14 Oilfield Review

Innovaciones en operaciones de disparos: Perforación de orificios y modelos de desempeño

Las cargas explosivas premoldeadas (huecas) crean orificios a través de la tubería de

revestimiento de los pozos de petróleo y gas y generan túneles que conectan el pozo con

la roca presente más allá de la tubería. Para determinar el desempeño de la penetración

en condiciones conocidas, las compañías de servicios efectúan pruebas en la superficie,

haciendo detonar cargas premoldeadas en objetivos de concreto no sometidos a esfuerzos.

Después de determinar que los programas de modelado pueden no pronosticar

correctamente el desempeño de las cargas en el fondo del pozo, los científicos de

Schlumberger desarrollaron un software que computa con precisión la profundidad

de penetración, la efectividad de los disparos y las respuestas dinámicas del sistema.

Además, utilizaron este conocimiento con el fin de desarrollar cargas optimizadas

para disparar rocas sometidas a esfuerzos.

Carlos BaumannAlfredo FayardBrenden GroveJeremy HarveyWenbo YangRosharon, Texas, EUA

Amit GovilTananger, Noruega

Andy MartinCambridge, Inglaterra

Roberto Franco Méndez GarcíaArturo Ramírez RodríguezPetróleos Mexicanos (PEMEX)Agua Dulce, Veracruz, México

Jock MunroAberdeen, Escocia

César Vélez TerrazasVillahermosa, Tabasco, México

Lang ZhanShell Oil CompanyHouston, Texas

Traducción del artículo publicado en Oilfield Review Otoño de 2014: 26, no. 3.Copyright © 2015 Schlumberger.ASFS, CIRP, HSD, PowerJet Nova, PowerJet Omega, PURE, S.A.F.E., SafeJet, Secure, Secure2, SPAN, SPAN Rock y TuffTRAC Mono son marcas de Schlumberger.1. Behrmann L, Grove B, Walton I, Zhan L, Graham C,

Atwood D y Harvey J: “A Survey of Industry Models for Perforator Performance: Suggestions for Improvements,” artículo SPE 125020, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Nueva Orleáns, 4 al 7 de octubre de 2009.

2. Instituto Americano del Petróleo: RP 19B, Recommended Practices for Evaluation of Well Perforators, 2da edición. Washington, DC: Instituto Americano del Petróleo, 2006.

3. Para obtener más información sobre las operaciones de disparos en condiciones de bajo balance dinámico, consulte: Baxter D, Behrmann L, Grove B, Williams H, Heiland J, Hong LJ, Khong CK, Martin A, Mishra VK, Munro J, Pizzolante I, Safiin N y Suppiah RR: “Operaciones de disparos: Cuando la falla es el objetivo,” Oilfield Review 21, no. 3 (Marzo de 2010): 4–17. > Objetivos de concreto. Un especialista en operaciones de disparos

examina un objetivo de concreto para evaluar la geometría del túnel dejado por los disparos con cargas de penetración profunda (líneas verticales). Después de las pruebas, los túneles dejados por los disparos en los objetivos de concreto se orientan en sentido horizontal; el objetivo de concreto ha sido abierto y colocado sobre uno de sus lados para asegurar su estabilidad durante el examen. La prueba correspondiente a la Sección 1 de la norma API RP 19B contempla procedimientos específicos para la construcción de estos objetivos de concreto.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 1ORSUMM 14 PERFOTN 1

Volumen 26, no.3 1515

La ejecución de operaciones de disparos con car-gas explosivas premoldeadas es la forma más usual de conectar las formaciones hidrocarburíferas con el pozo a través de la tubería de revestimiento. Los operadores llevan a cabo estas operaciones en los pozos de petróleo y gas desde hace más de 60 años. Y durante un lapso de tiempo casi equivalente, los científicos han trabajado para desarrollar mode-los de penetración que vinculan el desempeño de las cargas en pruebas controladas al desempeño en el fondo del pozo. No obstante, la validación del desempeño de las cargas en el fondo del pozo es dificultosa debido a la falta de acceso directo a los disparos después de concluir las operaciones.

En los últimos años, las compañías de servi-cios han introducido cargas de disparos que penetran a mayor profundidad y generan túneles más grandes que nunca en objetivos de concreto. La investigación indica que la vinculación entre las pruebas en objetivos de concreto y los resulta-dos en rocas sometidas a condiciones similares a las existentes en el fondo del pozo quizás no sea tan directa como los sugieren muchos modelos.1 Las predicciones de los modelos parecen dema-siado optimistas para la profundidad de penetra-ción, la geometría del túnel dejado por los disparos (túneles de disparo) y la efectividad del flujo en condiciones de fondo de pozo.

Las predicciones acerca del desempeño y la penetración de las cargas se efectúan tradicio-

nalmente con los datos adquiridos en la superfi-cie, que luego son corregidos por el ambiente de fondo de pozo. La Práctica Recomendada (RP) 19B del Instituto Americano del Petróleo (API) establece procedimientos para calificar el desem-peño de las cargas.2 Las técnicas y procedimien-tos de pruebas en objetivos que simulan las condiciones de fondo de pozo se incluyen en la norma API RP 19B; no obstante, los proveedores de cargas premoldeadas con frecuencia se remiten a las pruebas correspondientes a la Sección 1—cargas disparadas en objetivos de concreto no sometidos a esfuerzos— a la hora de comparar las cargas (página anterior). Los resultados de las pruebas correspondientes a la Sección 1 tam-bién constituyen la base de las aplicaciones de modelado que pronostican el desempeño de las cargas utilizando los parámetros de las rocas y las formaciones, las propiedades del cemento y la tubería de revestimiento, los efectos del fluido de terminación de pozos, y los datos de temperatura y presión.

En el año 2004, Schlumberger inauguró el laboratorio de investigación más avanzado de la industria del petróleo y el gas para estudiar las ciencias de los disparos. Se trata de una expan-sión del primer laboratorio de operaciones de dis-paros de la industria, promovida por Schlumberger en 1953. En el Campus de Schlumberger en Rosharon (SRC), Texas, EUA, los especialistas del

laboratorio llevan a cabo pruebas de cargas pre-moldeadas, que incluyen comparaciones de los resultados de laboratorio con el desempeño pro-nosticado por el software de modelado. Las prue-bas pueden ser efectuadas en objetivos de rocas sometidas a esfuerzos que reproducen las condicio-nes de fondo de pozo y por consiguiente generan resultados más representativos de las operaciones reales que los resultados de las pruebas en obje-tivos de concreto no sometidos a esfuerzos, efec-tuadas en la superficie.

Las actividades de investigación llevadas a cabo en el laboratorio SRC han permitido actualizar el conocimiento del desempeño de las cargas premol-deadas y los sistemas de disparos. Los resultados de las pruebas de laboratorio fueron incorpora-dos en el software de análisis de operaciones de disparos SPAN de Schlumberger. Este software pronostica el desempeño que se ajusta mejor a los resultados de las pruebas en rocas sometidas a esfuerzos que los sistemas de modelado previos. El programa actualizado ahora se denomina análi-sis de operaciones de disparos en rocas sometidas a esfuerzos SPAN Rock; el software actualizado incluye además el modelado de los disparos lim-pios PURE y los sistemas de disparos en condicio-nes de bajo balance dinámico (DUB). El software predice las fuerzas dinámicas producidas durante las operaciones de disparos y proporciona expecta-tivas de productividad realistas.3

16 Oilfield Review

Los investigadores que trabajan para com-prender el desempeño de las cargas también han desarrollado cargas optimizadas para las condicio-nes del mundo real. Las cargas premoldeadas de penetración extra profunda PowerJet Nova consti-tuyen un ejemplo de carga diseñada que incorpora los resultados de las investigaciones en curso. Ésta es la primera familia integral de cargas de la industria, optimizada específicamente para rocas sometidas a esfuerzos.

Además de mejorar el desempeño de las car-gas, los ingenieros de diseño están desarrollando nuevas tecnologías para mejorar la seguridad de las operaciones de disparos. El Equipo de Disparo Activado por Impacto S.A.F.E. fue el primer sis-tema de disparos intrínsecamente seguro de la industria del petróleo y el gas. Dicho equipo utili-zaba un iniciador de laminilla fusible (EFI) en vez de los explosivos primarios empleados gene-ralmente en los casquillos detonadores. El sis-tema más avanzado de pistolas (cañones) de disparos SafeJet fue introducido recientemente. Este sistema incluye características de seguridad adicionales, tales como los iniciadores electróni-cos, que permiten el disparo selectivo de múltiples cargas individuales o grupos de cargas. La tecnolo-gía SafeJet mejora la eficiencia de las operacio-nes de disparo selectivas utilizadas habitualmente en los programas de tratamientos de estimulación por fracturamiento.

Este artículo describe las actividades de investigación en curso asociadas con las cargas premoldeadas y expone sucintamente los desarro-llos recientes en materia de software de modelado de la penetración y el desempeño de las cargas. Algunos operadores de México y el Mar del Norte aprovecharon los avances registrados en el mode-lado y el diseño de las cargas premoldeadas para mejorar la productividad de los pozos. Un ejemplo adicional del Mar del Norte demuestra las venta-jas y las eficiencias operacionales de la tecnolo-gía de disparos SafeJet.

Formulación de nuevas normasLos ingenieros y científicos llevan a cabo experi-mentos con cargas premoldeadas desde la década de 1950. La actividad de experimentación se ha centrado mayormente en la determinación de la profundidad de penetración (DoP) porque la pro-ductividad de las terminaciones naturales de los pozos —aquéllas que no requieren tratamientos de estimulación— depende de la medida en que los túneles de disparos se extienden más allá del daño inducido por la perforación en la región vecina al pozo.4 Recientemente, los investigado-res compararon el desempeño en términos de penetración de las cargas premoldeadas moder-nas, en condiciones simuladas de fondo de pozo, con las predicciones de penetración derivadas de los modelos utilizados normalmente en la indus-

tria, desarrollados en su mayor parte antes de la década de 1990. Los resultados de las pruebas indican que la precisión de las predicciones de desempeño no ha acompañado a los cambios intro-ducidos en el diseño de las cargas.5 Por otra parte, si se evalúa el mismo sistema de disparos en idén-ticas condiciones simuladas, existen grandes dis-crepancias entre los modelos respecto de las predicciones de desempeño (izquierda).

Las pruebas de las cargas efectuadas en la superficie constituyen la base de las predicciones de desempeño. Las normas para las pruebas de las cargas de los disparos fueron desarrolladas por el API y se describen en las pruebas en objetivos de concreto de la Sección 1 de la norma RP 43. Estas normas se publicaron por primera vez en 1962 y con el tiempo evolucionaron para incluir cuatro procedimientos de pruebas:• Sección 1: Pruebas del sistema en concreto a

presión y temperatura ambiente• Sección 2: Pruebas de un solo disparo en objeti-

vos de arenisca Berea sometidos a esfuerzos (3 000 lpc [20,7 MPa]) a temperatura ambiente

• Sección 3: Pruebas del sistema en acero a tem-peratura elevada

• Sección 4: Pruebas de desempeño del flujo de un solo disparo en muestras de arenisca Berea sometidas a esfuerzos (3 000 lpc) a tempera-tura ambiente.

Para predecir la DoP en el fondo del pozo, los primeros modelos de penetración comenzaron con los datos de profundidad de penetración correspondientes a la Sección 1 de la norma API RP 43 y aplicaron una serie de correcciones (próxima página). El proceso secuencial empleado para convertir los resultados de las pruebas correspondientes a la Sección 1 en DoP de fondo de pozo en modelos predictivos generalmente consiste en los cinco pasos siguientes:• Ejecución de las pruebas en concreto descritas

en la Sección 1 de la norma API RP 43 con-forme a las normas.

• Normalización de estos resultados para la are-nisca Berea con una resistencia a la compresión no confinada (UCS) de 7 000 lpc [48,3 MPa].

• Normalización de los datos de la arenisca Berea corregidos para otros tipos de rocas no someti-das a esfuerzos.

• Corrección de los datos de penetración en rocas no sometidas a esfuerzos para determinar el esfuerzo efectivo.

