Selección por medio de registros geofísicos - Figura

Figura_ 33

Selección por medio de registros geofísicos

Los registros geofísicos de los pozos son una importante fuente de información sobre las características de las formaciones que se perforan en un pozo. Existe una gran variedad de registros, cada uno diseñado para medir diferentes propiedades de las rocas. Algunos de estos registros son utilizados cuando se evalúa principalmente una aplicación de barrena de diamante. Los registros necesarios son: neutrones, rayos gamma, sónico y densidad. A continuación se describe cada uno de ellos. 

Registro de neutrones Mide la capacidad de las formaciones para atenuar los flujos de neutrones. Puesto que la masa atómica está muy cercana al hidrógeno, los neutrones no pueden fluir fácilmente a través de formaciones que tengan alto contenido de hidrógeno, lo cual permite medir el hidrógeno de la formación. Esta medida se puede usar para computar la porosidad de la formación (Figura 33). 

Registro de rayos gamma Detecta el grado de radiación gamma natural que emiten las formaciones. Esto permite identificarlos intervalos de lutita que emiten altos niveles de radiación. El registro diferencia las lutitas de las areniscas y de los carbonatos y es lo bastante preciso para detectar lechos delgados de lutitas y arcillas (Figura 33) 

Registro sónico Depende de la propagación de las ondas acústicas a través de la formación. Las ondas las genera un transmisor situado en la herramienta. Receptores, también puestos en la herramienta, vigilan las ondas de retomo y calculan el tiempo de desplazamiento. Mientras más corto sea el intervalo entre la emisión y la recepción de las ondas, más densa es la formación (Figura 34). 

Registro de densidad Mide la densidad en masa de la formación. La herramienta de registro tiene una fuente de rayos gamma y algunos detectores. Formaciones de baja porosidad dispersan los rayos gamma y así pocas logran ser detectadas por la instrumentación de la herramienta. Las formaciones de alta porosidad tendrán menor efecto de dispersión que los rayos, y así logran que mayor cantidad llegue a ser detectada (Figura 33).

Análisis de resistencia a la compresión Es un método cualitativo, relativamente nuevo para calcular la dureza de la roca, muy útil para determinar cuándo se deben usar barrenas PDC. Antiguamente, el análisis de dureza de las rocas se basaba en el uso de registros de la velocidad de las ondas sonoras, obtenidos de registros sónicos, como medio para reemplazar la medición directa o el cálculo de la dureza. Recientemente se han desarrollado programas para obtener el valor correspondiente a la resistencia a la compresión de rocas no confinadas (a presión atmosférica), usando la información de la velocidad sónica para computar un valor correspondiente a la dureza de la roca no confinada. Aunque este enfoque es mejor que el del usar directamente las velocidades sónicas, el cálculo de la dureza de rocas no confinadas así obtenido es frecuentemente mucho más bajo que el de las rocas comprimidas (confinadas) que se perforan. La resistencia de la roca no confinada es su dureza a presión atmosférica. Algunas compañías de barrenas han desarrollado un programa de cómputo que ayuda a seleccionar barrenas PDC. Los datos de los registros se introducen en dichos programas en código ASCII; esta información es la base para calcular la resistencia a la compresión de la roca a condiciones de fondo. Estos programas definen con mayor precisión la dureza de la roca en lo referente a su dureza confinada, valor que se aproxima a la dureza de las formaciones en el fondo del pozo. Los programas utilizan los registros sónico y de rayos gamma, así como gran número de datos de ingreso de registros del lodo. Dentro de la escala de litologías, para la cual son válidos los programas, la dureza de las rocas se puede determinar con más precisión. El programa genera gráficos, en formato de registros, que muestran trazas de los datos originales de los registros del lodo, la litología interpretada por las computadoras, los valores calculados de la resistencia de la roca confinada y otros datos opcionales sobre las características mecánicas de la roca (figura 35). Con el fin de tener un panorama de cómo funcionan los programas de cómputo para obtener la resistencia de las rocas a partir de los registros antes mencionados, en la figura 36 se ¡lustra un diagrama de flujo.

Tipo de roca

Si se cuenta con datos precisos sobre las formaciones que deberán perforarse en el intervalo objetivo, se podrá seleccionar con más facilidad la estructura óptima de corte y la densidad que requiere la aplicación, ya sea barrena tricónica o de diamante. 

