Innovaciones en equipos de perforación bajo balance

La perforación bajo balance (UBD, por sus siglas en inglés) ha surgido como una técnica fundamental en la industria del petróleo y el gas, ofreciendo ventajas significativas en términos de reducción de daños a la formación, aumento de las tasas de perforación y menores costos operativos. Este artículo analiza en profundidad los últimos avances e innovaciones en equipos de perforación bajo balance que están transformando la industria.

¿Qué es la perforación bajo balance?

La perforación bajo balance es una técnica de perforación sofisticada Se utiliza cuando la presión dentro del pozo se mantiene intencionalmente por debajo de la presión de la formación que se está perforando, lo que se logra utilizando fluidos de perforación más ligeros, como aire, niebla, espuma o una combinación de estos, en lugar de los lodos tradicionales más pesados.

Los principales beneficios de la perforación bajo balance incluyen:

• Daños de formación minimizados: Al reducir la diferencia de presión entre el pozo y la formación, se disminuye el riesgo de dañar la formación con una invasión excesiva de fluido.
• Velocidades de perforación mejoradas: La presión reducida permite velocidades de perforación más rápidas ya que hay menos resistencia de la formación.
• Acceso mejorado al embalse: La perforación bajo balance puede ayudar a acceder a yacimientos difíciles de alcanzar manteniendo la integridad de la formación durante el proceso de perforación.
• Costos operativos reducidos: El uso de fluidos más ligeros puede reducir el costo general de las operaciones de perforación en comparación con los métodos tradicionales.
• Consideraciones ambientales: La perforación UBD puede ser más respetuosa con el medio ambiente, ya que reduce el volumen de fluidos residuales que deben eliminarse.

Sin embargo, la perforación bajo balance requiere un avanzado Medidas de control de pozos y equipo especializado para manipular los fluidos más ligeros y plantea mayores riesgos de inestabilidad del pozo y de entrada de gas.

Equipos de perforación tradicionales de bajo balance de uso común

Este cuadro ofrece una descripción general de los equipos tradicionales comunes que se utilizan en la perforación en condiciones de bajo balance. Cada tipo cumple una función y un escenario de aplicación específicos. La selección y configuración de estos dispositivos depende de los requisitos específicos de la perforación y de las características del yacimiento.

tipo de material	Mareas Ideales para Lecciones	observaciones
Equipos de perforación	Incluye tuberías de perforación o tubos flexibles, determinados según el tamaño y la trayectoria del pozo.	Los tubos en espiral son adecuados para pozos de hasta 6⅛ pulgadas, mientras que los pozos más grandes pueden requerir tuberías de perforación.
Equipo de generación de gas	Incluye compresores de gas natural, suministro de nitrógeno líquido y generadores de nitrógeno.	Se utiliza para proporcionar el gas necesario para la perforación bajo equilibrio, como aire o nitrógeno.
Equipo de control de pozos	Incluye Preventores de reventones (BOP), sistemas de cabezal de control giratorio y válvulas de cierre de emergencia.	Se utiliza para controlar la presión en el fondo del pozo y evitar reventones.
Equipo de separación de superficies	Se utiliza para separar petróleo, gas, agua y sólidos, incluidos sistemas de separación de cuatro fases.	Debe diseñarse a medida en función de los fluidos de depósito esperados.
Cabezales de control giratorios (sistemas pasivos)	Sistemas de sellado pasivo utilizados para mantener la presión en el fondo del pozo por debajo de la presión del yacimiento.	Adecuado para aplicaciones de perforación con aire y espuma, con claras limitaciones de presión.
Preventores de reventones rotativos (sistemas activos)	Habilite la perforación bajo balance utilizando tuberías de perforación en diversos escenarios de yacimientos y pozos.	El tamaño y la selección del sistema de cabezal de control giratorio están determinados por la presión superficial esperada.
Sistemas de inyección de grasa	Si se requiere disparo por debajo del equilibrio (elevación o descenso), se debe instalar por encima del sistema del cabezal de control giratorio.	Se utiliza para mantener el control de presión en el pozo durante las operaciones de viaje.
Sistemas de desvío rotatorio	Proporciona un sellado anular eficaz alrededor de la tubería de perforación para adaptarse a diferentes presiones y procedimientos operativos.	Incluye tipos de desviadores rotativos tanto activos como pasivos.

Últimos avances en equipos de perforación bajo balance

1. Equipos y plataformas avanzados

Una de las innovaciones clave en la perforación UBD es el desarrollo de plataformas eficientes y móviles, como se destaca en un estudio centrado en el progreso. perforación aparejo equipo Están diseñados para afrontar los desafíos específicos de la perforación de pozos profundos y ultraprofundos, incluidas las altas temperaturas, las altas presiones y las ventanas de presión estrechas. El desarrollo de equipos de perforación de cuádruple articulación y dispositivos automáticos de manipulación de tuberías para equipos de perforación de pozos de hasta 7000 metros de profundidad representa un avance significativo en la tecnología de equipos de perforación UBD.

2. Optimización inteligente de la perforación

La inteligencia artificial (IA) desempeña un papel cada vez más importante en la perforación en el fondo del mar. Una aplicación de optimización de perforación inteligente, como se menciona en un estudio de 2020, actúa como un autoperforador adaptativo. Esta novedosa tecnología utiliza algoritmos de IA para mejorar el rendimiento de la perforación en el fondo, reducir la dependencia de la intervención humana y disminuir el riesgo de respuestas lentas o incorrectas en caso de disfunción de la perforación. Las aplicaciones de campo han demostrado una mejora en la tasa de penetración (ROP) del 61% y en el rendimiento de la perforación del 25%.

