Pruebas de tecnologías para operaciones de pozo En los centros de pruebas en escala natural, se pueden ensayar las nuevas tecnologías de perforación, adquisición de registros y terminación de pozos bajo condiciones reales de pozos en un ambiente controlado y confiable antes de su utilización en el campo. Hoy en día, la industria está dando el paso más importante para asegurar la calidad, mediante la ejecución de pruebas de integración de sistemas y la provisión de métodos de pruebas durante la perforación. El conocimiento adquirido con esta evaluación rigurosa ayuda a crear herramientas que se desempeñan conforme a lo proyectado, aún en las condiciones más exigentes. Michele Arena Stephen Dyer Rosharon, Texas, EUA Larry J. Bernard Allen Harrison Walter Luckett Thomas Rebler Sundaram Srinivasan Sugar Land, Texas Brett Borland Rick Watts ConocoPhillips Houston, Texas Bill Lesso Houston, Texas Tommy M. Warren Tesco Corporation Houston, Texas Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Claire Bullen, Luanda, Angola; Robert Edmondson, Joe Fuentes y Teresa Garza, Cameron, Texas; y a John Hobbins, Randy LeBlanc, Thomas Querin y Don Shapiro, Sugar Land, Texas. EcoScope, FIV (Válvula de Aislamiento de la Formación), InterACT, PowerDrive, StethoScope y TeleScope son marcas de Schlumberger. Casing Drilling es una marca de Tesco Corporation. 62 La demanda de recursos está haciendo que nuestra industria procure hallar petróleo y gas en localizaciones cada vez más dificultosas. Los operadores quieren que las herramientas de fondo de pozo posean nuevas capacidades; sin embargo, rehúsan exponerse al riesgo de que una herramienta nueva falle en un pozo de alto costo. La ejecución de pruebas previas al despliegue de nuevas herramientas se ha convertido en un paso crítico en la introducción de las mismas. La identificación de problemas con una tecnología nueva es mejor si se realiza en las primeras etapas del proceso de desarrollo, porque las soluciones tienden a ser más costosas si se implementan más tarde. Las pruebas son, por ende, cruciales y forman parte integrante del desarrollo de productos, desde la concepción hasta el diseño y el despliegue en el campo. Las pruebas deben examinar la utilidad general, aplicabilidad, precisión y repetibilidad de las mediciones; la seguridad del producto, su manufacturabilidad, y la configuración y logística de las entregas. Las compañías de servicios están interesadas en probar las herramientas en condiciones que se asemejen lo mejor posible a las condiciones de campo, pero sin las restricciones operacionales logísticas y externas del campo. En un ambiente controlado, una prueba puede ser bien conducida, concisa y completa. En consecuencia, los escenarios de uso no previstos y los asuntos relacionados con las mediciones, así como la confiabilidad del hardware, pueden ser investigados y examinados exhaustivamente en sitio durante la fase de prueba. El hecho de contar con la capacidad de encarar los problemas cuando aparecen por primera vez mejora considerablemente el proceso de desarrollo. Por otra parte, las compañías de petróleo y gas desean minimizar el riesgo financiero que implica el mal funcionamiento o la falla de una herramienta. En un centro de pruebas, las compañías operadoras pueden explorar la funcionalidad de las herramientas o los asuntos relacionados con las interfaces de los sistemas en un ambiente controlado y bien caracterizado, sin las restricciones que imponen los costos de tiempo de equipo de perforación o los problemas de seguridad. Algunos de los últimos avances registrados en la tecnología de perforación, incluyendo la perforación con tubería de revestimiento en pozos de alto ángulo, pueden ser evaluados en ambientes que reproducen las condiciones de pozo reales. De igual importancia tanto para el operador como para el proveedor de servicios es la necesidad de comparar las pruebas realizadas en nuevas herramientas con las tecnologías comprobadas previamente, en condiciones similares. Los resultados de la comparación son más precisos y confiables cuando las condiciones de las pruebas pueden ser controladas y monitoreadas bajo condiciones operativas idénticas, en lugar de intentar realizar extrapolaciones entre los diferentes campos o condiciones de pozos. Oilfield Review Primavera de 2006 63 Diversos tipos y niveles de pruebas se llevan a cabo en varios centros de todo el mundo.1 Este artículo analiza las pruebas de aptitud, desde los componentes hasta la integración de sistemas, y los experimentos de colaboración realizados entre las compañías de petróleo y gas y los proveedores de servicios. De particular interés resultan las pruebas finales y las mediciones de desempeño que se obtienen justo antes del despliegue en el campo o antes de que una configuración específica de un producto complejo sea desplegada en un pozo comercial. El Centro de Pruebas de Schlumberger en Cameron, Texas (CTF), está diseñado para dar cabida a estas pruebas de avanzada. Pruebas que abarcan desde los componentes hasta la integración de sistemas La confiabilidad es un factor clave del éxito y la rentabilidad de cualquier producto utilizado en la localización del pozo. Si bien cualquier equipo o herramienta nueva puede constituir una innovación maravillosa, estará condenado al fracaso si Prueba de compresión de un conjunto de herramientas no puede tolerar el ambiente riguroso de las operaciones de fondo de pozo o de perforación. Las buenas prácticas de ingeniería, sumadas a una estricta prueba del desempeño y el ambiente, constituyen una alternativa eficaz para alcanzar el éxito.2 Por ejemplo, cada componente de una herramienta de adquisición de registros se prueba para determinar una amplia variedad de factores tales como el ambiente operativo, los métodos de despliegue y el rango dinámico de medición. Las condiciones ambientales existentes en el campo petrolero, tanto hacia la superficie como hacia el fondo del pozo, se cuantifican para determinar los valores extremos de temperatura, presión, choque, vibraciones y condiciones de registración dificultosas. Entre los métodos de despliegue y contingencias evaluados se encuentran los métodos de operación de herramientas con cable eléctrico, línea de acero y tubería flexible. También se prueban la interacción y el control en tiempo real, a través de cada método de despliegue. La precisión absoluta y relativa Prue bas de