1 specialized

4 Oilfield Review

Herramientas especiales para la recuperación de escombros de pozos

A fines del siglo XVIII, el físico italiano Giovanni Battista Venturi describió

la reducción de presión que ocurre cuando el fluido fluye a través de una restricción.

Ahora, los ingenieros están utilizando este principio para diseñar sistemas especia-

les de limpieza de pozos capaces de ejecutar operaciones críticas de recuperación

de escombros en algunos de los ambientes del subsuelo más desafiantes del mundo.

Brian CollGraeme LawsM-I SWACOAberdeen, Escocia

Julie JeanpertRavenna, Italia

Marco SportelliEni SpA E&P DivisionRavenna, Italia

Charles SvobodaMark TrimbleM-I SWACOHouston, Texas, EUA

Traducción del artículo publicado en Oilfield Review Invierno de 2012/2013: 24, no. 4.Copyright © 2013 Schlumberger.Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Kenneth Simpkins de M-I SWACO, Houston.FRAC-N-PAC, PURE y QUANTUM son marcas de Schlumberger. HEAVY DUTY RAZOR BACK CCT, MAGNOSTAR, RIDGE BACK BURR MILL, WELL PATROLLER y WELL SCAVENGER son marcas de M-I SWACO LLC.

La remoción de escombros constituye un paso vital para asegurar el éxito de las operaciones de perforación o de terminación de pozos. La remo-ción de escombros implica la extracción de “detritos” y materiales indeseados de un pozo en ejecución o terminado. Los detritos consisten gene-ralmente en trozos pequeños de herramientas de fondo de pozo, conos de barrenas, herramientas manuales, cables, cadenas, recortes metálicos provenientes de las operaciones de fresado, y muchos otros tipos de residuos. Si bien, en gene-ral, no se consideran detritos, la arena y otros materiales utilizados durante las operaciones de terminación, estimulación y producción de pozos a menudo requieren la remoción fuera del pozo antes de ponerlo en producción.

resultantes de estas operaciones constituyen el tipo más común de escombros que se encuentra en el fondo del pozo. Mediante la circulación de fluido de perforación, fresado o terminación, gran parte de los restos de metales es transportada a la super-ficie. Sin embargo, algunos recortes metálicos pue-den permanecer en el pozo, frecuentemente en lugares que generan problemas durante la termi-nación o producción del pozo.2

Durante la terminación, los pozos entubados pueden ser disparados utilizando un arreglo de car-gas explosivas especiales instalado en las pistolas

1. El fresado es un proceso que utiliza una herramienta de fondo de pozo para cortar, triturar y remover material de equipos o herramientas emplazados en el pozo. El éxito de las operaciones de fresado requiere la selección de herramientas, fluidos y técnicas de fresado que sean compatibles con los materiales de pesca y las condiciones del pozo.

2. Connell P y Haughton DB: “Removal of Debris from Deepwater Wellbores Using Vectored Annulus Cleaning Systems Reduces Problems and Saves Rig Time,” artículo SPE 96440, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Dallas, 9 al 12 de octubre de 2005.

> Típica trituradora de detritos. Las trituradoras de detritos están diseñadas para triturar cualquier tipo de material que se encuentra en el fondo del pozo y que incluye, entre otros, conos de barrenas, columnas de perforación, tapones puente u otros objetos. Las almohadillas de desgaste proporcionan estabilización durante la trituración con la fresa. Los perforadores despliegan varias superficies de trituración o configuraciones de herramientas, dependiendo del tipo de material a fresar.

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 1ORWIN 12/13-WLSCVG 1

Almohadillade desgaste

Superficie de trituración

Dado que existen muchos tipos de escombros, los ingenieros han desarrollado diversas herra-mientas y técnicas para facilitar su remoción de un pozo. Este artículo se centra en la fase de cons-trucción del pozo posterior a la perforación y en los problemas relacionados con la extracción de frag-mentos relativamente pequeños de escombros, tales como recortes metálicos, escombros de las pistolas (cañones) de disparo, equipos pequeños y arena. El artículo comienza con un análisis de las fuentes de escombros pequeños y luego examina las diversas técnicas disponibles para remover estos materiales del pozo. Algunos casos de estu-dio demuestran cómo los operadores están apli-cando estas nuevas tecnologías en una diversidad de ambientes de terminación de pozos para redu-cir los riesgos, minimizar el tiempo inactivo y mejorar la productividad.

Fuentes de escombros pequeñosEl piso de perforación es un lugar con poco espa-cio libre, en el que existen numerosas posibilida-des de caída inadvertida de elementos pequeños en el agujero descubierto. En las operaciones de aguas profundas, la abertura de la superficie en el tubo ascendente puede tener un diámetro de 1 m [3 pies], lo que genera la posibilidad de caída de elementos grandes en las profundidades.

Los escombros también son generados en el fondo del pozo por las diversas operaciones que se llevan a cabo en éste. A menudo, los perforadores deben fresar instrumentos tales como empacado-res, extremos superiores de tuberías de revesti-miento cortas (liners) y equipos dentro del pozo (arriba, a la derecha).1 Los recortes metálicos

Volumen 24, no.4 5Volumen 24, no.4 5

6 Oilfield Review

de disparo. Cuando las pistolas se disparan, las car-gas huecas (premoldeadas) perforan la tubería de revestimiento, el cemento y la formación. Una den-sidad de tiro de 33 tiros/m [10 tiros/pie] a través de una zona productiva puede generar cientos de túneles de disparos; este proceso de disparo pro-duce un volumen considerable de restos de meta-les y escombros de formación que es preciso retirar del pozo.