• Aplicación de los efectos del cemento, la tube-ría de revestimiento y el fluido del pozo para proporcionar el producto final.6

>Modelos industriales de predicción de la profundidad de penetración. Los resultados de las pruebas efectuadas en objetivos de concreto (izquierda), construidos según las especificaciones de la Sección 1 de la norma API RP 19B, son utilizados en modelos industriales para predecir el desempeño de los disparos en condiciones de fondo de pozo. El concreto se deja curar durante 28 días antes de las pruebas. Los técnicos utilizan una briqueta de prueba hecha con el mismo lote de concreto para confirmar las propiedades mecánicas del objetivo. Los investigadores de Schlumberger compararon diversos modelos (derecha) para predecir la penetración de las cargas, utilizando el mismo tipo de carga en idénticas condiciones. El modelo SPAN tradicional basado en el uso de concreto (azul claro) predijo la profundidad de penetración (DoP) más somera. Para reforzar la validación, se efectuó una prueba en una muestra de roca sometida a esfuerzos; las propiedades fueron cargadas en los diversos modelos. Todas las predicciones de los modelos resultaron excesivamente optimistas en comparación con la DoP real de la muestra sometida a esfuerzos. (Adaptado de Harvey et al, referencia 14.)

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 2ORSUMM 14 PERFOTN 2

Tubería derevestimientoPistola o cañón

AguaBriqueta de prueba

Conductode acero

Concreto de 28 días

Pred

icci

ón d

e la

pen

etra

ción

, pul

gada

s

Modelo de penetración

Resultados de los modelos de penetración

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Modelo 1Modelo 2Modelo 3Modelo 4Modelo SPAN, concretoPrueba en rocas sometidasa esfuerzos

Volumen 26, no.3 17

En el año 2001, la norma API RP 19B, Recommended Practices for Evaluation of Well Perforators, reemplazó a la norma API RP 43 y fue actualizada en el año 2006.7 El cambio más significativo introducido por las nuevas normas fueron las especificaciones estrictas para los

objetivos de agregado de concreto utilizados para evaluar la penetración de las cargas en las pruebas correspondientes a la Sección 1.8 Estas prácticas actualizadas incluyeron tolerancias estrechas que aseguraron que las comparaciones entre las car-gas premoldeadas de diversos proveedores se basaran en resultados de objetivos idénticos. No obstante, es probable que las pruebas efectuadas en la superficie, descritas en la norma API RP 19B, no se correlacionen directamente con las predic-ciones de desempeño de las cargas en el fondo del pozo porque la mayoría de los modelos de penetra-ción fueron desarrollados a partir de datos DoP desactualizados, adquiridos mediante la aplica-ción de las prácticas API RP 43.

Sobre la base de extensivas pruebas de labora-torio, los investigadores del SRC descubrieron que la práctica común de aplicar correcciones en secuencia a los datos DoP de la Sección 1 de la norma API RP 19B genera predicciones dema-siado optimistas del desempeño en el fondo del pozo, que no son representativas de los resultados

observados en las pruebas efectuadas en rocas sometidas a esfuerzos. Las discrepancias entre las predicciones de desempeño y los resultados del laboratorio se atribuyen a lo siguiente:• dependencia excesiva con respecto a los resul-

tados de la Sección 1 de la norma API RP 19B en rocas no sometidas a esfuerzos

• falta de investigación asociada con el empleo de las cargas modernas

• tratamiento no realista de los efectos de los esfuerzos locales en los programas de modelado.9

Las cargas premoldeadas más nuevas penetran en los objetivos de las pruebas a mucha mayor pro-fundidad que las cargas de generación más antigua y las extrapolaciones simples de los datos de las pruebas a menudo arrojan resultados incorrectos. En comparación con las cargas de los sistemas de disparos más antiguos, las cargas premoldeadas modernas utilizadas en ambientes similares pue-den exceder el desempeño de penetración en un 100% o un porcentaje mayor. Esto agrava conside-rablemente los efectos de la incertidumbre aso-

>Modelado secuencial. La mayoría de las aplicaciones de modelado predictivo de la profundidad de penetración utilizados en la industria siguen un trayecto secuencial: los datos de las pruebas de la Sección 1 de la norma API RP 19B efectuadas en concreto (extremo superior izquierdo) son corregidos para la are- nisca Berea con una UCS de 7 000 lpc [48,3 MPa] (arriba, centro), por el tipo de roca (derecha) y el esfuerzo efectivo (extremo inferior derecho), y luego se corrigen por las condiciones de fondo de pozo, incluidos el tamaño y el tipo de tubería de revestimiento, las propiedades de los fluidos y la geometrías de las pistolas. El resultado se presenta a menudo como un modelo 2D de la DoP (extremo inferior izquierdo). Para los resultados finales que se obtienen utilizando el modelo secuencial, la interacción de los diversos parámetros entre sí no se tiene demasiado en cuenta. (Adaptado de Martin et al, referencia 13.)

Concreto dela Sección 1

Otros tipos de rocas

Esfuerzo efectivoCondiciones defondo de pozo

Base de los modelos industrialesPruebas en objetivos de concreto

de la Sección 1Pruebas en la arenisca Berea a 7 000 lpc

Pene

traci

ón e

n la

roca

, pul

gada

s

Resistencia axial medida, lpc2 000 6 000 10 000 14 000 18 000 22 000

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 4ORSUMM 14 PERFOTN 4

Tubería de revestimientoPistola o cañón

Agua Briqueta de prueba

Conductode acero

Concretode 28 días

Frac

ción

de

pene

traci

ón d

e su

perfi

cie

Esfuerzo efectivo aplicado, lpc2 000

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

4 000 6 000 8 0000

SalmueraCemento

FormaciónZona de daño

Promedio

060

120180240300

Ángulode fase,°

1,45

3,382,170,480,000,482,17

Separación,pulgadas

18,23

14,8917,6419,9919,2219,9917,64

Penetración total,pulgadas

17,07

13,7316,4918,8318,0718,8316,49

Penetración enla formación,

pulgadas

Área de flujoabierto,

pulgada2/pie

0,71

0,430,520,930,780,930,52

Diámetro dela formación,

pulgadas

0,48547 con6 disparos

por pie

0,32

0,200,250,430,360,430,25

Diámetro delorificio de

entrada, pulgadas

Carga premoldeada

Fluido anular

Placa del objetivo

Camisa de caucho

Núcleo de 4 o 7 pulgadas de diámetro

Ventilación del núcleo

Entrada de fluido

AreniscaCaliza

4

6

Sistema 1Sistema 2Sistema 3Sistema 4

4. McDowell JM y Muskat M: “The Effect on Well Productivity of Formation Penetration Beyond Perforated Casing,” Actas de AIME 189 (1950): 309–312.

5. Behrman et al, referencia 1.6. Harvey J, Grove B, Zhan L y Behrmann L:

“New Predictive Model of Penetration Depth for Oilwell-Perforating Shaped Charges,” artículo SPE 127920, presentado en el Simposio y Exhibición Internacional de la SPE sobre el Control del Daño de la Formación, Lafayette, Luisiana, EUA, 10 al 12 de febrero de 2010.

7. Instituto Americano del Petróleo, referencia 2.8. Para obtener más información sobre los efectos del

agregado de concreto en las pruebas, consulte: Brooks JE, Yang W y Behrmann LA: “Effect of Sand-Grain Size on Perforator Performance,” artículo SPE 39457, presentado en el Simposio Internacional de la SPE sobre el Control del Daño de la Formación, Lafayette, Luisiana, 18 al 19 de febrero de 1998.

9. Harvey et al, referencia 6.

18 Oilfield Review

ciada con los modelos (izquierda). Las pruebas efectuadas en objetivos de concreto no sometidos a esfuerzos pueden introducir incertidumbres considerables en la predicción de la penetración real, si bien se llevan a cabo en objetivos que res-ponden a las normas más estrictas de la Sección 1 de la norma API RP 19B.

Mediante la utilización de modelos industria-les, los ingenieros observaron una gran variabili-dad en las predicciones de desempeño de las cargas. Estos modelos comienzan con los datos del desempeño en concreto correspondientes a la Sección 1 de la norma API RP 19B, seguidos por aplicaciones de correcciones en secuencia por el tipo de roca, el esfuerzo en el fondo del pozo y las condiciones ambientales. Las cargas modernas exceden considerablemente el desempeño de las cargas de generación más antigua respecto de la penetración, si bien los ingenieros determinaron que el desempeño de estas cargas es más afec-tado por los esfuerzos locales que las cargas de generación más antigua. Los investigadores del SRC llegaron a la conclusión de que el enfoque simplista de aplicación de correcciones secuen-ciales en los modelos de predicciones arroja resultados engañosos para las cargas modernas. Además, observaron que los esfuerzos efectivos producen un mayor efecto en la DoP y en la geome-tría de los túneles de disparos de lo que se creía previamente, y los programas de modelado no dan

, Predicción de la DoP utilizando la función de indicador balístico. Después de efectuar cientos de disparos de pruebas en muestras, los investigadores de Schlumberger desarrollaron un modelo realista para predecir la DoP (extremo superior); el nuevo modelo incluye datos derivados de las cargas modernas de penetración profunda. Este método incluye una función de indicador balístico (FBI), que se computa a partir de la UCS y del esfuerzo efectivo balístico, Peff. El Peff es determinado a partir del esfuerzo de confina-miento, Pc, la presión de poro, Pp, y un coeficiente balístico de presión de poro, a. El coeficiente balístico de presión de poro se computa a partir de la porosidad. El coeficiente de influencia del esfuerzo, b, es una función de la UCS. El coefi- ciente de carga exponencial sin unidades, α0, debe ser determinado empíricamente para cada carga premoldeada. Para el coeficiente de carga exponencial, puede utilizarse un valor fijo de 8 × 10–5 (extremo inferior, azul oscuro), pero si este parámetro se escoge con precisión se obtienen predicciones más representativas, especialmente en las rocas más débiles. Los diversos parámetros se incorporan luego en una ecuación que incluye dos valores de referencia, FBI ref y DoPref, determi- nados a partir de las pruebas efectuadas en rocas con una UCS de 10 000 lpc [69 MPa]. Desde la introducción de este modelo, los ingenieros validaron los resultados con miles de pruebas. (Adaptado de Harvey et al, referencia 6.)

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 5ORSUMM 14 PERFOTN 5

DoP,

pulg

adas

FBI, lpc

00 5 000 10 000 15 000 20 000

5

10

20

30

15

25

35

αo = 8 × 10–5

αo = 7 × 10–5

αo = 6 × 10–5

αo = 5 × 10–5

αo = 4 × 10–5

DoP = DoP en la formación productiva.

DoPref = DoP en una formación de referencia utilizando FBI ref a 10 000 lpc.

αo = Coeficiente de carga exponencial.

FBI = Función de indicador balístico de la formación productiva, lpc.FBI ref = La función de indicador balístico en una formación de referencia a 10 000 lpc.UCS = UCS de la formación productiva, lpc.

Peff = Esfuerzo efectivo balístico, lpc.

Pc = Esfuerzo de confinamiento, lpc.

Pp = Presión de poro, lpc.

a = Coeficiente balístico de presión de poro.

b = Coeficiente de influencia del esfuerzo.

φ = Porosidad, %.

FBI = UCS + b × Peff .

Peff = Pc– a × Pp.

3,33 × e –9,55 ×10–5 × UCS, UCS > 30 000 lpc. – =

0,7336 – 1,813 × 10–5 × UCS, UCS < 30 000 lpc.b

( (DoPDoPref

In = FBI ref – FBIαo .

φ φ×( =0,0967 0,428a ) .

> Datos históricos de profundidad de penetración utilizados en los modelos de predicción de la profundidad de penetración. Los datos históricos, basados en las directrices de la norma API RP 43 (sombreado azul), fueron utilizados para desarrollar muchos de los modelos de predicción de la profundidad de penetración que se utilizan hoy en día. Los valores de la DoP (puntos negros) en los que se basan estos modelos fueron todos inferiores a 76 cm [30 pulgadas]; las cargas modernas de penetración profunda, no disponibles cuando se creó la mayor parte de estos modelos, pueden exceder los 152 cm [60 pulgadas] de DoP. Los investigadores de Schlumberger observaron que la hipótesis de una relación lineal (línea negra) entre el valor de DoP derivado de las pruebas en objetivos de concreto y los valores obtenidos en la arenisca Berea no se mantiene para estas cargas de penetración profunda. La relación puede ser asintótica (rojo). Debido a la diferencia entre las profundidades de penetración históricas y actuales, los errores pequeños del modelo pueden introducir una gran incertidumbre en la predicción de la DoP en muestras de rocas (sombreado rosado). (Adaptado de Martin et al, referencia 13.)

