Operaciones de logging a cable, especialmente con

VIII Congreso de Exploración y Desarrollo de Hidrocarburos
Simposio Evaluación de Formaciones: Expandiendo el conocimiento de las rocas y sus fluidos
Operaciones de logging a cable, especiAlmente con
herramientas de resonancia magnÉtica, en pozos altamente
desviados en el bloque de aguada pichana, neuquÉn.
planeamiento, construcciÓn y evaluaciÓn
Ma. Celeste Bolognani1, Adrian C. Dolso2, Luis E. Uberti3, Lucas E. Baletka4
1: Total Austral, Moreno 877, C109144Q, Buenos Aires, Argentina, [email protected]
2: Total Austral, Moreno 877, C109144Q, Buenos Aires, Argentina, [email protected]
3: Total Austral, Dr. E. Benedetti 90, 8300, Neuquén, Argentina, [email protected]
4: Schlumberger, Av. Roque S. Peña 1149 Piso 13, C1035AAG, Buenos Aires, Argentina, [email protected]
abstract
The Aguada Pichana Field is located in the central part of Neuquen basin, 120 km. North-west from
Neuquen city. The main reservoirs consist of the Mulichinco Formation sandstones. Aguada Pichana field development started with vertical wells in the eastern part of the block (AP Main)
where flat topography allowed the drilling of vertical wells. With the progressive field development to
the western part of the block (Las Cárceles) where topography is dominated by canyons, deviated
wells with “S” shaped geometry are becoming more and more common. In such highly deviated wells, gravity is sometimes insufficient to run wire line tools with cable. This
issue is particularly acute with the magnetic logging tool due to its large diameter and its tendency
to stick as the result of magnetic forces acting over the casing.
The aims of this paper are to review the various factors affecting cable logging operations in deviated
wells and the conditions (well trajectory, architecture and wire line tool string) required for successful
operations. Introducción
Total Austral S.A. produce gas y condensado en el permiso de Aguada Pichana desde el
año 1996. El principal reservorio lo constituyen las facies arenosas de la Formación Mulichinco
(Cretácico inferior). Estos depósitos se encuentran sobre el flanco Este del anticlinal de los
Chihuidos y buzando hacia el SE, formando una trampa combinada estructural / estratigráficadiagenética de gas y condensado. Sus límites occidental y sur están definidos por una degradación
en la calidad del reservorio mientras que hacia el Este se encuentra definido por el buzamiento
estructural.
El desarrollo de Aguada Pichana comenzó en el sector oriental del bloque (Aguada Pichana
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Main), donde se encuentran buenas condiciones de reservorio y de superficie. Con el paso del
tiempo y la necesidad creciente de gas, además de las nuevas adquisiciones sísmicas, el desarrollo
avanzó hacia el Oeste y Norte del bloque donde la superficie es más accidentada. Esto condujo
a la perforación de pozos desviados en zonas topográficamente adversas con reservorios más
restringidos arealmente.
Esta combinación de factores “naturales” impactó notablemente en el diseño de los pozos ya
que no era posible ubicar las cabezas de pozo en la vertical del objetivo, muchas veces localizado
en el fondo de un cañadón donde es imposible desde un punto de vista ambiental, de seguridad
y logístico colocar el equipo de perforación, cañerías de producción, etc. La consecuencia directa
de esto es un aumento de la duración y costo de todas las operaciones asociadas. Así mismo, este
diseño de pozos desviados impacta en las operaciones de logging wire line, especialmente para las
herramientas más robustas como la de registros magnéticos que, por su construcción y presencia
de imanes, dificulta su bajada en pozos desviados por su adherencia en la cañería a causa del
magnetismo de los mismos.
Figura 1: Mapa de ubicación de cuenca Neuquina y bloque de Aguada Pichana (resaltado en violeta).
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Operaciones de logging a cable, especialmente con herramientas de resonancia magnética, en pozos
altamente desviados en el bloque de Aguada Pichana, Neuquén. Planeamiento, construcción y evaluación
Ubicación
El bloque de Aguada Pichana está localizado en la parte central de la cuenca Neuquina, a unos
120 km. al oeste-noroeste de la ciudad de Neuquen (Figura 1).
A grandes rasgos, basado en la topografía, este bloque podría dividirse en “Aguada Pichana
Main” (al Este) y “Las Cárceles” (al Oeste) (Figura 2). La primera zona corresponde a topografías
planas donde están perforados la mayoría de los pozos. La segunda zona está dominada por
cañadones profundos que hacen difícil la ubicación de las instalaciones de superficie para la
perforación, conexión y producción de los pozos.