Históricamente, los fragmentos provenientes de las cargas explosivas, la tubería de revesti-miento, el cemento y la formación, se alojan en los túneles dejados por los disparos, lo cual podría reducir la eficiencia de la producción. El análisis posterior a los disparos a menudo indicaba que muchos túneles se taponaban y resultaban no productivos. Los desarrollos registrados en mate-ria de tecnología de disparos, tales como el sis-tema de disparos PURE para la obtención de disparos limpios, en conjunto con las cargas hue-cas que generan un mínimo de escombros, permi-ten que los ingenieros reduzcan este tipo de daño de los túneles de disparos.3 Si bien con el uso de estas técnicas quedan menos escombros en los túneles, es posible que se depositen más escom-bros en el pozo, obturando potencialmente los mecanismos de enganche de los tapones puente recuperables o impidiendo el funcionamiento de los equipos de terminación de pozos.

Ocasionalmente, ciertos materiales son intro-ducidos deliberadamente en el pozo para ser removidos durante las operaciones de limpieza subsiguientes. En las operaciones de estimula-ción, generalmente se utiliza arena para cubrir el extremo superior de los empacadores temporarios y los disparos abiertos con el fin de protegerlos de cualquier daño mientras los perforadores traba-jan en otras partes del pozo (izquierda). Una vez concluidas estas operaciones, la arena debe ser removida antes de que comience la producción. En otras actividades de estimulación, tales como las utilizadas en conjunto con el sistema de exclu-sión de apuntalantes FRAC-N-PAC, se emplaza arena y apuntalante sintético intencionalmente en el pozo para asistir en el proceso de producción.4 En todos los casos, el exceso de arena y apunta-lante debe ser removido antes de poner un pozo en producción.

Sin importar las precauciones adoptadas para mantener un pozo y el equipo de producción aso-ciado libres de escombros, los materiales indesea-dos a menudo se ubican en lugares problemáticos e incrementan el riesgo de dañar el equipo de terminación, reducir la eficiencia de la produc-ción y hacer peligrar la viabilidad de un pozo en el largo plazo.5

La complejidad del diseñoLa construcción de pozos de petróleo y gas se está volviendo cada más compleja y onerosa. Para perfo-rar pozos caracterizados por localizaciones remo-tas, ambientes de aguas profundas o grandes profundidades de perforación, las tarifas con mar-gen operativo a menudo alcanzan USD 1 millón por día. Ante las complejidades crecientes y para reducir los costos, los operadores deben tomar decisiones críticas en materia de perforación y terminación de pozos. Como resultado, los costos del análisis de riesgos ahora se consideran sobre una base determinada por minuto en vez de una base diaria.

Con geometrías de pozos y diseños de termina-ciones cada vez más sofisticados, los ingenieros reconocen que el manejo de riesgos, el mejora-miento de la eficiencia y la optimización de la pro-ducción pueden requerir la remoción de escombros que alguna vez pudo haber sido considerada intrascendente. Es posible que hasta un volumen pequeño de escombros limite potencialmente la producción y produzca la falla de la terminación. Los detritos y los escombros pequeños pueden ocasionar dificultades cuando los operadores corren arreglos (aparejos) de terminación largos y complejos en pozos profundos y desviados. En los diseños de terminaciones de avanzada —tales como los que poseen camisas de producción que aíslan selectivamente los intervalos produc-tivos— los escombros pequeños, que incluyen fragmentos metálicos y arena, pueden taponar las camisas de producción o de otro modo hacer que resulten difíciles de acceder u operar.

Los pozos con trayectorias tortuosas son difí-ciles de limpiar utilizando métodos convencionales. La determinación de las velocidades de circulación óptimas es difícil cuando los ingenieros deben con-siderar las desviaciones variables, las limitaciones de la densidad de circulación equivalente (ECD), los diámetros de tuberías de revestimiento telescó-picas y las limitaciones de la capacidad de bombeo (próxima página, a la izquierda). Incluso las velo-cidades de circulación modestas, combinadas con

3. Bersås K, Stenhaug M, Doornbosch F, Langseth B, Fimreite H y Parrott B: “Disparos sobre el objetivo,” Oilfield Review 16, no. 1 (Verano de 2004): 30–39.

4. Gadiyar B, Meese C, Stimatz G, Morales H, Piedras J, Profinet J y Watson G: “Optimización de los tratamientos de fracturamiento y empaque,” Oilfield Review 16, no. 3 (Invierno de 2004/2005): 18–31.

5. Haughton DB y Connell P: “Reliable and Effective Downhole Cleaning System for Debris and Junk Removal,” artículo SPE 101727, presentado en la Conferencia y Exhibición de Petróleo y Gas del Pacífico Asiático de la SPE, Adelaide, Australia Meridional, Australia, 11 al 13 de septiembre de 2006.

6. Física Visual, Facultad de Física, Universidad de Sydney, Australia: “Fluid Flow, Ideal Fluid, Bernoulli’s Principle, http://www.physics.usyd.edu.au/teach_res/jp/fluids/flow3.pdf (Se accedió el 16 de septiembre de 2012).

> Protección de los disparos abiertos. Para aislar los disparos abiertos, que pueden ser dañados por los escombros provenientes de las operaciones de pozos ejecutadas en zonas situadas por encima de los disparos, los perforadores colocan arena sobre un empacador temporario. Una vez concluidas las operaciones en la zona superior, la arena y los escombros provenientes del pozo se remueven de la parte superior del empacador, que luego es liberado y extraído del pozo.


Pistola de disparo

Nuevos disparos

Arena

Empacadortemporario

Disparosabiertos

Volumen 24, no.4 7

fluidos viscosos, exponen al riesgo de pérdida de circulación como resultado de las ECDs elevadas. Estos ambientes de pozos complejos exigen nue-vos enfoques.

Viejo concepto: Nueva aplicaciónDesde hace siglos, existe un enfoque para afrontar los riesgos que plantean las velocidades de circu-lación altas: el vacío creado por efecto Venturi. A fines del siglo XVIII, el físico italiano Giovanni

Battista Venturi describió el efecto que recibió su nombre. Venturi y Daniel Bernoulli, un matemá-tico suizo que trabajó en mecánica de fluidos, son conocidos por los descubrimientos que conduje-ron al desarrollo de la bomba de vacío Venturi. Los ingenieros y desarrolladores han utilizado el diseño de la bomba de vacío Venturi en muchas aplicaciones, que incluyen desde sistemas de mezcla de fluidos hasta equipos para el cuidado de la salud y equipos de mantenimiento domés-tico, tal como el pico rociador de una manguera de jardín común. Hoy, los ingenieros están apli-cando este principio fundamental —el efecto Venturi— para diseñar sistemas especiales de

limpieza de pozos capaces de ejecutar operacio-nes de remoción de escombros en ambientes sub-terráneos difíciles.

