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PERFORACION BAJO BALANCE (UNDER BALANCE DRILLING)PERFORACION BAJO BALANCE

1.INTRODUCCION.Consiste en una tcnica en la cual se perfora un pozo manteniendo la presin hidrosttica del lodo de perforacin por debajo de la presin del Yacimiento.Este mtodo se lleva a cabo empleando fluidos de bajas densidades, tales como aceite base, agua fresca, etc., los cuales proporcionan una presin hidrosttica que es ligeramente menor a la presin estimada de la formacin. La tcnica de pbb, originalmente fue diseada para incrementar la velocidad de penetracin y la vida de la barrena. En un principio se utiliz en reas de buen control geolgico para mejorar la perforabilidad de formaciones impermeables, reduciendo el esfuerzo de sobrecarga de la roca expuesta a la barrena.

Desde el desarrollo de los primeros pozos petroleros en Mxico hasta nuestros das, la necesidad de llegar a objetivos ms profundos con condiciones ms complejas nos ha empujado a desarrollar nuevas y mejores tecnologas de perforacin, las cuales nos proveen de mejores elementos para lograr optimizar los trabajos de la perforacin de pozos. La principal ventaja de la perforacin Bajo Balance es la de minimizar el dao a la formacin y, por lo tanto, al yacimiento.

Con este mtodo se permite que los fluidos de la formacin fluyan hacia el pozo, razn por la cual es mnima la invasin del Lodo hacia la formacin. Por lo tanto la produccin de hidrocarburos en pozos perforados con esta tcnica es ms alta que la de los pozos normales. Contrariamente, perforar con el mtodo convencional (sobre balance) se ocasionan daos alrededor del hoyo del pozo, los cuales afectan la produccin de hidrocarburos.

La perforacin bajo balance es a menudo aplicada en la construccin de secciones horizontales, para evitar que a lo largo del yacimiento horizontal este sea daado por el fluido de perforacin. Solo unas cuantas pulgadas de dao alrededor del hoyo del pozo en una seccin horizontal pueden reducir drsticamente el desarrollo del yacimiento.

OBJETIVO GENERAL.-

El principal objetivo de la perforacin bajo balance es la reduccin de costos, mediante la eliminacin del dao a la formacin durante la perforacin y la optimizacin de la perforacin.Para obtener una buena planeacin es importante disponer de la siguiente informacin:

Geologa Plano de cimas y basesPlanos de correlacinLitologaFallas

YacimientosPresin de poroPresin de fracturaPresin de sobrecargaContenido de fluidos

PerforacinFluido de perforacinPrograma de barrenasEquipo superficialPrograma direccionalAplicaciones de la perforacin bajo balance

Elimina la prdida de circulacin Cuando se tienen zonas permeables, al utilizar la perforacin convencional los fluidos de perforacin invaden la formacin porque la presin del yacimiento es menor a la presin de la columna hidrosttica lo que ocasiona esta prdida de fluidos. Con la perforacin bajo balance se evita este problema, ya que son los fluidos de la formacin los que entran al pozo.

Incremento en el ritmo de penetracin La mejora en el ritmo de penetracin es el resultado de que los fluidos de la formacin invadan el agujero y ayuden al acarreo de recortes generados por la barrena. En la mayora de este tipo de operaciones, los ritmos de penetracin son significativamente altos contrariamente a los que se presentan cuando se perfora de manera convencional.

Evita la pegadura diferencial Al perforar con la tcnica de sobre balance se tiene una diferencia de presin entre los fluidos de perforacin y los de formacin, si esta diferencia aumenta la sarta de perforacin se pega a la pared del agujero, causando que se atrape. En la perforacin bajo balance la pega diferencial no ocurre porque la presin de la formacin siempre va a ser mayor a la presin ejercida por la columna del fluido de perforacin.

