Aplicación de fluidos de terminación y reparación bajo una visión de control de pozos

Hola amigos steemians, me encuentro retomando las actividades de publicación, en esta oportunidad quiero presentarles este post referente a las generalidades en el uso y aplicación de los fluidos que se utilizan al momento de culminar la perforación de un pozo y también cuando se realizan actividades de reparación del mismo. Quiero enviar un especial saludo a las comunidades amigas de #stem-espanol, #steemstem, #utopian-io, #curie y #cervantes, reconociendo el esfuerzo y dedicación que le han puesto a esta tarea titánica de reconocer y premiar las publicaciones de habla castellana que están orientadas al contenido científico y académico.

Es necesario dejar claro que los fluidos empleados en la industria petrolera son muy diversos y se aplican dependiendo de la actividad a ejecutar, inclusive pueden variar en las diversas etapas de dicha actividad, es por ello que cuando elabore un capitulo solo para explicar el uso y aplicación de los fluidos empleados en la perforación de un pozo, mencione los diferentes tipos de fluidos empleados en la perforación. Ahora les presento una nueva serie de fluidos que difieren en muchas características a los fluidos de perforación, y que tienen que emplearse por el simple hecho de cuidar la formación productora, y secundariamente de proporcionar presión hidrostática al momento de realizar los trabajos de reparación de pozos.

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Introducción

Si hablamos de la productividad futura que debe brindarnos los yacimientos productores, entonces debemos pensar en qué hacer para que los formaciones productoras no reciban daño de fluidos que posean alta densidad y que puedan penetrar la formación y tapar los poros de las rocas del yacimiento productor, es por ello que en base a esta premisa podemos aseverar que los fluidos empleados en la culminación y reparación de pozos se emplean ante formaciones productivas para prevenir el daño innecesario de la formación.
Existen muchas aplicaciones de estos fluidos de culminación y reparación, entre las que puedo mencionar: cementación forzada, fracturación, acidificación, estimulación, taponamiento, limpieza de pozo, fluidos de empaque, fluidos de culminación, circulación y más. Los fluidos que pueden llegar a cumplir con los requerimientos mínimos para estos trabajos pueden ser: fluidos gaseosos, petróleo, aguas de salmuera, lodos u otras soluciones químicas utilizadas durante actividades de intervención normales.

El objetivo principal en el desarrollo de este artículo es lograr que el lector pueda captar rápidamente el tipo de fluido y sus características que deben de utilizarse en la terminación y reparación de un pozo, quizás podamos pensar que los fluidos de perforación puedan ser empleadas en ciertas actividades especiales, pero realmente no es así, ya que los fluidos de perforación poseen ciertas características en sus propiedades que hacen no apropiado su uso. Para poder entender la necesidad existente de otros fluidos para la terminación y reparación de un pozo de petróleo resulta necesario centrar la siguiente publicación bajo los siguientes puntos:

• Características requeridas para los fluidos de reparación y terminación de un pozo de petróleo.
• Funciones de los fluidos de terminación y reparación de un pozo de petróleo.
• Tipos de fluidos de terminación y reparación de un pozo de petróleo.
• Evaluación de la densidad de la salmuera como fluido de terminación y reparación.
• Resumen y generalidades.

Conocer las características de los fluidos más comúnmente empleados en las actividades de culminación y reparación de pozos nos da una idea de cómo seleccionar el fluido más apropiado para la actividad a ejecutar, de esto depende la importancia de conocer las características de algunos fluidos de terminación y reparación. De la misma manera en la que los fluidos de perforación tienen sus funciones en específicos, los fluidos de terminación y reparación también tienen sus funciones, el conocer estas funciones van de la mano con el conocimiento que debemos de poseer de las operaciones más importantes en las actividades de terminación y reparación de pozos, es por ello que realizare un modo asociación entre las funciones de los fluidos de terminación y reparación y las operaciones generalizadas de terminación y reparación de pozos.

En la evaluación y análisis que realizare en base a la densidad de los fluidos de terminación, básicamente me enfocare en la necesidad de saber elegir un fluido en particular dependiendo de sí se necesite un fluido de baja o alta densidad.