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 3ORSUMM 14 PERFOTN 3

Secc

ión

2 de

la n

orm

a AP

I RP

43Pe

netra

ción

en

la a

reni

sca

Bere

a, p

ulga

das

Sección 1 de la norma API RP 43, penetración en concreto, pulgadas

Desempeño de lascargas modernas

Área de incertidumbre

00

10

20

30

40

10 20 30 40 50 60

Volumen 26, no.3 19

cuenta de la totalidad de estos efectos. El de- sempeño de las cargas en cuanto a penetración, en condiciones de fondo de pozo, puede ser sobresti-mado hasta en un 240% en comparación con las predicciones de los modelos tradicionales.10

Correlación con la penetración en rocas sometidas a esfuerzosLa mayor parte de las aplicaciones de modelado aplican los efectos de la resistencia de las rocas en las predicciones de la DoP basadas en investiga-ciones efectuadas a comienzos de la década de 1960.11 Estos modelos tratan la resistencia de las rocas y las condiciones de los esfuerzos de fondo de pozo por separado sin considerar cómo estas condiciones interactúan entre sí. En esa época, los investigadores desarrollaron una fórmula logarít-mica simple que computa la DoP a partir de la UCS esperada en condiciones de fondo de pozo.12

La relación se basa en las siguientes suposiciones:• El desempeño de la penetración a través de

múltiples objetivos puede ser caracterizado en base a una medición en un objetivo simple.

• Las cargas no pueden ser optimizadas para una resistencia dada del objetivo.

• La corrección por la UCS es la misma indepen-dientemente del tipo de roca.

• Las tendencias de desempeño en objetivos no sometidos a esfuerzos como los de las pruebas correspondientes a la Sección 1 de la norma API RP 19B (o 43B) serán las mismas que en objetivos sometidos a esfuerzos.

Las pruebas de sistemas de pistolas o cañones de disparos de última generación demostraron que algunas de estas suposiciones producen discre-pancias entre el desempeño real y los resultados de los modelos.13

Para abordar estas discrepancias, los investi-gadores de Schlumberger desarrollaron un nuevo parámetro; la función de indicador balístico, FBI. Esta función combina las propiedades intrínse-cas de la formación (UCS y porosidad) con las propiedades extrínsecas (esfuerzo de los estratos de sobrecarga y presión de poro) para predecir con más precisión el desempeño de los disparos en condiciones de fondo de pozo (página ante-rior, abajo). Este parámetro fue definido después de que los investigadores efectuaran más de 200 experimentos utilizando cuatro tipos de cargas y objetivos con valores de UCS oscilantes entre 1 600 y 16 000 lpc [11 y 110 MPa].14

Sobre la base de los resultados de sus experi-mentos, los investigadores desarrollaron e intro-dujeron un nuevo modelo de cómputo de la DoP. Los modelos previos a menudo utilizaban una ecuación simple para determinar la DoP en con-diciones de fondo del pozo. Los resultados de las pruebas descritas en la Sección 1 para la DoP en objetivos de concreto fueron ajustados utilizando solamente la diferencia entre la UCS del objetivo de la prueba y la UCS estimada en condiciones de fondo de pozo. El nuevo modelo requiere seis parámetros: dos parámetros específicos de las

cargas premoldeladas y cuatro parámetros espe-cíficos de la formación (UCS, porosidad, presión de confinamiento y presión de poro). Se escogió un FBI de referencia utilizando como base un valor de 10 000 lpc [69 MPa], que representa el centro del conjunto de datos. El reemplazo de un paráme-tro específico de la carga por dos significa que los ingenieros pueden optimizar los diseños de los dis-paros para objetivos específicos: por ejemplo, for-maciones duras versus formaciones blandas. Luego de la introducción del modelo de seis pará-metros, se efectuaron cientos de pruebas adiciona-les para confirmar la validez del método (abajo). No obstante, la DoP es sólo una parte del esce-nario general del desempeño de los disparos;

> Respuesta logarítmica y correcciones específicas de cada roca. Las pruebas de penetración, efectuadas en núcleos de areniscas de esfuerzo variable aplicado y UCS (extremo superior derecho), indican que la relación entre FBI y DoP es logarítmica (izquierda). Además, la gráfica de DoP versus FBI (extremo inferior derecho) indica que el desempeño depende de las rocas. Utilizando el mismo tipo de carga, los técnicos efectuaron pruebas en núcleos de areniscas (diamantes azules) y carbonatos (cuadrados rojos); las curvas ajustadas a los datos —areniscas (azul) y carbonatos (rojo)— indican que la DoP en las areniscas es mayor que la DoP en los carbonatos. La diferencia de la DoP es más pronunciada en las rocas más débiles. El programa SPAN Rock incluye correcciones tanto para la resistencia de la roca como para el tipo de roca. Estas pruebas validan el modelo de la función de indicador balístico de manera más exhaustiva.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 6ORSUMM 14 PERFOTN 6

DoP,

pul

gada

s

FBI, lpc

0

5

10

20

15

25

30

35

40

5 000 10 000 15 000 20 000 25 000 30 0000

AreniscaCarbonato

A

B

CD

00 5 000 10 000 15 000 20 000 25 000

DoP,

pul

gada

s

FBI, lpc

5

10

15

20

25

Formación DoP, pulg FBI , lpc UCS, lpc Pc, lpc Pp, lpc

A Castlegate 20,8 4 500 1 600 4 000 0

B Berea 16,5 10 400 8 000 4 000 0

C Nugget 9,0 17 800 16 000 4 000 0

D Berea 8,5 19 800 8 000 20 000 0

10. Harvey et al, referencia 6.11. Thompson GD: “Effects of Formation Compressive

Strength on Perforator Performance,” artículo API-62-191, presentado en la Conferencia sobre Prácticas de Perforación y Producción, Ciudad de Nueva York, 1º de enero de 1962.

12. La resistencia a la compresión no confinada, una medida de la resistencia de la roca, es el esfuerzo de compresión uniaxial máximo que puede tolerar un material bajo condiciones de esfuerzo sin confinamiento.

13. Martin A, Grove B, Harvey J, Zhan L y Atwood D: “A New Direction for Predicting Perforating Gun Performance,” artículo MENAPS-11-12, presentado en el Simposio sobre Operaciones de Disparos de Medio Oriente y África Septentrional, Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos, 28 al 30 de noviembre de 2011.

14. Harvey J, Grove B y Zhan L: “Stressed Rock Penetration Depth Correlation,” artículo SPE 151846, presentado en el Simposio y Exhibición Internacional de la SPE sobre el Control del Daño de la Formación, Lafayette, Luisiana, 15 al 17 de febrero de 2012.

20 Oilfield Review

>Mejoramiento de las relaciones de productividad con los disparos en condiciones de bajo balance dinámico. En las operaciones de disparos convencionales, incluso en condiciones de bajo balance, la roca dañada presente a lo largo de la pared del túnel y los detritos pueden reducir sustancialmente la relación de productividad (PR) (izquierda). Algunos detritos de los disparos pueden removerse haciendo fluir el pozo, si bien los túneles con las mejores características de flujo aportarán la mayor parte del flujo y los disparos taponados quizás no aporten nada de flujo. El comportamiento total del pozo en los tres escenarios de disparos ilustra los efectos del daño de los disparos y la aplicación del nuevo modelo de flujo. El caso A muestra una PR computada a partir del tratamiento realista de un pozo disparado convencionalmente, analizado mediante la utilización del nuevo modelo. El modelo reconoce que sin la técnica de disparos DUB PURE, el influjo puede ser restringido solamente a una porción pequeña de cada túnel. El caso B muestra una PR excesivamente optimista, computada con un modelo convencional de daño de los disparos. Este modelo asume un influjo restringido por una zona triturada uniforme de permeabilidad reducida a lo largo de todo el túnel de disparos. El caso C muestra una PR computada para un pozo con la técnica de disparos DUB PURE. Dado que todos los disparos se encuentran limpios y sin restricciones para el influjo del yacimiento, este método maximiza el desempeño del pozo. Esto fue demostrado por los ingenieros mediante la comparación del flujo de un tinte fluorescente en el interior del túnel de una muestra de núcleo disparada con la técnica DUB PURE (extremo superior derecho) con el flujo hacia el interior del túnel de una muestra de núcleo disparada en forma convencional (extremo inferior derecho). El tinte fluorescente (azul claro) ingresa en todo el túnel de disparos DUB PURE, pero sólo fluye hacia el interior de una porción pequeña del túnel convencional porque la mayor parte del túnel se encuentra taponada con detritos y roca dañada. La ventaja de la técnica de disparos DUB PURE se refleja con más precisión comparando el caso C con el caso A, en vez de compararlo con el caso B.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 8BORSUMM 14 PERFOTN 8B

Disparos DUB PURE, flujo efectivoRelaciones de productividad computadas

Disparos convencionales, flujo inefectivo

Caso CDisparos DUB PURE,

modelo nuevo

Caso ADisparos convencionales,

modelo nuevo

Caso BDisparos convencionales,

modelo tradicional

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Rela

ción

de

prod

uctiv

idad

0

> Limpieza del túnel después de los disparos tradicionales. Los túneles producidos con las técnicas de disparos tradicionales pueden ser taponados con detritos que impiden el flujo (izquierda). Las paredes de los túneles son revestidas con rocas dañadas que también pueden actuar como impedimento para el flujo (arriba, centro). Los métodos de predicción de la efectividad del flujo hacia el interior del pozo asumen un flujo uniforme desde la formación hacia los túneles de disparos (extremo superior derecho). Dado que los túneles presentan un daño no uniforme a lo largo de sus paredes y taponamientos variables (abajo, centro), el flujo uniforme es atípico, y en la realidad, el flujo hacia los túneles de disparos con métodos convencionales es restringido (extremo inferior derecho). (Adaptado de Grove et al, referencia 15.)

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 7ORSUMM 14 PERFOTN 7

1 pulgada

Detritos de los disparos

Detritos de los disparos

Daño uniforme

Daño no uniforme

Condición asumida después del tratamiento convencional

Disparos convencionales

Condición probabledespués del tratamiento

Modelo no realista

Flujo inefectivo

Volumen 26, no.3 21

los investigadores también pusieron su atención en la efectividad del flujo de los túneles de disparos.15

Disparos efectivosLos disparos abren agujeros en las tuberías de revestimiento de acero sólido y luego generan túneles que se rellenan generalmente con detri-tos (escombros) y se revisten con una capa de roca dañada por los impactos (página anterior, arriba).16 La roca dañada y los detritos impiden el flujo del fluido. Los efectos pueden ser cuantifica-dos con el factor de daño, que incluye el daño de la formación causado por las prácticas de perfo-ración, terminación y disparos.17 Si bien la DoP se considera a menudo el componente más crucial de la eficiencia de la producción, en la práctica, el estado y la geometría del túnel de disparos se asocian tanto con la efectividad de los disparos como la DoP.18

Un predictor convencional de la efectividad de los disparos es la eficiencia de flujo en los núcleos (CFE); se trata de la relación entre la productivi-dad medida y la productividad teórica de un núcleo disparado en el laboratorio. El parámetro CFE de un túnel de disparos ideal sin daños es de 1,0; todo valor por debajo de 1,0 indica la existencia de daños causados durante los disparos. Un valor de CFE mayor que 1,0 indica estimulación.

Un valor de CFE computado a partir de la rela-ción entre la productividad medida y la producti-vidad teórica plantea numerosos interrogantes debido a las suposiciones formuladas en el método.19

El cómputo tradicional del parámetro CFE asume la presencia de flujo radial 1D en los túneles de dispa-ros con un diámetro constante de los túneles, situa-ción que no suele darse en la realidad. Los modelos para la predicción de CFE asumen además que la zona triturada, la roca dañada a lo largo de la pared del túnel, es el único elemento que contri-buye a la reducción del flujo e ignoran los detritos de los disparos que quedan en los túneles.20

Además, se asume una zona triturada de permea-bilidad deteriorada y espesor constante para toda la longitud del túnel, si bien se sabe que el espe-sor y la permeabilidad varían a lo largo del túnel. Otra suposición utilizada para desarrollar el cóm-puto de CFE es que la limpieza durante el flujo de retorno puede mejorar la permeabilidad de la zona triturada, lo cual puede no ser válido para todos los túneles de disparos. Una última suposi-ción crucial es que el parámetro CFE es la relación entre la productividad del túnel de disparos dañado y la productividad de un túnel teórico sin daño; no obstante, la productividad del túnel sin daño puede ser difícil de cuantificar.

Muchos pozos se dejan fluir después de ser dis-parados para remover la roca dañada y los detritos de los disparos. Un método común utilizado por los operadores para iniciar el flujo inmediata-mente después de los disparos es el de los dispa-ros en condiciones de bajo balance estático; una operación en la cual la presión existente en el pozo antes de abrir orificios en la tubería de revestimiento se mantiene por debajo de la pre-sión de poro de la formación. La efectividad de la

limpieza de los disparos utilizando la técnica de bajo balance estático depende de la eficiencia de flujo de los disparos individuales y de la efectivi-dad del flujo del yacimiento hacia los disparos. Un problema con este método es que los disparos con las mejores características de flujo aportan la mayor parte del flujo, y los que más se beneficia-rían con la limpieza permanecen rellenos de detritos y dañados.