Figura 2: Diferencias topográficas entre la zona Este (Aguada Pichana Main) y la Oeste (Las Cárceles) del Bloque de Aguada
Pichana.
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Objetivo
El objetivo del presente trabajo es analizar las diferentes variables de trayectoria, diseño
de pozo y formato de la sarta de logging que influyen en el buen desarrollo y eficiencia
del perfilaje a cable en pozos desviados, especialmente con herramientas de resonancia
magnética. Específicamente los factores participantes de cada una de estas variables son los
siguientes:
- Trayectoria: Kick off point, máximo ángulo, offset entre cabeza de pozo y TD.
- Arquitectura del pozo: especialmente profundidad del primer casing y si éste es vertical
o desviado.
- Configuración de la sarta de las herramientas de logging wire line: longitud, peso,
distancia de sensores, presencia de accesorios (flejes, standoffs, centralizadores, etc.),
etc.
- Cuestiones operativas como bombeo de píldoras viscosas antes de la operación de logging
a cable para facilitar el descenso de la herramienta.
Alturas topográficas
Nivel del terreno en zona Aguada Pichana Main: 350 msnm en promedio.
Profundidad de los cañadones en zona Las Cárceles (diferencia entre cota en el fondo del
cañadón y la meseta circundante): 200 a 400 m. aproximadamente.
Nivel del terreno en zona Las Cárceles: 800 msnm en promedio.
Figura 3: Topografía plana en zona Este del bloque (Aguada Pichana Main).
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Operaciones de logging a cable, especialmente con herramientas de resonancia magnética, en pozos
altamente desviados en el bloque de Aguada Pichana, Neuquén. Planeamiento, construcción y evaluación
Figura 4: Topografía de cañadones en zona
Oeste del bloque (Las Cárceles). Ver de
escala el tamaño de una persona trepando la
pared del cañadón durante una operación de
tendido de geófonos para una sísmica 3D.
Trayectoria y arquitectura de pozos desviados
Los pozos de desarrollo en Aguada Pichana tienen la siguiente arquitectura (Figura 5): Perforación de la primera fase en diámetro 8 ¾” (entubado con casing de 7”) y segunda fase perforada en 6
1/8” (entubada con casing de 3 ½”). Eventualmente existe un casing de seguridad de 9 5/8” en caso
de pérdidas de lodo en superficie. Con esta arquitectura se presentan dos casos de diseño de pozo:
A- Pozos verticales: son los ubicados al este del bloque (Aguada Pichana Main) donde las
condiciones favorables de topografía facilitan la ubicación de la cabeza de pozo en la
vertical del objetivo.
B- Pozos desviados en “S”: son los ubicados al Oeste del bloque (Las Cárceles) donde las
condiciones adversas de topografía obligan a ubicar la cabeza de pozo desplazada respecto
del objetivo.
1 - Pozos con poca desviación: Primer fase vertical (KOP en segunda fase), reservorio
atravesado en forma vertical. En estos casos no hay problema de interferencia
magnética en la bajada de la herramienta de resonancia magnética ya que por gravedad
llega sin problema a pozo abierto.
2 - Pozos con mayor desviación: Primer fase desviada (KOP cercano a la superficie),
reservorio atravesado con 5° de inclinación. Este es el caso más problemático donde
entra en juego el peso de la sarta necesario para vencer la fuerza magnética generada
entre el magneto del CMR y la cañería que frena el descenso de la herramienta dentro
de un casing inclinado.
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Figura 5: Columna estratigráfica general de Aguada Pichana.
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Figura 6: Resumen de trayectoria, arquitectura, sarta de perfilaje, problemas, etc para diversos pozos desviados en Aguada Pichana.
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altamente desviados en el bloque de Aguada Pichana, Neuquén. Planeamiento, construcción y evaluación
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Figura 7: Esquema de pozos desviados donde se hizo perfilaje a cable.
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Operaciones de logging a cable, especialmente con herramientas de resonancia magnética, en pozos
altamente desviados en el bloque de Aguada Pichana, Neuquén. Planeamiento, construcción y evaluación
Configuración de herramientas
Con el transcurso del tiempo y el incremento de las desviaciones en los pozos, fueron muchos
los factores intervinientes en el diseño de los tool string de las herramientas de wire line a fin de
optimizar la operación garantizando la calidad del dato.
a- Combinaciones de herramientas de resonancia magnética (CMR o MRX) y de medición de
puntos de presión (XPT o MDT): En los pozos registrados durante el año 2010 se ponía
generalmente la herramienta de resonancia magnética junto a la de toma de puntos de presión.