El efecto Venturi puede ser descripto como un vacío inducido por un chorro. Las leyes de la diná-mica de fluidos descriptas por Venturi y Bernoulli establecen que la velocidad de flujo se incrementa con un estrangulamiento del diámetro del trayecto de flujo, satisfaciendo el principio de continuidad, en tanto que se produce una reducción correspon-diente en la presión, satisfaciendo el principio de conservación de la energía mecánica. Una caída simultánea de la presión estática localizada pro-voca un vacío (arriba).6

Los sistemas de vacío Venturi presentan nume-rosas ventajas con respecto a las bombas mecáni-cas convencionales. Los sistemas mecánicos de vacío convencionales generalmente poseen partes móviles que pueden resultar problemáticas: las válvulas pueden atascarse, los filtros de admisión pueden taponarse y los motores están sujetos a fallas. En contraposición, las bombas Venturi poseen un número escaso o nulo de partes móviles y por ende requieren poco mantenimiento.

Escombros de las profundidadesRecientemente, los ingenieros utilizaron bombas de vacío de tipo Venturi para remover escombros de áreas problemáticas y de difícil acceso en los pozos. Se han desarrollado múltiples diseños, cada uno de los cuales posee características únicas para satisfa-cer una serie de requerimientos operacionales. Diversas compañías de servicios entre las que se encuentra M-I SWACO, una compañía de Schlumberger, ofrecen herramientas de recupera-ción de escombros del fondo del pozo basadas en el efecto Venturi; algunas están configuradas para ser utilizadas con tubería flexible y otras para ser empleadas con herramientas de servicio.

La herramienta WELL SCAVENGER ofrece un diseño modular que proporciona flexibilidad para sus aplicaciones. El módulo superior contiene un motor de una sola boquilla, accionado por fluido,

, Tasa de flujo anular y capacidad de limpieza. La mayoría de los pozos utilizan sartas de revestimiento consecutivas en las que cada una de las sartas posee un diámetro menor que la previa, lo que produce un efecto telescópico. En los pozos marinos de aguas profundas, se requieren sartas de revestimiento múltiples para controlar la presión del subsuelo y el esfuerzo presente en la formación. La capacidad para desplazar los escombros desde el fondo hasta el extremo superior del pozo mediante el proceso de circulación solamente es una función de la capacidad de transporte del fluido y es afectada directamente por la velocidad anular y las propiedades viscoelásticas del fluido. No obstante, a medida que el fluido se desplaza hacia la superficie, su velocidad se reduce con cada incremento del tamaño de la tubería de revestimiento y el diámetro hidráulico efectivo. Esto impone más exigencias a las características de viscosidad del fluido para el transporte de los escombros. La compensación de la pérdida de la capacidad de transporte mediante el incremento de la viscosidad o la velocidad del fluido portador puede traducirse en un incremento de la densidad de circulación equivalente (ECD), lo que hace que se ejerza mayor fuerza hidráulica sobre la formación y puede contribuir a la pérdida de circulación. El desafío del perforador consiste en lograr una capacidad de transporte satisfactoria en dirección hacia la superficie y a la vez mantener el pozo dentro de las limitaciones de la ECD en el fondo. Debido a este problema, la remoción de escombros con métodos convencionales puede ser difícil.


36 pulgadas

28 pulgadas

22 pulgadas

Tamaño de latubería de

revestimiento

Flujo

Cemento

Zapata deentubación

18 pulgadas

16 pulgadas

135/8 pulgadas

95/8 pulgadas

75/8 pulgadas

Agujerodescubierto

113/4 pulgadas

Incr

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rául

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> Efecto Venturi. A medida que pasa a través de un estrangulamiento del flujo a alta velocidad, el fluido genera una caída de presión localizada, lo que produce la succión que puede ser aprovechada para aspirar los escombros.


Entrada de fluido Salida de fluido

Chorro

Succión

Área de caída de presión

8 Oilfield Review

Módulo del motor

Módulode tamizado

de escombros

Módulos derecolección

de escombros


Tamiz de filtración

Área debaja presión

generada por elefecto Venturi

Chorro

Circulaciónnormal invertida

herramienta abajo

Flujoinverso

Flujoconvencional

Motor

Flujomixto

Arreglomagnético

Área derecolección de escombros

Área de recolección de escombros

Área de recolección de escombros

Trayecto de los escombros y del flujo de fluido

Cámara inferior de recolección de escombros

Deflector de escombros

diseñado sobre la base del principio de Venturi. La presión de las bombas de superficie genera un flujo localizado eficiente de circulación inversa que alcanza velocidades de levantamiento ópti-

mas sin velocidades de bombeo altas. Este flujo inverso hace que los escombros fluyan en forma ascendente por el interior del tubular inferior y se introduzcan en las cámaras colectoras antes

de que lleguen a la cámara colectora de residuos ferrosos y luego fluyan a través del tamiz de filtra-ción (izquierda). El sistema básico de tres módu-los puede ser complementado con un arreglo de herramientas auxiliares, tales como el arreglo magnético MAGNOSTAR, un filtro de fondo de pozo WELL PATROLLER, el dispositivo RIDGE BACK BURR MILL y un accesorio de derivación de acción simple (SABS), para ampliar el alcance operativo (próxima página, arriba).

