Volumen 24, no.4

Recuperacin de escombros del fondo del pozo

La ciencia de los asfaltenos

Las tcnicas de pesca

Captacin y almacenamiento de carbono

Oilfield Review

13-OR-0001-S

Ampliamente reconocida en ciertos lugares como mecanismo de reduccin de las emisiones de dixido de carbono [CO2] en la atmsfera, la prctica de captacin, utilizacin y almacenamiento del carbono sigue siendo en gran medida desconocida para el pblico en general. El componente de la tecnologa relacionado con la utilizacin resulta familiar para quienes trabajaron en operaciones de recuperacin mejorada de petrleo (EOR), pero el concepto de inyeccin en pozos profundos y almacenamiento de CO2 como un fluido denso es desconocido para muchos regula-dores, funcionarios y la poblacin en general. Adems, estas prcticas plantean muchos interrogantes sin responder, entre los que se encuentran los referidos a la forma en que dichas prcticas afectan el medio ambiente y los bienes personales o si el alcance actual de la ciencia tambin pronostica el comporta-miento futuro del almacenamiento de CO2.

En consecuencia, el camino hacia la aceptacin popular y el uso generalizado de la captacin y el almacenamiento de carbono (CCS), independiente del campo petrolero, requiere que con el tiempo se ejecuten pruebas de campo con fines de demostracin. Tambin es imperioso que los resultados de esas pruebas sean presentados a la comunidad de manera clara y honesta. La com-probacin de la capacidad de almacenamiento y contencin seguros del CO2 y de la efectividad de los yacimientos geolgicos y los sellos puede efectuarse a travs del desarrollo de proyectos de prueba que sean escalables a los volmenes de CO2 emitidos desde las centrales elctricas comerciales. En los proyectos iniciales, tales como los de Japn, Alemania y Australia, se inyectaron unas 100 000 toneladas mtricas [110 000 toneladas US] de CO2, utilizando camiones o lneas de conduccin como forma de entrega.

Sin embargo, los proyectos de demostracin ms grandes requieren que el CO2 sea enviado a un pozo de inyeccin por medio de lneas de conduccin con tasas oscilantes entre aproximadamente 0,25 y 1 milln de toneladas mtricas [0,28 y 1,1 milln de toneladas US] o un volumen superior por ao. El objetivo de estos proyectos ms grandes es crear un penacho de CO2 en una formacin objetivo que pueda ser monito-reado efectivamente mediante registros de pozos, extraccin de muestras qumicas, monitoreo de la presin y de la temperatura, levantamientos geofsicos y otros medios.

En Estados Unidos, la Agencia de Proteccin Ambiental, como parte del programa de control de la inyeccin subterrnea, est promulgando regulaciones y la orientacin asociada para la nueva clasificacin operacional clase VI. Desde el ao 2003, el Departamento de Energa de EUA tiene implementado un programa de mltiples pruebas de campo y demostraciones como parte del programa de la Asociacin Regional de Secuestracin de Carbono, con diversos proyectos de demostracin actualmente en curso, entre los que se encuentra el programa de demostracin de Decatur, Illinois, EUA, con la inyeccin de 1 milln de tonela-das mtricas, descripto en esta edicin (vase Secuestracin de CO2: Una respuesta para las emisiones, pgina 38).

La clasificacin geolgica regional, seguida por la caracteriza-cin y seleccin cuidadosas de los sitios, constituye el fundamento del almacenamiento seguro y efectivo de CO2. Los objetivos

El futuro de la captacin y el almacenamiento del carbono

1

de este proceso de exploracin son hallar un yacimiento poroso y permeable y un sello adecuado para el yacimiento. Las herra-mientas geofsicas permiten la observacin inicial de un volumen del subsuelo, en tanto que las operaciones de perforacin, adquisi-cin de registros y extraccin de ncleos confirman las expectativas asociadas con un sistema yacimiento-sello adecuado.

Los operadores de los proyectos y los miembros del personal tcnico han adquirido conocimientos considerables a partir de los proyectos de demonstracin actualmente en curso y han compartido gran parte de esos conocimientos a travs de conferencias y revisiones de pares. No obstante, a medida que los reguladores formulen preguntas orientadas al futuro acerca de la simulacin de yacimientos, el modelado del flujo de agua subterrnea y otros enfoques predictivos, la industria necesitar una estructura global de intercambio de conocimientos que responda a esos interrogantes y permita el desarrollo de proyectos a escala comercial de mayor envergadura.