Esto tenía como ventaja el ahorro de tiempo al obtener dos mediciones en una misma bajada
y el sumar peso a la sarta. Como contrapartida, se generaba el problema de la distancia de
lectura para la herramienta que quedaba arriba y el riesgo de pega al tener una herramienta
de medición estática, como la de puntos de presión, junto a la de registro magnético de gran
diámetro. A su vez, muchas veces la calidad de registro magnético no era el óptimo ya que no
era posible hacer la técnica de “short-axis logging” (registrar sobre el eje corto para optimizar la
calidad del dato). Por lo tanto, a partir de 2011 se desdoblaron las carreras de manera de poder
mejorar la calidad de adquisición del registro magnético haciendo short-axis logging, maximizar
la profundidad de última lectura y disminuir el riesgo de pega.
b- Pesos “de fondo” y “pasantes”: La colocación de pesos a la sarta de perfilaje ha favorecido
significativamente la posibilidad de bajar las herramientas hasta el fondo, contrarrestando la
fricción generada por los magnetos y la propia desviación del pozo. Al registrar la carrera
de resonancia magnética en forma independiente, sobrevino la problemática de que la sarta
no tenía el peso necesario para vencer la inclinación de la sección tangente y la fuerza del
magnetismo del casing de la primera fase. Una opción es agregar un “peso muerto” de plomo
en el fondo de la sarta pero esto incrementa en 2.20 m. la distancia de lectura de los sensores
respecto del fondo de la herramienta. Para solucionar este inconveniente se optó por agregar
“pesos pasantes” en la parte superior de la sarta de manera de permitir la conexión eléctrica y
no sacrificar distancia de lectura en el fondo.
c- Flejes de descentralización vs caliper de 4 brazos independientes: Los flejes de descentralización
se usan para apoyar sobre la pared del pozo una determinada herramienta, en este caso la
resonancia magnética. En estos pozos desviados se ha visto que su efecto de descentralización
permanente incrementa de gran manera la fricción de la sarta contra la cañería, aumentando
las dificultades para bajar la sarta de perfilaje a cable. Es por esto que se reemplazaron los
flejes por calibres de 4 brazos (PPC), lo cual dio un doble beneficio: se eliminó el efecto de
descentralización al bajar y posibilita aplicar la técnica de “short-axis logging”. La configuración
óptima es colocar un PPC por arriba y otro por debajo de la herramienta de resonancia
magnética.
d- Operaciones previas al logging: se recomienda realizar una carrera de calibre antes de la operación
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de perfilaje. En los pozos de máxima desviación el bombeo de un colchón lubricante en la
zona desviada del casing superior antes del logging facilita el descenso de las herramientas de
perfilaje a cable. Esto es especialmente importante en pozos de gran offset (caso pozo “D” con
860 m. de offset).
e- Análisis de riesgo de pega “Sticking risk analysis”: este análisis se realiza previamente al
logging con mediciones estáticas como puntos de presión (XPT o MDT). En los casos que
se corrieron juntas las herramientas de resonancia magnética y puntos de presión en pozos
desviados ésta evaluación cobra mayor énfasis. Los parámetros de entrada que se tiene en
Figura 8: “Sticking report” para logging NO estacionario (sólo CMR) en pozo
“J”.
Figura 9: “Sticking report” para logging estacionario (CMR+XPT) en pozo “J”.
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Operaciones de logging a cable, especialmente con herramientas de resonancia magnética, en pozos
altamente desviados en el bloque de Aguada Pichana, Neuquén. Planeamiento, construcción y evaluación
cuenta son características del pozo (trayectoria con desviación y azimut, diámetro del
trépano, profundidad final del pozo y del zapato, etc.), características del lodo (tipo,
densidad, % de sólidos, % de lubricante, etc.) y características de la sarta de perfilaje
(peso, diámetro, etc.), entre otros. Esto permite simular las probabilidades de pega de la
herramienta y/o cable y de esta forma decidir si registrar a cable o en forma asistida con la
tubería de perforación.
Figura 10: Detalle de sarta de perfilaje del pozo
“J”: CMR+XPT+calipper PPC+peso muerto.
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Análisis para las condiciones de descenso
Los siguientes parámetros son los que se tienen en cuenta en el análisis para evaluar el descenso
o no de las herramientas de wire line en pozos desviados, especialmente la de resonancia magnética
nuclear. Aunque no figuren en la fórmula, influye también la profundidad del zapato del casing de
la primera fase, si el casing de la primer fase está vertical o desviado, profundidad del KOP, offset y
presencia o no de fleje en la sarta.
