Orientación de conductores para direccionar las secciones guías perforadas con Dasing While Drilling (CWD)

A partir del análisis de más de 700 guías perforadas con CWD, se evalúan estrategias para disminuir el riesgo de colisión y la necesidad de perforaciones direccionales. El direccionamiento anticipado de los conductores surge como una solución eficaz para mejorar tiempos y costos.

Por  Lucas Real (YPF S.A. y CVX Argentina), Franco Vicentini, Pablo Ferrante y Maximiliano Sepulveda (YPF S.A).

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Este trabajo fue seleccionado en el 5º Congreso Latinoamericano de Perforación, Terminación e Intervención de Pozos

 

• Introducción

 

Este trabajo presenta los resultados del proyecto de orientación de conductores con el objeto de direccionar la perforación con CWD en pozos No Convencionales (NOC).

YPF busca constantemente optimizar procesos y reducir el tiempo y costo de construcción de pozos. Para ello, desde 2016 se realizan prácticas de perforar con CWD distintas secciones del pozo, para evitar maniobras para sacar el BHA y entubar la cañería. Perforar con BHA direccional no solo impacta en los tiempos por maniobra y entubación, sino que también puede generar tiempos de espera de la empresa direccional, o mayores gastos en lodo por su composición con mayor cantidad de químicos y mayores pérdidas, al utilizar mayores caudales para compensar velocidades anulares.

 

La posibilidad de realizar la perforación de la sección guía con CwD, ha permitido ahorrar más de un día por pozo, pero ha incrementado el riesgo de colisión o acercamiento no deseado entre pozos, que puedan comprometer las operaciones posteriores. La colisión de dos pozos tiene una probabilidad de ocurrencia actual de 0,4%, generando altos costos para solventar la colisión, con la consecuencia más probable de abandonar al menos uno de los pozos. Otro inconveniente frecuente de la perforación sin surveys en el momento, es que se genere un desvío que dificulte la trayectoria de la sección intermedia del pozo. Han existido casos donde se tuvo un elevado acercamiento entre dos pozos, y para evitar una colisión en la sección intermedia se ha tenido que perforar a velocidades controladas y realizar múltiples Gyros a través de un UBHO, generando demoras de más de 12 h. Un desvío no intencionado de la trayectoria también puede generar la necesidad de realizar elevados DLS en la trayectoria intermedia, para poder cumplir con los objetivos de pozo, generando alta tortuosidad e inconvenientes en las secciones siguientes.

Teniendo en cuenta que el desarrollo de algunas zonas en YPF NOC requieren perforar guías a mayor profundidad y el desarrollo de locaciones con mayor número de pozos (disminución de distancia entre bodegas), se plantea la propuesta de desviar los conductores instalados durante la construcción de la locación para pre-orientar la perforación con CWD. El objetivo es disminuir los riesgos de colisión, orientar los pozos hacia un azimut objetivo y evitar perforar con BHA direccional la etapa guía. Actualmente, se está trabajando en proyectos paralelos para complementar el desvío de conductores, y así seguir minimizando los riesgos de perforar con CwD, y ahorrar costos operativos, como puede ser la centralización del Casing guía para reducir el aumento de inclinación y cambio en azimut que se puede observar con el uso del CwD.

 

Desarrollo

 

En las operaciones No Convencionales de YPF se perforan entre 4 y 7 en una misma locación, con distanciamientos de entre 6 a 10 metros entre bocas de pozo. Más del 95% de los pozos se perforan con una arquitectura Slim, utilizando un Casing guía de 9 5/8” y Trepano de 12 ¼”. El restante 4 a 5% se perforan en arquitectura Fat, con Casing de 13 3/8” y trepano de 16”. Para los pozos Fat se suelen utilizar conductores de 20”, y para los Slim tanto de 16” como de 20”. La base de los conductores suele colocarse entre los 25 y 30 metros de profundidad, salvo excepciones. Las secciones guías se perforan hasta una profundidad entre los 500 y 1000 metros aproximadamente, y se utiliza el CwD como plan principal para los pozos del Hub Core, siempre que sea posible.

