planificó una limpieza específica por
encima de una válvula FIV. Las herramientas convencionales que requieren altas tasas de flujo
pueden causar problemas cuando limpian la zona
cercana a la válvula FIV. Estas condiciones incrementan el riesgo de accionamiento accidental de
la válvula o de daño a los componentes del arreglo (aparejo) de terminación.
Para un desempeño óptimo de la herramienta,
el tapón de alta presión situado en el extremo inferior de la herramienta WELL SCAVENGER debe
estar colocado a 0,3-1 m [1-3 pies] por encima de la
bola de accionamiento de la válvula FIV. En este
caso, este espaciamiento se logró con un empalme
de tope de 7 1/8 pulgadas, lo que redujo el riesgo de
daño de la válvula FIV como resultado de un contacto accidental.
En esta operación, la herramienta WELL
SCAVENGER fue bajada en el pozo hasta que el
tapón de alta presión estuvo a aproximadamente
6 m [20 pies] por encima de la bola de accionamiento de la válvula FIV. El perforador comenzó a
bombear a una velocidad predeterminada de
4 bbl/min [0,6 m3/min], mientras bajaba lentamente la herramienta en el pozo. Cuando el tapón
de alta presión estuvo a unos 0,75 m [2,5 pies] por
encima de la bola de accionamiento de la válvula
FIV, el ingeniero incrementó levemente las velocidades de bombeo hasta 6 bbl/min [0,95 m3/min],
lo que aseguró una limpieza óptima en torno al
área de la bola de la válvula FIV sin exponer a
daños el hardware de fondo de pozo.
Después de bombear durante 30 minutos, el
personal del equipo de perforación llevó la herramienta a la superficie. Las cámaras de escombros
habían recolectado un total de 11,8 kg [26 lbm]
de diversos residuos no ferrosos consistentes fundamentalmente en trozos pequeños de caucho.
Las brigadas recuperaron 0,91 kg [2 lbm] adicionales de residuos ferrosos de la sección magnética interna de la herramienta.
Originalmente, el operador se propuso operar
la válvula FIV al cabo de un período relativamente corto después de la limpieza, pero el pozo
fue suspendido temporariamente. Si bien la confirmación definitiva de la limpieza no puede ser
verificada hasta operar la válvula, la colocación
exitosa de la herramienta WELL SCAVENGER
cerca de la válvula FIV, combinada con la cantidad de escombros recuperados, hace pensar que
la operación fue fructífera. La compañía tiene
previsto volver a este pozo en un futuro cercano.
Oilfield Review
Herramienta
de servicio
Herramienta
SABS
Herramienta
MAGNOSTAR
Herramienta
WELL PATROLLER
Módulo de tamizado
de escombros y motor
WELL SCAVENGER
Cámaras de
recolección
de escombros
Localizador
de restricción
interior
Tubería lavadora
Cuña de orientación
> Configuración de la herramienta WELL
SCAVENGER para la remoción de escombros
de las válvulas de aislamiento de la formación.
Las herramientas pueden ser configuradas
para limpiar en áreas sensibles cercanas a
las válvulas FIV. En este caso, una herramienta
WELL PATROLLER, un arreglo magnético
MAGNOSTAR y la herramienta SABS fueron
corridos por encima de la herramienta WELL
Oilfield para
Review
SCAVENGER
asegurar la remoción de
WINTER
escombros
del 12/13
pozo. Un localizador de
Well Scavenger
Fig.el 10
restricción
interior limita
movimiento
ORWIN de
12/13-WLSCVG
descendente
la herramienta10
de servicio
en el arreglo (aparejo) de terminación.
Volumen 24, no.4
Los pozos con empaques de grava, especialmente aquéllos que exhiben baja presión de yacimiento y están sujetos a pérdidas de circulación,
también pueden ser fácilmente dañados por las
técnicas de remoción de escombros. Dentro de los
filtros de empaque de grava, puede acumularse
arena y otros escombros pequeños que impiden
la producción. En las operaciones de reterminación, los operadores a menudo necesitan remover
estos materiales desde el interior de los delicados
filtros para mejorar las tasas de producción.
Para los ingenieros de terminación de pozos,
la imposibilidad de hacer circular salmuera para
operaciones de terminación en yacimientos de
baja presión limita las opciones de recuperación
de escombros. Una de las características únicas
de la herramienta WELL SCAVENGER es su capacidad para recuperar escombros del fondo del
pozo con velocidades de circulación bajas, lo que
la convierte en una solución ideal para estas aplicaciones dificultosas.