Con el resumen y las generalidades daré a conocer las conclusiones más importantes que vayan a lugar para así comprender la importancia de saber seleccionar el tipo de fluido a la operación de terminación y reparación de un pozo de petróleo.

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Características requeridas para los fluidos de reparación y terminación de un pozo de petróleo

1. Densidad: En el caso de que se vaya a completar o reparar el pozo, el objetivo debe ser el mismo, es decir el fluido a utilizar debe ser lo suficientemente denso como para controlar las presiones del pozo, y de esta manera evitar que ocurra una surgencia que daría lugar al tan indeseado reventón, pero a la vez que no sea tan denso como para que ocurra una invasión del fluido de reparación y terminación al yacimiento productor, esto quiere decir que la densidad se recomienda que este en el balance, esto se traduce en que la densidad debe proporcionar una presión hidrostática un poco por encima que la presión de yacimiento.

2. Optimización de costo: La optimización en relación al costo significa que el fluido elegido debe ser los suficientemente efectivo en relación a su costo. Por experiencias de algunos trabajos de rehabilitación de pozos, les puedo decir que no siempre elegir fluidos costosos resulte necesario para prevenir daños en formaciones sensibles. Hay que entender bien la operación a ejecutar en base a las propiedades del fluido, ya que se puede tener una buena elección que proporcione un fluido menos costoso que otros comúnmente utilizados, que por lo general podrían causar poco o ningún daño a la formación, es por ello que la experiencia tiene mucho valor en estos casos. Cuando estuve a cargo como jefe de equipo de PDVSA en el campo las palmas en el municipio Jesús María Semprum del Estado Zulia, estuve al mando de las operaciones de rehabilitación del taladro Basil-09, específicamente en el pozo Bx-07 en el que se requería realizar un cambio de bombeo electrosumergible, el programa de rehabilitación requería que se usura salmuera (agua + sal industrial) como fluido de control en el pozo, pero chequeando la presión de yacimiento en el pozo me pude constatar que se podía controlar el pozo simplemente con agua, sabiendo que la densidad del agua es de 8,33 lbs/gal realice los cálculos correspondientes y notifique a mis superiores, ellos constataron que se podía realizar el trabajo utilizando como fluido de control en ese trabajo de rehabilitación solamente agua industrial, pudiendo lograr con esta selección bajar los costos de la sal que eran bastante considerable, y de paso se iba a minimizar el daño a la formación ya que solamente con el agua se obtenía una menor densidad, reduciendo esto un posible daño a la formación.

3. Reducción de sólidos: Hablar de reducción sólidos en el fluido a seleccionar, no significa que no deba de llevar partículas sólidas en su totalidad, todo va a depender de la presión de yacimiento, ya que si la presión de yacimiento es muy alta se deben emplear fluidos muy densos que controlen el pozo, por ende deben llevar cierto porcentaje de partículas sólidas en su composición, pero en lo posible de que la presión de yacimiento no sea tan alta se deben emplear fluidos lo más libre posible de partículas sólidas. Los sólidos pueden obstruir la porosidad de la roca y reducir la permeabilidad, y por ende bajar la producción del pozo, sobre todo en los trabajos de fracturamiento o empaque con grava.

4. No corrosivo: el fluido elegido también debe poseer en lo posible características no corrosivas, ya que mientras menos corrosivo sea el fluido empleado se puede prevenir la corrosión y fallas futuras de tuberías y equipos de completación en el pozo.

5. Estabilidad: El que un fluido de terminación y reparación pueda mantener la estabilidad es muy importante cuando el fluido va a permanecer largos periodos de tiempo dentro del pozo, cuando hablamos de estabilidad me refiero a que el fluido pueda mantener sus propiedades más importantes a pesar que esté sometido a altas temperaturas. Si la estabilidad en sus propiedades más importantes se pierde pueden ocurrir daños irreparables en el pozo, teniendo como consecuencia la pesca de empaquetadores y tuberías atascadas, pudiendo así elevar las posibilidades de un abandono y pérdida del pozo. El que el fluido tenga la capacidad de mantener sus propiedades más importantes en valores normales ayudará a minimizar los costos por pérdidas de herramientas en el pozo y hasta una posible pérdida del mismo.