 

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Imagen 1. Casing Conductor y Guía en locaciones NOC.

 

Se ha estudiado por un tiempo considerable, la relación de las trayectorias de las secciones guías con distintos factores operativos y geológicos, como puede ser la aplicación de diferentes parámetros utilizados durante la perforación, el trepano utilizado, el libraje del Casing y la dureza de la formación, entre otros. A pesar de que no es el objetivo de este paper, cabe destacar que no se ha observado una relación directa entre la mayor aplicación de parámetros y un mayor desvío del pozo. Tampoco se ha encontrado una relación directa entre cambios en las trayectorias y la dureza de la formación. Una práctica común y comprobada, es el uso de Casing de mayor libraje en la sección inferior del conjunto, para la perforación con CwD. Con la colocación de 10 Casing en la sección inferior, se ha obtenido un menor build rate y walk rate en la perforación con CwD. Una tendencia si observable, es que la trayectoria suele seguir el Azimut medido en los primeros 30 metros de profundidad. Los primeros 30 metros, profundidad de seteo del conductor, suelen ya presentar una inclinación aproximada de entre 0.1 y 0.5°. Se plantea como hipótesis que esta inclinación se puede llegar a deber por un desvío no intencionado del conductor al momento de su colocación. Por lo tanto, se plantea el desvío intencionado con una orientación predilecta, para poder decidir una trayectoria preferencial de la sección guía.

 

• CwD sin desvío de conductores

 

Actualmente se han perforado más de 700 guías con CwD sin un desvío intencional de conductores. Como se presentó previamente en el presente documento, las trayectorias suelen ser aleatorias, pero siguen en su mayoría la tendencia del azimut inicial de los primeros 30 metros, con un nivel de walk rate variante entre pozos. Se presentan 3 casos a continuación, donde no se han desviado los conductores intencionalmente, pero los pozos presentan una inclinación de hasta 0.5° en los primeros 30 metros de profundidad. Se presenta la comparación entre el azimut medido en los primeros 30 m y el azimut promedio de la trayectoria, para analizar cuanto se modifica estadísticamente la trayectoria al final de la sección. Por azimut promedio, se refiere al azimut del vector que conecta el punto inicial del pozo, y el punto final.

 

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Caso#1 – locación Slim | Imagen 2. Vista en planta de Caso 1 locación slim sin conductores desviados.

 

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Tabla 1. Información de Caso 1.

 

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Caso#2 – locación Slim | Imagen 3. Vista en planta de Caso 2 locación slim sin conductores desviados.

 

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Tabla 2. Información de Caso 2.

 

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Caso#3 – locación Slim | Imagen 4. Vista en planta de Caso 3 locación slim sin conductores desviados.

 

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Tabla 3. Información de Caso 3.

 

Si dibujásemos una línea recta entre la boca de pozo y el punto final de la sección de los 15 pozos, podríamos obtener un azimut entre ellos. Al comparar dicho azimut con respecto al azimut inicial del pozo (“azimut promedio”), nos muestra una imagen más clara de que tanto el pozo siguió la trayectoria inicial. El promedio de la diferencia entre 2 azimut es de 34° para los 15 pozos evaluados, con una alta tendencia de giro a la derecha (80%). En la imagen debajo, se grafican el desplazamiento de los 15 pozos de muestra, partiendo de la base que el azimut de los 15 pozos es cero. La comparación se utiliza para realizar una estimación estadística, que la mayoría de los pozos conservan la tendencia principal del azimut de los primeros 30 metros, finalizando el pozo dentro de los +/- 45°. Los pozos fuera de dicha zona (#5, #11 y #14), tienen una diferencia de azimut mayor a 45°, debido a cambios repentinos en la trayectoria o altos walk rate. Se presenta una posible solución para los escenarios de los pozos mencionados más adelante en el paper en la sección próximos pasos. Si sacamos de la muestra los pozos fuera de la ventana +/- 45° de azimut, el promedio de diferencia de azimut entre los primeros 30 metros y el promedio de la trayectoria es de 20°.

 

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Tabla 4. Información de pozos sin conductores desviados.