Una alternativa a las operaciones de disparos en condiciones de bajo balance estático es la téc-nica de disparos DUB PURE, un método compro-bado de mejoramiento de la eficiencia de flujo de los túneles de disparos, que se mide por el coefi-ciente de productividad del pozo (página anterior, abajo).21 La técnica remueve la roca dañada de las paredes de los túneles de disparos y los detritos de los túneles que restringen el flujo.22 Además de mejorar el desempeño del pozo, la técnica de dis-paros DUB PURE ofrece ventajas operacionales y de seguridad; por ejemplo, los disparos DUB PURE pueden ser logrados incluso en condiciones en las que un pozo no puede mantener un estado de bajo balance estático previo a los disparos, tal como cuando existen disparos abiertos presentes o cuando se requieren condiciones de sobre balance estático para el control del pozo.

El concepto de los disparos en condiciones DUB surgió a partir de estudios efectuados en el labora-torio SRC. El proceso de limpieza de los disparos es controlado principalmente por las propiedades de la formación y las presiones transitorias del pozo generadas por un sistema de pistolas (abajo).

>Modelo de disparos en condiciones de bajo balance dinámico (DUB) PURE. Los sistemas de disparos con bajo balance dinámico generan diferenciales de presiones transitorias (izquierda) en el túnel de disparos. Los detritos de los disparos y la roca dañada a lo largo de la superficie del túnel han sido barridos (centro a la izquierda). Estos túneles de disparos completamente limpios proporcionan un flujo efectivo a lo largo de todo el túnel (centro a la derecha). El flujo proveniente de la formación ingresa en cada túnel de disparos y luego fluye hacia el interior del pozo (derecha), situación que mejora la productividad en comparación con las técnicas convencionales.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 8AORSUMM 14 PERFOTN 8A

00 2Tiempo, segundos

Bajo balance dinámicoTúnel limpio

Flujo uniforme

Pres

ión,

lpc

4

2 000

4 000

6 000

Resultados de los disparos encondiciones de bajo balance dinámico PURE

1 pulgada

15. Grove B, Harvey J y Zhan L: “Perforation Cleanup by Means of Dynamic Underbalance: New Understanding,” SPE Drilling & Completion 28, no. 1 (Marzo de 2013): 11–20.

16. Para obtener más información sobre las operaciones de disparos, las zonas de daño y los detritos de los túneles de disparos, consulte: Baxter et al, referencia 3.

17. Factor de daño es un término utilizado en la teoría de la ingeniería de yacimientos para describir la restricción para el flujo de fluidos en una formación geológica o en un pozo. Los valores de factor de daño positivos cuantifican las restricciones del flujo, en tanto que los valores de factor de daño negativos cuantifican los mejoramientos del flujo, generados habitualmente por las operaciones de estimulación artificial,

tales como los tratamientos de acidificación y fracturamiento hidráulico.

18. Grove et al, referencia 15.19. Harvey J, Grove B, Walton I y Atwood D: “Flow

Measurements in the Perforation Laboratory: Re-Thinking Core Flow Efficiency (CFE),” artículo IPS-10-015, presentado en el Simposio Internacional sobre Operaciones de Disparos, The Woodlands, Texas, EUA, 5 al 7 de mayo de 2010.

Grove B, Harvey J, Zhan L y Atwood D: “An Improved Technique for Interpreting Perforating-Flow-Laboratory Results: Honoring Observed Cleanup Mechanisms,” SPE Drilling & Completion 27, no. 2 (Junio de 2012): 233–240.

20. La zona triturada se refiere a la roca dañada existente a lo largo de la pared del túnel de disparos.

21. La relación de productividad se define como el índice de productividad medido de un pozo, lo cual incluye las influencias de la región vecina al pozo y la terminación, divididas por el índice de productividad ideal teórico de un pozo terminado en agujero descubierto. Para obtener más información sobre la relación de productividad, consulte: Behrmann L, Brooks JE, Farrant S, Fayard A, Venkitaraman A, Brown A, Michel C, Noordermeer A, Smith P y Underdown D: “Técnicas de diseño de los disparos para optimizar la productividad,” Oilfield Review 12, no. 1 (Verano de 2000): 54–79.

22. Para obtener más información sobre las operaciones de disparos en condiciones de bajo balance dinámico, consulte: Baxter et al, referencia 3.

22 Oilfield Review

Para la limpieza, la técnica de disparos DUB PURE es más efectiva que hacer fluir el pozo o efectuar disparos en condiciones de bajo balance. Las inves-tigaciones recientes arrojan luz sobre la técnica y han demostrado que los pozos disparados con los sistemas DUB PURE experimentan mejoras signi-ficativas de la eficiencia de flujo.

Una característica del programa SPAN Rock es la introducción de un modelo de flujo actuali-zado que supera las limitaciones del método CFE convencional y pronostica con mayor precisión los resultados del método de disparos DUB. El modelo desarrollado en el laboratorio SRC se basa en múl-tiples experimentos, incorpora el modelado de

flujo realista y es consistente con los mecanismos reales de limpieza de los disparos.23

Los procesos involucrados en las operaciones de disparos DUB son complejos, si bien se ha desarrollado un software de modelado para pre-decir la efectividad de un sistema de disparos, que da cuenta de las presiones transitorias del

No

Si

Nuevo modelo depredicción de la penetración

basado en rocas

Simulador de prediccionesde presiones transitorias

del pozo

Modelo preciso de factorde daño provocado

por los disparos

Modelo mejorado defactor de daño del pozo

Coeficiente de productividad, índice deproductividad, tasa de producción,

factor de daño total y todos loscomponentes del factor de daño y losresultados del análisis de sensibilidad

Recolección de datos

Seleccionar el sistemade pistolas óptimo

Cálculo de la productividaddel pozo y evaluación del

desempeño de las pistolas

Evaluación de lacondición de los túneles

de disparos

Profundidad de los disparos,estimación del tamaño de

los orificios de entrada y deldiámetro de los disparos

Profundidad de los disparos,valores del tamaño de los orificiosde entrada y del diámetro de los

disparos iniciales

Propiedadesdel yacimiento

• Propiedades mecánicas de las rocas• Condición de esfuerzos• Tipo de roca• Permeabilidad de la formación• Porosidad de la formación• Anisotropía de la formación• Heterogeneidad de la formación• Propiedades de los fluidos de

formación (viscosidad, presión del yacimiento, temperatura, etc.)

Sistema de cargas, pistolasy sartas de herramientas

• Tipo y tamaño de las cargas• Tipo y tamaño de las pistolas• Régimen de carga de las cargas (puesta en fase y densidad de disparo)• Otras herramientas de la sarta• Condición de la instalación de la sarta de herramientas (geometrías centradas o excentradas y detalladas)

Formación en la región vecina alpozo y condición del flujo de fluidos

• Invasión del fluido de perforación y migración de partículas (radio y severidad del daño de la formación en la región vecina al pozo)• Condición del flujo de fluidos en la región vecina al pozo (flujo laminar o flujo turbulento)

Pozo y condicióndel pozo

• Geometría del pozo• Especificaciones de la tubería de producción y del cemento• Propiedades del fluido de pozo• Orientación y desviación del pozo• Condición de presión del fluido del pozo con respecto a la presión del fluido del yacimiento• Empaque de grava• Propiedades del filtro (cedazo)

Propiedades DUB, daño de la zonatriturada, relleno del túnel,

largo del túnel limpio y diámetrodel túnel refinado

¿Se modifican los datosde entrada o los parámetros

del sistema de pistolas?

>Nuevo flujo de trabajo para la selección de las pistolas y las cargas. El software SPAN Rock proporciona predicciones realistas acerca de la penetración de las cargas premoldeadas utilizando datos de múltiples fuentes. El nuevo modelo de predicción de la penetración basado en rocas constituye la salida predeterminada, si bien pueden efectuarse predicciones tradicionales basadas en objetivos de concreto. Los ingenieros también pueden modelar sistemas de pistolas que utilizan las técnicas de disparos DUB PURE. Además, se dispone del parámetro de productividad del pozo que refleja las condiciones del túnel de disparos y el factor de daño. Este flujo de trabajo puede ser utilizado iterativamente para maximizar el desempeño de los disparos; los resultados se vinculan directamente con el desempeño en las rocas sometidas a esfuerzos.

Volumen 26, no.3 23

pozo, las propiedades de la formación y la simula-ción del influjo.24 El flujo de trabajo y el modelado son parte integrante del software SPAN Rock.

Software SPAN RockEl programa de análisis de operaciones de dispa-ros SPAN de Schlumberger fue introducido en la década de 1980. Este programa permitió computar la DoP a partir de los resultados de las pruebas efectuadas en objetivos de concreto y predecir la geometría de los disparos para cualquier combina-ción de pistolas y tipo de cargas de Schlumberger, en cualquier tamaño de tubería de revestimiento, incluidas sartas de revestimiento múltiples. En el programa se incluyó un módulo de productividad para evaluar la efectividad y la eficiencia de los disparos. Una interfaz gráfica permitió efectuar comparaciones visuales del desempeño de diver-sos sistemas de pistolas.

El software SPAN ha experimentado numerosas actualizaciones desde su introducción. En su ver-sión actual, el modelo de penetración recién desa-rrollado, basado en rocas sometidas a esfuerzos, reemplaza al modelo original basado en objetivos de concreto.25 El nombre actualizado del programa SPAN Rock refleja este cambio. El modelo de penetración no es el único agregado del software; también se han incluido numerosas mejoras sig-nificativas de funcionalidad.

El programa SPAN Rock proporciona el pri-mer modelo industrial de limpieza de los disparos en condiciones DUB.26 Este modelo calcula la lim-pieza de los disparos como una función de la diná-mica de la presión del pozo y de las características de la formación. Basado en las investigaciones publicadas actualmente y las investigaciones revi-sadas por pares, el nuevo modelo permite a los

usuarios predecir la limpieza en la estructura de la “zona triturada” (kc/k) convencional, o en la estructura de la “longitud de flujo efectiva” (Lc/L) recién publicada.27 La combinación de modelos más precisos tanto para la DoP como para la lim-pieza se traduce en predicciones mucho más con-fiables acerca del comportamiento del pozo.

Junto con el modelo de la zona triturada de los disparos descrito por el software SPAN Rock, se han desarrollado nuevos algoritmos para estimar los efectos de la resistencia de las rocas. Estas esti-maciones computan la productividad tanto para los pozos de petróleo como para los pozos de gas. Si existen registros petrofísicos disponibles para construir un modelo mecánico del subsuelo, estos datos pueden ser importados directamente en el software y utilizarse para computar predicciones realistas de la penetración y la producción versus la profundidad. Los efectos del empaque de grava,

los límites del yacimiento y las terminaciones par-ciales pueden ser incluidos en el análisis de pro-ductividad (página anterior).

Diseños de sistemas de pistolasUna de las ventajas del programa SPAN Rock es que un ingeniero puede optimizar una estrategia de disparos mediante la ejecución de un análisis de sensibilidad que simula diferentes sistemas de pistolas y cargas de disparos. En un pozo tomado como ejemplo, con un daño de formación relati-vamente profundo, un diseño DUB PURE —el sistema de pistolas 1— utilizó un transportador de 4½ pulgadas cargado con cargas de penetra-ción profunda con 5 disparos por pie (dpp). Para el análisis, se reemplazó una de cada 10 cargas por una carga de tipo punzón DUB, lo que se tra-dujo en 4,5 dpp efectivos (arriba). Las cargas de tipo punzón permiten que los fluidos del pozo y

23. Grove et al, referencia 15.24. Para obtener más información sobre la implementación

del modelado en el software SPAN Rock, consulte: Zhan L, Doornbosch F, Martin A, Harvey J y Grove B: “Perforated Completion Optimization Using a New, Enhanced and Integrated Perforating Job Design Tool,” artículo SPE 151800, presentado en el Simposio y Exhibición Internacional de la SPE sobre el Control del Daño de la Formación, Lafayette, Luisiana, 15 al 17 de febrero de 2012.

25. Un modelo DoP basado en objetivos de concreto es una opción disponible en el software.

26. Harvey J, Grove B y Zhan L: “A Laboratory Correlation for Dynamic Underbalance Core Flow Efficiency,“ artículo IPS-12-26, presentado en el Simposio Internacional sobre Operaciones de Disparos, The Woodlands, Texas, 26 al 28 de abril de 2012.

27. La relación entre la permeabilidad de la capa dañada (kd) y la permeabilidad de la roca no perturbada (k) es una medida del deterioro del flujo. Dado que los disparos en condiciones DUB pueden remover la roca perturbada a lo largo de una porción del túnel, se desarrolló un nuevo modelo para el cómputo del flujo efectivo, que es la relación entre el largo limpiado del túnel de disparos (Lc) y la DoP total (L).