integra (SIT) ción de sistemas del rango dinámico de medición y su repetibilidad se evalúan en diferentes tipos de lodos y litologías. En Schlumberger, el riguroso proceso de desarrollo de productos se inicia cuando se examina por primera vez la factibilidad de un proyecto. En base al entorno operacional planificado de la herramienta, un documento de requerimientos y especificaciones detalla el uso y la vida probables del producto, así como las condiciones a las que será sometido a lo largo de todo su ciclo de vida. Este documento constituye la base de un plan que especifica las pruebas a realizar a nivel de componente, subconjunto, conjunto y sistema para probar que el diseño del producto satisfaga los requisitos de calidad y confiabilidad. El nivel final de las pruebas corresponde a las pruebas de integración de sistemas (SIT, por sus siglas en inglés), en las que múltiples herramientas y equipos de Schlumberger y de otros proveedores se someten a prueba, en las condiciones operativas reales existentes en la localización del pozo. Recipiente de alta presión y alta temperatura para la prueba del sistema Pruebas a nivel de sistema Pruebas a nivel de conjunto Pruebas a nivel de subconjunto Prueba de vibración de un subconjunto Pruebas a nivel de componente Conjunto de componentes para pruebas de alta temperatura > Etapas de las pruebas durante la fase de desarrollo de las herramientas o los equipos: abarcan desde los componentes hasta la integración de sistemas. 64 Oilfield Review La etapa siguiente corresponde a las pruebas a nivel de subsistemas o conjuntos, en las que se construye una herramienta de fondo de pozo hasta un punto en el que adquiere autonomía y puede proveer una o más funciones en una localización de pozo. Las pruebas de subsistemas pueden constituir un desafío debido al tamaño del equipo y normalmente requieren instalaciones especiales. Las pruebas de superficie incluyen la determinación del flujo de lodo a través y alrededor de la herramienta y valores de presión, choque, vibración y rotación de secciones de herramientas de fondo de pozo completas. En las pruebas a nivel de sistema o evaluación precomercial, se verifican las mediciones para determinar su precisión y repetibilidad, especialmente con respecto a las variaciones ocurridas durante el proceso de fabricación. Muchos de estos parámetros de pruebas pueden ser examinados bajo condiciones controladas, por ejemplo, perforando a través del cemento fraguado en un pozo (izquierda). En esta etapa de las pruebas, se abordan numerosas preguntas. ¿Cómo se desempeña la herramienta de producción con respecto a las especificaciones del prototipo de ingeniería? ¿Es consistente el desempeño de todas las herramientas? ¿Existen variaciones de producción no previstas entre una herramienta y otra? ¿Cuál es > Unidad de Pruebas de Perforación Genesis. Se trata de un equipo de perforación terrestre de tipo voladizo de 142 pies [43.3 m], que puede montarse sobre patines y posee una capacidad de carga de 1,250,000 lbf [5,560 kN]. En servicio en el Centro de Tecnología de Sugar Land desde 1988, la unidad Genesis se utiliza para reproducir las condiciones de campo existentes en el fondo del pozo para diversos tipos de pruebas. Se pueden reproducir condiciones de flujo de lodo, presión, choques, vibraciones y rotación de herramientas de fondo de pozo bajo condiciones controladas, ya sea perforando a través del cemento o utilizando un dispositivo inductor de choques, también conocido como adaptador de levas. Además, durante la fase de factibilidad del proyecto, se prueban los componentes físicos de las mediciones en el laboratorio, en centros de pruebas externos o en el fondo del pozo. Una vez que se demuestra que el proyecto es técnicamente factible y posee suficiente justificación comercial para garantizar una inversión adicional, el producto pasa a la fase de desarrollo en la que las pruebas se llevan a cabo en cada etapa del proceso (página anterior). Durante la fase de desarrollo, las pruebas a nivel de componente comienzan lo antes posible. En esta instancia, si bien los costos de las pruebas son los más bajos, las mejoras de diseño arrojan los resultados más efectivos. Durante la prueba de los componentes, las máquinas de pruebas y las condiciones de laboratorio someten a los componentes individuales a esfuerzos similares o Primavera de 2006 superiores a los que pueden presentarse en un pozo real. Las condiciones de las pruebas oscilan habitualmente entre temperaturas bajas durante el transporte y almacenamiento, y temperaturas elevadas en el fondo de un pozo e incluyen además choques, vibraciones, condiciones de baja y alta presión, flexión, corrosión y erosión. Las pruebas de subconjuntos comienzan cuando los componentes individuales han pasado la prueba de aptitud y se ensamblan y combinan con otros componentes. En ese momento se llevan a cabo las pruebas de desempeño y confiabilidad. Esto se realiza en forma similar a las pruebas a nivel de componente pero requiere máquinas de pruebas más grandes. Cada centro de ingeniería posee máquinas de pruebas diseñadas a medida, correspondientes al tipo de subconjunto desarrollado en ese centro. 1. Entre los centros de pruebas de Schlumberger se encuentran los siguientes: el Centro de Tecnología de Schlumberger en Abingdon, Inglaterra; el Centro de Geociencias de Schlumberger en Pekín, China; el Centro de Pruebas de Schlumberger en Cameron, Texas; el Centro de Tecnología de Schlumberger en Gatwick, Inglaterra; el Centro Integrado de Productividad y Operación de Herramientas en Singapur; el Centro de Tecnología de Oslo, en Noruega; el Centro de Tecnología de Princeton, Nueva Jersey; el Centro de Operación de Herramientas y Entregas de Schlumberger en Sugar Land, Texas; el Centro de Aprendizaje Europeo de Schlumberger en Melun, Francia; Schlumberger; Kabushiki Kaisha, Fuchinobe, Sagamihara, Kanagawa, Japón; el Centro de Tecnología de Terminaciones de Yacimientos de Schlumberger en Rosharon, Texas; el Centro de Fluidos de Yacimientos de Schlumberger en Edmonton, Canadá; el Centro de Productos Riboud de Schlumberger en Clamart, Francia; el Centro de Tecnología de Schlumberger en Stonehouse, Gloucestershire, Inglaterra; y el Centro de Tecnología de Schlumberger en Sugar Land, Texas. Para obtener más información sobre otros centros, consulte: Lang K: “Oilfield Testing Centers: Nurseries for New Ideas,” Petroleum Technology Transfer Council Newsletter 9, no. 4 (2003): 6–9. 