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Caso de Estudio: Sistema Inhibidor Kla-Shield Mejora Ejecución de un Pozo en la Región de Villamontes de Bolivia

Challenge: The previous well drilled in the Villamonte field experienced myriad downhole problems. The clay inhibition characteristics of the polymer-inhibitive PHPA mud system used in that well was insufficient to minimize the wellbore problems common to this field. The drilling problems began early in the well when the operator encountered severe drag when POOH at 1,992 m (6,535 ft) that was followed with stuck pipe. On the sidetracked section, wellbore instability recurred, leading to a second sidetrack. The drilling was marked by the presence of plastic and highly reactive clays that plugged the shakers and bit, precipitated BHA balling, and owing to the higher active solids content increased solids contamination significantly. Upon examining the causes of wellbore instability that led to second sidetrack, the operator noted that the programmed density was insufficient to maintain hole stability and that clay inhibition was inadequate. The results were considerable non-productive time to drill the side track, and higher costs for fluid maintenance and disposal. On planning the next well, the operators requested a drilling fluid with a cost-effective inhibitor that when combined with excellent service support could effectively manage the troublesome clay and mitigate the slow drilling it had experienced.

Solution: M-I SWACO proposed its KLA-SHIELD system, an organic polyamine -based inhibitor that had been used successfully in the operator´s drilling campaign the previous year. For this project, M-I SWACO also was requested to design a water-base mud system that would provide the best possible inhibition to minimize any operational problems. Several laboratory tests were carried out to compare inhibitive properties for various product concentrations. KLA-STOP amine-based inhibitor showed the highest performance at a concentration of 5-8 lb/bbl. In addition, the use of the KLA-STOP additive as a primary shale inhibitor in conjunction with the DRILZONE anti‐accretion and ROP enhancer additive was proposed to form a high-performance water-based system for drilling the reactive claystone formation. Further, the customer and M I SWACO engineers jointly designed a density curve that considered using a higher mud weight in the sections where the previous well experienced the most severe wellbore instability.

Result: By using the KLA-SHIELD mud, the operator achieved excellent drilling results in the interval, with the actual time-depth curve ahead of the plan. This was possible due to: Increased chemical stabilization in claystones and fractured shales; Reduced clay dispersion and hydration with excellent cuttings integrity observed throughout the entire interval; Considerable reduction in dilutions volume; Minimized the tendency for bit and BHA balling; Maintained NPT to the minimum level allowed; Required no sidetracks or the dealing with other issues related to wellbore instability; Made trips safer and faster compared to the previous well; Facilitated successful logging operations.

La Situación

El pozo anteriormente perforado en el campo Villamontes enfrentaba a una serie de problemas de fondo. Las características inhibidoras de arcilla del sistema de lodo inhibidor de polímeros de poliacrilamida parcialmente hidrolizada (PHPA por sus siglas en inglés) empleado en dicho pozo no lograban minimizar los problemas de agujero comunes en este campo. Los problemas de perforación comenzaron en la etapa inicial del pozo cuando la operadora experimentó arrastre severo al salir del pozo a 1,992 m (6,535 pies), seguido de pegadura de tubería. Se volvió a producir inestabilidad del agujero en la sección desviada, lo cual conllevó a un segundo desvío. La perforación registró la presencia de arcillas plásticas y altamente reactivas que obstruyeron las zarandas (temblorinas) y la barrena, precipitaron el embolamiento del conjunto de fondo (BHA) e incrementaron la contaminación por sólidos debido a su mayor contenido de sólidos activos. Tras estudiar las causas de inestabilidad del agujero que conllevaron al segundo desvío, la operadora se percató de que la densidad programada era insuficiente para mantener la estabilidad del pozo y que la inhibición de arcillas resultaba inadecuada. El resultado fue un tiempo improductivo (NPT) considerable para perforar el desvío, así como costos de mantenimiento y eliminación de fluido más elevados.

Al planear su siguiente pozo, las operadoras solicitaron un fluido de perforación con un inhibidor económico que —combinado con un excelente soporte técnico— lograra manejar eficazmente la problemática arcilla y mitigara la lenta tasa de perforación anteriormente experimentada.