> Diseño de un programa de disparos. Los ingenieros modelaron tres sistemas de pistolas (extremo superior) para disparar un pozo, en el cual el operador esperaba un severo daño de la formación inducido por la perforación. Parecería que los pozos disparados con una densidad de disparo más alta deberían producir de manera más efectiva que los disparados con una densidad de disparo más baja porque el área de influjo de los disparos abiertos es mayor. No obstante, un modelo SPAN Rock indicó que un sistema de pistolas 1 DUB PURE de 4,5 dpp con explosivos de alta temperatura (HMX) y penetración profunda (DP) (extremo inferior izquierdo, azul) exhibía una relación de productividad más alta que un sistema de pistolas 2 sin condiciones DUB de 12 dpp (no mostrado aquí) y que un sistema de pistolas 3 en condiciones DUB de 8 dpp (rojo) porque el factor de daño resultante del daño inducido por la perforación posee un mayor efecto en la productividad del sistema de pistolas 3 que en la del sistema de pistolas 1. Además, el sistema de pistolas 1 para disparos en condiciones DUB no sólo penetra más allá de la zona de daño inducido por la perforación sino que además produce túneles de disparos más largos con menos espesor de la zona de daño que el sistema de pistolas 3, como lo indica la relación entre la permeabilidad de la zona de daño del túnel de disparos (kd) y la permeabilidad (k) de la roca sin dañar. En consecuencia, el sistema de pistolas 1 (extremo inferior derecho, azul) proporciona una relación de productividad más alta que el sistema de pistolas 3 (rojo) en base a la comparación del deterioro de la permeabilidad del túnel de disparos.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 10ORSUMM 14 PERFOTN 10

Tipo de pistola

Parámetro

Posición de la pistola

Peso del explosivo, g

Penetración API, pulgadas

Tipo de carga

Carga estándar (dpp)

Carga de tipo punzón encondiciones DUB (dpp)

Sistema de pistolas 1

Excentrado

38,8

59,2

4,5

0,5

Pistola HSD de 4½ pulgadas,condiciones DUB, Carga 1

Carga PowerJet Omega, HMX

Sistema de pistolas 2

Excentrado

22

34

12

0

Pistola HSD de 4½ pulgadas,sin condiciones DUB, Carga 2

DP, HMX

Sistema de pistolas 3

Excentrado

22

34

Pistola HSD de 4½ pulgadas,condiciones DUB, Carga 2

DP, HMX

8

0,5

Rela

ción

de

prod

uctiv

idad

Zona de daño inducido por la perforación, pulgadas0

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

4 8 12 16 200 4 8 12 1

Sistema de pistolas 3Sistema de pistolas 1

Sistema de pistolas 3Sistema de pistolas 1Re

laci

ón d

e pr

oduc

tivid

ad

Deterioro de la permeabilidad de la zona de daño, kd/k0

1,10

1,12

1,14

1,16

1,18

1,20

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

24 Oilfield Review

de formación ingresen rápidamente en el trans-portador de pistolas, lo que genera una condición de bajo balance dinámico.

La permeabilidad de la formación era alta, condición que puede producir efectos de factor

de daño dependientes del flujo no darciano en los sistemas de pistolas con baja densidad de dpp.28 El sistema de pistolas 2 se cargó con 12 dpp en un transportador de 4½ pulgadas. Este sistema tenía el potencial para superar el efecto del factor de

daño dependiente del flujo no darciano debido al incremento del área de flujo en comparación con el del sistema de 4,5 dpp. No obstante, la pistola de 12 dpp implica ciertas concesiones: la DoP se reduce porque la pistola debe utilizar cargas más

> Diseño inicial de los disparos. El software de planificación PURE puede predecir los efectos dinámicos, tales como las fuerzas que actúan sobre los equipamientos de fondo de pozo. El operador planificó disparar un solo intervalo (B, líneas de guiones) utilizando nueve pistolas; la pistola 9 actuó como espaciador sin carga alguna, y se dejó sin cargar una sección de aproximadamente 1,5 m de la pistola 8 (A). El modelo indica que en el momento de la detonación de las cargas, este diseño genera una serie de pulsos de presión en los primeros 0,10 segundos (B). Los datos, codificados en colores en base al tiempo transcurrido desde la detonación, con el azul oscuro comenzando en el tiempo cero y el rojo finalizando a los 0,10 segundos, indican que la sarta de pistolas se desplaza hacia arriba 6,1 cm [2,4 pulgadas] (C), la tubería de producción es sometida a una carga axial de 58 000 lbf [258 kN] (D), y el empacador y el espacio anular reciben una fuerza máxima de casi 160 000 lbf [712 kN] (E), suficiente para dañar el mecanismo de liberación automática de las pistolas y probablemente desmontar el empacador (F).

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 11ORSUMM 14 PERFOTN 11

13 700

13 800

13 900

14 000−1,2

−1,0

−0,8

−0,6

−0,4

−0,2

0,20

−1,4

−1,6

−1,8

−2,0

−2,2

−2,4

14 100

14 200

14 300

14 400

14 500

2 000 0 00,02 0,020,04 0,040,06 0,060,08 0,080,10 0,10 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,103 000 4 000 5 000 6 000Presión, lpc Tiempo, segundos Tiempo, segundos Tiempo, segundos

−50

−60

−40

−30

−20

−10

0

0

20

40

60

80

100

120

140

16010

Prof

undi

dad

med

ida,

pie

s

Desp

laza

mie

nto,

pul

gada

s

Fuer

za, 1

000

lbf

Fuer

za, 1

000

lbf

13 600

Pistola 1

Pistola 2

Pistola 3

Pistola 4

Pistola 5

Pistola 6

Pistola 7Pistola 9

Pistola 8

Empacador

Tubería de producción

Cabezal de disparo

Liberación automáticade la pistola

Espaciador de seguridad

Pistolas HSD

Nariz redondeada

PPPPist

Cargada

Descargada

Longitud dela pistola, 6 m

Presión del pozo

A

B C D E

F

Movimiento de la pistolaCarga axial de la

tubería de producciónEmpacador, espacio anular

y tubería de producción

Volumen 26, no.3 25

pequeñas, y los efectos de los disparos en condi-ciones DUB no se producen porque la pistola no incluye carga alguna de tipo punzón DUB.

Después de correr los escenarios en el pro-grama SPAN Rock, el ingeniero de diseño demos-tró de manera cuantificable que el sistema de pistolas 1 proporcionaba una productividad sus-tancialmente mayor que el sistema de pistolas 2. Además, se modeló un tercer sistema de pistolas que utilizó cargas similares a las del sistema de pis-tolas 2 pero que se cargó con 8 dpp; el sistema de pistolas 3 incluyó las cargas de tipo punzón DUB. Este sistema de pistolas tenía una mayor densi-dad de disparos que el sistema de pistolas 1 para reducir el factor de daño dependiente del flujo no darciano, y los efectos DUB fueron generados con las cargas de tipo punzón. Debido a que las cargas PowerJet Omega de penetración profunda del sis-tema de pistolas 1 penetraron más allá del daño inducido por la perforación, el sistema de pistolas 1 superó en desempeño al sistema de pistolas 3.

El enemigo: los impactosLa mayor parte de las pruebas y caracterizaciones de cargas premoldeadas se centra en el desem-peño de las cargas individuales sin prestar dema-siada atención a los componentes dinámicos del sistema. Las interacciones transitorias que tie-nen lugar durante e inmediatamente después de la detonación son difíciles de reproducir utilizando sistemas de pruebas de superficie; no obstante, gracias a la comprensión más profunda de los com-ponentes físicos de los impactos de los disparos y los avances en materia de capacidad computacio-nal, el software de modelado ahora puede simular las cargas por impacto de las pistolas. Estas fuer-zas dinámicas son sensibles a la geometría de la tubería de revestimiento y la tubería de produc-ción, el hardware de las pistolas, las variaciones de las cargas premoldeadas, la densidad de disparos de las pistolas y los efectos del fluido. Mediante el control de los efectos de los impactos de las pisto-las, los operadores pueden mejorar el desempeño de los disparos y evitar el costoso daño del hard-ware de fondo de pozo.

Durante una operación típica de una pistola para tubería de revestimiento, se producen inte-racciones complejas en el pozo y en el sistema de pistolas cuando los chorros de los disparos salen del transportador de pistolas. Los componentes hidrodinámicos del pozo son afectados principal-mente por tres condiciones: la presión de los gases de las detonaciones dentro de las pistolas,

la presión del fluido del pozo y la presión de poro de la formación.29 Los fluidos del pozo normal-mente exhiben una alta densidad y una baja com-presibilidad en comparación con el aire que se encuentra inicialmente dentro del sistema de pis-tolas y los gases generados durante los disparos. El diferencial de presión generado entre la pre-sión existente dentro de las pistolas y la presión hidrostática del pozo durante la detonación pro-duce ondas de presiones transitorias en el fluido del pozo, que se propagan radial y axialmente en el pozo en sentido ascendente y descendente. Estas ondas de presión viajan a través del pozo a la velocidad del sonido del fluido, aproximada-mente 1 500 m/s [4 900 pies/s].

La predicción de los efectos hidrodinámicos producidos por estas ondas de presión y las cargas estructurales que imponen en los sistemas de pisto-las, los elementos tubulares, el hardware de fondo de pozo, los cables (para los sistemas operados con cable) y otros componentes del pozo, requiere el conocimiento de la dinámica de los sistemas de pistolas, los componentes dinámicos del pozo y las condiciones de presión de poro del yacimiento. El software de planificación PURE desarrollado para predecir y optimizar los disparos en condi-ciones DUB también permite a los ingenieros evaluar las cargas por impacto de las pistolas y la respuesta dinámica estructural en el hardware de terminación de pozos.

El valor de esta capacidad de modelado quedó demostrado recientemente en una operación de disparos con un sistema operado con la tubería de producción (TCP) que utilizó un sistema de pisto-las de disparos de alta densidad de disparos HSD de 7 pulgadas. Las pistolas cubrieron un intervalo neto de 50 m [164 pies] y fueron cargadas a razón de 39 disparos por m (dpm) con cargas de penetra-ción profunda. Se esperaba que la presión inicial del pozo fuera de 5 500 lpc [37,9 MPa], y la densi-dad del fluido de terminación a base de salmuera fue de 1 102 kg/m3 [9,2 lbm/galón US]. La presión de poro esperada del yacimiento fue 6 500 lpc [44,8 MPa]; 1 000 lpc [6,9 MPa] más alta que la presión del pozo, lo que generó una condición de bajo balance estático de los disparos. La distancia entre el extremo superior de la pistola y el empa-cador fue de 35 m [115 pies], y la distancia hasta la profundidad total (TD), de alrededor de 182 m [597 pies] (página anterior). En la sarta de herra-mientas se incluyó un mecanismo de liberación automática de las pistolas para dejar caer las pis-tolas en el fondo del pozo después de los disparos.

La liberación de las pistolas permite el acceso inmediato a los disparos por debajo del arreglo de empacador para posibilitar la ejecución de prue-bas, el flujo de retorno o la producción a través de la tubería de producción abierta. El arreglo de pistolas generalmente se recupera del pozo des-pués de recuperar la tubería de producción; no obstante, algunos operadores utilizan este diseño para comenzar la producción inmediata y dejan las pistolas usadas en el pozo.

El diseño inicial de las pistolas incluía nueve transportadores de 6 m [20 pies]; una porción de 1,5 m [4,9 pies] de la pistola 8 y la totalidad de la pistola 9 se descargaban y actuaban como espa-ciador. Las otras siete pistolas estaban completa-mente cargadas.

Las ondas de presión provenientes de la deto-nación se propagan en el interior de las pistolas con una velocidad de 6 100 m/s [20 000 pies/s]. En el pozo, las ondas de presión del fluido prove-nientes de la detonación se propagan con una velocidad de 1 500 m/s [4 900 pies/s]. La diferen-cia de velocidad produce un diferencial de presión entre el extremo inferior y el extremo superior de la sarta de pistolas. El efecto neto es una fuerza ascendente significativa, seguida por oscilaciones provenientes de las ondas de esfuerzo transmitidas y reflejadas en cada cambio de la sección transver-sal de la sarta de pistolas. El modelo indica que en el momento de la detonación de las cargas, este sistema de pistolas se desplazará forzosamente hacia arriba, dañando potencialmente el hard-ware y cancelando la acción pretendida del meca-nismo de caída de las pistolas.