2. En Schlumberger, el aseguramiento de la calidad y la seguridad se basa en normas industriales tales como la certificación de la Asociación Internacional de Normalización (ISO) 9001 para ingeniería y manufactura, la certificación Det Norske Veritas (DNV), la habilitación de la Asociación de Transporte Aéreo Internacional (IATA) para el transporte de explosivos y baterías, auditorías de seguridad de terceros, prácticas recomendadas del Instituto Americano del Petróleo (API) para estándares industriales en pruebas de hardware, normas de la Sociedad Internacional y Americana de Ingenieros Mecánicos NACE para equipos de terminación de pozos y un riguroso control de calidad tanto en sitio como fuera de sitio. 65 la sensibilidad de un parámetro específico de una herramienta con respecto al desempeño global de la medición? Por último, en la fase SIT, se someten a prueba combinaciones de herramientas múltiples. Por ejemplo, la prueba SIT puede involucrar conjuntos de varios componentes de terminación de pozos; estas sartas pueden ser provistas por diferentes centros y proveedores. La verificación de la interoperabilidad y del desempeño del sistema resulta crucial y es virtualmente imposible de determinar sin ensamblar y probar el sistema completo en un centro de pruebas que provea ensayos generales de funcionamiento. En el pasado, las pruebas de aptitud de las herramientas se realizaban en el equipo de perforación de un operador. Hoy en día, se dispone de centros de pruebas provistos de equipos de perforación que ejecutan la misma función sin las restricciones que imponen los costosos problemas relacionados con la seguridad y el tiempo de equipo de perforación. > Centro de Pruebas de Schlumberger en Cameron, Texas. Este centro cuenta con un equipo de perforación para la ejecución de pruebas de perforación, mediciones de pozos e integración de sistemas. El equipo de perforación puede manipular tiros de sartas de perforación de tres piezas y está provisto de bombas de lodo de gran capacidad. Se encuentra montado sobre rieles para permitir el acceso conveniente a las diferentes bocas de una amplia variedad de pozos direccionales que pueden ser utilizados tanto para pruebas en agujeros descubiertos como para pruebas en pozo entubado. 66 Acerca de los centros de pruebas Schlumberger ofrece varios centros para la ejecución de pruebas de integración de sistemas, cada uno de los cuales posee diferentes capacidades. Comenzando con el primer pozo de prueba de 1956, los cuatro pozos de prueba del Centro de Tecnología de Terminaciones de Yacimientos (SRC) de Schlumberger en Rosharon, Texas, han sido utilizados para el desarrollo y la prueba de cañones de disparos, herramientas de adquisición de registros operadas con cable, equipos de disparos operados con la tubería de producción, y, más recientemente, pruebas de formación efectuadas a través de la columna de perforación y equipos de tubería flexible. El centro también posee un pequeño lago artificial que ha sido utilizado por WesternGeco para realizar pruebas con fuentes sísmicas marinas. El Centro de Aprendizaje Europeo (SELC) de Schlumberger en Melun, Francia, provee pruebas de pozos en agujero descubierto y pozo entubado, pruebas de fondo de pozo y superficie, para servicios de operaciones con cable y algunos servicios al pozo. Los pozos del Centro de Tecnología de Sugar Land se utilizan para la ejecución de pruebas de aceptación, por parte del cliente, de herramientas operadas con cable y ciertas herramientas de mediciones durante la perforación y de adquisición de registros durante la perforación (MWD y LWD respectivamente). La Unidad de Pruebas de Perforación Genesis es un equipo de perforación de tamaño natural con capacidad de reproducir muchas de las condiciones que pueden tener lugar en la localización del pozo en pozos verticales entubados. El equipo de perforación no sólo es una instalación excelente para la ejecución de pruebas de perforación sino que sirve como centro de entrenamiento. El Centro de Pruebas de Schlumberger en Cameron, Texas (CTF), posee un equipo de perforación con capacidad plena para la ejecución de pruebas de perforación, mediciones de pozos e integración de sistemas. Con una superficie de varios cientos de acres, el centro CTF fue puesto en funcionamiento en el año 2004 (izquierda). El equipo de perforación de este centro permite perforar tramos horizontales de hasta 1,829 m [6,000 pies] de longitud. Las formaciones penetradas por los pozos del centro poseen una amplia diversidad de porosidades, permeabilidades y mineralogías. Se pueden correr herramientas de perforación, LWD, MWD y herramientas operadas con cable en carbonatos y areniscas. Dado que el sitio cubre una superficie tan extensa, es posible perforar pozos con varias trayectorias diferentes para penetrar las diversas formaciones. En su carácter de centro de Schlumberger, el CTF sirve como banco de pruebas confidenciales para las tecnologías de fondo de pozo y de superficie más modernas. La conectividad de gran ancho de banda dentro de la red protegida y segura de Schlumberger permite el flujo fácil y seguro de datos confidenciales y posibilita la participación de testigos remotos en pruebas extensivas realizadas durante la perforación. El centro provee además experiencia práctica para los empleados y clientes de Schlumberger, incluyendo la prueba de la logística de montaje de equipos y de transporte y el entrenamiento de las brigadas de perforación para despliegues complejos. En el centro CTF se han efectuado vastos conjuntos de pruebas, que incluyen desde pruebas de factibilidad hasta evaluaciones de pre-comercialización e integraciones de sistemas y se han llevado a cabo pruebas asociadas con las herramientas LWD de última generación. Éstas incluyen el servicio de telemetría de alta velocidad durante la perforación TeleScope, el servicio multifunción de adquisición de registros durante la perforación EcoScope y el servicio de determinación de la presión de formación durante la perforación StethoScope. Las pruebas realizadas en estas herramientas fueron comparadas con los resultados de las herramientas LWD de generación previa, a lo largo de los mismos intervalos y en el mismo pozo, y también con los registros obtenidos por herramientas operadas con cable corridos en los mismos intervalos. Las pruebas de aptitud realizadas en gran escala sobre las más modernas herramientas de operación durante la perforación, antes de las pruebas de campo, posibilitaron la depuración temprana de las herramientas y ayudaron a pre- 3. Adolph B, Stoller C, Archer M, Codazzi D, El-Halawani T, Perciot P, Weller G, Evans M, Grant BJ, Griffiths R, Hartman D, Sirkin G, Ichikawa M, Scott G, Tribe I y White D: “No más esperas: Evaluación de las formaciones durante la perforación,” Oilfield Review 17, no. 3 (Invierno de 2005/2006): 4–25. 