Ésta era precisamente la situación en el año
2012, cuando un operador del Talud Norte de
Alaska, en EUA, necesitaba reterminar un pozo
con empaque de grava en agujero descubierto que
había comenzado a experimentar declinaciones
de la producción. Según los ingenieros, la arena
acumulada en el interior de los filtros de empaque de grava estaba obturando la producción.
Pero al reingresar en el pozo, las bajas presiones
de yacimiento produjeron pérdidas de retorno
cuando el personal de reparación de pozos intentó
la circulación con agua filtrada de 1,02 g/cm3
[8,5 lbm/galón] de densidad. Los ingenieros de
M-I SWACO recomendaron limpiar la tubería de
revestimiento de 95/8 pulgadas hasta el tope del
arreglo de empaque de grava, a una profundidad
de alrededor de 1 300 m [4 300 pies], y luego correr
la herramienta WELL SCAVENGER en el arreglo
de empaque de grava en agujero descubierto para
remover los escombros hasta una profundidad
total de aproximadamente 1 500 m [5 000 pies].
Para proteger el empaque de grava en el agujero
descubierto, a la vez que se limpiaba la tubería de
revestimiento superior de 95/8 pulgadas y se registraba el pozo, se colocó un empacador temporario
justo por encima del arreglo de terminación inferior.
Luego, se emplazaron 454 kg [1 000 lbm] de arena
por encima del empacador para proteger el
mecanismo de desenganche de los escombros
durante la limpieza de la tubería de revestimiento superior. Después de limpiar la tubería de
revestimiento y registrar el pozo, se hizo circular
la arena hasta la superficie y el empacador temporario fue recuperado con éxito.
Herramienta
de servicio
Herramienta SABS
Módulo de tamizado
de escombros y motor
WELL SCAVENGER
Cámaras de
recolección de
escombros
21 uniones
de herramienta
de servicio
Cuña de orientación
> Limpieza del interior de los filtros para
operaciones de empaque de grava. El arreglo
WELL SCAVENGER está configurado para correr
dentro de los arreglos de filtros para empaques
de grava. Cuatro cámaras de recolección de
escombros y 21 uniones de herramienta de
servicio se ensamblan por debajo del motor; estos
componentes son suficientemente pequeños para
ser insertados dentro del arreglo de filtros. En este
caso, el motor y las cámaras de recolección de
escombros yacen por encima del extremo superior
de los filtros para empaque de grava durante la
remoción de los escombros. Después que la
herramienta remueve los escombros, el perforador
sube el arreglo de herramientas hasta el extremo
superior de la tubería de revestimiento corta y la
herramienta SABS se abre, lo que permite el
incremento de las velocidades de circulación
anular y asegura que cualquier escombro residual
que permanezca en el espacio anular sea llevado
a la superficie para su remoción.
Oilfield Review
WINTER 12/13
Scavenger
12 corrió las herraLa Well
brigada
de M-I Fig.
SWACO
ORWIN
mientas
WELL12/13-WLSCVG
SCAVENGER en12el pozo, a una
velocidad de 1 m/min [3 pies/min], y a la vez utilizó una velocidad de bombeo de 4 bbl/min
[0,6 m3/min] (arriba). Las velocidades de bombeo de superficie se mantuvieron en el extremo
inferior del rango óptimo de la herramienta,
11
minimizando la pérdida de retornos. Después que
el perforador limpiara cada tiro de tubería, las velocidades de bombeo se incrementaron a 7 bbl/min
[1,1 m3/min] durante cinco minutos. La herramienta alcanzó la profundidad prevista en una
sola carrera. El personal de reparación de pozos
recuperó 6,6 kg [14,5 lbm] de arena de formación, caucho y residuos de metales de los filtros
de empaque de grava (derecha). Luego de la
recuperación exitosa de los escombros del interior de los filtros, el operador continuó con las
operaciones de reterminación.
Remoción de escombros
de las operaciones de fresado
Los perforadores utilizan técnicas de fresado
para varias operaciones de pozos, tales como la
abertura de ventanas en la tubería de revestimiento, el suavizado de rebabas y bordes presentes por encima de las herramientas y la trituración
de tapones y empacadores para que puedan
hacerse circular hacia la superficie.
En el año 2010, un operador que trabajaba en
el Golfo de México tenía previsto remover del
pozo un tapón puente de hierro fundido (CIBP).
Para poder fresar el CIBP, el operador tenía que
remover 60 m [200 pies] de cemento que había
sido emplazado en la parte superior del tapón.
El perforador bajó al pozo una barrena de conos
giratorios de 8 1/2 pulgadas y localizó el tope del
cemento a aproximadamente 240 m [800 pies].
Durante las operaciones de perforación, un cono
de la barrena se perdió en el pozo.