Luego, los ingenieros modelaron un sistema de pistolas con una reconfiguración bastante simple. La pistola 1 fue cargada parcialmente, ya que se

28. La ley de Darcy asume la presencia de flujo laminar. El factor de daño no darciano es el resultado del flujo de fluido restringido normalmente observado en los pozos de gas que operan a alta tasa de flujo cuando el flujo que converge en el pozo alcanza altas velocidades y un flujo turbulento. Dado que la mayor parte del flujo turbulento presente en las formaciones productivas tiene lugar cerca del pozo, el efecto del flujo no darciano es un efecto del factor de daño dependiente de la tasa de flujo.

29. Baumann C, Dutertre A, Khaira K, Williams H y Mohamed HNH: “Risk Minimization when Perforating with Automatic Gun Release Systems,” artículo SPE 156967, presentado en la Conferencia y Exhibición de Energía de Trinidad y Tobago de la SPE, Puerto España, Trinidad y Tobago, 11 al 13 de junio de 2012.

26 Oilfield Review

dejó sin cargar la sección inferior de 1,5 m, la pis-tola 8 se cargó en su totalidad y la pistola 9 perma-neció sin cargar (arriba). La carga experimentada por el sistema de liberación de las pistolas en la configuración original habría sido de aproximada-mente 258 kN [58 000 lbf], lo que muy probable-mente hubiese dañado el equipamiento, incluso hasta el punto de producir la falla del mecanismo

de liberación. La segunda opción sometió el mecanismo de liberación a sólo 4,4 kN [1 000 lbf], lo que eliminó el potencial de daño. El diseño ori-ginal expuso el empacador a una fuerza ascen-dente de 712 kN [160 000 lbf]. La nueva configuración impuso sobre el empacador una fuerza descendente neta de 445 kN [100 000 lbf], que no podría desmontarlo. El proceso iterativo

de modelado de las fuerzas dinámicas demostró a los operadores cómo hasta los cambios más sim-ples afectan los componentes dinámicos del sis-tema de pistolas. El segundo sistema de pistolas fue desplegado con éxito sin ninguna consecuen-cia operacional negativa.

> Programa de disparos modificado. En el diseño original de carga de las pistolas, la pistola 9 y la sección superior de 1,5 m de la pistola 8 no fueron cargadas. Este diseño habría aplicado una fuerza ascendente significativa en el empacador y el mecanismo de liberación de las pistolas. Una modificación leve del programa de carga arrojó resultados muy diferentes. En este escenario (A), la sección inferior de 1,5 m de la pistola 1 se dejó descargada, la pistola 8 se cargó completamente y la pistola 9 se dejó sin cargar. El modelo predice los pulsos de presión generados a lo largo de los primeros 0,10 segundos (B) y cada gráfica se codifica en colores en base al tiempo transcurrido desde la detonación. La sarta de pistolas se desplaza hacia el fondo del pozo inmediatamente después de la detonación de las pistolas utilizando este diseño (C), la carga axial ejercida sobre la tubería de producción se reduce considerablemente (D) y la fuerza máxima impuesta sobre el empacador es de 100 000 lbf (E), lo que implica menos probabilidades de dañar el mecanismo de liberación o el empacador.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 12ORSUMM 14 PERFOTN 12

0,5

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

5,5

4,5

1,5

2,5

3,5

0

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,103 000 4 000 5 000 6 000Presión, lpc

Presión del pozo Movimiento de la pistolaCarga axial de la

tubería de producciónEmpacador, espacio anular

y tubería de producción

Tiempo, segundos Tiempo, segundos Tiempo, segundos

00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1

2

3

4

5

6

Prof

undi

dad

med

ida,

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Fuer

za, 1

000

lbf

Fuer

za, 1

000

lbf

13 700

13 800

13 900

14 000

14 100

14 200

14 300

14 400

14 500

13 600

Pistola 1

Pistola 2

Pistola 3

Pistola 4

Pistola 5

Pistola 6

Pistola 7Pistola 9

Pistola 8

B C D E

PPPPist

Cargada

Descargada

Longitud dela pistola, 6 m

A

Volumen 26, no.3 27

Estrategia de operaciones de disparosLa caracterización de los objetivos de concreto definidos en la Sección 1 de la norma API RP 19B constituyó un intento para simplificar la toma de decisiones durante el diseño de los programas de operaciones de disparos, pero en realidad puede generar confusión al plantear expectativas poco realistas. Contrariamente a lo que muchos creen, el desarrollo de una estrategia de disparos óptima no es simple ni directo. En muchas ocasiones, la modi-ficación de las metodologías de las operaciones de disparos puede implicar incrementos significati-vos de la producción.

Petróleos Mexicanos (PEMEX) disparaba tra-dicionalmente los pozos de dos campos del sur de México utilizando pistolas expansibles con car-gas expuestas. Las pistolas con cargas expuestas a menudo utilizan cargas más grandes y de pene-tración más profunda que las utilizadas en las pistolas para tubería de revestimiento con trans-

portadores huecos, pero dejan en el pozo detritos provenientes de las cargas ya utilizadas después de la detonación. Otros problemas operacionales son la vulnerabilidad de las cargas expuestas al daño durante el despliegue y las limitaciones del tipo de técnica de bajada de las herramientas que puede emplearse. Las cargas expuestas se bajan normalmente con cable y raramente se corren en terminaciones horizontales. A diferen-cia de las pistolas rígidas con transportadores huecos, la bajada de estos tipos de pistolas en el pozo es dificultosa debido a la flexibilidad de la sarta de pistolas. Las ventajas de la penetración más profunda y la relación de productividad más alta asociada, posibilitadas por las cargas expues-tas más grandes, deben ser ponderadas en fun-ción de los detritos, la vulnerabilidad de las pistolas y los problemas operacionales.

Las cargas PowerJet Nova están diseñadas para una penetración máxima en rocas sometidas a esfuerzos (véase “Optimización de las cargas para las rocas sometidas a esfuerzos,” página 28). El modelado del desempeño de las cargas en las condiciones esperadas predijo un incremento de la DoP de hasta un 30% en comparación con el incremento resultante de las cargas premoldea-das de generación previa. Este mejoramiento de la penetración fue logrado aunque las cargas

PowerJet Nova, que inicialmente sólo estaban disponibles en sistemas de transportadores hue-cos, eran más pequeñas que las utilizadas con las pistolas de cargas expuestas. PEMEX optó por probar las nuevas cargas y comparar el rendi-miento de los pozos con el de los pozos existentes en los campos.

La producción promedio de cinco pozos del campo A disparados con las nuevas cargas fue de 157 bbl/d [24,9 m3/d], lo que significó un incre-mento del 13% respecto del promedio del campo de 139 bbl/d [22,1 m3/d].30 Cuatro pozos del campo B promediaron los 119 bbl/d [18,9 m3/d]; es decir, un incremento del 23% respecto del pro-medio de 97 bbl/d [15,4 m3/d] de los pozos dispa-rados con sistemas de disparos con cargas expuestas (izquierda). Dado que las cargas PowerJet Nova lograron penetrar más allá de la zona de daño inducido por la perforación, la utili-zación de estas cargas ayudó a incrementar la productividad. La selección de pistolas con trans-portadores huecos también mejoró la eficiencia, proporcionó alternativas respecto de las técnicas de bajada de herramientas y redujo los riesgos asociados con las cargas expuestas.

En otro ejemplo, un operador del Mar del Norte que explotaba un campo de condensado en condiciones de alta presión y alta temperatura (HPHT) requería una solución diseñada para mejorar el rendimiento de los pozos. A partir de la experiencia adquirida, el operador compendió los desafíos de confiabilidad y rendimiento relaciona-dos con las tecnologías de cargas premoldeadas para condiciones de alta temperatura. El objetivo del operador era lograr un contacto máximo con el yacimiento en la roca sin dañar, mediante la penetración más allá de la zona de daño inducido por la perforación. A fin de lograrlo, se investiga-ron diversas alternativas de mejoramiento del desempeño, que serían cuantificadas por el ope-rador mediante la comparación del índice de pro-ductividad (PI) del sistema diseñado con el de los métodos previos.31

Debido a la alta presión de yacimiento espe-rada, el operador necesitaba mantener requisitos de seguridad estrictos, lo cual se vio aún más difi-cultado por la gran longitud de los intervalos de disparo y de las sartas de pistolas. El equipo a cargo del diseño de las operaciones de disparos colaboró con los ingenieros de Schlumberger para diseñar una solución a medida, que permitiera satisfacer tanto los objetivos de productividad como los objetivos de seguridad.

(continúa en la página 30)

> Incremento de la producción con las cargas PowerJet Nova. Para lograr una penetración profunda más allá de la zona de daño inducido por la perforación, PEMEX tradicionalmente efectuaba las operaciones de disparos con pistolas que empleaban cargas premoldeadas expuestas para maximizar el tamaño de las cargas. Las cargas PowerJet Nova, desplegadas dentro de transportadores sellados de pistolas para tuberías de revestimiento, proporcionaron un incremento de la producción en comparación con los métodos de disparos tradicionales, si bien son físicamente más pequeñas que las cargas utilizadas en las pistolas expuestas. La producción promedio de cinco pozos del campo A se incrementó en un 13% (izquierda), y cuatro pozos del campo B mejoraron su producción en un 23% (derecha), en comparación con la producción lograda utilizando los sistemas de pistolas previos.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 13ORSUMM 14 PERFOTN 13

Campo A Campo B

100

110

120

130

140

150

160

Prod

ucci

ón, b

bl/d

70

80

90

100

110

120

Prod

ucci

ón, b

bl/d

Promedio con las cargas PowerJet Nova Promedio del campo

30. García RFM y Fayard AJ: “Nuevos desarrollos en tecnología de disparos incrementan la seguridad y producción — aplicaciones en la región sur,” presentado en la reunión de la Asociación de Ingenieros Petroleros de México y el Colegio de Ingenieros Petroleros de México, Coatzacoalcos, México, 25 de octubre de 2013.

31. Procyk AD, Burton RC, Atwood DC y Grove BM: “Optimized Cased and Perforated Completion Designs Through the Use of API RP-19B Laboratory Testing to Maximize Well Productivity,” artículo SPE 159920, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, San Antonio, Texas, 8 al 10 de octubre de 2012.

28 Oilfield Review

La relación existente entre la DoP de las cargas premoldeadas y la resistencia de la roca es inversamente proporcional; es decir, la penetración en una roca débil es mayor que la penetración de la misma carga en una roca más resistente. Las actividades de investiga-ción recientes han demostrado que las cargas optimizadas para las rocas débiles, sometidas a esfuerzos moderados, no exhiben tan buen desempeño en las rocas más resistentes sometidas a altos esfuerzos.

Si bien parecería que el mejoramiento del desempeño de las cargas en un objetivo implicaría el mejoramiento simultáneo del desempeño en todos los demás objetivos, esto no siempre es así. Una observación rápida de la física que subyace la penetra-ción de las cargas profundas puede ayudar a explicar el porqué.

Una carga de disparo premoldeada consta de tres partes principales: un dispositivo de encendido pequeño, un revestimiento cónico y una carga explosiva principal (abajo). El revestimiento, que controla la formación del chorro de disparo, se fabrica general-mente con una mezcla prensada de polvos metálicos. Un casco externo proporciona la contención y el confinamiento. En una pistola cargada, la región de cada carga correspondiente al iniciador se encuentra en contacto con el cordón de detonación.

El proceso sistemático de detonación de las cargas y la formación de chorros resultante suceden en unos pocos microsegundos. El cordón de detonación es iniciado, normal-mente con algún tipo de casquillo detonador, lo que genera un frente de detonación que pasa cada una de las cargas de una pistola de

disparo. El iniciador, que se encuentra en con-tacto con el cordón de detonación, se localiza en la parte posterior de cada carga; el inicia-dor detona y produce la detonación del explo-sivo principal de la carga premoldeada. La presión generada por esta reacción hace que el revestimiento colapse hacia adentro sobre la línea central de la carga, y se forma un chorro con una velocidad extremadamente alta que supera los 7 000 m/s [23 000 pies/s]. Este chorro de avance de material del revesti-miento penetra en la pistola, los fluidos del pozo, la tubería de revestimiento, el cemento y la formación (próxima página).