4. Edment B, Elliott F, Gilchrist J, Powers B, Jansen R, McPike T, Onwusiri H, Parlar M, Twynam A y van Kranenburg A: “Mejoramiento de los tratamientos de empaque de grava en pozos horizontales,” Oilfield Review 17, no. 1 (Verano de 2005): 56–67. 5. Los cambios diseñados para satisfacer necesidades específicas, realizados en el conjunto de terminación incluyeron un sistema de sello patentado. Esto permitió la derivación de las líneas de control múltiples y de las válvulas de control de flujo en posiciones de estranguladores múltiples que se colocan hidráulicamente. La cubierta de circulación del empaque de grava permitió el bombeo de lechada en el espacio anular existente entre el filtro y la tubería de revestimiento. Esta cubierta posee una camisa diseñada para cerrarse una vez terminada la operación de bombeo del empaque de grava. Oilfield Review parar estos servicios para su introducción exitosa en pozos comerciales.3 Sin lugar a dudas, este desarrollo de herramientas por vía rápida no habría sido posible sin el centro CTF. Primavera de 2006 Empacador de producción Medidor de presión Válvula de control de flujo Detector de restricción interior Sistema de empacador GP Filtros (cedazos) Tubos reforzados Sistema de empacador GP Sellos Terminación inteligente interna Sellos Terminación inferior frente a la formación Pruebas de sistemas integrados Las pruebas SIT resultan particularmente útiles para proyectos de desarrollo críticos que deben integrar varios tipos de pozos y herramientas. El creciente número de pozos marinos profundos y complejos ha puesto de manifiesto el valor de la ejecución de las pruebas SIT, convirtiéndolas potencialmente en parte integrante de un plan de manejo de riesgos para proyectos críticos de perfil alto. Este último año se realizaron varias pruebas SIT de terminación de pozos en los centros CTF y SRC, simulando lo más exactamente posible las condiciones reales de pozos en diferentes partes del mundo. Entre los objetivos de las pruebas SIT de terminación de pozos se encuentran procedimientos de ensamblaje, prueba de interfaces, optimización de instalaciones, pruebas de intervenciones y planeación de contingencias. Una meta importante es la reducción de la curva de aprendizaje a través del entrenamiento personalizado y la experiencia del personal de proveedores de servicios, terceros y operaciones de clientes. En un ejemplo de prueba SIT, la primera en su tipo para un pozo de alcance extendido, se colocó un dispositivo de control de flujo inteligente dentro de un tramo de tres zonas empacado con grava en un pozo de prueba entubado del centro SRC (derecha).4 El sistema de terminación tenía incorporados varios elementos recientemente diseñados para satisfacer necesidades específicas, incluyendo grupos de sello patentados, válvulas de control de flujo de diámetro exterior reducido y un sistema de empaque de grava de diámetro escalonado (step-bore), colocado hidráulicamente y operado en un solo viaje, con una herramienta de servicio dedicada y una carcasa de circulación modificada.5 El plan de la prueba SIT para este pozo incluía además una prueba completa del sistema de fondo de pozo en el SRC, seguida de la prueba de las interfaces de la cabeza de pozo y las líneas de control en la localización, antes de la movilización de los equipos hacia las áreas marinas. Estas pruebas proporcionaron el método óptimo para la identificación de riesgos de instalación clave y se utilizaron con el fin de modificar subsiguientemente los procedimientos para reducir el tiempo no productivo o las fallas. Medidor de presión Válvula de control de flujo Filtros Tubos reforzados Sistema de empacador GP Sellos Medidor de presión Válvula de control de flujo Filtros Abertura de inyección Empacador inferior > Disposición de una terminación inteligente de empaque de grava (GP, por sus siglas en inglés) en pozo entubado, consistente en tres zonas, para pruebas de integración de sistemas (SIT, por sus siglas en inglés) (izquierda). La instalación de la sarta de terminación interna durante la prueba SIT se realizó en el Centro de Tecnología de Terminaciones de Yacimientos de Schlumberger en Rosharon, Texas (extremo inferior derecho). El sistema de empacador GP incluye el empacador de aislamiento y la carcasa de circulación. Como parte de la prueba SIT y en colaboración con el proveedor de cabezas de pozos, se llevaron a cabo pruebas adicionales, conocidas como “pruebas de apilamiento” (extremo superior derecho). 67 68 Instalación de la terminación inferior Instalación de la terminación interna 100,000 lbf Carga en el gancho Profundidad Pesos de la sarta al bajar simulados Pesos de la sarta al levantar simulados Pesos de la sarta al bajar medidos Pesos de la sarta al levantar medidos Profundidad En esta prueba SIT, se abordaron varios temas específicos. Uno fue la prueba de la interfaz entre la terminación inferior frente a la formación y la terminación interna inteligente, en particular los efectos de la fricción de los conjuntos largos de empacaduras múltiples, su correcto posicionamiento dentro del pozo, la alineación de la excentricidad del equipo y la minimización de las raspaduras y fatiga de las empacaduras, antes de asentar la terminación. En segundo lugar, se examinaron los asuntos relacionados con el arrastre y desgaste para la terminación interna durante la operación en un ambiente altamente desviado. En tercer lugar, se verificó un sistema de empaque de grava emplazado hidráulicamente, operado en un solo viaje, utilizando una herramienta de servicio dedicada y de diámetro escalonado.6 Por último, se utilizó la prueba SIT para optimizar la operación de las líneas múltiples de control eléctrico e hidráulico, minimizando al mismo tiempo el número de empalmes para reducir el tiempo de instalación y su riesgo. La prueba SIT demostró la factibilidad del diseño de la terminación, la