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Caso de Estudio: La Nueva Tecnología de Cortadores ONYX II Ahorra USD 250 600 a Un Operador de la Cuenca East Texas

La perforación más rápida reduce el costo por pie en un 44% y establece un récord de ROP en el Condado de Freestone

Challenge: Desarrollar nuevos cortadores para expandir adicionalmente la envolvente de aplicaciones de los cortadores de PDC a formaciones más abrasivas y más duras.

Solution: Poner en marcha una iniciativa de investigación múltiple para explotar la nueva ciencia de los materiales duros y técnicas de manufactura que posibilitarán la producción de los cortadores de PDC ONYX II.

Result: Se redujeron los costos de perforación en un 26% en una sección de pozo de 97/8 pulgadas y se estableció un nuevo récord de ROP en el Condado de Freestone, en Texas. Se incrementaron las capacidades de avance de la perforación para construir un pozo lateral de 61/2 pulgadas en la formación Bossier, lo cual redujo el costo por pie en un 20%. Se perforó un pozo vertical de 77/8 pulgadas con una velocidad de 115,7 pies/h [35,3 m/h], con lo cual se incrementó la ROP en un 95% y se redujo el costo por pie en un 44%.

Necesidad de nuevos cortadores para perforar formaciones más duras y más abrasivas

Devon Energy debe perforar las formaciones duras y abrasivas Travis Peak, Cotton Valley y Bossier para explotar las reservas de gas natural de edad Jurásico alojadas en la prolífica cuenca East Texas. La resistencia a la compresión no confinada (UCS) de las formaciones Travis Peak y Cotton Valley oscila entre 9 000 psi y 32 000 psi. En el área, la formación interestratificada Travis Peak exhibe un espesor de aproximadamente 1 800 pies [548,6 m]; en tanto que el espesor de la formación Cotton Valley es de 1 400 pies [426,7 m]. La alternancia de las litologías y la gran variación de la UCS no conducen a un proceso de perforación con barrenas de PDC uniforme y libre de vibraciones. En los últimos nueve años, un gran número de pozos ha sido perforado a través de estas formaciones espesas y difíciles, utilizando barrenas de PDC provistas de productos de cortadores lixiviados (LC). Y, si bien el proceso de manufactura de los productos LC mejora la estabilidad térmica, lo que incrementa la resistencia a la abrasión, la mayoría de las barrenas de PDC utilizadas en esta área seguían fallando cerca del tope de la formación Travis Peak. Era necesario reemplazar la barrena porque el borde de corte activo del LC se desgastaba rápidamente y reducía la ROP por debajo de niveles aceptables. Esta limitación impidió el avance adicional de la perforación con barrenas de PDC en la región y condujo a la industria a poner en marcha una iniciativa extensiva de investigación técnica y manufactura para desarrollar un cortador que resistiera formaciones más duras y más abrasivas.

Más metros perforados y una ROP más alta sin precedentes

En el año 2008, Smith Bits lideró un método de manufactura en condiciones HP/HT, consistente en dos pasos, que proveyó como resultado los cortadores de PDC ONYX. Estos cortadores permitieron que las barrenas de PDC perforaran más metros con ROPs más altas. Los intervalos que generalmente requerían múltiples PDCs para alcanzar la profundidad total (TD) pudieron perforarse, en ciertos casos, utilizando solamente una barrena con cortadores ONYX. A pesar de esta innovación, la mayoría de las barrenas extraídas seguía exhibiendo un estado de desgaste peor que el deseable, lo que sumaba un valor significativo al costo de perforación. Fueron necesarias mejoras posteriores para mejorar la resistencia del cortador al desgaste producido por la abrasión.

El equipo técnico mejora los materiales de corte de diamante

Para mejorar el desempeño de los cortadores, los ingenieros se concentraron en el mejoramiento de las tecnologías de sinterización del diamante y de post-procesamiento. Las gestiones de desarrollo, que incluyeron personal de investigación y desarrollo, ingeniería y manufactura, se concentraron en tres iniciativas destinadas a mejorar la resistencia del cortador al desgaste producido por la abrasión:

  • Incrementar la densidad/empaque de la estructura de diamante
  • Sintetizar la faceta plana superior del diamante bajo condiciones extremas de HP/HT
  • Desarrollar un proceso posterior al prensado para mejorar la estabilidad térmica

Estas iniciativas produjeron adelantos en la ciencia de los materiales duros y mejoras en los procesos de manufactura, que se tradujeron en la tecnología de cortadores ONYX II de próxima generación. En las pruebas de laboratorio destinadas a determinar el índice de desgaste, el cortador ONYX II exhibió un mejoramiento del 15% en términos de resistencia a la abrasión, con respecto a los elementos de corte del cortador ONYX original. La capacidad del nuevo cortador para conservar un borde filoso se traduciría en un incremento de la eficiencia de perforación en la aplicación prevista. Las pruebas de campo de los cortadores ONYX II demostraron un incremento promedio del 15% en la ROP, a la vez que se mejoró el estado general de desgaste de la barrena.