Dado que las herramientas de remoción de escombros a menudo se despliegan en fluidos a base de salmuera que poseen intrínsecamente una capacidad limitada de transporte de sólidos, las técnicas convencionales en general requieren altas velocidades de circulación o fluidos portado-res viscosos para levantar los escombros e intro-ducirlos en canastas o cámaras de captación. Estas medidas no son necesarias con la herra-mienta WELL SCAVENGER. Cuando los disparos se encuentran abiertos y están sujetos a proble-mas de pérdida de circulación o daños, cuando existen equipos de fondo de pozo sensibles a la presión de operación, o cuando las limitaciones de los equipos de superficie imposibilitan el logro de velocidades de bombeo elevadas, las herra-mientas de nueva generación, tales como el dispo-sitivo WELL SCAVENGER, ofrecen a los ingenieros una ventaja significativa. Los ingenieros de M-I SWACO utilizan un software patentado de régimen de flujo para determinar la velocidad de bombeo de superficie requerida para recuperar los escombros previstos sin afectar los equipos de fondo de pozo o los disparos abiertos.

Dependiendo del volumen de escombros antici-pado, los ingenieros configuran uno o más módulos de recolección de escombros en el extremo inferior de la herramienta de servicio. Cada módulo está diseñado con un área de recolección de escombros, un derivador de flujo y un tubo de flujo interno pro-visto de un centralizador interno que brinda resis-tencia y estabilidad. El tubo de flujo interno proporciona el trayecto para el flujo inverso, y el derivador ayuda a que los escombros se separen del fluido e ingresen en el área de recolección a medida que el fluido fluye a través de cada una de las cámaras.

La unidad de tamizado se encuentra fijada por encima de los módulos de recolección de escombros y por debajo del motor. El fluido fluye a través de la herramienta, pasa por un arreglo magnético y luego atraviesa un filtro antes de salir de la herramienta. Los arreglos de filtros e imanes se encuentran internamente centraliza-dos para lograr estabilidad en pozos desviados. Después de la limpieza, o cuando el sistema se

> Configuración del módulo de la herramienta WELL SCAVENGER. El fluido que fluye a través del motor de la herramienta WELL SCAVENGER (extremo superior izquierdo) recorre el siguiente trayecto: el fluido que fluye desde la superficie a través del chorro (flecha verde descendente) genera una zona de baja presión. El efecto de vacío que resulta de esta caída de presión localizada hace que el fluido y los escombros suban a través de la herramienta WELL SCAVENGER y luego a través del centro del motor (flecha roja ascendente). El fluido pasa por el perímetro del motor, invierte la dirección proximal con respecto al chorro (flechas rojas curvas) y luego fluye fuera de la herramienta (flechas negras). Cuando sale de la herramienta, una porción del fluido se desplaza por el pozo hacia la superficie (flechas verdes ascendentes), en tanto que el resto viaja de regreso. Antes de llegar al motor, el fluido cargado de escombros pasa a través de la cámara de recolección inferior (derecha). Una vez dentro de la herramienta, los escombros en movimiento interactúan con los elementos del deflector de la herramienta, contribuyendo a la decantación en las cámaras de recolección. Cuando una cámara se llena, los escombros fluyen hacia las cámaras subsiguientes. Cuando el fluido cargado con escombros asciende a través de la herramienta WELL SCAVENGER, no todos los escombros decantan en las cámaras de recolección. Algunos pasan al módulo de tamizado, en el que un arreglo magnético atrae y recolecta los materiales ferrosos; luego, el fluido pasa a través de un filtro que remueve los materiales no ferrosos residuales.

Volumen 24, no.4 9

llena o se obtura, se puede abrir la herramienta SABS, lo cual permite velocidades de circulación anular más altas. Esto a su vez ayuda a limpiar los escombros residuales localizados por encima de la herramienta. La herramienta WELL SCAVENGER puede remover una amplia variedad de tipos de escombros de los pozos, que incluyen escombros de las operaciones de fresado, dientes y conos de barrenas, arena, herramientas manuales peque-ñas y escombros de las pistolas de disparos.

En la superficie, la manipulación segura de las herramientas de recuperación cargadas con escombros es esencial, especialmente cuando han sido expuestas a la presencia de bromuro de cinc y otros fluidos de terminación de pozos carac-terizados por sus riesgos elevados en materia de salud, seguridad y ambiente (HSE). Para abordar esta problemática, los módulos de la herramienta WELL SCAVENGER están provistos de cabezas de levantamiento herméticas diseñadas para conte-ner los materiales recuperados en la superficie durante la extracción de la herramienta.

Remoción de la arena y los escombros de las pistolasLos operadores generalmente colocan tapones puente temporarios por encima de las zonas pro-ductivas durante la ejecución de operaciones tales como la operación de redisparo de las zonas superiores. Además, la arena o el apunta-lante cerámico se coloca generalmente por encima de los tapones temporarios para proporcionar protección adicional a los mecanismos de engan-che instalados de cara hacia arriba, que liberan y recuperan los tapones temporarios.

En el año 2011, Eni SpA utilizó como tapones los empacadores BA para empaque de grava QUANTUM para llevar a cabo operaciones de ter-minación de múltiples zonas con tratamientos de empaque de grava en una serie de pozos del Mar Adriático, en el área marina de Italia. Después de colocar los tapones, los perforadores emplazaron arena por encima de cada uno de ellos a fin de protegerlos de los escombros de las pistolas y de la formación, generados durante las operaciones de disparos de la zona suprayacente. Una vez con-cluidas las operaciones de disparos, se bajó al pozo la herramienta WELL SCAVENGER y se eli-minaron con éxito la arena y los escombros de las pistolas provenientes de la parte superior de cada empacador.

Los ingenieros de M-I SWACO en Aberdeen tra-bajaron con los ingenieros de Schlumberger en Ravenna, Italia, para planificar cuidadosamente cada terminación. El operador utilizó 1,3 g/cm3 [10,8 lbm/galón] de cloruro de calcio [CaCl2] como fluido de terminación y emplazó en el pozo 20 litros

[5,3 galones] de apuntalante cerámico cuya den-sidad era de 2,7 g/cm3 [22,5 lbm/galón], por encima de cada empacador temporario antes de

disparar las zonas más someras. El primer pozo, un pozo vertical, fue disparado con 39 tiros/m [12 tiros/pie] (arriba).