 

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Imagen 5. Diferencias entre Azimut de pozos no desviados.

 

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Imagen 6. Pozos con cambios repentinos y alto walk rate.

 

Considerando la correlación entre el azimut inicial del pozo y el promedio, se propone una desviación intencional de los conductores, para tener menos riesgo que la guía siga una trayectoria no deseada.

 

Proceso de desvío de conductores

 

Los conductores de los pozos se setean entre 20 y 30 metros de profundidad, luego de realizar un pozo piloto. El diámetro estándar de la mecha usada para conductores de 16” es de 20” y para los conductores de 20”, la mecha de 24”. Se analizan distintas maneras de realizar el desvío.

 

Desvío con torre maquina pilotera y uso de mecha de mayor OD

 

Esta opción tiene la ventaja de la simplicidad y mayor certeza de tener desviado el conductor en fondo, se basa en realizar la perforación con una mecha de mayor diámetro, y es usada por la empresa contratista en las perforaciones para conductores de 20” lo cual genera un huelgo mayor entre conductor vs perforación. Permite bajar libremente el conductor hasta profundidad de asentamiento y posterior a esto cruzar el mismo usando la placa “centralizadora” para posicionarlo en la dirección deseada. Solo debe tenerse en cuenta respetar la línea de pozos en el estado final (descentralizado) para evitar problemas en los skidding del equipo perforador.

 

• Conductor Profundo diámetro: 16”
• Longitud efectiva: 30m.
• Inclinación 1° ± 0,5°

 

1° PASO:

Se realiza el replanteo de boca de pozo (BDP), según coordenadas informadas en monografía (punto indicado en color violeta en imagen debajo. Se realiza el replanteo del eje de perforación, el cual está ubicado a una distancia Δ de la BDP replanteada anteriormente. El valor de Δ dependerá de la profundidad de fondo de cajón y diámetro del conductor.

 

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Imagen 7. Vista en planta de 1er paso.

 

2° PASO:

Se realizará la perforación, con herramienta de corte de 0,08m. de diámetro, para el caso de conductor profundo de 16”. Se procederá a bajar la cañería, sobre un extremo de la perforación según la dirección de la inclinación correspondiente a la BDP. Finalizada la bajada de la cañería se debe asegurar inmovilizar el extremo inferior, para ello se coloca material suelto proveniente de la excavación.

 

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Imagen 8. Vista en planta de 2do paso.

 

3° PASO.

Inclinación del conductor, se procede a dar la inclinación del conductor, para ello se desplaza el extremo superior del mismo, en coincidencia con el BDP replanteada y verificando los alineamientos tangenciales al finalizar el movimiento. Se verifica la inclinación final con inclinómetro digital. Nota: Debido al diámetro de la herramienta de corte (0,80m.) y el diámetro del conductor (16”), para estos valores la inclinación máxima será de 0,7°. Para poder efectivizar una mayor inclinación del conductor se deberá aumentar el diámetro de perforación.

 

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Imagen 9. Vista en planta de 3er paso.

 

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Imagen 10. Vista de corte transversal de caño conductor.

 

4° PASO:

Verificado las alineaciones del conductor y la inclinación final, se asegura la posición y se completa el espacio anular de la perforación con hormigón.

 

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Imagen 11. Vista en planta de 4to paso.

 

• Orientación de desvío

 

Se ha preseleccionado un orden de desvío para la etapa piloto, con los pozos de los costados hacia el oeste y el este respectivamente y con los pozos del centro apuntando hacia el norte y el sur preferentemente. Esto se realiza con el objetivo de evitar colisión entre los pozos únicamente. En un futuro y con mayor data, se analizará poder pre-dirigir las guías en base a las trayectorias de los pozos.

 

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Imagen 12. Orientación de caños conductores.

 

Se debe garantizar que las bocas de los conductores queden alineadas una vez el conductor se ha descentralizado en superficie por lo cual las perforaciones no serán en la misma línea y la referencia debe ser tomada por el conductor ya instalado en su posición final, este punto es crítico ya que de no quedar alineados puede generar problemas en los Skiding durante la perforación. Para ello se

debe tomar registro fotográfico de los ajustes de desviación de perforación de la pilotera al inicio y final de la perforación, y posicionar nivel y tomar registro fotográfico sobre cada conductor en los cuatro cuadrantes.