Variables y sus valores promedios para pozos desviados con objetivo en Formación Mulichinco en Aguada
Pichana:
Cf = Coeficiente de Fricción: 0.2
MW = Densidad del lodo (g/cc): 1.12 – 1.13
Dev = Desviación máxima del pozo dentro del casing (deg): 46°
Wm = Peso de la herramienta en lodo (lbs): 900 a 1.600 dependiendo de la configuración de
la sarta
Fmag = Fuerza extra de los magnetos de la herramienta de resonancia magnética (lbs): 700.
Ecuaciones:
WTv = Cos (Dev) * Wm
Ff = Cf * WTv
Fd = Ff + Fmag
Wfm = Fd / cos (Dev)
Referencias:
WTv = Peso de la herramienta en sentido vertical.
Ff = Fuerza para compensar la fricción de la sarta.
Fd = Fuerza necesaria para mover hacia abajo la sarta.
Wfm = Peso de la sarta en lodo necesaria para que baje.
Análisis de resultados:
Para que la herramienta baje dentro del pozo es necesario que Wm > Wfm.
Conclusiones
• A mayor offset del pozo es necesario comenzar el desvío más cerca de la superficie (en la
primer fase) para evitar tener ángulos altos en la sección slant. Esto trae como consecuencia
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altamente desviados en el bloque de Aguada Pichana, Neuquén. Planeamiento, construcción y evaluación
mayor dificultad para bajar las herramientas de resonancia magnética debido a la interferencia
magnética entre los magnetos y el casing desviado.
• La situación ideal para asegurar la bajada de la herramienta de resonancia magnética es que la primera
fase sea vertical. Cuando esto no sucede hay que hacer cuidadosos cálculos de peso y diseño de la
sarta de perfilaje para asegurar que se venza la resistencia magnética y rozamiento entre la herramienta
de perfilaje y el casing de la primera fase. Además, hay que tener en cuenta la profundidad del casing
si la primera fase es desviada, porque cuanto más abajo está es mayor la distancia de interferencia.
• El mayor ángulo de la sección slant en tramo entubado que se ha tenido en pozos desviados de
Aguada Pichana para un logging con herramienta de resonancia magnética es de 48.5° (Pozo “F”).
• Hacia el Oeste del bloque de Aguada Pichana, debido a la imposibilidad topográfica de ubicar
la wellhead en la vertical del objetivo, fue necesario perforar los pozos en forma desviada en “S”.
Hasta la fecha el máximo offset es de 1039m. (Pozo “S”).
• A medida que el pozo es más desviado y el ángulo de la sección slant mayor, se necesita más
peso en la sarta de perfilaje para asegurar que descienda. El agregar “pesos muertos” en el
fondo de la sarta de perfilaje trae como consecuencia el incremento de la distancia de lectura
del sensor respecto del fondo de la herramienta. Para minimizar este efecto, la solución es
agregar “pesos pasantes” en la parte superior de la sarta para permitir la conexión eléctrica y no
restar distancia de lectura en el fondo.
• El bombeo de píldoras viscosas en el tramo desviado del casing antes de una operación de
perfilaje a cable facilita el descenso exitoso de las herramientas.
• El pozo “S” es el de mayor ángulo de la sección slant (50.8°) y máximo offset (1039 m) entre los
pozos desviados en Aguada Pichana. En este pozo se bajaron sin inconveniente dos carreras a
cable pero el registro magnético se hizo en forma asistida en forma preventiva.
Agradecimientos
Los autores de este trabajo agradecen a Total Austral S.A y U.T.E Aguada Pichana (Total
Austral S.A, YPF, Pan American Energy y Wintershall Energy) por haber autorizado la publicación
del presente artículo.
Así también la participación de Lucas Baletka de Schlumberger por sus cometarios y aportes.
BibliografÍa
Atebe, J., Dulout, G., Bradley, J., Rabourdin, J. L.,
72°: OFN-37 & OFN-38. Informe interno.
2006. Wireline Logging in Well Inclination of
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Glosario
KOP: Kick off point
MRX: Magnetic Resonance Express - Herramienta de
Slant: sección tangente de máxima inclinación en la
trayectoria de un pozo.
Resonancia Express.
PEX: Platform Express – Herramienta Triple Combo
Offset = vertical section: distancia horizontal proyectada
entre la cabeza de pozo y la profundidad final del pozo.
Peso muerto: peso de plomo que sólo es posible ubicarlo
en el fondo del set de herramientas de perfilaje ya
que no permite conexiones eléctricas.
CMR: Cobinable Magnetic Resonance – Herramienta de
compacta.
XPT: PressureXpress - Herramienta de toma de presiones
Express.
PPC: Powered Position Caliper - Herramienta caliper de 4
brazos independientes.
WL = wire line = perfilaje a cable
Resonancia.
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