3. Brocas y herramientas de perforación de alto rendimiento

La evolución de las tecnologías de perforación también incluye avances en brocas de alto rendimiento y herramientas auxiliares. La herramienta rotativa Steer-At-Bit Enteq (SABER) es un ejemplo de una herramienta innovadora que utiliza diferenciales de presión dirigidos internamente para una verdadera geonavegación "en la broca", ofreciendo una alternativa robusta y rentable a las herramientas tradicionales. sistemas rotativos orientables (RSS)Además, iCruise de Haliburton es un RSS inteligente con sistema de empuje de la broca que permite una mejor maniobrabilidad y un mejor rendimiento de la perforación, reduciendo el tiempo de perforación del pozo mediante una perforación más rápida y un rendimiento confiable.

4. Sistemas de perforación con presión controlada

Sistemas de perforación con presión controlada (MPD) Los sistemas MPD se están integrando cada vez más con las prácticas de UBD. Los sistemas MPD ayudan a mantener el control de la presión del pozo, lo que es crucial para prevenir la inestabilidad del pozo y la pérdida de circulación. La integración de MPD con UBD permite un enfoque más controlado para las operaciones desbalanceadas, lo que mejora la seguridad y la eficiencia.

5. Fluidos de perforación espumosos

Las innovaciones en la perforación bajo balance también se extienden a fluidos de perforaciónUna revisión de las técnicas de perforación con UBD destaca el avance de los fluidos de perforación con espuma, que pueden reducir el daño a la formación y brindar una mejor capacidad de limpieza y elevación de los recortes. Los fluidos de perforación con espuma se clasifican en espuma estable, espuma rígida y espuma de aceite, siendo la espuma rígida la más común debido a su capacidad para levantar más recortes y estabilizar el pozo.

6. Análisis de datos en tiempo real y automatización

La combinación de flujos de datos de perforación en vivo con canales de análisis de datos en la nube permite realizar proyecciones automatizadas en tiempo real para la broca. Esta tecnología permite tomar decisiones más informadas durante las operaciones de perforación, lo que genera una mayor productividad y una reducción del tiempo no productivo (NPT).

Cómo funciona la simulación Las herramientas son Utilizado para el innovador equipo de perforación bajo balance

Las herramientas de simulación ayudan a comprender la dinámica compleja de las operaciones de perforación, optimizando el rendimiento y garantizando la seguridad.

• Simulación de perforación dinámica: El simulaciones de perforación dinámica para control de presión, control de pozos, control de reventones, operaciones administradas y desbalanceadas. Replica operaciones de perforación reales con una precisión que no es posible con modelos de estado estable más simples. La herramienta de simulación está diseñada en torno al flujo de trabajo de control de pozos y proporciona funciones como temperatura transitoria, seguimiento completo de la composición, modelado PVT avanzado y transitorio completo, incluidos los efectos de aceleración.
• Método de elementos finitos (FEM): El método de elementos finitos (FEM) se utiliza ampliamente en la investigación geotécnica como una herramienta eficaz para evaluar el estado de tensión y deformación en operaciones de perforación en condiciones de bajo balance. Ayuda a determinar el peso necesario de lodo de perforación para todo el campo mediante el análisis de un solo pozo, lo que es crucial para el análisis de la estabilidad del pozo.
• Estimación de horizonte móvil no lineal (MHE): Este método se utiliza para la estimación del estado del sistema de perforación bajo balance en presencia de incertidumbres paramétricas. Estima los índices de producción de petróleo y gas desde el yacimiento hasta el pozo en condiciones de control manual y automático. El desempeño del MHE no lineal se compara con el del Filtro Kalman Sin Aroma (UKF) para la estimación de estados y parámetros, mostrando su alto desempeño en la identificación de índices de producción y el diagnóstico de variaciones rápidas en las condiciones de producción.
• Modelo de dos fluidos de flujo bifásico: Este modelo se utiliza para simular operaciones de perforación en condiciones de bajo balance, lo que resulta particularmente importante para predecir con precisión la presión de fondo de pozo (BHP) y otros parámetros del flujo bifásico. El modelo puede predecir con precisión la BHP y otros parámetros del flujo bifásico, lo que lo convierte en una herramienta valiosa para las operaciones de UBD.
• Control predictivo del modelo (MPC): Se trata de una nueva aplicación para el control de presión y caudal en equipos de perforación con bajo balance. Utiliza el control coordinado del caudal de la bomba y la presión del estrangulador para controlar el caudal de retorno y el perfil de presión del pozo. El sistema de control se verifica mediante un simulador de perforación de alta fidelidad para operaciones de perforación comunes, que muestra resultados prometedores para operaciones cercanas a los puntos de ajuste seleccionados.
• Simulaciones de estabilidad de pozos: Se realizan simulaciones para establecer la viabilidad de utilizar equipos de perforación en condiciones de bajo balance en yacimientos altamente agotados. Se obtuvieron el campo de esfuerzos in situ y las propiedades mecánicas de la formación, y el análisis mostró que se pueden perforar pozos horizontales en condiciones de bajo balance con bajo riesgo de inestabilidad.

En general, las innovaciones en equipos de perforación bajo balance están impulsando la eficiencia y la seguridad en la industria del petróleo y el gas. Estas tecnologías no solo están mejorando los resultados operativos, sino que también están estableciendo nuevos estándares para las prácticas de perforación sustentables. Desde el control de pozos y la gestión de la presión hasta la optimización de los parámetros de perforación y la predicción de la estabilidad del pozo. Las herramientas de simulación son esenciales para garantizar la seguridad y la eficiencia de las operaciones de perforación bajo balance.