Protege la formacin Si se permite la entrada de fluidos de perforacin a la formacin, estos podrn interactuar con los fluidos in-situ de la misma, lo que puede llevar a incompatibilidades entre ellos ocasionando varios problemas (emulsiones, hinchamiento de arcillas o bloqueo por agua). Ventanas operacionales estrechas Las ventanas operacionales nos permiten saber, entre otras cosas, el rango de presin dentro del cual debemos mantener nuestros equipos al operar8. En la perforacin sobre balance los valores de presin se encuentran entre el valor de la presin ejercida por los fluidos atrapados en los poros a la presin con la cual se fractura la formacin.

MARCO TEORICOGeneralidadesPerforacin Bajo Balance (P.B.B.).- Es la tcnica que permite perforar con lapresin hidrosttica del fluido en el pozo menor que la presin de la formacin, sus mecanismos pueden ser:a) Naturales.- Es cuando se utilizan fluidos de baja densidad, como agua,aceite, gas, niebla o espuma.b) Inducida.- Esta operacin se realiza cuando se aligera la columna de fluidoen el pozo utilizando nitrgeno o aire (ste ltimo elemento es sumamentepeligroso usarlo cuando se mezcla con el gas natural de las formacionesproductoras que pueden causar explosiones subterrneas).Dicha tcnica permite que el yacimiento aporte fluidos al pozo paracircularlo a la superficie y ser recuperados.

Clasificacion de perforacion de pozos bajo balance segn la iadc

Perforacin con Aire Gas secoSon bsicamente sistemas de gas. En las primeras operaciones de perforacinBajo balance se utilizaba aire para perforar. Hoy, la perforacin con aire seco todava se aplica en la perforacin de roca dura (Basamento), y en la perforacin de pozos de agua. No se recomienda la utilizacin de aire en yacimientos de hidrocarburos, puesto que la combinacin de oxgeno y gas natural puede causar un mezcla explosiva. Se conocen varios casos donde fuegos en el fondo del pozo han destruido la tubera de perforacin, con la posibilidad de incendiarse el taladro de perforacin si el fuego alcanza la superficiePara evitar el uso de aire, se introdujo el Nitrgeno. La experiencia con nitrgeno enoperaciones de reacondicionamiento de pozos lo convirti en la primera eleccin para operaciones de perforacin bajo balance, ya que es un gas inerte que entre otras ventajas disminuye la corrosin y evita las explosiones o fuegos en el fondo del pozo.Caractersticas de la perforacin con aire-gas: Tasas de Penetracin altas. Aumenta la vida til de la broca. Aumenta el rendimiento de la broca. Buenos trabajos de cementacin. Pozo en calibre. Alta productividad del yacimiento. No puede manejar grandes influjos de agua. Pueden presentarse baches de aire-agua. Pueden producirse anillos de lodo en la tubera si hay influjo de agua. La buena limpieza del pozo depende de la velocidad en el anularPerforacin con NieblaSi los sistemas de gas o aire seco no son apropiados, la inyeccin de una pequea cantidad de lquido formar inicialmente un sistema de niebla. El fluido aadido al ambiente gaseoso se dispersar en pequeas gotas y formar un sistema de perforacin de niebla. Generalmente, esta tcnica ha sido usada en reas donde existe influjo de agua de formacin y evita algunos problemas que pueden presentarse si se la perfora con aire seco. Se utiliza en aplicaciones especiales, ya que la limpieza del pozo es ms difcil en sistemas de perforacin con niebla.

Caractersticas de la Perforacin con Niebla: Similar a la perforacin con aire seco con adicin de lquido. Depende de la velocidad en el anular para remover los cortes. Disminuye la formacin de anillos de lodo en la tubera. Volmenes requeridos de aire-gas ms altos, 30 40% ms que con aire seco. Presiones de Inyeccin ms altas que con aire-gas seco. Incorrectas relaciones de aire/gas lquido produce baches en superficie.