 

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Imagen 13. Alineación de centros de conductores.

 

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Imagen 14. Vista de superficie de conductores.

 

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Imagen 15. Maquinaria de corte de perforador de conductores.

 

Desvío con torre maquina pilotera con placa niveladora

 

Se valido con empresa contratista la capacidad técnica de la pilotera para generar una inclinación de hasta 4 grados en superficie en la dirección del cuadrante seleccionado; brindando la versatilidad necesaria para realizar todas las perforaciones en línea con una inclinación de 1 a 1.5 grados en fondo como es requerido por el proyecto. Además, se validó que esta operación no requiere de cambios en la maquinaria actual o desgastes prematuros que cambien los requerimientos de repuestos o mantenimientos de esta. No se avanza con esta alternativa como opción principal por tendencia natural a verticalizar de maquina pilotera, pero puede ser una alternativa a futuro.

 

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Imagen 16. Desvío con torre maquina pilotera con placa niveladora.

 

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Imagen 17. Desvío con torre maquina pilotera con placa niveladora.

 

 

• Desvió de conductor con cuña desviadora o centralizador excéntrico

 

Como alternativa a futuro, se analiza la posibilidad de diseñar una cuña desviadora para el Casing conductor, para colocarla en la base del pozo, y así poder pre-dirigir con mayor exactitud el Casing guía. Aun no se han realizados desarrollos al respecto, pero sería uno de los siguientes pasos en la implementación, especialmente para conductores iguales o mayores a 20”.

 

Problemas en la construcción

 

Los problemas en la construcción principales fueron el encuentro de napas freáticas someras, y la dificultad para desvío de conductores de 20”. Las napas freáticas no permiten el desvío del hueco, y no permiten colocar el conductor con el ángulo predeterminado. La complicación para construir

conductores de 20”, se debe por el momento a falta de mechas de mayor diámetro para favorecer su desvío.

 

CwD con desvío de conductores Caso#1

 

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Imagen 18. Vista en planta de Caso 1 locación slim con conductores desviados.

 

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Tabla 5. Información de Caso 1.

 

**Pozo sin desvío intencional

 

Como se puede observar en el caso #1, las trayectorias perforadas con CwD siguen la tendencia inicial prestablecida por los conductores desviados. En esta locación, se lograron desviar los conductores de los primeros 5 pozos.

 

Caso#2

 

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Imagen 19. Vista en planta de Caso 2 locación slim con conductores desviados.

 

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Tabla 6. Información de Caso 2.

 

**Pozo sin desvío intencional

 

En este caso de locación slim de 6 pozos, únicamente el pozo 11 no posee desvío intencional del conducto

 

Caso#3

 

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Imagen 20. Vista en planta de Caso 3 locación slim con conductores desviados.

 

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Tabla 7. Información de Caso 3.

 

Caso#4

 

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Imagen 21. Vista en planta de Caso 4 locación slim con conductores desviados.

 

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Tabla 8. Información de Caso 4.

 

Caso#5

 

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Imagen 22. Vista en planta de Caso 5 locación slim con conductores desviados.

 

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Tabla 9. Información de Caso 5.

 

Para poder avanzar en el análisis de las desviaciones, procederemos a repetir el análisis realizado en la sección anterior, en el cual se dibuja una línea recta entre la boca de pozo y el punto final de la sección y se compara dicho azimut con respecto al azimut inicial del pozo. A continuación, se presentan dichos los resultados, observando que se mantiene la tendencia de +/-45° respecto al azimut inicial establecido en los primeros 30 a 60 metros. Dos puntos que se observan como oportunidades de mejora son que, según esperado, por la manera en que se desvían los conductores no se logra pre-direccionar en el azimut solicitado de manera exacta. La otra oportunidad de mejora es que si bien la mayoría de los pozos se mantiene dentro del ángulo +/- 45°, se estima que se puede reducir el giro, especialmente hacia la derecha que tienen los pozos.

