Se propone La Perforación Bajo Balance (UBD "Underbalanced Drilling") como solución para muchos problemas de perforación en su industria. Se puede aplicar UBD en los yacimientos agotados y en los de baja productividad. Muchos problemas normales de perforación pueden evitarse y hasta pueden conducir a una mejora en el rendimiento de la perforación, con una operación de perforación bajo balance.
Aunque hay muchas ventajas con esta técnica también hay numerosos desafíos, por ejemplo: es más difícil diseñar la operación, y controlar la presión del fondo del pozo el cual necesita que el flujo polifásico pueda ser modelado con precisión.
La tecnología de Petróleo Scandpower está desarrollando modelos de pozos de flujo dinámico de alta precisión y tiene a través del conjunto Drillbench una herramienta excelente para integrarla con la nueva tecnología como el módulo de acarreo de recortes (cuttings).
La limpieza del pozo en UBD Se requieren más equipos y procedimientos antes, durante y después de la operación UBD (comparada con la perforación tradicional). Además, muy poco se sabe a cerca de las propiedades hidráulicas de los fluidos de UBD y aún menos se sabe de las propiedades para limpiar el pozo. La limpieza es un factor importante que afecta el costo, el tiempo de perforación, la seguridad en la extracción del petróleo y la perforación del pozo gasífero.
Si la limpieza del pozo se realiza de forma incorrecta, ésta puede causar problemas muy caros como por ejemplo: el prematuro desgaste del trépano, el aprisionamiento diferencial, una perforación más lenta, formaciones que se fracturan, alta torsión y arrastre.
Los esfuerzos de la industria Las empresas petroleras y el departamento de Estados Unidos han patrocinado los proyectos JIP para estudiar los complejos problemas relacionados con la limpieza del pozo en condiciones de UBD. Desde 1999 se ha invertido un total de 5.97 millones de dólares (75% del departamento de Energía y el 25% de la industria petrolera) en la Universidad de Tulsa en el Proyecto de Investigación sobre la Perforación (TUDRP).
Probablemente las instalaciones de circuitos cerrados para simulación sean unas de las más extensas de su tipo en Estados Unidos. La instalación fue diseñada para simular operaciones, en condiciones de pozo (a elevada presión y temperatura), de perforación convencional y de bajo balance. Varios informes se han publicado, los cuales han generado una gran cantidad de información valiosa y modelos mecánicos únicos.
Las predicciones BHP (de la presión del fondo del pozo)Las evaluaciones de la presión del fondo del pozo es una de las tareas más importantes durante las operaciones de UBD. La predicción exacta del BHP es la clave para una operación exitosa. Sin embargo, los recortes tienden a depositarse y formar una capa estacionaria. Como consecuencia, las concentraciones de recortes en el pozo no es lo mismo que cerca del trépano.
De igual modo no es lo mismo la fracción másica del gas que la inyección de la fracción másica de gas. Dos de los parámetros más importantes en el cálculo de BHP son: la presión de la fricción anular y la densidad de la mezcla .Estas son muy difíciles de evaluar debido al comportamiento del flujo polifásico, donde el gas, los líquidos y los sólidos fluyen simultáneamente a diferentes índices de fluidos.
Al introducir una fase gaseosa en un sistema de fluidos se generan más características dinámicas del acarreo de recortes. La parte líquida de la mezcla provee la capacidad de movimiento a los escombros y asegura que los escombros viajen a la velocidad del líquido si no están en el lecho de escombros.
Los sistemas de circulación polifásicos hidráulicos (como los que tienen las operaciones UBD) pueden ser simplificados a un sistema de fluidos de 2 fases en el cual solo una mezcla del fluido líquido y del gaseoso fluye con o sin lechos de escombros al fondo del espacio anular.
Los regimenes de fluidos más comunes para posibles acarreos de escombros son el flujo tapón y flujo con dispersión de burbujas. Las capas de recortes se forman cuando el índice de flujo del fluido en el espacio anular no puede prevenir que los recortes se acumulen.
Mientras el espesor del lecho aumenta, la velocidad anular y la pérdida de la presión friccional incrementan debido al área de flujo reducido hasta que se alcanza la condición de equilibrio, si las condiciones de la operación no cambiaron (la tasa de bombeo y las propiedades del lodo). La mayoría de los modelos de acarreo de recortes se encuentran establecidos bajo condiciones de equilibrio.
El modelo del acarreo de recortes (cuttings)Se desarrolló un nuevo modelo de acarreo de recortes que predice la mínima velocidad anular (U min) para limpiar los pozos que están inclinados y horizontales. La U (min) es la velocidad que mantendrá al orificio del pozo casi limpio. El modelo combina 2 fases de ecuaciones hidráulicas, la teoría del estrato límite de turbulencia y el mecanismo de acarreo de partículas. Si la tasa de bombeo es menor que la U (min), los escombros se acumularán en el espacio anular.
El espesor de las capas de los recortes se puede calcular con este modelo. El nuevo modelo mecánico se puede utilizar para evaluar el efecto de la limpieza del pozo del índice del flujo líquido, tasa de inyección de gas, el tamaño de los escombros, la densidad, la temperatura, la presión del fondo del pozo, la inclinación del ángulo y las propiedades reológicas del lodo de la perforación. El modelo fue aprobado a través de información experimental disponible.
El efecto de la inyección del gasA través de estudios se ha descubierto que la inyección de gas afecta relativamente poco a un sistema de agua/ aire. Para el agua, que es un fluido de baja viscosidad, ya el sistema es lo suficientemente turbulento sin introducir gas en el mismo. Esto puede explicar porque la fase gaseosa posee menor efecto en el acarreo de recortes con agua. Sin embargo, en los sistemas no-Newtonianos de lodo/gas, parece que la inyección de gas juega un papel más importante. La turbulencia creada por la fase gaseosa permite una más rápida redistribución de la fase líquida en el espacio anular (alta velocidad de formación del tapón líquido. El modelo se ha aplicado en un ensayo con un anillo horizontal de 6 x 3.5 pulgadas con aire y ecuación potencial de lodo (power law mud: n = 0.67K, k = 0.335 Pa .s). La U (min) es sensible a las variaciones del índice de inyección de gas y su aumento aparentemente puede ayudar a limpiar el pozo. El efecto de la GLR (relación gas/ líquido) en el acarreo de recortes parece ser sensible también a otros parámetros de flujo y es altamente influenciado por el índice de flujo líquido.
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