> Herramientas de limpieza de pozos. La herramienta MAGNOSTAR es un arreglo magnético que recoge los residuos ferrosos a medida que la corriente de residuos pasa por la herramienta. Las paletas del alojamiento del arreglo magnético generan un área de flujo para la derivación del fluido alrededor de la herramienta, a la vez que se proporciona una separación respecto de la pared de la tubería de revestimiento. La herramienta WELL PATROLLER es un dispositivo de filtrado de fondo de pozo que se corre en la sarta de limpieza. Cuando se baja en el pozo, este dispositivo ayuda a limpiarlo. Luego, a través de un filtro de tela metálica, la herramienta filtra cualquier escombro remanente del espacio anular a medida que el arreglo se extrae del pozo. La herramienta RIDGE BACK BURR MILL es una herramienta de limpieza de la tubería de revestimiento para las tuberías de revestimiento o las tuberías de revestimiento cortas (liners) disparadas. La herramienta remueve las rebabas de los disparos para asegurar el pasaje irrestricto de los componentes de la terminación hasta el fondo del pozo. Los usuarios pueden desactivar la herramienta RIDGE BACK BURR MILL una vez concluida la operación de fresado y limpieza. El perforador hace circular una bola de accionamiento hasta la herramienta; la bola desplaza una camisa interna de soporte para eliminar la fuerza de expansión ejercida sobre los componentes estructurales (costillas) de fresado. El accesorio de derivación de acción simple (SABS) permite que los perforadores incrementen la velocidad de flujo en una sarta de revestimiento por encima de una tubería de revestimiento corta o de una reducción de la tubería de revestimiento. La herramienta se baja en el pozo con sus orificios de circulación en posición cerrada (segunda desde la derecha). Para abrirlos, el perforador lanza una bola de accionamiento (derecha). Esta acción redirecciona e invierte el flujo de fluido desde la parte inferior de la sarta de herramientas para sortear la sarta, eliminando de este modo las restricciones de flujo, permitiendo un incremento de la velocidad de bombeo y estableciendo una mayor velocidad anular. Para cerrar los orificios, el perforador dispara una segunda bola de accionamiento.

Tray

ecto

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HerramientaMAGNOSTAR

HerramientaWELL PATROLLER

HerramientaRIDGE BACK BURR MILL

Paleta

Componentesestructurales (costillas) de fresado retráctiles

Camisa delestabilizador

Orificios decirculación

Filtro

Derivadorde fluido

Orificioscerrados

Orificiosabiertos

Arreglomagnético

HerramientaSABS

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. Table 1ORWIN 12/13-WLSCVG Table 1

Profundidad, topeZona Profundidad, base Longitud de la zona Tiros

1 782 m [5 846 pies]1 1 794 m [5 886 pies] 12 m [39 pies] 472




> Intervalos disparados en un pozo del Mar Adriático.

10 Oilfield Review

Después de disparar cada zona, el perforador corrió una herramienta WELL SCAVENGER y una zapata de lavado en el pozo para remover el exceso de apuntalante cerámico y limpiar el mecanismo de enganche para la recuperación de los empacadores.

En la primera carrera, el tope de los escom-bros fue localizado con la herramienta WELL SCAVENGER y no se inició proceso alguno de cir-culación, lo que permitió que la zapata de lavado se deslizara sobre los escombros y se asentara en el tapón del empacador. La arena y los escombros fueron removidos con éxito y el tapón temporario se recuperó sin incidentes. No obstante, para reducir el riesgo de atascamiento de la herra-mienta en la arena o el riesgo de daño del empa-cador, los ingenieros optaron por iniciar la circulación a aproximadamente 30 m [100 pies] por encima del tope anticipado de la píldora de arena en carreras subsiguientes.

En cada pozo, después de posicionar la zapata de lavado en el tapón del empacador, el perfora-dor hizo circular desde un volumen y medio hasta tres volúmenes anulares para asistir en la lim-pieza general de los escombros. La herramienta WELL SCAVENGER removió cada píldora de arena en un promedio de 25 minutos. En base a la recupe-ración total de residuos no ferrosos, 16 kg [35 lbm] de peso seco, o aproximadamente un 65% de la arena cerámica, fueron bombeados fuera del pozo a través del tamiz de tela. Los escombros de las pisto-las y las partículas de arena más grandes quedaron retenidos en las cámaras de recolección, y los

materiales ferrosos se recolectaron en el arreglo magnético del módulo de filtrado (abajo). Las bri-gadas manipularon, limpiaron, inspeccionaron y prepararon las cámaras de escombros para que pudieran ser corridas nuevamente en los arreglos de fondo subsiguientes (BHAs).

En dos pozos subsiguientes, se llevaron a cabo operaciones similares; el tercer pozo fue desviado 24°. Mediante la utilización de la herramienta WELL SCAVENGER, los perforadores removieron con éxito la arena y los escombros de las pistolas en las 12 carreras, lo que permitió que cada empa-cador fuera recuperado sin incidentes.

Escombros en áreas sensibles a la presión Las acumulaciones de arena y otros escombros pequeños sobre los empacadores pueden dificul-tar la recuperación de estos últimos. De un modo similar, estos materiales pueden interferir con la operación de otros equipos mecánicos de fondo de pozo, tales como las válvulas de aislamiento de la formación (FIVs). Dado que estas válvulas son activadas por presión, las técnicas de remoción de escombros deben asegurar que se produzcan cambios mínimos de presión localizada. El motor Venturi de una sola boquilla WELL SCAVENGER per-mite la remoción de escombros con bajas velocida-des de circulación, lo que minimiza los cambios de presión cerca de una válvula FIV. En una operación de limpieza típica con válvulas FIV, el BHA incluye los componentes del sistema WELL SCAVENGER y una o más herramientas complementarias de limpieza de pozo, tales como las herramientas

MAGNOSTAR y WELL PATROLLER (próxima página, izquierda).