Litología. Por lo general, la información litológica es la primera que se necesita para determinar la mejor selección. Definidos los tipos de rocas se asocian más con la mecánica de corte de las barrenas de diamante. Sin embargo, para las aplicaciones de diamante quizás sean aún más importantes los tipos litológicos desfavorables, que seguramente provocarán fallas graves. El tipo de roca ayuda a determinar el tipo de corte necesario para vencer su resistencia: corte, surcado o molido. 

Características /ito/ógicas. Definen aún más los parámetros de selección para la barrena una vez que se eligió. Para las barrenas de diamante indican la densidad requerida para los cortadores, la configuración hidráulica y permiten estimar la duración de la barrena y su coeficiente de penetración: 

De transición. Indica cambios en la dureza de la formación del intervalo objetivo. Provocará cargas disparejas en el perfil de la barrena a través de la transición. Las vibraciones axiales, de torsión y laterales son, posiblemente, factores en este medio ambiente. La calidad y la densidad específicas de los cortadores constituirán el criterio de selección. 

Homogeneidad. Indica la consistencia de la formación. Existe másflexibilidad de selección con respecto a características agresivas de la barrena, como menor densidad de los cortadores. Para las barrenas tricónicas sólo basta escogerlas de acuerdo con la dureza de la roca. Interestratificación. Esta característica se relaciona con las formaciones de transición e indica cambios en la litología del intervalo en estudio. Se deberá considerar la selección de tipos específicos de cortadores o dientes, así como su calidad y densidad. 

Fracturados o nodulares. A este indicador se le debe prestar mucha atención. Es una situación de alto impacto para la cual, por lo general, no se recomiendan las barrenas de diamante. Sin embargo, determinadas estructuras de corte, como las barrenas de diamante natural con fijaciones dorsales y las barrenas impregnadas pueden perforar eficazmente en estas aplicaciones. 

Tendencias de desviación. Normalmente esto se relaciona con formaciones de buzamiento y perforación de transición. El tipo de calibre es el criterio de selección fundamental para estas aplicaciones. 

Vibración. La vibración en el proceso de perforación ha demostrado tener una función fundamental en el rendimiento y la duración de las barrenas de perforación. En realidad, el control de las vibraciones forma, en la actualidad, parte integral de la tecnología y el diseño de las barrenas. Existen parámetros de selección de barrenas que se refieren especialmente al control de la vibración. La selección del calibre también desempeña una función importante para determinar el nivel de control de la vibración de acuerdo con el diseño de barrena ya sea tricónica o de diamante.

SELECCIÓN DE BARRENAS - IV

Atributos del medio ambiente Para lograr una solución total de barrenas para el pozo que se va a perforar es necesario analizarlo por secciones que se puedan manejar. El más evidente es, por supuesto, el diámetro del pozo. Luego se podrá subdividir cada sección del pozo en intervalos con atributos comunes respecto a su medio ambiente. El rendimiento económico es una función del costo operativo, el costo de las barrenas, el coeficiente de penetración y el intervalo perforado. Los atributos del medio ambiente pueden dividirse según categorías de parámetros en cuanto al tipo de roca, medio ambiente y operativos. 

Un análisis detallado de cada una de estas categorías indicará los parámetros individuales de selección de barrenas tricórneas o de diamante. En formaciones en donde pueden perforar las barrenas de diamante con ritmos de penetración mucho mayores que las barrenas tricórneas es indiscutible su utilización. Debido a lo anterioren los últimos años cuando se selecciona una barrena, antes que nada se hacen estudios para seleccionar las de diamante.

SELECCIÓN DE BARRENAS - III

Restricciones de perforación

Los parámetros operativos deben corresponder a una escala aceptable para que una barrena de diamante ofrezca los mayores beneficios. Por lo general, los parámetros que no se corresponden con escalas re- ducirán la eficiencia de costo del producto. Cuando se encuentran estas situaciones se debe considerar una barrena de roles. Por el contrario, algunas restricciones brindan oportunidades para se- leccionar una barrena de diamante. 