6. Ser limpio y filtrado: Es idóneo poder llegar a seleccionar fluidos que no posean en lo posible grandes cantidades de partículas sólidas en suspensión, ya que esta condición puede ser dañina para la formación productora, y abrasiva para los equipos empleados. Los mejores fluidos que se pueden emplear con esta condición son los fluidos filtrados o limpiados, ya que poseen pocos sólidos. Estudios realizados en laboratorio han demostrado que fluidos que son filtrados de 2 a 4 micrones son considerados capaces de minimizar el daño a las formaciones, asiendo que se tengan producciones en los pozos rehabilitados más elevadas.

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Funciones de los fluidos de terminación y reparación de un pozo de petróleo

Las funciones de fluidos de terminación y reparación son estándar. Los fluidos utilizados en estas actividades son necesarios para el éxito de estos trabajos. Entre las diversas funciones que estos fluidos deben cumplir, deben permitir que su uso no dañe la formación productora y ser no peligroso para: los equipos empleados, personal y ambiente, por lo que resulta de mucha importancia que los fluidos de terminación y reparación sean aplicados y controlados apropiadamente.

Los fluidos de terminación y reparación varían desde los de baja densidad (fluidos gaseosos) hasta los de alta densidad (fluidos líquidos). Sus funciones básicas se exponen a continuación:

• Transporte de materiales: Dependiendo de la actividad que vayamos a realizar, si esta contempla algún trabajo de reparación, podemos manejar ciertos materiales dentro del pozo que deben ser retirados por el fluido utilizado, y también caso contrario en algunas oportunidades si el pozo requiere de algunos materiales, el fluido debe servir como medio de transporte para que esos materiales entren al pozo. Para que se puedan llevar a cabo estas operaciones es importante que el fluido pueda circular estos materiales dentro y fuera del pozo. Algunos materiales son añadidos para llevar a cabo un objetivo. Otros materiales que pudieran causar daños deben ser retirados para mantener limpio el pozo.

Entre los materiales que comúnmente se consideran no deseados y potencialmente dañinos, y que deben circular fuera del pozo están: cemento, fluidos corrosivos, recortes, escombros, grava, gas, metales, lodo viejo y contaminado, plásticos, arena, cemento húmedo no utilizado.

Entre los materiales más comúnmente utilizados para que sean introducidos dentro del pozo por medio del fluido de terminación y reparación están: ácido, cemento, píldoras gelatinizadas, plástico, grava, arena de fractura, selladores entre otros.

En conclusión el fluido seleccionado debe cumplir con la función de poder transportar los materiales no deseados fuera del pozo, y de poder transportar ciertos materiales deseados dentro del pozo, existen muchas consecuencias negativas si el fluido seleccionado no logra transportar los fluidos no deseados fuera del pozo, entre los que podemos nombrar: atascamiento de la sarta de tubería, incremento en la torsión y arrastre, perdidas de circulación, obstrucción de la formación y desgaste excesivo del equipo.

• Suspensión de materiales cuando la circulación se detiene: Sobre todo cuando se realizan actividades de reparación y rehabilitación es necesario que ciertos materiales sólidos que se puedan encontrar en el pozo se mantengan suspendidos cuando se detiene la circulación del fluido. Si el fluido seleccionado tiene una buena propiedad de fuerza de gel, entonces tendrá una buena capacidad de suspensión al pararse la circulación. Es gracias a esa forma gelatinosa del fluido que los sólidos y recortes encontrados en el pozo se resistan a regresar al fondo del mismo. Sin embargo, durante las operaciones de reparación la mayor parte de la viruta se retira del pozo mediante un método llamado circulación inversa llevada a cabo a altas velocidades, reduciendo así el tiempo de operaciones. Es muy importante que se analice otras posibilidades de implementar otros tipos de fluidos que quizás no tengan una propiedad de gel tan alta, si el pozo tiene mucha basura en el fondo quizás se necesite un propiedad de gel elevada, pero esta condición puede acarrear ciertos problemas operacionales como: presiones de compresión y pistoneo, pudiendo así provocar un suaveo en el pozo y una posible surgencia de fluidos no deseados al pozo.

