Schlumberger

Caso de Estudio: El Modelado i-DRILL Optimiza Pozos Horizontales de Alto Perfil y Ahorra 2,6 Días y 1 300 000 USD en el Área Marina de Brasil

Se redujo el nivel de impactos y vibraciones y se obtuvo un mejor desgaste de la barrena

Challenge: Perforación direccional de un pozo horizontal de alto perfil que alcance los objetivos operacionales en forma eficiente y maximice la velocidad de penetración (ROP, por sus siglas en inglés) en un yacimiento carbonatado.

Solution: Utilizar el modelado i-DRILL para diseñar un sistema de perforación y determinar el rango óptimo de parámetros de operación. Utilizar un sistema rotativo direccional PowerDrive Xceed y una barrena de PDC para ambientes de perforación hostiles.

Result: El sistema de perforación diseñado con el modelado i-DRILL duplicó la ROP respecto de la de pozos vecinos, lo cual ahorró al operador 2,6 días de equipo de perforación y 1 300 000 USD. Además, se redujo el nivel de impactos y vibraciones y se obtuvo un mejor desgaste de la barrena con respecto al plan previsto.

Sistema de modelado preciso para la elección correcta de la barrena de PDC requerida

La actividad de perforación en la cuenca de Campos, en la región marina de Brasil, ha ganado la atención mundial con la reciente terminación de un pozo horizontal productor de petróleo, de alto flujo, operado por OGX Petróleo e Gás Ltda. La explotación del yacimiento comenzó en diciembre de 2009 como resultado de la perforación del pozo exploratorio 1-OGX-3-RJS, el cual llevó al descubrimiento del gran depósito de hidrocarburo Waimea. Después del análisis, la compañía concluyó que la manera más eficiente de desarrollar el campo sería con las técnicas de perforación de pozos horizontales de alcance extendido. La campaña de pozos horizontales en Waimea incluye perforar aproximadamente 40 pozos de desarrollo. Sin embargo, el alto costo asociado con las operaciones marinas y la falta de experiencia en la perforación de pozos de perfiles de tipo direccional/horizontal que el proyecto requería, suscitaba una gran preocupación. Cuando la compañía intentó perforar su primer pozo de desarrollo: el pozo 9-OGX-26HP-RJS, antes de comenzar las operaciones, se inició un proyecto de optimización de diseño i-DRILL para garantizar que la construcción del pozo fuera eficiente y rentable.

Estudio i-DRILL

Se planificó un minucioso proyecto de modelado i-DRILL para determinar las fuerzas de contacto sobre el arreglo de fondo de pozo (BHA, por sus siglas en inglés). Esto incluía un estudio del análisis de la dureza de la roca, la acción de corte fundamental del PDC y los efectos de las variaciones en los parámetros de perforación. El objetivo sería maximizar la ROP y mitigar las vibraciones de la sarta de perforación mediante numerosos enfoques: elección de la mejor barrena de PDC y la herramienta de orientación direccional, así como determinar la mejor combinación de parámetros de perforación. Cada componente sería evaluado sobre la base de cuatro criterios:

  • Vibración lateral, axial y de torsión
  • Torque en superficie y en fondo de pozo
  • ROP instantánea
  • Predicción direccional (tasa de crecimiento angular del pozo y tasa de desviación con respecto al trazado previamente determinado)

Antes de correr las simulaciones dinámicas, fue necesario calibrar el modelo con datos de pozos vecinos para garantizar la exactitud del proceso de optimización. Se produjo una representación virtual de la aplicación para investigar cuantitativamente los cambios iterativos del diseño de los componentes de la sarta de perforación y de la barrena. En este caso, la ROP fue tomada como punto de referencia para el ajuste del modelo; sin embargo, el proceso permite la utilización de otras variables tales como la vibración y el torque. A fin de obtener conclusiones sobre las formaciones de interés, se utilizó el sistema de optimización de barrenas DBOS para analizar la dureza de la roca en base a datos de pozos vecinos. Para estimular estas características, se probaron numerosos archivos de rocas en la plataforma IDEAS, así como también se estudiaron numerosos análisis de laboratorio con el objetivo de encontrar una muestra que reflejara lo mejor posible las propiedades físicas de la formación.

Elección de la barrena de PDC apropiada

El próximo paso fue seleccionar las barrenas de PDC apropiadas para la investigación i-DRILL. Sobre la base de experiencias anteriores, los ingenieros escogieron tres diseños de barrenas de PDC de 8½ pulgadas certificados por la plataforma IDEAS: para la simulación se escogieron las barrenas MDi613, MDi616, y MDSi813. El personal de Schlumberger recomendó una sarta de perforación fija con un sistema rotativo direccional PowerDrive Xceed y nueve combinaciones de parámetros de operación: peso sobre barrena (WOB, por sus siglas en inglés) de 10, 15, 20 klbf y velocidad de rotación en superficie de 120,130,140 rpm. Luego, se utilizó el sistema de modelado basado en el análisis de elemento finito (FEA, por sus siglas en inglés) para correr simulaciones dinámicas con diferentes combinaciones de barrenas y parámetros.

El análisis virtual determinó que las tres barrenas de PDC reunían los requisitos de torque de superficie; sin embargo, la barrena MDi613 fue descartada por no presentar la mejor respuesta dinámica para esta aplicación en particular. Pruebas adicionales mostraron que el diseño de la barrena MDi616 tenía una mejor respuesta direccional que la barrena MDSi813. Después de revisar todos los resultados de las simulaciones, los ingenieros determinaron que una carrera con la barrena MDi616LEB de 8½ pulgadas, con un peso sobre la misma de 10 000 lbf y una velocidad de rotación de 140 rpm, perforaría el tramo lateral del pozo con el mínimo nivel de vibración y la máxima ROP. El personal de OGX y de Schlumberger estuvo de acuerdo con el análisis y apoyó las recomendaciones.

Resultados de rendimiento

Después de perforar hasta el punto de comienzo de la desviación a 3 746 m, se corrió la barrena MDi616 con un sistema rotativo direccional PowerDrive Xceed y se perforaron 1 000 m de tramo lateral de 8½ pulgadas en la zona productora del carbonato; se experimentó una mínima vibración y no hubo problema de dirección alguno. La barrena cumplió con todos los requisitos de la trayectoria, duplicó la velocidad de penetración en comparación con las obtenidas en pozos cercanos, y se sacó del pozo en excelentes condiciones de desgaste (0-0). El perforador respetó casi perfectamente la combinación óptima de parámetros (peso sobre barrena/revoluciones por minuto) generada por el análisis del sistema de perforación i-DRILL. Como resultado, el operador ahorró 2,6 días de tiempo de equipo de perforación, y, en consecuencia, alrededor de 1 300 000 USD, respecto del tiempo y presupuesto estimados (AFE, por sus siglas en inglés).


Download: El Modelado i-DRILL Optimiza Pozos Horizontales de Alto Perfil y Ahorra 2,6 Días y 1 300 000 USD en el Área Marina de Brasil (0.80 MB PDF)

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