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Caso de Estudio: La Tecnología de Barrenas Spear de PDC Incrementa el 37% la ROP en la Perforación de un Pozo de Gas de Lutitas en América Latina

La barrena de PDC con cuerpo de acero establece récords consecutivos de ROP en una perforación en la región patagónica de Argentina

Challenge: Perforar las secciones curva y lateral de 8½ pulgadas de un pozo de gas de lutitas con una sola barrena, y al mismo tiempo mantener un buen control direccional en la sección curva y una alta velocidad de penetración (ROP).

Solution: Correr la innovadora barrena Spear de PDC con cuerpo de acero, optimizada para las lutitas, con un conjunto de fondo (BHA) con motor orientable y un BHA rotativo direccional.

Result: Se perforó el primer pozo de gas de lutitas de 8½ pulgadas con una sola barrena y dos BHAs diferentes; se incrementó la ROP del primer pozo en un 13% durante la perforación de la sección curva (6,74 m/h), respecto del promedio logrado en tres pozos vecinos (5,98 m/h); se incrementó la ROP en la sección curva del pozo siguiente en un 37%; se establecieron récords consecutivos de ROPs y se incrementó progresivamente la ROP en el tramo lateral.

Exportación de tecnologías de perforación en lutitas de EUA

El impacto de las técnicas de perforación de pozos horizontales y de fracturamiento hidráulico en las extensiones productivas de lutitas de EUA ha sido profundo. Combinados, estos procedimientos se tradujeron en significativos y nuevos volúmenes de producción de yacimientos de gas natural no convencionales de América del Norte. Algunas estimaciones conservadoras indican la existencia de un volumen de reservas de gas de lutitas de 2 100 Tpc (trillones de pies cúbicos) en América Latina y ya se han implementado varios proyectos importantes de pruebas en Argentina y México.

Requerimientos de una barrena de PDC con potencial de control direccional superior y alta ROP

Un operador está utilizando técnicas de perforación horizontal para desarrollar reservas de gas en arenas compactas en la región patagónica argentina. La sección curva de un pozo siempre se ha perforado con una barrena de 8½ pulgadas y el tramo lateral con una herramienta de 61⁄8 pulgadas. Este pozo tipo requirió un viaje para cambiar la barrena a fin de lograr el acceso horizontal a una formación de areniscas compactas. En un intento por establecer la producción comercial de gas de lutita, el operador deseaba someter a prueba la formación con una sección curva y un tramo lateral de 8½ pulgadas. Debido a problemas de inestabilidad del pozo, la sección curva fue perforada con un motor de desplazamiento positivo y el tramo lateral fue construido con un sistema de perforación rotativa direccional (RSS) de direccionamiento de la barrena. Sin embargo, las barrenas de PDC diseñadas para la sección curva poseen capacidades sólidas de incremento angular y un control direccional predecible, pero a menudo ofrecen una ROP baja en el tramo lateral. Por el contrario, las barrenas diseñadas para el tramo lateral se diseñan para producir una ROP alta, pero a menudo a expensas del control direccional. Esta brecha tecnológica obligaría al equipo de perforadores a optar entre direccionamiento y alta velocidad de penetración. El abordaje del tema requeriría un nuevo diseño de la barrena de PDC que pudiera operar eficientemente con un motor de desplazamiento positivo (PDM) y un BHA RSS, de manera de lograr las tasas de incremento angular y la alta ROP requeridas en ambas secciones de pozo.

Análisis de ingeniería

Mediante la utilización de datos de pozos vecinos que incluyeron detalles del BHA proporcionados por el operador, perfiles direccionales y propiedades del lodo, se efectuó un análisis de aplicaciones utilizando las siguientes herramientas patentadas de modelado y bases de datos:

  • la plataforma integrada de diseño de barrenas IDEAS
  • el sistema de optimización de las barrenas de perforación DBOS para el análisis de la resistencia de la roca
  • el sistema de récords de perforación DRS.

Solución provista por la barrena de PDC Spear

Sobre la base de los conocimientos adquiridos a partir del estudio y de la experiencia de campo obtenida en las extensiones productivas de gas no convencional de EUA (Haynesville, Eagle Ford y Marcellus), Smith Bits desarrolló la barrena SDi513MHPX Spear de 8½ pulgadas específicamente para una aplicación relacionada con el gas de lutitas de Argentina con la siguiente plataforma tecnológica:

  • La hidráulica optimizada mantiene el borde del cortador en la formación, lo cual maximiza la ROP.
  • El cuerpo en forma de bala dirige los recortes alrededor de la barrena y hacia el interior de las ranuras para desechos.
  • El diámetro reducido del cuerpo incrementa la distancia existente entre la barrena y la pared del pozo, lo que permite que la barrena pase sobre o a través de una capa de recortes sin que se obturen las hojas o se taponen las boquillas.
  • La construcción de acero permite incrementar la altura de la hoja de la barrena y reducir su ancho, lo cual posibilita la maximización del área de la ranura para desechos.

La combinación única de tecnologías permitiría que la barrena proporcionara eficientemente la tasa de incremento angular, el control direccional y la ROP alta requeridos en la sección curva y en el tramo lateral.

Aplicación exitosa de una barrena para lutitas de EUA en América Latina

La barrena de PDC SDi513 Spear de 8½ pulgadas fue operada con un BHA que incluía un PDM orientable y perforó 1 162 m de sección curva a través de una formación carbonatada en sólo 172,5 horas; esto significó un nuevo récord de ROP de 6,74 m/h. La utilización de la barrena Spear permitió que el operador perforara con una velocidad 13% más alta que el promedio obtenido en tres pozos vecinos de sólo 5,98 m/h. Luego, la misma barrena fue operada con un BHA con RSS y perforó 999 m de pozo lateral en 105,5 horas con una ROP alta de 9,47 m/h. Ésta fue la primera vez que el operador pudo perforar las secciones curva y lateral de un pozo de 8½ pulgadas con una sola barrena. Después del éxito inicial, la barrena SDi513 de 8½ pulgadas fue utilizada en dos pozos subsiguientes con resultados cada vez mejores. La barrena comenzó a perforar consistentemente desde la zapata de la tubería de revestimiento intermedia y luego la sección curva y el tramo lateral se terminaron con una sola barrena con un BHA que incluyó un motor y un sistema RSS. Durante la perforación del Pozo B, la barrena estableció un segundo récord de ROP en la sección curva con un motor orientable, cuando la ROP promedio alcanzó 8,94 m/h; es decir, un mejoramiento del 37% respecto del primer récord de 6,74 m/h establecido en el Pozo A. Además, la ROP promedio en el tramo lateral de los dos últimos pozos mejoró en un 19% y alcanzó 12,39 m/h en el pozo final. En los tres casos, la barrena fue extraída con buenas condiciones de desgaste.

La estrategia futura

El objetivo de largo plazo es terminar la sección curva y el tramo lateral en una sola carrera con la barrena Spear y el sistema de perforación rotativa direccional para altas tasas de incremento angular PowerDrive Archer. Esto a fin de eliminar el viaje necesario para cambiar el dispositivo de comando de fondo de pozo. Cuando se logre el objetivo de una sola carrera, se implementarán otras combinaciones y variaciones de la herramienta relacionadas con los procedimientos y los parámetros de operación para reducir posteriormente los costos de perforación y mejorar el potencial de producción.


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