Conforme la detonación continúa y el revestimiento colapsa aún más, el chorro se sigue formando pero con velocidades cada vez más bajas. El frente del chorro, o punta, puede viajar a una velocidad de 7 000 m/s

Optimización de las cargas para las rocas sometidas a esfuerzos

> Componentes de una carga premoldeada. Una carga premoldeada de disparo (izquierda) se compone de un dispositivo de encendido pequeño, un revestimiento cónico y la carga explosiva principal. Las piezas se encuentran emplazadas en un casco de protección. El cordón de detonación corre a lo largo de la pistola y se conecta a cada una de las cargas. Las materias primas utilizadas para fabricar las cargas premoldeadas (extremo superior derecho) comienzan como polvo. Los revestimientos (extremo inferior derecho) se forman generalmente a partir de polvo metálico comprimido.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. Sidebar 1ORSUMM 14 PERFOTN Sidebar 1

Cuerpo de la pistola

Casco

Revestimiento cónico

Cordón de detonación

Carga explosiva principal

Iniciador de la detonación

Tubería de revestimiento

Casco

Casco

Polvo del revestimiento

Polvo del revestimiento

Revestimiento

Variaciones del revestimiento

Explosivodel iniciador

Cargacargada

Explosivo principal

Volumen 26, no.3 29

pero la cola, el extremo final del chorro, gene-ralmente viaja a 1 000-2 000 m/s [3 300 a 6 600 pies/s]. El gradiente de velocidad a lo largo del chorro genera su longitud: una extensión considerable entre las velocidades de la punta y de la cola produce un chorro más largo. Las reacciones que tienen lugar durante este proceso suceden tan rápido, y las diferencias de velocidad son suficientemente grandes, que la cola aún se está formando cuando la energía de la punta es consumida por cualquier material que se encuentre frente al chorro durante la formación del túnel de disparos. Este túnel se genera debido a la enorme presión creada por el chorro de hipervelocidad.

La presión de impacto del chorro es pro-porcional a la densidad del objetivo, la densi-dad del chorro y la velocidad del chorro al cuadrado. Las presiones de impacto pueden ser superiores a 30 GPa, lo que hace que el material presente en el frente del chorro fluya como un fluido, si bien la presión no necesa-riamente fusiona el material. Dado que la pre-sión de impacto es proporcional al cuadrado de la velocidad, en las etapas posteriores de la penetración en las que la velocidad del chorro se reduce rápidamente, la presión de impacto se reduce significativamente.

La longitud del chorro es uno de los facto-res principales para la determinación de la DoP para un objetivo dado. La longitud efec-tiva del chorro es la porción del chorro que viaja suficientemente rápido como para crear presiones de impacto suficientes para extender más el disparo hacia el interior del objetivo. Una carga con un chorro largo y una cola relativamente lenta resultará efectiva para disparar un objetivo débil, pero este chorro será menos efectivo en un objetivo más

> Progresión del perforador. Para disparar un pozo, el ingeniero envía la energía hacia el fondo del pozo para disparar un detonador balístico, que inicia una rápida cadena de eventos. El detonador explota y transfiere la energía al cordón de detonación adosado, que luego propaga una fuerza explosiva a través de la pistola hasta cada carga premoldeada. Un dispositivo de encendido situado en la parte posterior de la carga premoldeada (extremo superior derecho) se encuentra en contacto con el cordón de detonación. El dispositivo de encendido detona e inicia el explosivo principal de la carga. La fuerza de la explosión hace que el revestimiento cónico colapse sobre sí mismo, formando un chorro cuya punta se propaga a una velocidad de 7 000 m/s [23 000 pies/s]. El chorro de velocidad ultra alta se alarga a medida que el revestimiento continúa colapsando y la presión en la punta puede exceder 4,4 millones de lpc [30 GPa]. La cola del chorro viaja a 1 000-2 000 m/s [3 300-6 600 pies/s] o a menor velocidad. El gradiente de velocidad es suficientemente grande como para que la punta haya consumido su energía en el objetivo para el momento en que se forma la cola (izquierda).

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. Sidebar 2ORSUMM 14 PERFOTN Sidebar 2

Detonación y penetración repetidas

Cordón de detonaciónPistola de disparo

Explosivo

Frente de detonación

Punta del chorro (7 000 m/s)

Cola del chorro (1 000 m/s)

Dispositivo de encendido del iniciador

Presión de la punta del chorro (30 GPa)

Partículas de cola

Revestimiento

1 µs

10 µs

30 µs

50 µs

100 µs

30 Oilfield Review

El diseño del sistema de pistolas incluyó car-gas adecuadas para operaciones en condiciones de alta temperatura y maximizó la probabilidad de que la penetración se extendiera más allá de la zona de daño. El proceso del cliente incluyó las pruebas correspondientes a la Sección 4 de la norma API RP 19B para medir la eficiencia de la limpieza y determinar el daño causado por los flui-dos del pozo y las pruebas en rocas sometidas a esfuerzos correspondientes a la Sección 2 para validar las predicciones de la DoP.

Las pruebas correspondientes a la Sección 4 de la norma API RP 19B fueron ejecutadas en muestras de núcleos de areniscas Carbon Tan de edad Cretácico, cuyas propiedades son análogas a las de las rocas que se encuentran en las regio-nes más profundas del yacimiento. Las pruebas, llevadas a cabo en condiciones de esfuerzos de fondo de pozo, validaron las predicciones de la técnica DUB PURE, derivadas del programa SPAN Rock que incluía modelos mejorados para determinar los efectos del bajo balance dinámico y la limpieza del túnel de disparos. Las pruebas correspondientes a la Sección 4 demostraron que la técnica de disparos DUB PURE podía remover porciones significativas de la roca dañada pre-sente en la zona triturada y proporcionar un alto PI asociado, aun cuando las pruebas fueron efectua-das con el lodo de perforación en el pozo. Las prue-bas con un bajo balance estático y sin condiciones DUB fueron significativamente menos efectivas en cuanto a la remoción del daño de la zona triturada y las pruebas efectuadas con el lodo de perforación en el pozo arrojaron una productividad pobre.32 Luego de las pruebas correspondientes a la Sección 4, que confirmaron la efectividad de la téc-nica de disparos DUB PURE para la limpieza de los disparos en las zonas más desafiantes del yacimiento, se llevó a cabo una serie de pruebas de penetración correspondientes a la Sección 2. Los experimentos de la Sección 2 incluían la arenisca Berea Buff de edad Mississippiano temprano, que era análoga a las regiones más someras del yacimiento; menos resistencia, más porosidad.

Sobre la base de los resultados de las pruebas, el equipo de trabajo seleccionó las cargas HPHT PowerJet Nova, que exhibían un mejoramiento de la penetración del 25% en comparación con las cargas de generación previa y producían un incremento del contacto con la formación del 50%. La sarta de pistolas de disparos incluyó medido-res de presión para confirmar que el diseño lograra realmente las condiciones DUB pronosti-cadas (próxima página).

Para minimizar el daño de la formación pro-ducido por los sólidos presentes en el sistema de

resistente porque la cola generará una pre-sión de impacto insuficiente para continuar penetrando y en esencia será energía des-perdiciada. Por consiguiente, la porción de ciertos chorros correspondientes a la cola puede desperdiciarse cuando se trata de objetivos resistentes.

No obstante, se puede diseñar una carga que relocalice su energía en la pri-mera parte del chorro y que penetre más efectivamente en un objetivo resistente (arriba). Debido a las restricciones de energía, este nuevo diseño genera un chorro más corto que el de los diseños previos; más material del revestimiento tiene que ser utilizado en las primeras eta-pas, lo que reduce el volumen disponible más adelante en el proceso de detonación para la formación del chorro. La compren-

sión y la aplicación de la física de los dis-paros han ayudado a los científicos e ingenieros de Schlumberger a diseñar car-gas optimizadas para objetivos específicos. Este diseño de chorro corto puede ser utili-zado para fabricar una carga optimizada para los objetivos resistentes; el diseño de chorro largo puede optimizarse para los objetivos débiles.

Para penetrar profundamente en las rocas sometidas a esfuerzos, una carga requiere un chorro de alta velocidad y alta densidad que sea lo más largo posible pero sin pérdida de energía en la cola. Ésta fue la metodología utilizada por los ingenieros para desarrollar las cargas PowerJet Nova; cargas que han sido optimizadas para una amplia gama de condiciones reales de yaci-miento, incluidas las rocas duras.

> Diseño de disparos para rocas resistentes. En las rocas débiles, la punta y la cola de una carga pueden tener una velocidad suficiente para formar un túnel profundo en la roca una vez que se excede el umbral de resistencia de la roca. En las rocas resistentes, el umbral de penetración inicial es alto, y la energía de la cola puede ser insuficiente para superar la resistencia de la roca; por consiguiente, la energía de la cola se desperdicia. Los diseñadores de cargas descubrieron que el traslado de la energía más cerca de la región de la punta de la carga, que es el concepto básico de las cargas PowerJet Nova, incrementa la DoP en las rocas duras.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. Sidebar 3ORSUMM 14 PERFOTN Sidebar 3

Velo

cida

d de

l cho

rro

Región del umbral para las rocas resistentes

Energía del chorro desperdiciadaen un objetivo resistente

Carga rediseñada para desplazar la energíadesperdiciada hacia donde resultará de utilidad

Región del umbral para las rocas débiles

Posición del chorro

Volumen 26, no.3 31

lodo, los pozos fueron disparados en aceite de base, que era similar al fluido del sistema de lodo sin los sólidos y los espesantes. Extensivas pruebas de laboratorio y los resultados de las terminacio-nes de pozos vecinos incidieron en esta decisión. Para el programa de terminaciones, se dispara-ron seis pozos con un total combinado de 2 450 m [8 038 pies]. El análisis de los datos de produc-ción indica que las cargas HPHT PowerJet Nova con la técnica de disparos DUB PURE proporcio-naron disparos limpios y la solución completa-mente diseñada proveyó terminaciones con un factor de daño bajo.

Además del programa diseñado de operaciones de disparos y terminación de pozos, se implementó otra solución en el procedimiento operativo. La recu-peración de las pistolas TCP de gran longitud —la más larga era de 514 m [1 686 pies]— usualmente

requiere matar (ahogar) el pozo, lo que puede permitir que los fluidos y los sólidos de los fluidos para matar el pozo fluyan hacia el interior de los disparos recién abiertos. Es probable que este pro- ceso de invasión incremente el factor de daño y reduzca el PI. Después de disparar cada intervalo, el grupo de terminación de pozos esperaba una presión de 6 000 lpc [41,3 MPa] en la superficie. En vez de matar el pozo, los ingenieros desplega-ron con éxito un sistema de inserción y remoción de la terminación bajo presión ID CIRP de 51/8 pul-gadas y por encima del árbol de producción se ins-taló una válvula esclusa de 15 000 lpc [103,4 MPa] activada en forma remota. Los brigadistas pudie-ron recuperar las pistolas en forma segura con el control de presión primario; una válvula lubrica-dora de fondo de pozo. En caso de requerirse el control de la presión en la superficie, el sistema CIRP permitiría recuperar las pistolas sin matar el pozo. Las operaciones se llevaron a cabo sin incidente alguno; no fue necesario ahogar el pozo y el rendimiento de la producción no se vio inne-cesariamente comprometido.

La seguridad es siempre una prioridad para los operadores y las compañías de servicios cuando el personal manipula explosivos. Las innovaciones, tales como el sistema CIRP, mejoran tanto el de- sempeño como la seguridad. Recientemente, se han desarrollado más innovaciones en materia de seguridad que se encuentran disponibles para las operaciones de disparos.

Operaciones de disparos intrínsecamente segurasNumerosas industrias utilizan casquillos detonado-res para iniciar los dispositivos explosivos. Sólo está permitida la manipulación de explosivos, incluidos los casquillos detonadores, al personal entrenado y se han desarrollado procedimientos específicos para garantizar la seguridad de las operaciones. Los casquillos detonadores utilizan un explosivo primario sensible pequeño para hacer detonar explosivos más grandes y menos sensibles.

El empleo de casquillos detonadores convencio-nales se descarta en situaciones que incluyen la presencia de campos magnéticos intensos prove-nientes de transmisiones de radiofrecuencia (RF), corrientes erráticas de procesos de protección cató-dica y soldadura, corrientes inducidas provenientes de líneas de alta tensión y tormentas eléctricas. Actualmente, muchos operadores dependen de las comunicaciones constantes basadas en RF entre la localización del pozo y la oficina, especialmente para las operaciones marinas, y se niegan a inte-rrumpir las transmisiones de datos incluso durante el corto tiempo que requieren las pistolas para ser armadas en la superficie. Ésta y otras consideracio-nes condujeron al desarrollo de un detonador intrín-secamente seguro basado en el principio de un iniciador de laminilla fusible (EFI); el Equipo de Disparo Activado por Impacto S.A.F.E. introducido en el año 1991.33 El dispositivo ofrece inmunidad a las comunicaciones de RF además de protección contra las corrientes erráticas e inducidas.