• Control de la presión: Debemos tener presente técnica y operacionalmente que cuando realizamos una actividad de reparación estamos expuestos a altas presiones de formación. Es necesario que no nos confiemos realizando estas actividades rehabilitación y reparación de pozos ya que en algunas oportunidades la actividad se puede desarrollar en un pozo que muestre al principio bajas presiones de formación, circunstancia que puede cambiar repentinamente a altas presiones de formación, por lo cual es aconsejable tener en aplicación un fluido que pueda controlar estas presiones de formación. Es necesario que se equilibre y en algunos casos sobre equilibrar la presión de formación para prevenir el flujo de fluidos indeseados al pozo. El fluido de terminación y/o reparación de poseer la capacidad de que puedan ser ajustados o densificados en cualquier momento y de esta manera obtener esa condición de equilibrio entre las presiones, siempre tomando en cuenta que la presión hidrostática del fluido seleccionado no debe superar la presión de fractura de la formación para que no ocurran pérdidas y daños a la formación.

• Lubricación y enfriamiento: Si el trabajo de reparación y/o rehabilitación del pozo requiere el uso de una mecha o barrena, al tener que girar junto a todo el conjunto de sarta se desarrollaran temperaturas extremas que deben aliviarse con el enfriamiento de algún fluido especial para estas operaciones de mantenimiento del pozo. La temperatura desarrollada debe ser absorbida por el fluido, enfriando todo el conjunto de sarta incluyendo la barrena, logrando así prevenir que la temperatura debilite o dañe el ensamblaje. El fluido de terminación y reparación también debe actuar como medio para lubricar el contacto metal-hoyo y prevenir temperaturas excesivas, desgastes o fallas en estas áreas.

• Aportar energía hidráulica: Generalmente son en las actividades de reparación y rehabilitación de pozos que se necesita un fluido que aplique presión en la cabecera del pozo o haca algún lugar dentro del pozo, para lograr esta energía es necesario que el fluido empleado tenga una circulación con altas de velocidad, en donde influye de gran manera el uso apropiado que se les dé a las bombas del equipo, y también del correcto diseño de hidráulica que se ejecute ante de los trabajos de reparación.

• Debe existir un medio de transporte apropiado por parte del fluido para bajar al pozo herramientas de registro de cable de acero y perfilaje: Es muy importante que el fluido de terminación y reparación pueda contar con las propiedades y condiciones suficientes como para que permita sin ninguna restricción ni problema el paso de ciertas herramientas hacia el fondo del pozo. Un porcentaje relativamente alto de actividades asociadas con reparación se pueden realizar con cable de acero, es por ello que el uso y aplicación del fluido seleccionado se torna de vital importancia para permitir el acceso rápido al equipo que funciona con el cable de acero, como los cañones, perfilaje eléctrico, tapones y packers, también el fluido debe permitir el funcionamiento de otros dispositivos de asiento en el pozo.

• No dañar la formación productora: Es importante que el fluido seleccionado no cause daño al yacimiento productor, no solamente la composición del fluido seleccionado por su alta sedimentación puede causar daño a la formación, también depende de las correctas aplicaciones en las actividades operacionales, por ejemplo al emplear erróneamente altas velocidades de bombeo, se puede erosionar la cara de la formación productora, e incluso invadir la formación y provocar un daño que a futuro desemboque a una baja en la productividad de dicho pozo. Entre las consideraciones más relevantes que podemos tomar en cuenta en el uso de algunos fluidos en específicos para no dañar las formaciones productores están las siguientes: el agua fresca puede generar una emulsión que bloquea el flujo en algunas formaciones productoras de gas/petróleo, otra condición desfavorable es el uso de fluidos que exhiban una alta pérdida de agua, ya que pueden hinchar formaciones sensibles, lo que se traduce en menor productividad, por lo que puedo mencionar en forma general que el fluido seleccionado no debería de cambiar sus propiedades de humidificación del yacimiento productor entre otras tantas propiedades que generan daño en el mismo.