El perforador extrajo la barrena dañada del
pozo y volvió a bajar con una fresa, pero no pudo
triturar el cono errante. Para minimizar la pérdida
de tiempo de equipo de perforación adicional, el
operador buscó una solución que removiera el cono
de la barrena y fresara el CIBP en un solo viaje.
Los ingenieros de M-I SWACO recomendaron la
herramienta WELL SCAVENGER con un BHA
especial para satisfacer los objetivos de la compañía en un solo viaje.
El BHA estaba compuesto por dos piezas: una
zapata de lavado —provista de un exterior liso, un
interior rugoso y un borde de ataque también
rugoso— y una extensión de tubería lavadora provista
de dos filas de canastas salientes (finger baskets).
Para ayudar a capturar el cono de la barrena se
insertaron cables salientes (finger cables). El BHA
permitió una separación de 5 m [16,5 pies] entre
el extremo inferior de la herramienta WELL
SCAVENGER y el borde de ataque de la zapata.
El perforador bajó el BHA al pozo y localizó el
tope del CIBP, comenzó a circular y fresar el tapón.
Con una velocidad de la fresa de 80 rpm, el supervi-
sor de operaciones de pesca fresó el CIBP en unas
cinco horas con un peso sobre la herramienta de
4 450-26 700 kg [1 000-6 000 lbf] y un esfuerzo de
torsión de 1 356-4 067 N.m [1 000-3 000 lbf-pie].
Una vez fresado el intervalo total de 0,6 m
[2,0 pies], la brigada de perforación llevó el BHA a
la superficie. La herramienta había recolectado
entre 12 y 15 lbm [5,5 y 6,8 N] de restos metálicos.
Los elementos más grandes que no pudieron
ingresar en la herramienta WELL SCAVENGER
quedaron en el interior de los cables salientes y
debajo de la canasta saliente. Estos elementos
incluyeron el cono de la barrena, los anillos del
cono, las piezas de caucho del empacador y otros
componentes del CIBP. Sobre la base de la cantidad de material acumulado, los técnicos determi-
Escombros recuperados
Vista en primer plano
> Escombros diversos removidos de las profundidades. Los perforadores sellaron las cámaras para
escombros de la herramienta WELL SCAVENGER al remover la herramienta de un pozo situado en el
Talud Norte de Alaska. Cuando las cuatro cámaras se abrieron posteriormente en las instalaciones de
M-I SWACO, se observó que contenían varios materiales entre los que se encontraban una mezcla de
arena de formación, piezas de caucho y material ferroso. Una lapicera, no recuperada del pozo, ilustra
Oilfield Review
el tamaño relativo.
WINTER 12/13
Well Scavenger Fig. 13
ORWIN 12/13-WLSCVG 13
12
Oilfield Review
> Recuperación de residuos ferrosos.
Las paletas de la herramienta MAGNOSTAR
se cubren de residuos ferrosos, que han
sido recuperados del pozo después de las
operaciones de fresado. Los residuos
removidos de la herramienta (inserto) se
apoyan en el piso de perforación para su
inspección. Una regla, no recuperada del
pozo, muestra la escala de los residuos.
la profundidad total. Después de que una herramienta de pesca de tipo canasta de recuperación,
de una compañía competidora, recogiera muy
pocos escombros en dos carreras, los ingenieros del
grupo de herramientas especiales de M-I SWACO
en Alaska y Houston recomendaron un BHA especialmente modificado, combinado con la herramienta WELL SCAVENGER, y varias herramientas
MAGNOSTAR de gran capacidad.
El BHA incluyó 27 m [90 pies] de tubería lavadora, un depurador de tubería de revestimiento
HEAVY DUTY RAZOR BACK CCT, las herramientas
MAGNOSTAR, la herramienta WELL SCAVENGER
y el empalme de circulación SABS. Cuando las
Remoción de empacadores atascados
Los perforadores e ingenieros se esfuerzan denoda- herramientas alcanzaron una profundidad de
damente por minimizar los riesgos operacionales. 1 890 m [6 200 pies], una gran acumulación de
A pesar de estos esfuerzos, las sartas de perforación escombros en el lado inferior del pozo obstacuse atascan, los arreglos de terminación no logran lizó el avance. A través de la circulación continua
alcanzar sus objetivos y los detritos se desplazan y del movimiento casi constante de la tubería, el
sinuosamente en el pozo. Recientemente, un ope- perforador pudo llevar el arreglo de herramientas
rador que trabajaba en el Talud Norte de Alaska hasta 1 914 m [6 280 pies]. Luego, se procedió a
extraer las herramientas del pozo. Una vez que
experimentó este tipo de evento.