 

De acuerdo con la imagen 23, el promedio de la diferencia entre 2 azimut es de 34° para los 21 pozos evaluados, dentro de los cuales el 86% con tendencia de giro hacia la derecha. Únicamente dos pozos no finalizan dentro de los límites de +/- 45°, estos pozos #13 y #18 presentan cambios repentinos de trayectoria. Retirando estos casos y promediando nuevamente la diferencia de azimut resultan en 20°.

 

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Imagen 23. Diferencias entre Azimut de pozos desviados.

 

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Tabla 10. Información de pozos con conductores desviados.

 

• Próximos pasos

 

Desvíos conductores 20”

 

Las arquitecturas más comunes en los pozos No Convencionales utilizan casings para las guías de 9 5/8” o 13 3/8”, para esta última se deben usar conductores de entre 18” y 20”, debido a que el trepano es de 16”. Se ha intentado desviar los conductores de 20” para los pozos de mayor diámetro con el método actual y la misma mecha utilizada sin éxito. Actualmente, los pads donde se perfora las guías con Casing de 13 3/8”, se utiliza un BHA que tiene mayor tendencia a mantener verticalidad que los pozos de menor diámetro, por lo que no es prioritario tener un control estricto de la dirección. A pesar de ello, se está trabajando en buscar alternativas para desviar dichos conductores, como usar una guía desviadora, usar un centralizador excéntrico o el desvío con la pilotera de mayor diámetro.

 

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Imagen 24. Alternativas para desviación intencionada de casing.

 

• Centralización Casing guía

 

Uno de los mayores desafíos una vez que se logra estandarizar el desvío de Casing conductores, es como reducir el walk rate y los cambios repentinos en la trayectoria durante la perforación con CwD. Se observa en un porcentaje elevado de pozos 15 a 30% estos cambios de trayectoria mencionados. La hipótesis sobre los cambios repentinos en la dirección es que se puede deber a características formacionales puntuales o a esfuerzos laterales en el trepano o el BHA que generen un cambio de azimut considerable.

 

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Imagen 25. Pozos con cambios repentinos y alto walk rate.

 

Para reducir la probabilidad de estos cambios, se está evaluando el uso de centralizadores de casing para mantener la trayectoria lo más similar posible en la dirección de desvío del conductor.

 

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Imagen 26. Centralizadores en casing.

 

Se han simulado diversas centralizaciones, encontrando que el menor walk y build rate del BHA se da con el uso de 2 centralizadores 1/8” undergauge, uno near bit y el otro a 14 metros. El resultado con el uso de 2 centralizadores a dichas distancias, muestra mejores valores que con el uso de un tercer centralizador a 14 metros del segundo. Mientras tanto, el uso de 2 centralizadores a 28 metros de distancia simula un mayor build rate que sin centralización y mayores walk rate que con el uso de los centralizadores a 14 metros de distancia. Se estará trabajando en los próximos meses en pozos pilotos para poder comparar la centralización de casings como complemento del desvío de conductores.

 

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Imagen 27. Alternativas de centralización.

 

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Imagen 28. Predective build rate.

 

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Imagen 29. Predective walk rate.

 

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Imagen 30. Side force.

 

 

Conclusiones

 

El proyecto propuesto presenta resultados positivos consiguiendo el objetivo planteado de realizar las locaciones 100% con CWD, sin necesidad de utilizar BHA convencionales. Los desplazamientos generados por las desviaciones inducidas están dentro de un rango normal de operaciones de CWD las cuales no afectan o comprometen las trayectorias direccionales futuras del pozo. Sin embargo, se planean alternativas complementarias para el futuro para evitar el walk y build rate aún más, como puede ser la centralización de Casing. Se analizarán en un futuro cercano alternativas en el proceso de desvío, para aumentar la confiabilidad del direccionamiento inicial del Casing, y así poder dirigir las guías en el sentido de la trayectoria final del pozo. En resumen, se ejecuta un proyecto de alto impacto operativo y económico desarrollado a cero/muy bajo costo de inversión