En el año 2012, un operador internacional del sector del Mar del Norte correspondiente al Reino Unido planificó una limpieza específica por encima de una válvula FIV. Las herramientas con-vencionales que requieren altas tasas de flujo pueden causar problemas cuando limpian la zona cercana a la válvula FIV. Estas condiciones incre-mentan el riesgo de accionamiento accidental de la válvula o de daño a los componentes del arre-glo (aparejo) de terminación.

Para un desempeño óptimo de la herramienta, el tapón de alta presión situado en el extremo infe-rior de la herramienta WELL SCAVENGER debe estar colocado a 0,3-1 m [1-3 pies] por encima de la bola de accionamiento de la válvula FIV. En este caso, este espaciamiento se logró con un empalme de tope de 7 1/8 pulgadas, lo que redujo el riesgo de daño de la válvula FIV como resultado de un con-tacto accidental.

En esta operación, la herramienta WELL SCAVENGER fue bajada en el pozo hasta que el tapón de alta presión estuvo a aproximadamente 6 m [20 pies] por encima de la bola de acciona-miento de la válvula FIV. El perforador comenzó a bombear a una velocidad predeterminada de 4 bbl/min [0,6 m3/min], mientras bajaba lenta-mente la herramienta en el pozo. Cuando el tapón de alta presión estuvo a unos 0,75 m [2,5 pies] por encima de la bola de accionamiento de la válvula FIV, el ingeniero incrementó levemente las veloci-dades de bombeo hasta 6 bbl/min [0,95 m3/min], lo que aseguró una limpieza óptima en torno al área de la bola de la válvula FIV sin exponer a daños el hardware de fondo de pozo.

Después de bombear durante 30 minutos, el personal del equipo de perforación llevó la herra-mienta a la superficie. Las cámaras de escombros habían recolectado un total de 11,8 kg [26 lbm] de diversos residuos no ferrosos consistentes fun-damentalmente en trozos pequeños de caucho. Las brigadas recuperaron 0,91 kg [2 lbm] adicio-nales de residuos ferrosos de la sección magné-tica interna de la herramienta.

Originalmente, el operador se propuso operar la válvula FIV al cabo de un período relativa-mente corto después de la limpieza, pero el pozo fue suspendido temporariamente. Si bien la con-firmación definitiva de la limpieza no puede ser verificada hasta operar la válvula, la colocación exitosa de la herramienta WELL SCAVENGER cerca de la válvula FIV, combinada con la canti-dad de escombros recuperados, hace pensar que la operación fue fructífera. La compañía tiene previsto volver a este pozo en un futuro cercano.

> Recolección de escombros de pozos en el Mar Adriático. El arreglo magnético de la herramienta WELL SCAVENGER atrae los residuos ferrosos que circularon a través de dicha herramienta (A). De las cámaras de recolección de escombros, se recuperaron escombros cerámicos (B) y residuos de las pistolas de disparos (C).


A B

C

Volumen 24, no.4 11

Los pozos con empaques de grava, especial-mente aquéllos que exhiben baja presión de yaci-miento y están sujetos a pérdidas de circulación, también pueden ser fácilmente dañados por las técnicas de remoción de escombros. Dentro de los filtros de empaque de grava, puede acumularse arena y otros escombros pequeños que impiden la producción. En las operaciones de retermina-ción, los operadores a menudo necesitan remover estos materiales desde el interior de los delicados filtros para mejorar las tasas de producción.

Para los ingenieros de terminación de pozos, la imposibilidad de hacer circular salmuera para operaciones de terminación en yacimientos de baja presión limita las opciones de recuperación de escombros. Una de las características únicas de la herramienta WELL SCAVENGER es su capa-cidad para recuperar escombros del fondo del pozo con velocidades de circulación bajas, lo que la convierte en una solución ideal para estas apli-caciones dificultosas.

Ésta era precisamente la situación en el año 2012, cuando un operador del Talud Norte de Alaska, en EUA, necesitaba reterminar un pozo con empaque de grava en agujero descubierto que había comenzado a experimentar declinaciones de la producción. Según los ingenieros, la arena acumulada en el interior de los filtros de empa-que de grava estaba obturando la producción. Pero al reingresar en el pozo, las bajas presiones de yacimiento produjeron pérdidas de retorno cuando el personal de reparación de pozos intentó la circulación con agua filtrada de 1,02 g/cm3 [8,5 lbm/galón] de densidad. Los ingenieros de M-I SWACO recomendaron limpiar la tubería de revestimiento de 95/8 pulgadas hasta el tope del arreglo de empaque de grava, a una profundidad de alrededor de 1 300 m [4 300 pies], y luego correr la herramienta WELL SCAVENGER en el arreglo de empaque de grava en agujero descubierto para remover los escombros hasta una profundidad total de aproximadamente 1 500 m [5 000 pies].

Para proteger el empaque de grava en el agujero descubierto, a la vez que se limpiaba la tubería de revestimiento superior de 95/8 pulgadas y se regis-traba el pozo, se colocó un empacador temporario justo por encima del arreglo de terminación inferior. Luego, se emplazaron 454 kg [1 000 lbm] de arena por encima del empacador para proteger el mecanismo de desenganche de los escombros durante la limpieza de la tubería de revesti-miento superior. Después de limpiar la tubería de revestimiento y registrar el pozo, se hizo circular la arena hasta la superficie y el empacador tem-porario fue recuperado con éxito.

La brigada de M-I SWACO corrió las herra-mientas WELL SCAVENGER en el pozo, a una velocidad de 1 m/min [3 pies/min], y a la vez uti-lizó una velocidad de bombeo de 4 bbl/min [0,6 m3/min] (arriba). Las velocidades de bom-beo de superficie se mantuvieron en el extremo inferior del rango óptimo de la herramienta,

> Configuración de la herramienta WELL SCAVENGER para la remoción de escombros de las válvulas de aislamiento de la formación. Las herramientas pueden ser configuradas para limpiar en áreas sensibles cercanas a las válvulas FIV. En este caso, una herramienta WELL PATROLLER, un arreglo magnético MAGNOSTAR y la herramienta SABS fueron corridos por encima de la herramienta WELL SCAVENGER para asegurar la remoción de escombros del pozo. Un localizador de restricción interior limita el movimiento descendente de la herramienta de servicio en el arreglo (aparejo) de terminación.

