Oilfield Review

DEFINICIÓN DE OPERACIONES DE DISPAROS
Detonación para inducir el flujo de fluidos
Tony Smithson
Editor
La operación de disparo (el cañoneo o punzado)— la perforación de agujeros con explosivos a través de la tubería de revestimiento de acero, el cemento
y la roca de formación— sucede en un instante; no obstante, la viabilidad y
la rentabilidad a largo plazo de la mayoría de los activos de petróleo y gas
dependen de esa operación. Las pistolas (cañones) de disparos transportan
cargas explosivas huecas (premoldeadas) hasta el fondo del pozo, donde
son detonadas para formar túneles que actúan como conductos a través de
los cuales fluyen los fluidos de yacimiento desde la formación hacia el interior del pozo y desde el pozo hasta la superficie.
En la década de 1920, las compañías de E&P implementaron la práctica
de cementar la tubería metálica en el pozo. El cemento sustentaba la tubería de revestimiento y aislaba los intervalos productivos de otras zonas.
Aunque efectiva, esta práctica generó un dilema para los operadores: cómo
acceder a los hidrocarburos presentes en la parte externa de la tubería. En
Pistola de disparo
Cordón detonante
Revestimiento
Iniciador de
la detonación
Explosivo
Frente de detonación
Yacimiento
Tubería de
revestimiento
Pistola de disparo
Cordón detonante
Carga hueca
(premoldeada)
Cemento
Antes de la detonación
Explosivo
primario
compuesto
de plomo
y nitrógeno
Cables del
detonador
Tapón de
caucho
Pelotilla
de ignición
Dos resistores
de seguridad
de 27 ohm
Filamento
Fulminante
compuesto
de plomo
y nitrógeno
RDX
RDX
Cordón
detonante
Sección del
reforzador
> Detonador eléctrico. Existen muchas variedades de detonadores;
algunos son iniciados eléctricamente, otros son activados mediante
presión o choque mecánico y no requieren energía eléctrica.
Los ingenieros activan los detonadores eléctricos, tal como el que se
muestra en la figura, mediante la aplicación de corriente a los cables
del detonador. Esto calienta un cable de filamento, hace que se encienda
una pelotilla e inicia una reacción en cadena a medida que la carga
explosiva primaria y el RDX en las secciones del fulminante y del reforzador
activan el cordón detonante. El explosivo primario es un compuesto de
plomo y nitrógeno; el RDX es un tipo de explosivo secundario. Los resistores
de seguridad fijados en los cables del detonador cumplen dos funciones:
inhiben el flujo de corriente inducida en el cable y proporcionan un valor
conocido de la resistencia, que puede verificarse con un medidor de
seguridad para confirmar que existe continuidad a través del filamento
en la pelotilla de ignición.
Punta del chorro
Cola del chorro
Punta del chorro
Después de la detonación
> Detonación de cargas huecas. Una carga hueca (extremo superior
izquierdo) consiste de un iniciador de la detonación pequeño, una funda
de revestimiento externa, el material explosivo y un revestimiento cónico.
El cordón detonante conecta las cargas huecas individuales (extremo
superior derecho) y, cuando éstas se hacen detonar, comienza una
reacción en cadena en la que el revestimiento enfoca la energía de los
explosivos en un chorro (centro, a la izquierda). Esto genera una onda de
presión enorme y de alta velocidad. La punta del chorro se propaga a una
velocidad de 7 000 m/s [22 965 pies/s] y ejerce una presión de 103 GPa
[15 × 106 psi], lo cual genera túneles de disparos que penetran la tubería
de revestimiento, el cemento y la formación (extremo inferior derecho).
Traducción del artículo publicado en Oilfield Review Spring 2012: 24, no. 1.
Copyright © 2012 Schlumberger.
Volumen 24, no.1
un principio, se utilizaron pistolas de balas para punzar mecánicamente la
tubería y el cemento, pero su penetración y efectividad resultaron limitadas. La tecnología de cargas huecas, basada en los armamentos militares
antitanques, fue introducida en el campo petrolero en el año 1948 y revolucionó las prácticas de terminación de pozos.
Una carga hueca posee un casco externo que aloja un iniciador de la detonación y el material explosivo. Éstos son mantenidos en su lugar mediante un
revestimiento cónico (izquierda). El dispositivo de encendido actúa como
enlace entre el cordón detonante y los explosivos de la carga hueca. El revestimiento no sólo mantiene los explosivos en su lugar, sino que además su
forma cónica genera un chorro de energía de alta presión que penetra la
tubería de revestimiento, el cemento y la formación.