• El fluido seleccionado debe ser no dañino para las personas y el ambiente: Por experiencia en diversos trabajo de completación de pozos, otros trabajos de mejoramiento para aumentar la productividad, he tenido la oportunidad de supervisar actividades con el uso de fluidos que suelen ser dañinos para el personal y el ambiente, por ejemplo entre estos fluidos están: ácidos, algunos clorhidratos entre otros químicos que pueden causar quemaduras de alto índice de gravedad. Por lo antes expuesto se recomienda el uso de los equipos de protección personal para cuando se manipule con estos químicos, para prevenir la contaminación de estos agentes con el ambiente, por experiencia lo que les puedo recomendar es una alta supervisión en las operaciones para evitar por todos los medios algún tipo de derrame donde se pueda tener contacto de estos agentes químicos con algún componente del medio ambiente.

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Tipos de fluidos de terminación y reparación de un pozo de petróleo

• Petróleo: Varias de las razones por las que en muchas oportunidades se puede elegir como fluido de reparación al petróleo es que este resulta abundante y barato en algunas zonas de producción, otra de las razones es que si la presión de yacimiento es muy baja, el petróleo es un fluido con baja densidad, aproximadamente de 7 lbs/gal, sin embargo es recomendable tomar algunas precauciones en el uso de este fluido: es necesario considerar que el petróleo puede tener implícito partículas finas de arena, sólidos y asfalto, lo que a su vez puede causar taponamiento a la porosidad de la roca productora y disminuir su producción. El petróleo puede poseer un efecto corrosivo en los equipos empleados en estos trabajos de rehabilitación o reparación, por lo que se recomienda controlar la alta presencia de H2 y CO2. Entre otras consideraciones más generales se tiene que tomar en cuenta que el petróleo representa un peligro de incendio, por lo que hay que tomar las previsiones en materia de seguridad, el petróleo puede llegar hacer no compatible con el petróleo del yacimiento si proviene de otra parte del campo, por sobre todas las cosas no se recomienda el uso de petróleo como fluido en trabajos de reparación donde exista presencia de gas.

• Fluidos emulsiones de petróleo en agua y de agua en petróleo: Entre estas dos emulsiones la que comúnmente más utilizada en los trabajos de reparación y terminación de pozos es la emulsión de petróleo en agua, esto significa que la fase dispersa es el petróleo y se encuentra mezclado con el agua en pequeñas gotas, por ende la fase continua es el agua, la cual puede ser agua fresca o salada, todo depende de la disponibilidad de la locación, si el taladro de rehabilitación se encuentra en tierra lo más recomendable es emplear agua fresca, por lo contrario si la locación es una gabarra en aguas profundas, por disponibilidad se recomienda el uso de agua salada. El inverso de la emulsión petróleo en agua es el de agua en petróleo, en esta oportunidad la fase dispersa es el agua y el petróleo la fase continua.

• Gas: Emplear fluidos gaseoso es útilmente recomendado en yacimientos con formaciones de baja presión. Cuando se realizan las operaciones de reparación o terminación utilizando gas natural, el pozo se controla solamente por la contrapresión ejercida desde superficie, cuando hablo del gas natural lo menciono debido a la facilidad de su uso por la explotación en algunos campos, sin embargo en otros campos petroleros no es fácil su manejo y producción, esto aunado a que el gas natural resulta extremadamente inflamable, por lo que hay que tomar las medidas de seguridad pertinente. Otro gas que se puede emplear a parte del gas natural es el nitrógeno, aprovechando de este el gran número de propiedades favorables entre los que puedo nombrar: no daña la formación, evita la corrosión y desgaste de elementos metálicos, no daña los sellos de goma.