Cámaras de recolección de escombros


Herramienta SABS

Herramienta de servicio

Localizador de restricción interior

Tubería lavadora

Cuña de orientación

Herramienta WELL PATROLLER

Módulo de tamizado de escombros y motor WELL SCAVENGER

Herramienta MAGNOSTAR

> Limpieza del interior de los filtros para operaciones de empaque de grava. El arreglo WELL SCAVENGER está configurado para correr dentro de los arreglos de filtros para empaques de grava. Cuatro cámaras de recolección de escombros y 21 uniones de herramienta de servicio se ensamblan por debajo del motor; estos componentes son suficientemente pequeños para ser insertados dentro del arreglo de filtros. En este caso, el motor y las cámaras de recolección de escombros yacen por encima del extremo superior de los filtros para empaque de grava durante la remoción de los escombros. Después que la herramienta remueve los escombros, el perforador sube el arreglo de herramientas hasta el extremo superior de la tubería de revestimiento corta y la herramienta SABS se abre, lo que permite el incremento de las velocidades de circulación anular y asegura que cualquier escombro residual que permanezca en el espacio anular sea llevado a la superficie para su remoción.


Herramienta de servicio

Herramienta SABS

Cámaras de recolección de escombros

21 uniones de herramienta de servicio

Cuña de orientación

Módulo de tamizado de escombros y motor WELL SCAVENGER

12 Oilfield Review

minimizando la pérdida de retornos. Después que el perforador limpiara cada tiro de tubería, las velo-cidades de bombeo se incrementaron a 7 bbl/min [1,1 m3/min] durante cinco minutos. La herra-mienta alcanzó la profundidad prevista en una sola carrera. El personal de reparación de pozos recuperó 6,6 kg [14,5 lbm] de arena de forma-ción, caucho y residuos de metales de los filtros de empaque de grava (derecha). Luego de la recuperación exitosa de los escombros del inte-rior de los filtros, el operador continuó con las operaciones de reterminación.

Remoción de escombros de las operaciones de fresadoLos perforadores utilizan técnicas de fresado para varias operaciones de pozos, tales como la abertura de ventanas en la tubería de revesti-miento, el suavizado de rebabas y bordes presen-tes por encima de las herramientas y la trituración de tapones y empacadores para que puedan hacerse circular hacia la superficie.

En el año 2010, un operador que trabajaba en el Golfo de México tenía previsto remover del pozo un tapón puente de hierro fundido (CIBP). Para poder fresar el CIBP, el operador tenía que remover 60 m [200 pies] de cemento que había sido emplazado en la parte superior del tapón. El perforador bajó al pozo una barrena de conos giratorios de 81/2 pulgadas y localizó el tope del cemento a aproximadamente 240 m [800 pies]. Durante las operaciones de perforación, un cono de la barrena se perdió en el pozo.

El perforador extrajo la barrena dañada del pozo y volvió a bajar con una fresa, pero no pudo triturar el cono errante. Para minimizar la pérdida de tiempo de equipo de perforación adicional, el operador buscó una solución que removiera el cono de la barrena y fresara el CIBP en un solo viaje. Los ingenieros de M-I SWACO recomendaron la herramienta WELL SCAVENGER con un BHA especial para satisfacer los objetivos de la compa-ñía en un solo viaje.

El BHA estaba compuesto por dos piezas: una zapata de lavado —provista de un exterior liso, un interior rugoso y un borde de ataque también rugoso— y una extensión de tubería lavadora provista de dos filas de canastas salientes (finger baskets). Para ayudar a capturar el cono de la barrena se insertaron cables salientes (finger cables). El BHA permitió una separación de 5 m [16,5 pies] entre el extremo inferior de la herramienta WELL SCAVENGER y el borde de ataque de la zapata.

El perforador bajó el BHA al pozo y localizó el tope del CIBP, comenzó a circular y fresar el tapón. Con una velocidad de la fresa de 80 rpm, el supervi-

sor de operaciones de pesca fresó el CIBP en unas cinco horas con un peso sobre la herramienta de 4 450-26 700 kg [1 000-6 000 lbf] y un esfuerzo de torsión de 1 356-4 067 N.m [1 000-3 000 lbf-pie]. Una vez fresado el intervalo total de 0,6 m [2,0 pies], la brigada de perforación llevó el BHA a la superficie. La herramienta había recolectado entre 12 y 15 lbm [5,5 y 6,8 N] de restos metálicos.

Los elementos más grandes que no pudieron ingresar en la herramienta WELL SCAVENGER quedaron en el interior de los cables salientes y debajo de la canasta saliente. Estos elementos incluyeron el cono de la barrena, los anillos del cono, las piezas de caucho del empacador y otros componentes del CIBP. Sobre la base de la canti-dad de material acumulado, los técnicos determi-

> Escombros diversos removidos de las profundidades. Los perforadores sellaron las cámaras para escombros de la herramienta WELL SCAVENGER al remover la herramienta de un pozo situado en el Talud Norte de Alaska. Cuando las cuatro cámaras se abrieron posteriormente en las instalaciones de M-I SWACO, se observó que contenían varios materiales entre los que se encontraban una mezcla de arena de formación, piezas de caucho y material ferroso. Una lapicera, no recuperada del pozo, ilustra el tamaño relativo. Oilfield Review

WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 13ORWIN 12/13-WLSCVG 13

Escombros recuperados Vista en primer plano

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naron que la mayor parte de los escombros había sido removida del pozo.