Mientras el operador bajaba un empacador en éstas estuvieron en la superficie, los técnicos
la tubería de revestimiento de 9 5/8 pulgadas, el recuperaron 83 kg [184 lbm] de residuos ferrosos
empacador se fijó prematuramente a una profun- de las herramientas MAGNOSTAR (arriba).
Mientras los técnicos limpiaban las herradidad de 2 494 m [8 184 pies]. Previamente, el
Oilfieldcon
Review
operador había colocado un empacador
un mientas MAGNOSTAR, el perforador bajó al pozo
12/13 una herramienta de pesca de tipo canasta de
arreglo de tipo “aguijón” adosado aWINTER
aproximadaWell Scavenger Fig. 16
recuperación y un arreglo magnético de una commente 3 078 m [10 100 pies]. Una vez
reperforado
ORWIN 12/13-WLSCVG
16
el empacador atascado, debió limpiarse el pozo pañía competidora. Cuando se extrajo la herrahasta el extremo superior del empacador más mienta, los técnicos recuperaron una cuña de
profundo antes de que el operador reanudara las empacador y 9 kg [20 lbm] de residuos ferrosos.
Una segunda carrera del arreglo WELL SCAVENGER
operaciones de reterminación posteriores.
La operación de remoción de escombros se incluyó tres herramientas MAGNOSTAR. Esta carrera
vio complicada por la desviación de 80° del pozo, arrojó 130 kg [287 lbm] adicionales de residuos
desde aproximadamente 762 m [2 500 pies] hasta ferrosos en las herramientas MAGNOSTAR y 469 kg
naron que la mayor parte de los escombros había
sido removida del pozo.
A pesar de las propiedades de levantamiento
inferiores del fluido a base de agua de mar utilizado en el pozo, el sistema de recuperación de
escombros WELL SCAVENGER removió el cono
de la barrena y los escombros asociados con el
fresado del CIBP. Los perforadores bajaron con
éxito al pozo y recuperaron los elementos de
herramientas remanentes sin interferencia alguna
de escombros o detritos, lo que evitó el costo de
viajes adicionales.
Volumen 24, no.4
[1 033 lbm] de arena y limo, además de 76 kg
[168 lbm] de residuos ferrosos recuperados de
las cámaras de recolección de la herramienta
WELL SCAVENGER.
Una última carrera efectuada con las tres
herramientas MAGNOSTAR proporcionó 66 kg
[145 lbm] adicionales de residuos ferrosos.
Después de eliminar la mayoría de los escombros del
pozo, el perforador pudo bajar con una fresa pulida
para limpiar el calibre del empacador inferior.
Las herramientas M-I SWACO removieron un
total de 824 kg [1 817 lbm] de residuos ferrosos y
no ferrosos del pozo.
Desarrollo de herramientas en rápida evolución
Las terminaciones complicadas, las configuraciones de pozos complejos y los costos elevados del
tiempo de equipo de perforación están llevando a
los ingenieros a identificar nuevas aplicaciones
para el arreglo WELL SCAVENGER y las herramientas asociadas de remoción de escombros.
Ahora, gracias a las nuevas herramientas y técnicas
de recuperación de escombros, los perforadores
están en mejores condiciones de remover los materiales colocados intencionalmente en el fondo del
pozo o los elementos que se pierden accidentalmente en éste. Las combinaciones de herramientas
están evolucionando para abordar un abanico más
amplio de necesidades de terminación de pozos y
recuperación de escombros. La evolución de los
diseños de las herramientas de recuperación de
escombros está reduciendo los riesgos, recortando los costos y mejorando la productividad de
los pozos.
El trabajo de diseño actual optimizará aún
más la gama y el alcance de las herramientas de
recuperación de escombros utilizadas a grandes
profundidades. Dado el costo creciente del tiempo
de equipo de perforación, especialmente en
ambientes de aguas profundas, los ingenieros se
están concentrando en el desarrollo de sistemas
que permitan combinar la recuperación de escombros con otras operaciones de pozos en una sola
carrera de herramientas. Por ejemplo, las pruebas
de campo han demostrado que las herramientas de
recuperación de escombros y fresado pueden combinarse con el hardware de recuperación de empacadores para quitar las rebabas de los disparos de
la tubería de revestimiento, recuperar los escombros generados y remover un empacador temporario, todo en una sola carrera, con lo cual se mejora
la eficiencia operacional y se reducen los costos.
Existen otros desarrollos en marcha para ayudar a
los operadores a recuperar los escombros en
ambientes de pérdida de circulación de baja presión, tendientes a lograr terminaciones exitosas en
situaciones cada vez más desafiantes.
—DW
13