La plataforma IDEAS optimiza el diseño de las barrenas de PDC para cada aplicación

Para explotar al máximo las ventajas de los cortadores ONYX II se requiere un cuerpo de barrena dinámicamente estable con el número adecuado de hojas y el emplazamiento optimizado de los cortadores. Esto se logró utilizando el sistema de modelado y el laboratorio de muestras de rocas de la plataforma integrada de diseño de barrenas IDEAS para crear un ambiente virtual del mundo real. Con la plataforma IDEAS, los diseñadores pueden observar cómo interactúa una barrena con las formaciones reales como parte integrante del sistema de perforación total. Luego, los ingenieros pueden comprobar y analizar los resultados de los cambios del diseño iterativo con el fin de formular rápidamente un concepto de ingeniería para un diseño de barrena de PDC comprobado en el campo.

Devon Energy está desarrollando activamente las reservas de gas natural de las formaciones Bossier y Cotton Valley en los condados de Freestone y Harrison con técnicas de perforación horizontal.

Si bien las profundidades de las formaciones Travis Peak y Cotton Valley varían entre un condado y otro, el espesor y la UCS de estas dos zonas son consistentes. Las barrenas de PDC con cortadores ONYX fueron bajadas recientemente en dos de los pozos del área y registraron mejoras cuantificables en el desempeño respecto de los pozos vecinos perforados con cortadores estándar:

Pozo Nº 1: Barrena con cortadores ONYX permite un ahorro de USD 120 000

Para probar la perforación de una sección de pozo vertical de 97/8 pulgadas, se seleccionó una barrena MSi616PX provista de cortadores ONYX II de 16 mm. La barrena perforó 1 232 pies [375,5 m] con una velocidad promedio de 65,5 pies/h [20,0 m/h] y alcanzó la formación Travis Peak en una sola carrera.

La barrena estableció un nuevo récord de ROP en el Condado de Freestone en cuanto a perforación con barrenas de PDC desde debajo de la tubería de revestimiento de superficie hasta la formación Travis Peak. Se efectuó un análisis de costos utilizando los totales de metros perforados y las horas de perforación de cuatro pozos vecinos directos en los que se perforaron tramos similares de 97/8 pulgadas utilizando cortadores de PDC estándar. Tres de los cuatro pozos requirieron dos barrenas de PDC para alcanzar la profundidad deseada y un pozo vecino requirió tres barrenas de PDC para terminar el intervalo. El empleo de los cortadores ONYX II redujo el costo de intervalo por pie en un 26%, respecto del promedio de los cuatro pozos vecinos; esto equivalió a un ahorro de una carrera de USD 120 000.

Pozo Nº 1 (Lateral): Barrena con cortadores ONYX permite una reducción del costo por pie del 20%

Para construir el tramo lateral de 61/2 pulgadas en la formación Bossier, los ingenieros seleccionaron una barrena MSi713WUPX de siete hojas provista de cortadores ONYX II de 13 mm. La carrera fue exitosa y la barrena perforó un número significativamente mayor de metros que los perforados con una barrena de PDC de un competidor con un arreglo de fondo (BHA) comparable. Un análisis efectuado utilizando precios de barrenas y tarifas de equipos de perforación estandarizados, reveló una reducción del 20% del costo por pie, respecto del promedio de los cuatro pozos vecinos, y un ahorro total de USD 30 000. Además, los cortadores ONYX II mejoraron el estado de desgaste de la barrena.

Pozo 2 (Condado de Harrison): Barrena con cortadores ONYX incrementa la ROP en un 95%

El objetivo era perforar una sección de pozo vertical de 77/8 pulgadas con una ROP máxima hasta el punto de comienzo de la desviación (KOP) con el menor número de barrenas de PDC posible. Para la prueba se seleccionó una barrena de PDC MSi616UPX de seis hojas provista de cortadores ONYX II de 16 mm. La barrena perforó la formación Travis Peak y tocó fondo en la porción superior de la arena Cotton Valley. Además, terminó la sección en una sola carrera con una velocidad promedio de 115,7 pies/h [35,3 m/h] y fue extraída en el KOP como se había planificado. A efectos de referenciar el desempeño del nuevo cortador, se seleccionaron para el análisis cuatro pozos vecinos con una sección de pozo vertical similar de 77/8 pulgadas. La investigación reveló que, en comparación con el promedio de los cuatro pozos vecinos de sólo 59,4 pies/h [18,1 m/h], la barrena de PDC con los cortadores ONYX II registró un incremento del 95% en la ROP. La reducción del tiempo de equipo de perforación bajó el costo por pie en un 44%, lo cual genero un ahorro de USD 100 600 para el operador.


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