capacidad de instalar el equipo con éxito y la confiabilidad del dispositivo para el aislamiento zonal. Un total de 35 recomendaciones basadas en la prueba SIT se incorporaron en los procedimientos de preparación e instalación como mejores prácticas, contingencias o elementos que requieren atención especial durante la instalación real del pozo. Subsiguientemente, se terminó una instalación marina con tiempo no productivo mínimo, especialmente si se considera el ambiente de gran arrastre encontrado durante el empaque de grava, con una diferencia máxima de más de 200,000 lbf [890 kN] entre el peso de la sarta al bajar y al levantar en la profundidad final (TD, por sus siglas en inglés) (arriba, a la derecha). El conocimiento adquirido durante el desarrollo de la prueba SIT se utilizó para calibrar el modelo de arrastre de la instalación, que aseguró el éxito del posicionamiento y el asentamiento. Las tres zonas fueron estimuladas y probadas individualmente con las válvulas de control de flujo, confirmando el aislamiento zonal. Los datos de producción de fondo de pozo, que se utilizan para la asignación de la producción, se captan actualmente mediante la utilización del sistema de monitoreo y envío de datos en tiempo real InterACT. El proyecto—desde el inicio hasta la planeación, comprobación y ejecución—se aceleró para terminarlo en 12 meses. En otro ejemplo, una prueba SIT de herramientas de terminación de pozos recién Descargar el fluido anular para reducir la fricción Carga en el gancho > Datos de pesos de la sarta al levantar y bajar durante la instalación de la terminación. El cuadro muestra el efecto del arrastre sobre la instalación de la terminación inferior (izquierda). Una sobretracción máxima—la diferencia entre el peso de la sarta al bajar y el peso de la sarta al levantar—de más de 200,000 lbf observada en la profundidad final (TD, por sus siglas en inglés) habría causado un esfuerzo en la tubería de producción superior al índice especificado. En base a la información adquirida durante la prueba SIT y los datos recolectados para los pesos de la sarta al levantar y bajar de la terminación inferior, se limpió el pozo y se cambió el fluido en el espacio anular para reducir la fricción. Estos pasos redujeron la sobretracción a menos de la mitad del valor de la terminación inferior (derecha). La medición del arrastre encontrado durante la instalación de la terminación interna fue utilizada para implementar cambios de procedimientos, tanto durante la prueba como en el pozo marino de alcance extendido. diseñadas se llevó a cabo en un pozo entubado del centro CTF, construido al efecto con un tramo horizontal extendido para simular en la forma más fehaciente posible las condiciones anticipadas durante una instalación marina (próxima página). El objetivo de esta prueba era investigar cualquier asunto relacionado con las interfaces y verificar el aseguramiento y el control de la calidad, los procedimientos de ensamblaje, los procedimientos operativos y la precisión de los planes de contingencias. Adicionalmente, era importante identificar e implementar las lecciones aprendidas, incluyendo los cambios de diseño y procedimientos que conducirían a un incremento de la eficien- cia, la confiabilidad o la funcionalidad en la aplicación de campo del operador. El conocimiento adquirido durante las pruebas se tradujo en un mejoramiento de la fase de intervención. Se rediseñó un nuevo niple utilizado en conjunto con la herramienta de comando expansible para la válvula de aislamiento de la tubería de producción, con el fin de superar una incompatibilidad con la configuración seleccionada previamente. Además se exploraron pruebas adicionales, con tractores como medio de operación, junto con diversos métodos de intervención para evitar el atascamiento de la tubería flexible, o flexión helicoidal, anticipado para las cargas compresivas de más 6. El sistema de empaque de grava diseñado para satisfacer necesidades específicas representa una herramienta de servicio operada en un solo viaje, que provee un mecanismo para la colocación y prueba del empacador, la circulación de fluido y la operación de empaque de grava (GP, por sus siglas en inglés) en pozos altamente desviados. La cubierta de circulación GP ha sido especialmente modificada para alojar la sarta de terminación interna sin el riesgo de abrir la manga con orificio. 7. Aldred W, Belaskie J, Isangulov R, Crockett B, Edmondson B, Florence F y Srinivasan S: “Una nueva forma de perforar,” Oilfield Review 17, no. 1 (Verano de 2005): 48–55. Fontenot KR, Lesso B, Strickler RD y Warren TM: “Perforación de pozos direccionales con tubería de revestimiento,” Oilfield Review 17, no. 2 (Otoño de 2005): 48–65. 8. En los pozos direccionales se requiere un sistema de perforación con tubería de revestimiento recuperable, debido a la necesidad de recuperar el costoso equipo de orientación y perforación direccional, reemplazar el equipo averiado antes de alcanzar la profundidad de entubación y acceder, en forma rápida y eficaz desde el punto de vista de sus costos, a las formaciones que se encuentran debajo de la zapata de la tubería de revestimiento. Un conjunto recuperable para perforación direccional, operado con cable y ubicado en el extremo inferior de la tubería de revestimiento, reemplaza a las herramientas direccionales utilizadas en un conjunto de fondo de pozo convencional. Para obtener más información sobre operaciones con tubería de revestimiento, consulte: Tessari R, Warren T y Houtchens B: “Retrievable Tools Provide Flexibility for Casing Drilling,” presentado en la Conferencia Técnica de Perforación con Tubería de Revestimiento, World Oil 2003, Houston, 6 al 7 de marzo de 2003. Oilfield Review ConocoPhillips, una compañía líder en la industria en lo relativo a la aplicación de tecnología Casing Drilling recuperable, posee múltiples activos marinos en los que la perforación con tubería de revestimiento ofrece la posibilidad de ayudar a enfrentar problemas de construcción de pozos conocidos.8 En los campos maduros, tales como el Campo Eldfisk situado en el área marina de Noruega, el agotamiento de los yacimientos produce problemas de estabilidad de pozos. Las operaciones de perforación con columna de perforación estándar pueden requerir sartas de revestimiento extra para evitar los problemas de estabilidad de pozos Sarta de asentamiento Colgador de la