Perforacin con espumaEl sistema de espuma estable se logra inyectando una mayor cantidad de lquido y un agente espumante o surfactante. La espuma estable que se utiliza para perforar tiene una textura como la de la espuma de afeitar. Es un fluido de perforacin muy bueno con una capacidad de acarreo de cortes muy alta por su elevada viscosidad y una densidad baja, lo que permite tener columnas hidrostticas reducidas en el pozo. Caractersticas de la perforacin con espuma: La adicin de lquido en el sistema reduce el influjo de agua. Alta capacidad de acarreo de cortes de perforacin. Alta tasa de penetracin por baja densidad y buena limpieza. Reduce tasas de bombeo de lquido por su capacidad de acarreo. Reduce tendencia de baches dentro del pozo. No afecta la remocin de cortes ni la densidad equivalente de circulacin(ECD) cuando se presentan cortes ocasionales en los retornos de la espuma a superficie. Es necesario buen control en superficie y condiciones estables en el fondo del pozo. Es necesario pre-disear el sistema de rompimiento de la espuma en superficie antes de la operacin. Se requiere equipo adicional en superficie.

Fluidos alivianados en la UBD

3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA PERFORACIN BAJO BALANCE

3.1 Ventajas de perforar bajo balanceSe evitan los siguientes problemas relacionados con el fluido de perforacin: Migracin de arcillas y finos originada por prdidas severas de fluido. Invasin de slidos del lodo hacia la formacin. Perdidas severas de fluido de perforacin en formaciones altamente permeables. Bloqueos por agua o hidrocarburos y reduccin de las permeabilidades relativas Reacciones adversas entre el filtrado y la formacin (hinchamiento, disolucin de la formacin, adsorcin qumica, alteracin de la mojabilidad, etc.). Reacciones adversas entre el filtrado y los fluidos de la formacin (emulsiones, precipitaciones, lodos asflticos, incrustaciones, etc.).

19La perforacin bajo balance indica en tiempo real las zonas productoras de hidrocarburos. Debido a que la condicin de bajo balance genera que la presin del fluido en circulacin sea menor a la presin de poro de la formacin, se tiene una condicin real de flujo de los fluidos de la formacin hacia el pozo (estos fluidos pueden ser aceite, gas o agua). Si existe un apropiado monitoreo de estos fluidos en superficie se puede obtener gran informacin de las zonas productivas del yacimiento y ser de ayuda valiosa en la navegacin del pozo (aplicacin en pozos horizontales). Una produccin significativa de hidrocarburos lquidos, puede generar ingresos tempranos que puedan recobrar parcialmente algunos de los costos generados al momento de perforar (Fig. 1.8).Toma de registros en tiempo real durante la perforacin (LWD, MWD) a travs del uso de herramientas de Telemetra Electromagntica (EMT). Anteriormente, una de las grandes desventajas de la perforacin bajo balance era la imposibilidad de obtener informacin de las herramienta LWD/MWD cuando se utilizan sistemas con gas (exceptuando cuando se utilizaban tuberas parasitas o concntricas que permitan tener una columna de fluido incompresible dentro de la TP). El desarrollo de las herramientas EMT que transmiten informacin del fondo del pozo a la superficie mientras se va perforando han sido de gran utilidad, ya que estas transmiten sus lecturas an cuando se lleva a cabo una perforacin de este tipo y no se ven afectadas como las herramientas LWD/MWD (que trabajan con pulsos de presin) por la compresibilidad del gas. La nicas limitantes actuales de las herramientas EMT son la temperatura, la profundidad y en algunas ocasiones el tipo de formacin, pero se espera que se pueda lograr un mayor desarrollo en estas reas y as alcanzar mayores profundidades.

Capacidad de pruebas de flujo o de pozo mientras se perfora. Diversos operadores han aprovechado las condiciones que se generan en la perforacin bajo balance para llevar a cabo pruebas de pozos a uno o varios gastos de produccin, para evaluar la capacidad productiva de la formacin y sus propiedades durante la perforacin.