• Agua: El agua es el fluido más importante de los fluido de terminación y reparación de pozos, ya que la mayoría de los fluidos empleados en estas operaciones son a base de agua, tal es el caso de fluidos que incluyen salmuera, lodos, entre otros. El uso de agua fresca ha venido perdiendo uso, tanto que en la actualidad se ha estudiado la posibilidad que el agua hidrata las arcillas y puede dañar de manera severa a las formaciones, por lo que se aconseja emplear agua solo cuando se realicen trabajos que no se tenga riesgo de hinchamiento de las arcillas. A pesar de que el agua requiero de poco tratamiento, lo cual bajo los costos de operación, se recomienda cuidar la utilización de agua de altos contenidos de sólidos, y si se tiene dudas sobre sólidos presentes en al agua se debe considerar el uso de la filtración para limpiar el agua de esas partículas sólidas. Al hablar de fluidos que se mezclan con agua debemos mencionar el uso de salmueras en estos trabajos de terminación y reparación, las salmueras son soluciones de sal que se utilizan comúnmente, las salmueras son fácilmente disponibles y fáciles de mezclar, su costo es usualmente bajo, no existe peligro de explosión, lo único a considerar es que las salmueras pueden significar un peligro para el medio ambiente en algunas áreas. Otros de los fluidos que utilizan el agua como fluido base son los lodos arcillosos con combinación con algunos químicos y surfactantes, la arcilla y químicos le otorgan a este fluido varias propiedades favorables sobre todo para la limpieza y transporte de material sólido desde el pozo hacia la superficie, sin embargo los lodos tienen un alto contenido de sólidos y pueden ser dañinos para algunas formaciones debido a la pérdida de agua y bloqueo de los poros, otras de las ventajas de usar lodos es que permiten un control claro en la posible surgencia de fluidos indeseables al pozo hasta la superficie que puedan surgir gracias a altas presiones de formación del yacimiento productor.

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Evaluación de la densidad de la salmuera como fluido de terminación y reparación

El poder estudiar la factibilidad de un fluido pesado, es decir con alta densidad, es muy importante al momento de controlar las presiones del pozo en las actividades más comunes de reparación y terminación. Es por esta razón que cuando necesitamos un fluido de control con alta densidad es muy recomendable el uso de las salmueras, la densidad de un fluido tipo salmuera aumenta si se añade cada vez más sal, a su vez disminuye si agregamos más agua.
La adición de sal en la preparación de la salmuera inhibe la hidratación de la arcilla, sin embargo, en algunas áreas se podría hinchar las lutitas y otras arcillas. Si queremos evitar el hinchamiento de las lutitas, lo más recomendable es agregar calcio o potasio al fluido.
Las salmueras de una sola sal, tales como el cloruro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de calcio y bromuro de calcio se encuentran en el rango de baja densidad, de todas estas combinaciones de sale binarias, la más empleada es el cloruro de sodio. Cuando empleamos algunas de sales y queremos aumentar su densidad, se puede ir añadiendo más sal e ir midiendo la densidad hasta alcanzar el punto de saturación a una temperatura dada. En su contraste si queremos arrancar las operaciones de reparación o terminación con una salmuera de alta densidad, debemos utilizar las sales múltiples (dos o más sales), sin embargo la proporción de una sal a la(s) otra(s) debe ser cuidadosamente controlada, es muy importante en el uso de salmueras pedirle al proveedor de la salmuera todos los componentes químicos de la salmuera, y de esta manera chequear los componentes que pueden llegar hacer corrosivo para los equipos para poder tomar las previsiones del caso.

Resumen y generalidades

1. Los fluidos utilizados para las operaciones de reparación, rehabilitación y completación de pozos como agua dulce, agua salada, salmueras, petroleó, gas-oil, lodos, petróleo, emulsiones entre otros son muy demandados por la sencilla razón de prevenir el daño hacia las formaciones productoras.

2. La estabilidad requerida para los fluidos de reparación y completación de pozos que están sometidos a altas temperaturas constituye una de las más importante características de estos fluidos especiales.

3. En las operaciones de reparación de pozos, el método de circulación más utilizado es el de circulación inversa, por donde se inyecta el fluido por el espacio anular y se retorna por la sarta de trabajo, este método resulta muy efectivo si se requieren altas tasas de velocidades del fluido para la limpieza de material sólidos en el fondo del pozo.

4. Fluidos de terminación y reparación de pozos como el petróleo y gas pueden ser utilizados tomando en cuenta el uso de todos los equipos de seguridad y contra incendios en la locación.

5. Es muy importante encontrar el balance necesario entre las presiones de formación del yacimiento y la presión hidrostática ejercida por el fluido utilizado, todo con el propósito de que se controlen las presiones del yacimiento en el fondo del pozo pero sin que se supere la presión de formación en donde pueda ocurrir daño e invasión de fluidos ante la formación productora.

Vídeo concluyente: Fluidos de terminación y reparación de pozos