tubería de producción Tubería de revestimiento Válvula de aislamiento de superficie Válvula de seguridad Inyección de químicos y medidor de presión Terminación superior de 2,500 lbf [11.1 kN] que se observaron durante la prueba SIT. Adicionalmente, se registraron más de 60 puntos de acción diferentes relacionados con la seguridad, los procedimientos previstos, las modificaciones de los equipos y las mejores prácticas para incrementar la eficiencia, la confiabilidad y la funcionalidad. Las pruebas de sistemas integrados han proporcionado reducciones de costos demostradas, en el largo plazo, tanto a través de la resolución de problemas antes de la primera instalación en el campo como por medio de las lecciones aprendidas para mejorar la eficiencia y reducir el tiempo de instalación y el tiempo no productivo. A pesar de los estudios de ingeniería detallados que se habían llevado a cabo, las pruebas SIT esclarecieron las limitaciones de lo que podía planearse y verificarse por anticipado y demostraron la importancia de realizar una prueba de campo en forma confidencial y sin las restricciones de tiempo del equipo de perforación. La capacidad de adaptar las pruebas de integración en un ambiente controlado y de costo relativamente bajo permite a los operadores y las compañías de servicios por igual, reducir significativamente la curva de aprendizaje y el riesgo. Los centros de pruebas, especialmente los provistos de equipos de perforación en gran escala tales como el centro CTF, expanden los horizontes de lo que puede lograrse en términos de simulación de planes de pozos complejos y pruebas de nuevas tecnologías en colaboración con las compañías de petróleo y gas y otros terceros contratistas. Empacador de producción Válvula de aislamiento de tubería de revestimiento Niple de asentamiento Junta de contracción Sistema de empacador GP Sellos Primavera de 2006 Sistema de válvulas de aislamiento de la formación (FIV) Terminación inferior Un proyecto de colaboración: perforación direccional con tubería de revestimiento En los últimos años, la aceptación de la técnica de perforación con tubería de revestimiento se ha incrementado en forma sostenida porque ofrece mejor control del pozo y mayor seguridad, más eficiencia y ahorros de costos demostrados.7 Si bien los ahorros más significativos pueden generarse en los ambientes marinos, la técnica de perforación con tubería de revestimiento en activos maduros plantea importantes desafíos. Los pozos perforados desde una plataforma son típicamente direccionales y la perforación de pozos desviados con tubería de revestimiento puede requerir modificaciones en el equipo de perforación o en el equipo de plataforma, que podrían afectar la producción a un costo prohibitivo en un ambiente operacional marino. Además, habitualmente se debe desarrollar una curva de aprendizaje con los primeros pozos perforados en una nueva área de aplicación. Extensión de la tubería de revestimiento Centralizador Filtros > Terminación submarina de empaque de grava en agujero descubierto utilizada en una prueba de integración de sistemas en el centro CTF. Los conjuntos de terminación superior (verde) e inferior (azul) han incorporado varias herramientas de terminación recientemente diseñadas; una herramienta de servicio para la operación de empaque de grava (que no se muestra en esta gráfica), productos integrados que implican un solo ensamblaje, con manómetro permanente e inyección de químicos, y tres tipos diferentes de válvulas de aislamiento. 69 Profundidad Prueba 1 Pruebas de colocación y recuperación del BHA, planificadas con ángulos de 0°, 45° y 90° Prueba 2 Prueba 3 Prueba 4 Prueba 5 Pozo perforado previamente con tubería de revestimiento de 103⁄4 pulgadas hasta 3,769 pies Perforación de 850 pies en sentido horizontal Distancia > Perfil del pozo horizontal del Centro de Pruebas de Schlumberger en Cameron, Texas, para pruebas de perforación direccional con tubería de revestimiento (extremo inferior). Se muestran cuatro operaciones de colocación y recuperación de conjuntos de fondo de pozo (BHA, por sus siglas en inglés), en orientaciones verticales e inclinaciones diversas. La Prueba 5 incluyó aproximadamente 850 pies de perforación horizontal. El personal del equipo de perforación posee la capacidad de desarmar el sistema y efectuar cambios de diseño menores en base a la prueba que la brigada de Tesco está realizando en el equipo de perforación cercano (extremo superior). Todos los días se llevan a cabo sesiones informativas de las pruebas, que incluyen directrices de seguridad, para definir los procedimientos para las 12 horas siguientes. Durante éstas y otras pruebas de perforación direccional con tubería de revestimiento, se realizaron dos sesiones informativas diarias de las que participó personal de ConocoPhillips, Tesco y Schlumberger (derecha). causados por el agotamiento de las presiones de formación. Además de resolver los problemas de perforación, la tecnología de perforación con tubería de revestimiento tiene el potencial de reducir el número de sartas de revestimiento, lo que podría conducir a un mejoramiento de la eficiencia de las operaciones de construcción de pozos y a reducciones sustanciales de costos. Se implementó un proyecto de colaboración entre ConocoPhillips, Tesco y Schlumberger para diseñar y comprobar la técnica de perforación direccional con tubería de revestimiento en relación con dos pozos planificados para el Campo Eldfisk, en el año 2006. Los pozos planificados serían perforados desde una boca de pozo común con tuberías de revestimiento de 103⁄4 y 70 7 3⁄4 pulgadas. Al comienzo del proyecto, las herramientas para perforar con tubería de revestimiento no existían en estos tamaños y los problemas operacionales relacionados con los pozos direccionales requerían el rediseño del hardware existente. Los altos riesgos asociados con la colocación, perforación direccional y recuperación de estas nuevas herramientas con modificaciones sin comprobar en pozos de estos tamaños, justificaban la prueba de esta tecnología en los pozos direccionales de un campo en tierra firme. Pero 9. Borland B, Watts R, Warren T y Lesso B: “Drilling High Angle Casing Directionally Drilled Wells with Fit-for-Purpose String Sizes,” artículo de las IADC/SPE 99248, presentado en la Conferencia de Perforación de las IADC/ SPE, Miami, Florida, EUA, 21 al 23 de febrero de 2006. se planteaban