Fig.: Comparacin entre la perforacin convencional y la perforacin bajo balance.

3.2 Desventajas de perforar bajo balance Un adecuado entendimiento de los fenmenos potencialmente adversos, como los que se presentan a continuacin, que pueden ser asociados con la PBB es esencial para implementar cualquier programa de operacin. Mayor costo de las operaciones. La PBB es ms cara que un programa de perforacin convencional, particularmente si se perfora en un ambiente corrosivo o en presencia de condiciones superficiales adversas (localizaciones remotas, costa afuera, etc.). As tambin hay una pequea desventaja al perforar bajo balance si el pozo no est programado para terminarse de igual forma. Esto generalmente resulta en altos costos adicionales por el equipo que se requiere para introducir la sarta de perforacin al pozo en condiciones de flujo en bajo balance.

Requiere medidas de seguridad mayores. Las tecnologas para perforar y terminar pozos continan creciendo. El hecho de que los pozos deban ser perforados y terminados fluyendo, adiciona aspectos de seguridad y tcnicos que deben ser tomados en cuanta en cualquier operacin de perforacin. El uso de aire, aire oxido-reducido o gas procesado como la fase gaseosa a ser inyectada en la operacin de PBB, sin importar la efectividad al reducir costos, puede originar riesgos con respecto a problemas de corrosin y explosiones. Recientemente se han hecho trabajos considerables en pruebas de alta presin para definir los lmites de seguridad de mezclas de fluidos combustibles como gas natural, aceite y lodo de perforacin con aire, gas procesado y aire oxido-reducido.Poca estabilidad de agujero. Las paredes del pozo cuando se perfora bajo balance han sido un asunto ampliamente tratado, en especial en formaciones pobremente consolidadas o altamente depresionadas. Existe evidencia considerable de que los riesgos de estabilidad en muchas aplicaciones de PBB no son tan problemticos como generalmente se suponen, sin embargo se requiere una evaluacin de yacimiento a yacimiento para cuantificar los aspectos de estabilidad para cada aplicacin de este tipo.

Mayor dao que la perforacin convencional al no mantener de manera continua el bajo balance. Esto se debe a alguna de las siguientes causas: Al efectuar una conexin en perforacin rotaria. Trabajos peridicos de bombeo para efectuar viajes. Surgencias al correr la tubera. Bombeo para tomar registro MWD. Efecto de impacto en la barrena si se usa sarta parasitaria. Efectos de depresionamiento localizados especialmente en zonas de baja permeabilidad. Zonas mltiples con diferentes presiones. Flujo tapn y colgamiento de lquidos en la zona vertical del pozo. Incremento de las cadas de presin por friccin con la profundidad. Falla del equipo superficial o de suministros.

Efectos de imbibicin contra corriente por efectos de presin capilar. Debido a efectos de presin capilar adversos, es posible imbibir fluidos base agua y en algunos casos base aceite dentro de la formacin, en la regin cercana al pozo, donde estos pueden causar una reduccin en la permeabilidad a causa de efectos de incompatibilidad del sistema roca/fluido, o una reduccin de la capacidad de flujo debido a bloqueos de la fase acuosa afectando la permeabilidad relativa.Dao causado por acristalamiento y trituracin de los recortes. En cualquier operacin de perforacin, el recorte de perforacin se genera por la accin erosiva de la barrena sobre la formacin. Adicionalmente, se agregan slidos al sistema de circulacin del fluido, en ocasiones para mejorar la reologa y las propiedades del lodo. El tamao y la cantidad de recortes en la corriente del fluido de perforacin depende del tipo de formacin, equipo de control de slidos, tipo de barrena, ritmo de penetracin. Los equipos que se usan en operaciones de PBB y operaciones de perforacin gas/aire pueden sufrir problemas causados por los siguientes conceptos: Acristalamiento: es un pulimiento de la superficie del agujero causada por accin directa de la barrena a la cara de la formacin, es particularmente severa cuando se perforan rocas duras a bajos ritmos de penetracin o con barrenas desgastadas o daadas. Trituracin: Es un pulimiento a la cara de la formacin por centralizacin pobre o resbalones de la sarta. La capa resbaladiza generalmente consta de finos de la formacin que son generados y molidos por accin de la barrena, la cual forma una capa delgada, quemada y resbaladiza como pasta que cubre la superficie de la formacin. Las operaciones con gas son las ms sensibles a este tipo de problemas debido a las pobres propiedades de transporte de slidos de los sistemas de gases puros.