Limitaciones de peso sobre barrena. Cuando se en- cuentran situaciones de PSB limitado, una estructu- ra de corte eficiente como un PDC tiene posibilida- des de ofrecer un mayor Ritmo de Penetración (ROP) que una barrena de roles. 

Escalas de revoluciones por minuto (RPM). La velocidad que la Compañía, perforadora espera utilizar en la barrena indica los parámetros de vibración y resistencia al desgaste que se necesitarán para mantener un desgaste parejo de la barrena y prolongar su duración. Las barrenas de diamante se pueden utilizar mejor que las barrenas de roles a altas velocidades de rotación. 

Formaciones nodulares. Las formaciones de ftanita, pirita y conglomerados se denominan comúnmente formaciones nodulares. Por lo general, en este tipo de formaciones no se puede utilizar la mayoría de las barrenas de diamante debido al daño por impacto en la estructura de sus cortadores. Sin embargo, existen estructuras de corte que pueden perforar eficazmente en estas aplicaciones. 

Ampliación. Si se planifican más de dos horas de operaciones de ampliación, se debe considerar seriamente la corrida de una barrena de roles. El ensanche excesivo puede dañar la superficie del calibre de una barrena de diamante porque las cargas de la barrena se concentran en una superficie muy pequeña. La vibración lateral también se debe considerar. La estructura de corte está sólo parcialmente engranada y, por lo tanto, hay escasas oportunidades, o ninguna, para que las características del diseño de la barrena puedan funcionar.

Pozos profundos. Estos pozos pueden resultaren una cantidad desproporcionada de tiempos de viaje con respecto al tiempo de perforación. Como resultado, la eficiencia de perforación es extremadamente reducida. Se debe considerar una barrena de diamante para ofrecer mayor duración de la barrena (menos viajes) y una mejor eficiencia general de la perforación. 

Pozos de diámetro reducido. Si el pozo tiene menos de 6 1/2 pulgadas, se necesita una reducción física del tamaño de los cojinetes en todas las barrenas de roles. Estas limitaciones requieren una reducción de PSB, que resultará en un mayor coeficiente de penetración. Se debe considerar una barrena de diamante para aumentar el coeficiente de penetración y para permanecer en el pozo durante periodos prolongados. 

Aplicaciones con motores. Algunos motores dentro del pozo funcionan a altas velocidades (>250 R.P.M.). Las excesivas R.P.M. aumentan la carga térmica en los cojinetes y aceleran las fallas de la barrena. Se debe considerar una barrena de diamante, que no tiene partes móviles, para optimizar las R.P.M. y los objetivos de perforación.

SELECCIÓN DE BARRENAS - II

Análisis históricos 

Un análisis objetivo de los pozos de correlación (po- zos offset) ofrece la oportunidad de comprender las condiciones en el fondo del pozo, las limitaciones de su perforación y en algunos casos la adecuada se- lección de barrenas. Los análisis históricos comien- zan con una colección de registros o récords de ba- rrenas e información relacionada con el pozo, tal como se explicó anteriormente en este capítulo. Se debe tener la precaución de que los registros de ba- rrenas sean representativos de lo que será perforado en el pozo objetivo. La información también debe ser actualizada y reflejarlos tipos de barrenas recien- tes, es decir, de menos de dos años de antigüedad. Por supuesto, esto no es posible en el caso de pozos de exploración o en los pozos de campos más anti- guos que no han sido perforados recientemente. En estos casos, se dependerá principalmente de la in- formación geológica y debería considerar el primer pozo como una referencia para las recomendacio- nes de las aplicaciones futuras. El análisis de los registros de las barrenas puede ofre- cer datos de gran valor si éstos se registran en forma precisa y completa. Coeficiente de penetración típico. El coeficiente de penetración es una indicación de la dureza de la roca; no obstante una selección inadecuada de la barrena puede ocultar las características de dureza de la roca. Esto es particularmente válido cuando se elige una barrena demasiado dura para una aplicación. La ba- rrena más dura, debido a la densidad de sus corta- dores o la proyección de sus dientes, tiene un límite superior de coeficiente de penetración determinado por su diseño. Por lo general, a medida que se per- fora más profundo, se espera utilizar barrenas cada vez más duras. El análisis de la resistencia de las rocas ha revelado que este paradigma no siempre es válido y, en muchos casos, las barrenas más blandas pueden utilizarse con éxito en las partes más profundas del pozo. 