otras inquietudes en torno a este enfoque. En primer lugar, con socios múltiples, era difícil realizar una prueba que beneficiara al operador pero que potencialmente ofreciera poco o ningún beneficio a los otros socios. La cuantificación de los costos y los riesgos resultaba complicada. En segundo lugar, dado que los objetivos de la zona productiva y las trayectorias de los pozos direccionales que los acompañan frecuentemente cambian conforme se obtiene una nueva información del campo, un perfil de incremento angular direccional de una sección de la tubería de revestimiento puede pasar a otra sección como resultado de un cambio en un modelo geológico. Estos cambios realizados en la planeación del pozo restringían severamente los objetivos de la prueba. En tercer lugar, los pozos comerciales son perforados hasta la terminación. La naturaleza misma de la prueba de un proceso de perforación, tal como el proceso de perforación con tubería de revestimiento, puede ocasionar problemas lo suficientemente significativos como para abandonar la prueba o el pozo. Una vez que se inicia una sección de perforación direccional con tubería de revestimiento, se debe terminar. Si surgen problemas con las herramientas, se tiene que contar con la capacidad de volver a la perforación direccional con la columna de perforación como opción disponible. Esta naturaleza a prueba de fallas de la construcción de pozos requirió una extensiva planeación y evaluación de costos. Estos temas, comunes en las operaciones de construcción de pozos, dificultaban la prueba de nuevas tecnologías para una unidad de negocios en los campos de otra unidad de negocios, aunque se tratara de grandes organizaciones operadoras multinacionales. Se dedicaron varios meses a la modificación de los diseños de los pozos antes de adoptar la decisión de buscar un enfoque diferente. La alternativa era utilizar el centro CTF. Se planificaron dos pruebas. Los pozos del centro CTF representarían las secciones direccionales, las tasas de incremento angular y los parámetros operacionales tales como las tasas de flujo de lodo, requeridos en los pozos del Campo Eldfisk.9 En la primera prueba, se comprobaría la colocación y la recuperación de las herramientas del conjunto de fondo de pozo (BHA, por sus 10. Copercini P, Soliman F, Gamal ME, Longstreet W, Rodd J, Sarssam M, McCourt I, Persad B y Williams M: “Mayor potencia para continuar la perforación,” Oilfield Review 16, no. 4, (Primavera de 2005): 4–9. Oilfield Review Drill Lock Assembly (DLA) Estabilizador interno en tándem Ensanchador de 97⁄8 pulgadas Carcasa del motor de la barrena Adaptador de sensor de vibraciones 98 Estabilizador externo en tándem 140 Configuración del RSS 1 96 Configuración del RSS 2 Mantener la inclinación y el azimut hasta la TD 94 92 Inclinación, grados Sistema MWD Inclinación 90 88 84 Sistema rotativo direccional PowerDrive 82 80 3,600 142 144 146 148 Azimut Prueba con giro a la izquierda Planificado: 3.0°/100 pies Logrado: 4.3°/100 pies 86 Barrena de compuesto policristalino de diamante (PDC) Configuración del RSS 3 Prueba con giro a la derecha Planificado: 1.0°/100 pies Obtenido: 1.4°/100 pies 150 152 Azimut, grados Derecha Izquierda Motor no direccional Zapata de la tubería de revestimiento de 75⁄8 pulgadas 154 156 158 3,800 4,000 4,200 4,400 4,600 Profundidad medida, pies > BHA para perforación direccional con tubería de revestimiento, utilizado en la prueba con tubería de revestimiento de 75⁄8 pulgadas (izquierda). El conjunto de sistema rotativo PowerDrive incluyó un motor que se corrió en el interior de la unión de la zapata de la tubería de revestimiento para proveer una velocidad de rotación adecuada durante la perforación, minimizando al mismo tiempo la rotación de la tubería de revestimiento para controlar el desgaste y la fatiga. El BHA para perforación direccional con tubería de revestimiento posee una longitud debajo de la tubería de revestimiento, de 25.9 m [85 pies], mientras que un BHA vertical típico posee una longitud de sólo 4.6 m [15 pies]. Se muestra el desempeño del sistema rotativo direccional para tres configuraciones del sistema PowerDrive (extremo inferior derecho). Los resultados de la prueba indican el grado de éxito de la prueba de perforación horizontal. En la foto se observa al personal de Tesco y Schlumberger armando el BHA (extremo superior derecho). siglas en inglés) para perforación con tubería de revestimiento de 75⁄8 pulgadas en operaciones de perforación horizontal. La segunda prueba comprobaría el sistema de 103⁄4 pulgadas con tasas de incremento angular múltiples, desviando un pozo direccional desde la sección vertical. Primavera de 2006 La primera prueba tuvo lugar en julio de 2005 en un pozo de alto ángulo del centro CTF perforado previamente con tubería de revestimiento de 133⁄8, lo que incluyó aproximadamente 183 m [600 pies] de sección horizontal (página anterior). Se realizaron pruebas para colocar y recuperar el BHA en la sección vertical y en desviaciones de 45° y 90°. Se probó un BHA para perforación direccional con tubería de revestimiento, que incorporaba un sistema rotativo direccional (RSS, por sus siglas en inglés) (arriba).10 La prueba incluyó también el 71 Drill Lock Assembly (DLA) Estabilizador interno en tándem Motor no direccional Estabilizador en la camisa del motor Zapata de tubería de revestimiento de 103⁄4 pulgadas Adaptador de vibraciones superior Ensanchador de 123⁄4 pulgadas Ensanchador a rodillo Sistema MWD Adaptador de vibraciones inferior < BHA para perforación direccional con tubería de revestimiento, utilizado en la prueba con tubería de revestimiento de103⁄4 pulgadas. El BHA utilizado en la prueba con tubería de revestimiento de 103⁄4 pulgadas es el BHA más pesado y largo empleado en una operación de perforación direccional con tubería de revestimiento. Posee una longitud de 37.2 m [122 pies] y pesa el triple que el BHA utilizado en la prueba con tubería de revestimiento de 75⁄8 pulgadas. desempeño direccional de este equipo. Se envió un comando al RSS para desviar la trayectoria del pozo hacia la derecha, con un incremento angular de 1.0°/30 m [1.0°/100 pies]. Luego de 91.4 m [300 pies] se transmitió un segundo comando para girar hacia la izquierda con un incremento angular de 3.0°/30 m [3.0°/100 pies]. Por último, se envió otro comando para que la inclinación y el azimut se mantuvieran constantes hasta el