El estudio técnico aborda el incremento del ROP optimizando parámetros de perforación mediante el concepto de Energía Mecánica Especifica (MSE).
Durante el proceso de perforación de pozos petroleros, la evaluación del desempeño de la velocidad de perforación (ROP) se ha vuelto fundamental para la toma de decisiones durante las operaciones de perforación.
El método de evaluación empleado es la Prueba de Perforabilidad (DOT), ya que proporciona resultados asociados a la aplicación de parámetros específicos durante la perforación. Sin embargo, no ofrece una evaluación objetiva del verdadero potencial del ROP.
La industria ha empleado el concepto de Energía Mecánica Específica (MSE) desarrollado por Teale en 1964 como una herramienta en tiempo real para maximizar la velocidad de perforación. Sin embargo, ha sido empleado de manera limitada. Teale además, observó que los resultados de laboratorio mostraban que los valores de MSE eran numéricamente similares a la resistencia no compresiva de la roca. En este sentido, se introdujo el concepto de Eficiencia Mecánica Específica (Em) como un medio de evaluación del desempeño. Y en 1998, Pessier validó la ecuación de Teale considerando la roca bajo confinamiento (CCS).
Con base en esta teoría se ha demostrado que la Em óptima en la perforación debe ser del 35% al 40%. Asimismo, representando gráficamente el desempeño de la perforación mediante información de los pozos correlativos se identificaron factores causales de ineficiencia y limitadores de energía. Logrando así optimizar los parámetros de perforación de PSB y RPM involucrados directamente en la interacción de la MSE. Obteniendo como resultado un incremento del 89% en el ROP maximizando la eficiencia y reduciendo los tiempos de perforación.
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En la actualidad, el desempeño de actividades de perforación se evalúa de forma práctica analizando la velocidad de perforación (ROP por sus siglas en inglés). Es además un parámetro fundamental para la toma de decisiones durante las operaciones de perforación. Sin embargo, la evaluación del ROP es aún limitada debido a la gran cantidad de variables involucradas en la perforación.
En función de lo anterior, la industria petrolera ha empleado el concepto de Energía Mecánica Específica (MSE por sus siglas en inglés). Desarrollado por Teale en 1964, como una herramienta de tiempo real para maximizar el ROP.
Además, Teale observó que los resultados de laboratorio mostraban que los valores de MSE eran numéricamente similares a la resistencia compresiva de la roca (UCS por sus siglas en inglés).
En este sentido, para evaluar la eficiencia con la que la barrena realiza la perforación Teale, se introdujo el concepto de Energía Mecánica Específica (Em). Em, en otras palabras, describe la eficiencia con la cual la roca está siendo perforada como el cociente entre la relación numérica entre UCS y la MSE. En 1998, Pessier validó la ecuación de Teale considerando la roca bajo confinamiento (CCS).
Con base en los estudios realizados en laboratorio y campo, se ha demostrado que la eficiencia óptima para la perforación de un pozo debe ser del 35% al 40%. Es decir, se asocia a los propios parámetros de perforación.
Basados en la relación entre MSE y ROP, los parámetros de perforación directamente modificables en campo son: PSB, RPM y el gasto de bombeo. En términos generales, el cálculo de MSE es útil en la identificación del potencial del desempeño de la perforación y en algunos casos para identificar las causas de mayor impacto.
Conclusiones
Basados en los resultados de la optimización de los parámetros de perforación, se confirmó la sensibilidad del ROP. Al incremento del PSB en los primeros metros donde se alcanzó la máxima eficiencia mecánica logrando ubicarse en la región B de la curva de desempeño.
El incremento del PSB y ajuste de las RPM en los intervalos de mayor compresibilidad lograron mantener el ROP en valores instantáneos de 60 m/hr. Dicho incremento en el PSB representó 42% más de lo que convencionalmente se aplicaba obteniendo un excelente desempeño de la barrena. Sin necesidad de aplicar máximo PSB observado en los pozos analizados en esta formación. Además, las RPM se redujeron 18% de lo que generalmente se había aplicado.
Finalmente, la estadística de los tiempos de avance en el Eoceno Inferior muestra que el ROP promedio en el campo es de 20 m/hr (3 min/metro) requiriendo generalmente aplicar hasta 14 ton de PSB para mantener dicho avance.
Debido al ajuste en los parámetros en estos intervalos, se logró optimizar el ROP a 30 m/hr (2 min/hr). Mediante la aplicación de 9 ton de PSB como máximo sin observar altos torques en superficie comparados con la tendencia del campo.
Como resultado se lograron optimizar 25.69 horas efectivas de perforación, lo cual representa un ahorro significativo en renta de equipo. Además de alcanzar un récord superior en un 11% del pozo más veloz del campo (M-464 | 48.47 m/hr vs M-485 | 53.83 m/hr). Tomando en cuenta que se perforó un intervalo superior (1,152 metros | M-484 vs 1,562 metros | M-485).
Luego del análisis realizado a los pozos de estudio (M_1, M_2, M_3 y M_4) se logra concluir y demostrar la factibilidad de la implementación del concepto de Energía Mecánica Específica (MSE). Como una herramienta en tiempo real, ya que ofreció excelentes resultados con buena precisión de diagnóstico, optimización efectiva y análisis simple; además de identificar las limitaciones de eficiencia.
Los Ingenieros Carlos Enrique Moreno Magallanes, María Fernanda Licea Núñez y María del Rocío Oróstico Marín presentaron el trabajo en la reciente edición del Congreso Mexicano del Petróleo (CMP).