Las operaciones de disparos implican la utilización de explosivos de alto
orden, que deben ser manipulados
con sumo cuidado. La mayoría de los exploOilfield Review
sivos utilizados para losSPRING
disparos12se denominan explosivos secundarios, lo
Definedebe
Perf iniciar
Fig. 2 su detonación. Generalmente, un
que significa que otra fuente
ORSPNG DFPRF 2
casquillo detonador o detonador de mecha comienza la reacción en cadena;
el detonador puede ser iniciado eléctrica o mecánicamente. Los casquillos
detonadores convencionales son iniciados eléctricamente cuando una
corriente pasa a través de un filamento. Esta corriente enciende una mecha
que hace detonar una carga explosiva primaria compuesta de plomo y nitrógeno (arriba). Los casquillos detonadores iniciados mecánicamente se cono63
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cen también como detonadores de percusión. El casquillo detonador se
conecta al cordón detonante, lo que genera la onda de choque que hace
detonar las cargas huecas en la pistola de disparo. Todo esto culmina en la
formación de túneles de disparos.
Los detonadores eléctricos demostraron ser muy confiables, pero se han
desarrollado numerosas prácticas de seguridad para evitar la detonación no
intencional de los casquillos. Entre dichas prácticas se encuentra la puesta
a tierra de los sistemas eléctricos y la desconexión del suministro eléctrico
durante el armado de las pistolas. Hoy, las transmisiones radiales plantean
uno de los mayores peligros para los casquillos detonadores convencionales
porque pueden inducir corriente en los cables del detonador. Cuando se
ejecutan operaciones de disparos con casquillos detonadores convencionales, el personal de la localización del pozo debe apagar los radiotransmisores, incluidos los teléfonos celulares.
Dado que las localizaciones de pozos actuales dependen de las comunicaciones radiales continuas, el cierre de todas las transmisiones es problemático.
Para sortear este inconveniente que genera el uso de detonadores conven-
Pistolas de disparos
Carga hueca
(premoldeada)
Cordón
detonante
Detonador
Alojamiento
de la pistola
Cordón
Detonador detonante
Carga hueca Ristra metálica
de montaje
(premoldeada)
> Pistola para tubería de revestimiento y pistola bajada a través de la
tubería de producción. Las pistolas de disparos se encuentran disponibles
en una diversidad de tamaños y configuraciones. Las pistolas para tubería
de revestimiento (extremo superior) alojan cargas huecas grandes y
ofrecen opciones flexibles en términos de fases (orientación) y densidad
de disparos. Las pistolas bajadas a través de la tubería de producción
(extremo inferior) están diseñadas para atravesar restricciones estrechas
a la vez que se maximiza el tamaño de las cargas huecas. Para la pistola
recuperable bajada a través de la tubería de producción mostrada, después
de la detonación de la pistola sólo queda una ristra metálica en la que se
fijan las cargas huecas.
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SPRING 12
Define Perf Fig. 3
ORSPNG DFPRF 3
cionales, los ingenieros diseñaron un detonador que no contiene ningún
explosivo primario y cuyo umbral de potencia para iniciar la detonación es
de 3 megavatios; un casquillo detonador convencional posee un umbral de
potencia de aproximadamente 1 vatio. Cuando los operadores utilizan este
nuevo detonador, las transmisiones radiales pueden continuar sin riesgos
durante el armado de las pistolas porque la tensión de dispersión o la
corriente inducida no pueden iniciar la detonación.
Las pistolas de disparos se encuentran disponibles en una diversidad de
tamaños y configuraciones. Las dos categorías principales de sistemas de
pistolas son las pistolas bajadas a través de la tubería de producción y las
pistolas de transportadores huecos o para tubería de revestimiento (abajo,
a la izquierda). Las pistolas de transportadores huecos son más grandes que
las bajadas a través de la tubería de producción y permiten cargas más grandes, más opciones de fases y una mayor densidad de disparos. La fase es el
ángulo formado entre las cargas individuales, expresado en grados; y la
densidad de los disparos, es el número de agujeros por unidad de longitud.
El hardware de terminación de pozos existente y las propiedades del yacimiento generalmente dictaminan el tipo de sistema de pistolas utilizado. No
obstante, los operadores pueden diseñar un tipo determinado de terminación de pozos para admitir un sistema de disparos que se adecue a un yacimiento específico.
En los pozos que contienen tubería de producción, los operadores utilizan
pistolas de pequeño diámetro operadas a través de la tubería de producción.