final de la prueba. El primer giro se efectuó con un incremento angular de 1.4°/30 m [1.4°/100 pies], el incremento angular del segundo fue de 4.3°/30 m [4.3°/100 pies] y el tercer comando se tradujo en un azimut constante. Se perforaron aproximadamente 259 m [850 pies] de pozo horizontal nuevo. La colocación y recuperación de los BHAs para perforación con tubería de revestimiento se realizaron utilizando cable. No obstante, debido a la gran inclinación del pozo, también se probó el bombeo de las herramientas por el pozo. El BHA fue colocado y recuperado con éxito. Luego se volvió a colocar y posteriormente se desenganchó utilizando una herramienta de desconexión bombeada, sin agregado de cable. En una profundidad objetivo, se asentó la herramienta de desconexión en el niple de asentamiento, liberando el Drill Lock Assembly y permitiendo la recuperación del BHA, para completar una prueba funcional completa del hardware. Sistema rotativo direccional PowerDrive Barrena de compuesto policristalino de diamante (PDC) 72 Oilfield Review Se corrió un adaptador de sensor de vibraciones de fondo de pozo por encima del ensanchador para monitorear las aceleraciones lateral y de torsión. Los choques producidos durante la primera etapa de la carrera fueron de mayor intensidad pero luego se redujeron. Estos choques pueden dañar el RSS. Una inspección completa de las herramientas demostró que no habían sufrido los daños observados con anterioridad, probablemente gracias a las modificaciones efectuadas en la herramienta rotativa direccional para hacerla más robusta. El BHA de pequeño diámetro utilizado en la operación de perforación con tubería de revestimiento aún es susceptible a las vibraciones y choques excesivos y seguirá siendo monitoreado. No obstante, el modelado realizado para mitigar los choques y las mejoras de la robustez de la herramienta han reducido considerablemente este problema. La prueba con tubería de revestimiento de 103⁄4 pulgadas tuvo lugar en noviembre de 2005. Una tubería de revestimiento de 133⁄8 instalada previamente había sido colocada verticalmente, a una profundidad de aproximadamente 609.6 m [2,000 pies]. La instalación con cable para la prueba con tubería de revestimiento de 75⁄8 pulgadas utilizó una polea superior suspendida debajo del aparejo viajero convencional, mientras que en la prueba con tubería de revestimiento de 103⁄4 pulgadas se empleó una polea de corona fija y un aparejo hendido para simular el equipamiento del equipo de perforación del Campo Eldfisk. El diseño del BHA direccional era similar al utilizado en la prueba con tubería de revestimiento de 75⁄8 pulgadas. Se utilizó una herramienta RSS y MWD para el control direccional en la sección piloto del BHA (página anterior). Las mediciones de las vibraciones de fondo de pozo—conteos de choques—se transmitieron a la superficie en tiempo real desde la Primavera de 2006 herramienta MWD. Los conteos de choques también se registraron en el fondo del pozo en el sistema RSS. Adicionalmente, se colocaron tres paquetes de sensores en el BHA; uno por encima y dos por debajo del ensanchador, entre la herramienta MWD y el sistema RSS. Las mediciones registradas en el fondo del pozo incluyeron la presión anular; el choque lateral, axial y de torsión; la velocidad de rotación; el esfuerzo de torsión y el peso sobre la barrena. Se utilizaron dos BHAs de diferentes longitudes para comprobar las diferencias en la respuesta a las vibraciones. El conjunto de datos de esta prueba es el registro de datos de fondo de pozo más extensivo que se haya recolectado durante una operación que involucra perforación con tubería de revestimiento. Los datos fueron registrados desde el comienzo de la desviación en un tapón de reentrada, mientras se atravesaba un laberinto de agujeros perforados a partir del mismo pozo principal y durante la perforación de aproximadamente 850 pies con un incremento angular de unos 20°. El pozo fue perforado direccionalmente, primero con una tasa de incremento angular baja de 0.5°/30 m [0.5°/100 pies] y luego con una tasa más alta de 3.0°/100 pies. Los datos de mecánica y dinámica de la perforación recolectados durante estas pruebas se tradujeron en recomendaciones acerca de cambios tácticos que permitirán mejorar los diseños de los pozos para las operaciones de ConocoPhillips en el Campo Eldfisk en Noruega. Expansión de los horizontes de aseguramiento de la calidad El diseño de equipos que puedan tolerar las condiciones ambientales y de perforación extremas de los campos de petróleo durante la obtención de mediciones de alta sensibilidad sigue siendo un reto grandísimo. Conforme las herramientas se vuelven más complejas y los hidrocarburos se ocultan en ambientes cada vez más dificultosos, el riesgo y los costos asociados con la aplicación de nuevas tecnologías sólo se incrementarán en el futuro. En consecuencia, es esencial la homologación de las tecnologías de campos petroleros antes de su introducción en el campo. Con la necesidad de mitigar la exposición a ambientes de campos petroleros riesgosos y mantener los costos bajo control, la ejecución de pruebas remotas con la participación de clientes y personal de centros de ingeniería y pruebas se ha convertido en una tendencia creciente. La conectividad de gran ancho de banda dentro de la red protegida y segura de Schlumberger provee la capacidad de realizar pruebas confidenciales e involucrar especialistas que se encuentran a miles de millas de distancia.11 Los beneficios de mantener y operar centros de pruebas, que incluyen la capacidad de perforación total, están bien establecidos. El despliegue rápido de tecnologías facilitadoras de alto desempeño en el campo y la demanda creciente de proyectos de terminación complejos y multidisciplinarios, llave en mano, son algunas de las razones de la necesidad de contar con centros de pruebas tales como el centro SRC y el centro CTF. En realidad, los límites de las pruebas son impuestos solamente por las limitaciones de la creatividad de los responsables del desarrollo de tecnologías. Es probable que el futuro sea testigo de la implementación de un número creciente de proyectos de colaboración entre operadores, compañías de servicios y otros proveedores para probar los nuevos límites de la tecnología y proveer aseguramiento de la calidad y la seguridad en ambientes de perforación rigurosos y geológicamente complejos. —RG 73