La Solución

M-I SWACO propuso el sistema Kla-Shield, un inhibidor orgánico base poliamina que la operadora había usado exitosamente en su campaña de perforación el año anterior. Para este proyecto, también se le pidió a M-I SWACO que diseñara un sistema de lodo base agua que brindara la mejor inhibición posible para minimizar cualquier problema operativo. Se realizaron varias pruebas de laboratorio para comparar las propiedades inhibidoras con diversas concentraciones de productos. El inhibidor base amina Kla-Stop arrojó el desempeño más alto a una concentración de 5-8 lb/bbl.
Además, se propuso la utilización del aditivo Kla-Stop como inhibidor primario de lutitas en conjunción con el aditivo antiacrecimiento y mejorador de ROP Drilzone para formar un sistema base agua de alto desempeño y perforar la formación de arcilita reactiva. Asimismo, el cliente y los ingenieros de M-I SWACO diseñaron conjuntamente una curva de densidad que considerara una densidad de lodo más alta en las secciones donde los pozos anteriores habían experimentado inestabilidad.

Los Resultados

Gracias a la utilización del lodo Kla-Shield, la operadora logró excelentes resultados de perforación en el intervalo, con una curva de profundidad-tiempo real que superó lo planeado. Esto fue posible gracias a:

  • Mayor estabilización química en arcilita y lutitas fracturadas
  • Menor dispersión e hidratación de arcillas con excelente integridad de recortes a lo largo de todo el intervalo
  • Reducción considerable del volumen de dilución
  • Menor tendencia de embolamiento de la barrena y BHA
  • Mantenimiento del NPT al nivel mínimo permitido
  • No se requirieron desvíos ni se observaron otros problemas relacionados con la inestabilidad del pozo
  • Viajes más rápidos y seguros en comparación con el pozo anterior
  • Facilitación de operaciones de registro exitosas

Los Detalles

Siendo un proyecto de Ingeniería Integral de Fluidos (IFE), este pozo incorporaba fluidos, servicios de control de sólidos y Manejo de Desechos de Perforación (DWM) de M-I SWACO. El servicio DWM permitió que la floculación continua y la deshidratación removieran los sólidos de perforación y facilitaran la reutilización del agua con inhibidores. Aunque el costo por barril del recién preparado fluido Kla-Shield era más alto que los fluidos de perforación usados anteriormente en la región, el seguimiento de los benchmarks o puntos de referencia de la ingeniería IFE y el desempeño de perforación demostró que el fluido Kla-Shield y el servicio DWM en tándem le añadieron valor a la operación del cliente.

Las propiedades del lodo permanecieron estables a lo largo de todo el pozo y el sistema demostró un estupendo control de filtrado (< 5 mL/30min) y excelente limpieza del agujero (PC de 16-22, 6 rpm de 6 9). La concentración óptima de inhibidor orgánico Kla-Stop se mantuvo a 5 8 lb/bbl, en tanto que el aditivo antiacrecimiento y mejorador de ROPDrilzone B* se mantuvo a 5-7% v/v.

Si bien se registró una tensión excesiva (overpull) a 900 m (2,953 pies) y 1,250 m (4,102 pies), no hubo ningún tipo de obturaciones. No se experimentó relleno ni obstrucciones al regresar al fondo después de los viajes, indicando una buena limpieza del pozo con un agujero estable y de calibre uniforme. El agujero estaba liso y uniforme al llegar a la profundidad total (TD), se obtuvieron registros de cable de acero sin ningún problema y la tubería de revestimiento se corrió hasta el fondo y se cementó sin incidentes. No se vieron señales de inestabilidad del pozo, incluso después de largos periodos de exposición, permitiendo efectuar viajes normales donde se había repasado saliendo a unos pocos metros del fondo.


Download: Sistema Inhibidor Kla-Shield Mejora Ejecución de un Pozo en la Región de Villamontes de Bolivia (0.30 MB PDF)

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