A pesar de las propiedades de levantamiento inferiores del fluido a base de agua de mar utili-zado en el pozo, el sistema de recuperación de escombros WELL SCAVENGER removió el cono de la barrena y los escombros asociados con el fresado del CIBP. Los perforadores bajaron con éxito al pozo y recuperaron los elementos de herramientas remanentes sin interferencia alguna de escombros o detritos, lo que evitó el costo de viajes adicionales.

Remoción de empacadores atascadosLos perforadores e ingenieros se esfuerzan denoda-damente por minimizar los riesgos operacionales. A pesar de estos esfuerzos, las sartas de perforación se atascan, los arreglos de terminación no logran alcanzar sus objetivos y los detritos se desplazan sinuosamente en el pozo. Recientemente, un ope-rador que trabajaba en el Talud Norte de Alaska experimentó este tipo de evento.

Mientras el operador bajaba un empacador en la tubería de revestimiento de 9 5/8 pulgadas, el empacador se fijó prematuramente a una profun-didad de 2 494 m [8 184 pies]. Previamente, el operador había colocado un empacador con un arreglo de tipo “aguijón” adosado a aproximada-mente 3 078 m [10 100 pies]. Una vez reperforado el empacador atascado, debió limpiarse el pozo hasta el extremo superior del empacador más profundo antes de que el operador reanudara las operaciones de reterminación posteriores.

La operación de remoción de escombros se vio complicada por la desviación de 80° del pozo, desde aproximadamente 762 m [2 500 pies] hasta

la profundidad total. Después de que una herra-mienta de pesca de tipo canasta de recuperación, de una compañía competidora, recogiera muy pocos escombros en dos carreras, los ingenieros del grupo de herramientas especiales de M-I SWACO en Alaska y Houston recomendaron un BHA espe-cialmente modificado, combinado con la herra-mienta WELL SCAVENGER, y varias herramientas MAGNOSTAR de gran capacidad.

El BHA incluyó 27 m [90 pies] de tubería lava-dora, un depurador de tubería de revestimiento HEAVY DUTY RAZOR BACK CCT, las herramientas MAGNOSTAR, la herramienta WELL SCAVENGER y el empalme de circulación SABS. Cuando las herramientas alcanzaron una profundidad de 1 890 m [6 200 pies], una gran acumulación de escombros en el lado inferior del pozo obstacu-lizó el avance. A través de la circulación continua y del movimiento casi constante de la tubería, el perforador pudo llevar el arreglo de herramientas hasta 1 914 m [6 280 pies]. Luego, se procedió a extraer las herramientas del pozo. Una vez que éstas estuvieron en la superficie, los técnicos recuperaron 83 kg [184 lbm] de residuos ferrosos de las herramientas MAGNOSTAR (arriba).

Mientras los técnicos limpiaban las herra-mientas MAGNOSTAR, el perforador bajó al pozo una herramienta de pesca de tipo canasta de recuperación y un arreglo magnético de una com-pañía competidora. Cuando se extrajo la herra-mienta, los técnicos recuperaron una cuña de empacador y 9 kg [20 lbm] de residuos ferrosos. Una segunda carrera del arreglo WELL SCAVENGER incluyó tres herramientas MAGNOSTAR. Esta carrera arrojó 130 kg [287 lbm] adicionales de residuos ferrosos en las herramientas MAGNOSTAR y 469 kg

[1 033 lbm] de arena y limo, además de 76 kg [168 lbm] de residuos ferrosos recuperados de las cámaras de recolección de la herramienta WELL SCAVENGER.

Una última carrera efectuada con las tres herramientas MAGNOSTAR proporcionó 66 kg [145 lbm] adicionales de residuos ferrosos. Después de eliminar la mayoría de los escombros del pozo, el perforador pudo bajar con una fresa pulida para limpiar el calibre del empacador inferior. Las herramientas M-I SWACO removieron un total de 824 kg [1 817 lbm] de residuos ferrosos y no ferrosos del pozo.

Desarrollo de herramientas en rápida evoluciónLas terminaciones complicadas, las configuracio-nes de pozos complejos y los costos elevados del tiempo de equipo de perforación están llevando a los ingenieros a identificar nuevas aplicaciones para el arreglo WELL SCAVENGER y las herra-mientas asociadas de remoción de escombros. Ahora, gracias a las nuevas herramientas y técnicas de recuperación de escombros, los perforadores están en mejores condiciones de remover los mate-riales colocados intencionalmente en el fondo del pozo o los elementos que se pierden accidental-mente en éste. Las combinaciones de herramientas están evolucionando para abordar un abanico más amplio de necesidades de terminación de pozos y recuperación de escombros. La evolución de los diseños de las herramientas de recuperación de escombros está reduciendo los riesgos, recor-tando los costos y mejorando la productividad de los pozos.

El trabajo de diseño actual optimizará aún más la gama y el alcance de las herramientas de recuperación de escombros utilizadas a grandes profundidades. Dado el costo creciente del tiempo de equipo de perforación, especialmente en ambientes de aguas profundas, los ingenieros se están concentrando en el desarrollo de sistemas que permitan combinar la recuperación de escom-bros con otras operaciones de pozos en una sola carrera de herramientas. Por ejemplo, las pruebas de campo han demostrado que las herramientas de recuperación de escombros y fresado pueden com-binarse con el hardware de recuperación de empa-cadores para quitar las rebabas de los disparos de la tubería de revestimiento, recuperar los escom-bros generados y remover un empacador tempora-rio, todo en una sola carrera, con lo cual se mejora la eficiencia operacional y se reducen los costos. Existen otros desarrollos en marcha para ayudar a los operadores a recuperar los escombros en ambientes de pérdida de circulación de baja pre-sión, tendientes a lograr terminaciones exitosas en situaciones cada vez más desafiantes. —DW

> Recuperación de residuos ferrosos. Las paletas de la herramienta MAGNOSTAR se cubren de residuos ferrosos, que han sido recuperados del pozo después de las operaciones de fresado. Los residuos removidos de la herramienta (inserto) se apoyan en el piso de perforación para su inspección. Una regla, no recuperada del pozo, muestra la escala de los residuos.

1 specialized

Design