El pblico tambin tiene un rol que desempear en el futuro del CCS, pero en ciertos casos, los desarrolladores de proyectos no han logrado la confianza de la comunidad. Existe una necesi-dad permanente de comunicacin abierta y llana con el pblico general, que transmita de manera comprensible los fundamentos tcnicos de la tecnologa CCS. Esta consideracin no debe ser ignorada durante el desarrollo y la ejecucin de los proyectos.

Si bien hoy el portafolio de proyectos no es tan diverso como muchos pueden haberlo imaginado hace cinco aos, la prxima generacin de proyectos asociados con la produccin de hidrocarburos, la generacin de energa y el procesamiento del gas natural est siendo desarrollada ahora. La implementacin de la tecnologa CCS en los yacimientos salinos an se encuentra en sus albores, pero los resultados a la fecha son alentadores.

Las tecnologas de la industria de produccin de petrleo y gas, y la experiencia de su personal son esenciales para el xito de los proyectos de inyeccin y almacenamiento de CO2. Los proyectos de demostracin exitosos aplicarn e incluso potenciarn las tecnologas de la industria petrolera, y los conocimientos adquiridos durante el desarrollo de los proyectos y los procesos de monitoreo en curso deben ser transparentes para el pblico. Esta transparencia permitir lograr la confianza de los grupos de inters ajenos a la industria y ser clave para asegurar que los sectores populares comprendan que el CCS es una herramienta viable para la mitigacin del cambio climtico.

Robert J. FinleyDirector de la Iniciativa de Tecnologa Energtica AvanzadaServicio Geolgico del Estado de IllinoisChampaign, Illinois, EUA

Robert J. Finley es Director de la Iniciativa de Tecnologa Energtica Avanzada del Servicio Geolgico del Estado de Illinois, en Champaign, Illinois, EUA. Ha trabajado en el desarrollo de yacimientos para el petrleo y el gas natural no recuperados, con el desarrollo de yacimientos de metano en capas de carbn y yacimientos de gas en areniscas compactas, en Texas y en las Montaas Rocallosas de EUA, y en el desarrollo de yacimientos para la secuestracin de carbono en la cuenca de Illinois. Robert obtuvo una licenciatura de la Universidad de la Ciudad de Nueva York, una maestra de la Universidad de Siracusa, en Nueva York, EUA, y un doctorado en geologa de la Universidad de Carolina del Sur, en Columbia, EUA.

www.slb.com/oilfieldreview

Schlumberger

Oilfield Review1 El futuro de la captacin y el almacenamiento del carbono

Artculo de fondo aportado por Robert J. Finley, Director de la Iniciativa de Tecnologa Energtica Avanzada del Servicio Geolgico del Estado de Illinois.

4 Herramientas especiales para la recuperacin de escombros de pozos

Las operaciones de terminacin de pozos a menudo generan escombros en el fondo del pozo, lo que incluye arena, residuos de las pistolas de disparos y partculas metlicas. Adems, con frecuencia, los perforadores descubren una diversidad de tuercas, pernos, herramientas y otros materiales que han cado accidentalmente dentro del pozo. A menos que estos materiales sean removidos, la productividad ptima del pozo se ver comprometida. Este artculo describe las nuevas herramientas y tcnicas para la recuperacin eficiente de los escombros de pozos.

14 La ciencia de los asfaltenos revela secretos de los yacimientos

A travs de la combinacin del anlisis de los fluidos de fondo de pozo con los avances de la ciencia de los asfaltenos, las compaas petroleras estn adquiriendo ms conocimientos acerca de la arquitectura de los yacimientos. El anlisis de fondo de pozo de los asfaltenos los componentes ms pesados del petrleo puede ayudar a los geocientficos a determinar los gradientes de concentracin de asfaltenos, lo que a su vez puede contribuir para que los operadores determinen la presencia de barreras que actan como sello y evaluar la comunicacin y el equilibrio de los fluidos en los yacimientos complejos. Algunos ejemplos del Golfo de Mxico y Medio Oriente muestran cmo las compaas estn utilizando tcnicas de gradientes de asfaltenos para comprender mejor la conectividad y la distribucin de fluidos de los yacimientos.