Se han introducido varias iteraciones del sis-tema S.A.F.E.; los sistemas de primera y segunda generación fueron reemplazados por los detona-dores electrónicos Secure y Secure2, pequeños dispositivos de lanzamiento que reemplazan a los casquillos detonadores convencionales. La intro-ducción más reciente, el sistema de pistolas de dis-paro SafeJet, ofrece la seguridad intrínseca de los dispositivos EFI con la flexibilidad y la escalabili-dad de las operaciones tradicionales de disparos selectivos. El sistema de disparo con interruptores direccionales ASFS, que forma parte del sistema SafeJet, es adecuado para las operaciones de dis-paros selectivos.

32. Procyk et al, referencia 31.33. Huber KB y Pease JM: “Safe Perforating Unaffected by

Radio and Electric Power,” artículo SPE 20635, presentado en la 65a Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Nueva Orleáns, 23 al 26 de septiembre de 1990.

> Predicciones del método de disparos en condiciones de bajo balance dinámico (DUB) PURE versus el desempeño en el fondo del pozo. Los ingenieros de diseño de operaciones de disparos utilizaron el software de planificación PURE para pronosticar la presión DUB para diversos sistemas de pistolas PURE. La caída de presión estimada es de alrededor de 2 000 lpc [13,8 MPa] por debajo de la presión pronosticada del yacimiento, que fue medida en 12 073 lpc [83,24 MPa] después de los disparos. Dado que los medidores no pueden colocarse en el punto de detonación de la pistola, el software de planificación PURE simula las respuestas de presión en puntos situados por encima de la sarta de pistolas, como un medidor superior (gris), y por debajo de la sarta de pistolas, como un medidor inferior (anaranjado). Los datos derivados de un medidor de presión de fondo de pozo de alta velocidad, emplazado por encima de la sarta de pistolas (negro), indicaron un bajo balance de aproximadamente 2 000 lpc después de la detonación de las pistolas, lo que confirmó las predicciones del software de planificación PURE acerca del abatimiento de presión.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 13AORSUMM 14 PERFOTN 13A

Pistola 72Pistola 59Pistola 46Pistola 33

Pistola 20Pistola 1Medidor superiorMedidor inferior

13 500

11 500

10 500

9 000

9 500

0 0,5

Tiempo, segundos

Pres

ión

del p

ozo,

lpc

1,5 2,0 2,51,0

10 000

13 000

12 500

12 000

11 000

12 073 lpcDatos de fondo de pozo

32 Oilfield Review

El procedimiento de disparos en muchos yaci-mientos convencionales enfatiza la alta densidad de disparos, la penetración profunda y la cober-tura zonal. Para la producción de formaciones que se benefician con los disparos limitados, incluidos los yacimientos no convencionales esti-mulados hidráulicamente, los operadores no adoptan este procedimiento. En estos pozos, la técnica de disparos selectivos se centra en la implementación de unos pocos disparos en gru-pos o en disparos únicos ampliamente espaciados a través de intervalos de gran longitud. Los gru-pos de disparos se emplean normalmente en los tratamientos de estimulación por fracturamiento hidráulico de múltiples etapas. Los grupos pue-den ser geométricamente espaciados o concen-trarse en zonas identificadas como zonas con características óptimas de calidad del yacimiento y calidad de la terminación.34 Sólo se necesitan unos pocos orificios en cada grupo y los operado-res habitualmente utilizan múltiples grupos para cada etapa de estimulación.

Las técnicas tradicionales de disparos selecti-vos utilizan múltiples transportadores de cargas premoldeadas que cuentan con detonadores explo-sivos para cada pistola. Las unidades de superfi-

cie utilizadas para los disparos envían una corriente DC para iniciar el detonador y disparar la pistola. Las pistolas son disparadas secuencial-mente, a modo de cadena margarita, utilizando una polaridad positiva o negativa, e interruptores de diodo para controlar la polaridad de la corriente que puede pasar (arriba). El interruptor de diodo es activado por la presión generada en el transpor-tador en el momento de la detonación. Si bien los interruptores de diodo activados por presión han demostrado ser confiables, si un interruptor no se activa, la pistola siguiente no puede ser dispa-rada y las pistolas no utilizadas deben ser recupe-radas del pozo. Un interruptor de diodo que no se activa es una posibilidad real en los disparos selectivos porque el número limitado de cargas utilizadas para los grupos, que a veces consiste en una sola carga, puede no generar la fuerza necesaria para activar el interruptor.

La tecnología SafeJet, que incorpora las características intrínsecamente seguras introdu-cidas en los sistemas S.A.F.E. y Secure, incluye un interruptor direccionable pequeño controlado por un microprocesador ASFS en un tablero de circuitos para cada detonador (próxima página). Cada interruptor, al que se accede directamente

desde la superficie, posee una dirección única. Los interruptores son conectados utilizando un cable único, lo que simplifica considerablemente el arreglo; esto reemplaza a las cinco conexiones de cable que deben efectuarse para conectar correc-tamente los interruptores tradicionales. El armado de un sistema tradicional de 10 pistolas requeriría que el ingeniero realizara 50 conexiones, todo lo cual debe ser ejecutado en la localización del pozo para cumplir con las directrices de seguridad. Las conexiones unifilares del sistema SafeJet agregan eficiencia y a la vez reducen considerablemente la posibilidad de error humano.

Para iniciar la detonación, el ingeniero que se encuentra en la superficie envía un comando a un interruptor direccionable. Para continuar, se requiere la comunicación bilateral entre la super-ficie y el microprocesador. La potencia de super-ficie se dirige luego hacia el detonador con la dirección específica. Si una pistola o un detona-dor no se dispararan, el ingeniero podría pasar por alto la pistola con el disparo fallido y conti-nuar con el transportador siguiente de la sarta. Esta flexibilidad no es posible con los interrupto-res de diodo tradicionales. Además, las pistolas pueden entregarse en el campo cargadas y prepa-radas para el despliegue, lo que elimina los pro-cedimientos de armado en la localización del pozo que requieren mucho tiempo.

En un pozo reciente del Mar del Norte, un opera-dor utilizó el sistema SafeJet para disparar un inter-valo horizontal de 1 250 m [4 100 pies]. El programa de disparos requería dos etapas con 90 orificios por etapa, lo que se tradujo en un total de 180 disparos únicos. El plan era efectuar un solo disparo cada 7 m [23 pies] a lo largo de la sección horizontal. El sis-tema de pistolas se bajó en el pozo horizontal con un tractor de servicios para operación en pozo entu-bado TuffTRAC Mono.

La primera etapa de 90 disparos fue limitada por la trayectoria del pozo y las condiciones de fondo de pozo a 20 pistolas por carrera y se disparó en cinco carreras. La segunda etapa requirió sólo tres carreras de pistolas porque las condiciones del pozo permitieron la combinación de 33 pistolas por descenso. Dado que no fue necesario cableado alguno en el campo, la eficiencia en la localización del pozo se mejoró considerablemente. La calidad del servicio fue mejorada porque el sistema de carga contaba con interruptores y componentes electrónicos integrados y una polaridad que no debía ser confirmada, además de conexiones de conductores duales, verificación con probadores en el campo y redundancia incorporada. A cada pistola se le asignó su propia dirección y la secuen-

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 14ORSUMM 14 PERFOTN 14

Pistola 4 Pistola 3 Pistola 2 Pistola 1Interruptor

de tipo 1Interruptor

de tipo 1Interruptor

de tipo 2

Detonador Detonador Detonador

Diodo

Interruptor

Detonador

> Interruptores de presión de diodo. Múltiples pistolas pueden ser disparadas en una sola carrera utilizando los interruptores tradicionales de presión de diodo (extremo superior). El ingeniero dispara la pistola 1 con corriente continua (DC) de polaridad positiva; el interruptor de tipo 1 conecta el circuito a un diodo invertido, lo que sólo permite el pasaje de la DC de polaridad negativa. Luego, el ingeniero dispara la pistola 2 utilizando corriente continua negativa; el interruptor completa el circuito en el interruptor de tipo 2, y la pistola 3 puede ser disparada utilizando DC positiva. Este proceso se reitera hasta que se disparan todas las pistolas. Si una pistola no se disparara, o si el interruptor activado por presión no se activara, no podría llevarse a cabo la secuencia de disparos subsiguiente. La utilización de este tipo de interruptor se complica debido al número de conexiones de cable (extremo inferior, cinco pares de cables), que sólo pueden conectarse en la localización del pozo. La confirmación de las conexiones de los interruptores antes de los disparos no es posible porque el envío de corriente a través de una pistola armada en la superficie no está permitido.

Volumen 26, no.3 33

cia de disparos fue controlada desde la superficie. De los 181 disparos intentados, 180 resultaron exi-tosos. La flexibilidad y la redundancia del sistema permitieron al ingeniero incluir pistolas de res-paldo en la sarta; por consiguiente, durante la ope-ración de disparo, se cubrió la totalidad de las 180 profundidades del programa original.

Necesidad de actualizar la metodología de pruebasLa investigación indica claramente que las prue-bas de caracterización de las cargas premoldeadas tradicionales en cargas de penetración profunda producen resultados poco realistas. Las pruebas de calificación en muestras de rocas sometidas a esfuerzos representan con más precisión el desem-

peño en el fondo del pozo. Lamentablemente, la ejecución de pruebas en muestras de núcleos representativas utilizando las numerosas opcio-nes disponibles en materia de cargas puede ser prohibitivamente costosa para la mayoría de los operadores. No obstante, el software de modelado predictivo desarrollado por los científicos de Schlumberger incluye la función de indicador balístico, método de predicción de la DoP y del desempeño que ha demostrado ajustarse mejor a los resultados derivados de muestras de rocas en un estado de esfuerzos similar a las condiciones de fondo de pozo.

Hasta que todos los proveedores de cargas premoldeadas actualicen los modelos predictivos de profundidad de penetración, los resultados de las pruebas efectuadas en la superficie y los resultados reales de fondo de pozo seguirán mos-trando discrepancias. La prueba decisiva para el desempeño de las cargas es la producción. Las ope-raciones de perforación y terminación de pozos en áreas prospectivas de aguas profundas son costosas.

La ejecución de operaciones de disparos efecti-vas en rocas no convencionales para garantizar el éxito de los tratamientos de estimulación hidráu-lica es esencial. Debido a éstos y otros factores, la comprensión de lo que realmente ocurre en el fondo del pozo durante los disparos se ha vuelto más importante que nunca.

Si bien la industria lleva a cabo operaciones de disparos en pozos desde hace más de 60 años, los operadores y las compañías de servicios conti-núan mejorando los métodos y las técnicas de dis-paros. Sin importar las mejoras de las cargas y la precisión de los software predictivos, la seguridad reviste una importancia primordial. Las nuevas tecnologías, tales como el sistema SafeJet, mejo-ran la seguridad y a la vez incrementan la eficien-cia operacional. La meta final es conectar el yacimiento con el pozo y producir hidrocarburos de la manera más eficiente, efectiva y segura posible. Y los avances registrados en la ciencia de los dis-paros están ayudando a lograrla. —TS

> Comunicación con las pistolas de disparos. El sistema SafeJet incluye detonadores intrínsecamente seguros con interruptores direccionables (extremo superior derecho) que son conectados mediante un sistema unifilar (extremo inferior derecho). El ingeniero dispara cada pistola secuencialmente mediante el envío de comandos al interruptor direccionable. En caso de que una pistola no dispare, el ingeniero puede saltearla y disparar la pistola siguiente en la línea. Los detonadores SafeJet son inmunes a las corrientes inducidas y no pueden ser activados por las emisiones RF. Antes de la operación, los técnicos cargan las cargas premoldeadas y el cordón detonante en los tubos de carga (centro) y los insertan en el alojamiento del transportador (extremo superior izquierdo). Hasta un total de 33 de estas pistolas pueden ser corridas en un solo viaje. Se muestra sólo una carga colocada en el transportador de aproximadamente 0,3 m [1 pie], si bien existen a disposición alojamientos más largos para colocar más cargas. Dado que este sistema no utiliza ningún explosivo primario, a diferencia de los casquillos detonadores tradicionales, las pistolas pueden ser preparadas comple-tamente en la base de operaciones, enviarse directamente al campo y conectarse en la localización del pozo.

Oilfield Review SUMMER 14Perforatioin Fig. 15ORSUMM 14 PERFOTN 15

Alojamiento del transportadorInterruptor direccionable

y detonador

Tubo de carga Carga premoldeada Cordón detonante

Conectividadunifilar

34. Para obtener más información sobre la optimización del diseño de las terminaciones basado en las características del yacimiento, consulte: Glaser KS, Miller CK, Johnson GM, Toelle B, Kleinberg RL, Miller P y Pennington WD: “En busca del punto dulce: Calidad del yacimiento y calidad de la terminación en las lutitas orgánicas,” Oilfield Review 25, no. 4 (Invierno de 2013/2014): 18–33.