Invasin de poros inducida por gravedad en macro poros. En formaciones que presentan macro porosidad, pude ocurrir invasin de fluidos y slidos generado por la accin de la gravedad sobre el lado bajo del pozo horizontal. Si las fracturas o vuglos son muy pequeos y la presin es adecuada, la accin natural de los fluidos de la formacin ser suficiente para contrarrestar este fenmeno, pero si la presin no es suficiente, o si se tienen porosidades muy grandes, se presenta una reduccin en la velocidad del fluido cerca de la pared del pozo, lo que ocasiona en algunos casos la invasin por gravedad. Como consecuencia de esta invasin se tiene prdida de circulacin, an cuando se mantengan las condiciones bajo balance.Dificultad de ejecucin en zonas de muy alta permeabilidad. Desafortunadamente una de las mejores aplicaciones de la PBB, siendo el caso de las formaciones altamente permeables, tambin puede presentar uno de los mayores retos. Esta dificultad est relacionada con el manejo de la produccin de hidrocarburos que se genera con el bajo balance al tener una presin elevada en la formacin, ya que el manejo de grandes presiones en superficie resulta costoso y mucho ms cuando es en operaciones costa afuera.

VENTAJASDESVENTAJASSe evitan los siguientes problemas relacionado con los fluidos de perforacin.- Migracin de arcillas y finos originadas por perdidas severas de fluidos.- Invasin de slidos del lodo hacia la formacin.- Problemas por mal diseo de enjarre.- Perdidas severas del fluido de perforacin en formaciones altamente permeables.- Bloqueo por agua o hidrocarburos y reduccin de las permeabilidades relativas.- Reacciones adversas entre el filtrado y la formacin.- Reacciones adversas entre el filtrado y los fluidos de la formacin.Incremento del ritmo de penetracin.La PBB indica en tiempo real las zonas productoras de hidrocarburos.Es posible tener mediciones en tiempo real a travs del uso de herramientas de Telemetra Electromagntica (EMT).Capacidad de pruebas de flujo o de pozo mientras se perfora.Mayor costo en las operaciones.Poca estabilidad del agujero.Mayor dao que la perforacin convencional al no mantener de manera continua el estado de presin bajo balance.Imbibicin contra corriente por efectos de presin capilar.Se requiere terminar el pozo en las mismas condiciones de perforacin.Dao causado por el acristalamiento y trituracin de los recortes.Invasin de los poros inducida por gravedad en macro poros.Dificultad de ejecucin en zonas de muy alta permeabilidad. PELIGROS EN APLICACIN DE LA PERFORACIN BAJO BALANCE.- Los riesgos que se pueden tener durante la intervencin del pozo con dicha tcnica, incluyen: prdida de control del pozo, manejo de fluidos de perforacin en superficie e inestabilidad en las paredes del agujero.Inestabilidad del agujero.- en perforacin combencional la presin-balance efercida sobre la formacin proporciona un medio de soporte para las paredes del agujero.La inestabilidad de las paredes del poso es una de las limitaciones principales de la perforacin bajo balance ya que a medida que aumenta el grado del babo balance , esta fuerza de soporte se disminuye aumentando la tendencia a la inestabilidad del agujero el colapso del agujero como resultado del esfuerzo de la roca, es uno de los aspectos a considerar.Corrosion.- en la perforacin bajo balance la corrosion es producida por la degradacin del hierro al realizarse una reaccin qumica com el agua y el oxigeno o con gases corrrosivos presentes en la formacin, tales como el hacido sulfhdrico y dixido de carbonoExplociones en el fondo.- no es muy comn que ocurra fuego o explosiones en el fondo, pero sus consecuencias pueden ser graves como la destruccin de las brocas o parte de la tuberia , esta explocion puede ocurrir cuando se perfora con aire.Vibracin de la sarta y ensamble de fondo.- la vibracin de perforacin ha sido un problema critico en operaciones de perforaciones depozos bajo balance , ya que hay menos cantidad de liquido en el pozo para amortiguar la vibracion