Estos sistemas están compuestos por sistemas de pistolas desechables que
dejan detritos en el pozo después de la detonación o sistemas de pistolas
recuperables con una ristra de montaje que puede ser recuperada después
de la detonación. Las pistolas bajadas a través de la tubería de producción
pueden ser utilizadas en condiciones de bajo balance, en las que la presión
hidrostática del pozo es menor que la presión de formación. Después de la
detonación, los fluidos de formación fluyen hacia el interior del pozo, barriendo
los detritos de los túneles de disparos recién formados. El pozo puede ser
sometido a pruebas de flujo o puesto en producción de inmediato. Con las
pistolas bajadas a través de la tubería de producción, los operadores pueden
agregar disparos a los intervalos productivos, o abrir zonas nuevas sin la
erogación que implica remover la tubería de producción. Si las pistolas han
de ser recuperadas después de los disparos, el pozo se dispara generalmente
en una condición de sobre balance, en la que la presión del pozo es mayor
que la presión de formación. Si el pozo es disparado en condiciones de bajo
balance con pistolas para tubería de revestimiento, el operador debe ahogar
(matar) el pozo para recuperar las pistolas.
Las pistolas de disparos se bajan en el pozo utilizando una diversidad de
métodos. Las pistolas bajadas con la tubería de producción (TCP) se fijan
en la tubería y se bajan en el pozo utilizando un equipo de perforación o de
terminación de pozos. Las pistolas TCP ofrecen ventajas tales como la posi-
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> Pistola de alta de densidad de disparos para tubería de revestimiento,
después de ejecutar los disparos.
bilidad de dejar la tubería de producción en su lugar después de ejecutar la
operación de disparos en condiciones de bajo balance, además del mejoramiento del desempeño y de la flexibilidad proporcionada por la utilización
de pistolas de transportadores huecos. Dado que los pozos pueden ser disparados en condiciones de bajo balance, el flujo hacia la superficie puede ser
iniciado de inmediato. Con este método, los intervalos largos y las zonas
ampliamente separadas pueden ser disparados simultáneamente; otras técnicas requieren múltiples viajes de entrada al pozo. Una desventaja de las
pistolas TCP es que se requiere un equipo de perforación o de terminación
de pozos para bajar las pistolas en el pozo y luego extraerlas. Si las pistolas
han de ser recuperadas, se debe ahogar el pozo.
Los sistemas de disparos operados con cable poseen diversas ventajas.
Por ejemplo, los operadores poseen flexibilidad para la selección del sistema de pistolas y las operaciones pueden ser ejecutadas con o sin un
equipo de perforación/terminación en la localización del pozo. Dado que el
cable metálico proporciona comunicación entre la pistola de fondo de pozo
y la superficie, los sistemas de disparos con cable brindan una correlación
de profundidad precisa. Los sistemas de disparos a través de la tubería de
producción casi siempre dependen de un cable para su operación. Las limitaciones de los sistemas de disparos con cable son la longitud y el peso de
las pistolas y la geometría del pozo. Las operaciones de disparos con línea
de acero, que están adquiriendo cada vez más popularidad, constituyen una
alternativa eficiente y económicamente efectiva con respecto a las operaciones de disparos convencionales efectuadas con herramientas operadas
con cable y las pistolas TCP. No obstante, las unidades operadas con línea
de acero no proporcionan la energía desde la superficie para activar los
casquillos detonadores y las operaciones de disparos con línea de acero no
brindan el mismo nivel de precisión en cuanto a la correlación de profundidad que los sistemas de disparos operados con cable.
Si bien los operadores consideran muchos factores a la hora de diseñar
un programa de disparos, por lo general es el yacimiento quien determina
qué sistema se utilizará. Por ejemplo, las formaciones con tendencia a la
producción de arena exhiben un mejor desempeño con una alta densidad
de disparos y agujeros grandes (izquierda). Los operadores a menudo efectúan las operaciones de disparos con pistolas TCP de gran diámetro que
producen muchos agujeros por pie lineal. La profundidad de penetración
para estos tipos de formaciones no afecta el desempeño del pozo. No obstante, las formaciones dañadas durante las operaciones de perforación y
terminación de pozos muestran un mejor desempeño con penetraciones
profundas que se extienden más allá de la zona dañada. Sin embargo, la
penetración más profunda trae aparejada la desventaja del menor diámetro
de los agujeros de los disparos. La ejecución de operaciones de disparos en
condiciones de bajo balance en pozos con daño de formación también puede
mejorar el desempeño de los pozos.
La operación de disparo puede ejecutarse en un instante, pero su importancia para los ingenieros y científicos se refleja en la viabilidad de un pozo
en el largo plazo. Ambos grupos continúan desarrollando técnicas de disparos
basadas en el mejoramiento de los diseños de los equipos y de los sistemas
de despliegue. Además, los ingenieros están utilizando procesos avanzados
de modelado y pruebas de los sistemas de disparos existentes para mejorar
los resultados. El objetivo final es posibilitar el flujo de petróleo y gas desde
la formación hasta la superficie de manera segura y garantizada.
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Volumen 24, no.1
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