Fluidos de perforación. El tipo y la calidad del fluido de perforación que se utiliza en el pozo tienen un efecto muy importante en el rendimiento de la barrena. Los fluidos de perforación con base de aceite mejoran el rendimiento de las estructuras de corte de PDC; el ren- dimiento del diamante natural y del TSP varía según la litología. El fluido de perforación base de agua pre- senta más problemas de limpieza debido, en gran par- te, a la reactividad de las formaciones a la fase acuosa del fluido de perforación. Los récords pueden deter- minar la variación y el nivel de efectividad de los flui- dos de perforación que se usan en el campo. Energía hidráulica. La energía hidráulica, de la cual el régimen de surgencia es un componente integral, proporciona la limpieza y enfriamiento a la barrena. Se refiere en términos de caballos de fuerza hidráulica por pulgada cuadrada ("hydraulic horse power per square inch", HSI) de superficie en todas las secciones del pozo. Los análisis históricos mostrarán los parámetros comunes utilizados en el campo y qué oportunidades existen para una mejor utilización de la energía hidráulica por medio de la selección de las barrenas o de los parámetros de operación. Las barrenas de diamante deben funcionar de acuerdo con escalas hidráulicas específicas para asegurar su eficiente limpieza y enfriamiento. Los regímenes de surgencia insuficientes y el índice de potencia hidráulica (HSI) afectan el enfriamiento y pueden provocar daños térmicos en la estructura de los cortadores. La falta de limpieza sólo hará que la barrena se embole, lo que provocará un rendimiento deficiente o nulo. Existen diseños de barrenas que aliviarán parcialmente algunas de estas condiciones, pero para alcanzar un rendimiento óptimo se deben utilizar los mejores parámetros de hidráulica en las aplicaciones de barrenas de diamante. 

Énfasis en los costos. Indica la sensibilidad del operador con respecto al costo. La mayoría de las veces esto se traduce en barrenas de menor precio. Los ingenieros de diseño y operación deben tomar en cuenta el número de oportunidades que afectan los costos de un pozo y que dependen del tiempo. Se debe recordar siempre que esto mejoraría si se selecciona una barrena de perforación de alta calidad. La barrena se debe tener las cualidades que satisfagan las necesidades de la aplicación de la compañía perforadora sin aumentar indebidamente su costo. Una barrena de diamante que pueda volver a utilizarse da lugar a costos más bajos de perforación. Así la compañía perforadora tendrá la oportunidad de utilizar un producto de alta tecnología que, en otro caso, sería una situación económica marginal.

SELECCIÓN DE BARRENAS - I

Criterios de selección de barrenas 

Objetivos de perforación 

Para el proceso de selección es fundamental cono- cer los objetivos de perforación, que incluyen todo tipo de requisitos especiales del operador para per- forar el pozo. Esta información ayudará a determi- nar las mejores características de la barrena que re- quiere la aplicación y a concentrar sus esfuerzos en satisfacer las necesidades de la compañía perfora- dora y sus requisitos de perforación. Rendimiento. Uno de los principales objetivos del operador es perforar el pozo en el menor tiempo posible. Esto significa orientar la selección de barre- nas hacia la búsqueda del tipo que más duración tenga; se busca principalmente la máxima cantidad de metros en un tiempo de rotación aceptable, eli- minando así el costoso tiempo del viaje. 

Direccional. El tipo de pozo direccional es un criterio importante cuando se deben seleccionar las características de las barrenas ya sean tricórneas o de diamante. Una ventaja específica de las barrenas de diamante es su gran alcance y sus posibilidades para perforar en sentido horizontal. Estos tipos de pozos, por lo general, tienen secciones homogéneas muy prolongadas que son óptimas para las aplicaciones con barrenas de diamante. La densidad de los cortadores, la cantidad de aletas, el control de la vibración y el calibre de la barrena son, todos ellos, parámetros de selección fundamentales cuando se estudian las aplicaciones direccionales. 

Economía. El medio ambiente económico es un factor fundamental para la aceptación de los diseños con diamante, siempre y cuando los análisis de eosto así lo determinen; en caso contrario se deben seleccionar barrenas tricórneas.