PROTECCIN DEL MEDIO AMBIENTE Y SEGURIDAD DEL PERSONAL Considerando que la perforacin bajo balance es en forma operativa con el pozo fluyendo bajo control, esto implica que dentro de dicho sistema de control se contempla en forma exclusiva la proteccin ambiental y seguridad del personal, por lo que se recomienda los siguientes equipos e instalaciones, para cada parte:Control ambiental1. Verificar que el diseo del equipo superficial para perforar bajo balance sea el apropiado y seguro para contener presiones y proporcionar un buen tratamiento al fluido de perforacin.2. Tener en cuenta en el tiempo de planeacin para perforar bajo balance los das de lluvias, paa tener suficiente capacidad de las presas o tener disponibles lonas para taparlas y evitar derrames.3. El separador gas-lodo (Buster) debe se diseado para manejar la mxima produccin de gas esperada y manejo de gases amargos (.H 2S Y CO2).4. Suspender las operaciones de perforacin en caso de que las presas del sistema o auxiliares se llenen a su mxima capacidad.5. Monitorear constantemente el nivel de las presas para evitar el problema anterior.

6. Construir mamparas en el quemador, para proteger la vegetacin o animales, que el fuego pueda daar.7. Checar la existencia del tanque de almacenamiento de recortes impregnados de aceite.8. Mantener un piloto con diesel encendido o chispero automtico en el quemador, para quemar de inmediato cualquier gas proveniente del pozo.9. Bombear o sacar el aceite continuamente de la presa auxiliar del sistema de PBB.10. Checar el equipo del sistema de PBB diariamente pa verifica posibles fugas.11. Colocar un tapete de proteccin en el equipo de PBB12. Limpiar constantemente cualquier derrame de aceite y agregar arena

Seguridad del Personala . Adiestrar y capacitar al personal para laborar en las operaciones de perforacin bajo balance.b. Tener un quemador de encendido rpido.c. Tener un rea habitacional y comedor en sentido contrario al rumbo de los vientos dominantes.d. Instalar un sealador de la direccin del viento.

e. Mantener en la instalacin el equipo y personal de seguridad industrial, y proporcionarle conocimientos de la PBB y sus riesgos, para un mejor apoyo en los casos imprevistos.f. En caso de la posible presencia de H2S, instalar un detector de cido sulfhdrico, tener el equipo de aire comprimido y realizar simulacros de cierre del pozo y evacuacin.g. Durante el cambio de hules en la cabeza rotatoria no olvidarse de las siguientes operaciones: Desfogar la presin entre el preventor cerrado y la cabeza rotatoria. Asegurarse que los andamios se encuentren fijos. Lavar la cabeza rotatoria.h. Instalar un sistema de iluminacin contra explosin en todo el equipo de P.B.B.i. Monitorear constantemente la efectiva operacin del sistema de P.B.B.j. Programar visitas del personal de mantenimiento instrumentistas, para checar la operacin efectiva de los estranguladores variables hidrulicos, la unidad operadora de los preventores e instrumentos de indicadores de los parmetros de perforacin.k. Programar visitas del personal de herramientas especiales (o compaa de servicio) para la revisin del arreglo de preventores.