Oilfield Review SPRING 13Asphaltenes Fig. 11ORSPG 13-AFTN 11

Editor ejecutivoLisa Stewart

Editores seniorTony SmithsonMatt VarhaugRick von Flatern

EditorRichard Nolen-Hoeksema

ColaboradoresDavid AllanGinger OppenheimerRana RottenbergDon Williamson

Diseo y produccinHerring DesignMike Messinger

Ilustraciones Chris LockwoodTom McNeffMike MessingerGeorge Stewart

ImpresinRR DonnelleyWetmore PlantCurtis Weeks

Traduccin y produccinLynx Consulting, Inc.E-mail: info@linced.com;http://www.linced.com

Traduccin Adriana RealEdicin Antonio Jorge TorreSubedicin Nora RosatoDiagramacin Diego Snchez

En la portada:

La secuestracin de carbono es un mtodo de manejo de las emisiones de gases de efecto invernadero. En esta foto, un enganchador manipula la columna de perforacin a medida que un equipo de perforacin extrae ncleos de la lutita Maquoketa en Illinois, EUA. Esta lutita constituye una barrera de contencin en la cuenca de Illinois, donde se encuentra el pozo de verificacin del proyecto Decatur. Durante la construccin de un pozo de verificacin para el proyecto vecino de captacin y secuestracin de carbono de la cuenca de Illinois (inserto pequeo), todas las sartas de revesti-miento se cementan hasta la superficie. Los pozos de verificacin estn equipados con sistemas de monitoreo para rastrear el dixido de carbono a medida que se inyecta en el subsuelo durante las ope-raciones de secuestracin de carbono.Fotografas del equipo de perforacin tomadas por Daniel Byers para el Consorcio de Secuestracin Geolgica Midwest.

2

Dirigir la correspondencia editorial a: Oilfield Review 1325 S. Dairy Ashford Houston, Texas 77077 EUA(1) 281-285-7847Facsmile: (1) 281-285-1537E-mail: editorOilfieldReview@slb.com

Dirigir las consultas de distribucin a: Alex Moody-StuartTelfono: (55) 21 3541 7008 (Vivian)Directo: (55) 21 3541 7104 Facsmile: (55) 21 2112 4601E-mail: AlexMS@slb.com

Sussumu NakamuraTelfono: (55) 21 3824 7461 (Patricia)Directo: (55) 21 3824 7460Facsmile: (55) 21 2112 4601E-mail: snakamura@slb.com

Enlaces de inters:

Schlumbergerwww.slb.com

Archivo del Oilfield Review www.slb.com/oilfieldreview

Glosario del Oilfield Reviewwww.glossary.oilfield.slb.com

Junio de 2013Volumen 24

Nmero 4

52 Colaboradores

54 Prximamente en Oilfield Review

55 Nuevas publicaciones

58 Definicin de las operaciones de pruebas: Fundamentos de las pruebas de pozos

ste es el octavo de una serie de artculos introductorios que describen los conceptos bsicos de la industria de E&P.

61 ndice anual

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26 Cmo optimizar el arte de la pesca

Superada solamente por los reventones, una de las peores situaciones con las que se puede enfrentar un perforador es la prdida de equipos en el fondo del pozo. La pesca el arte de recuperar objetos perdidos, daados o atascados en el pozo depende de la experiencia, la imaginacin y la innovacin del especialista en ese tipo de operacin. Este artculo describe las herramientas y las estrategias desarrolladas para recuperar los elementos perdidos en el pozo.

38 Secuestracin de CO2: Una respuesta para las emisiones

Una respuesta para las preocupaciones existentes en torno a la influencia de la actividad humana en el clima es la remocin del CO2 de las emisiones generadas cuando se queman los combustibles fsiles y su secuestracin en las profundidades del subsuelo. Los especialistas del sector de exploracin y produccin de la industria petrolera se encuentran excepcionalmente calificados para manejar la seleccin, construccin y monitoreo de estos complejos proyectos de inyeccin.

Drillpipe

Drill collars

CO2 s

atur

atio

n, %

908070605040302010

Hani Elshahawi Shell Exploration and Production Houston, Texas, EUA

Gretchen M. Gillis Aramco Services Company Houston, Texas, EUA

Roland Hamp Woodside Energy Ltd. Perth, Australia

Dilip M. Kale ONGC Energy Centre Nueva Delhi, India

George King Apache Corporation Houston, Texas, EUA

Consejo editorial

Oilfield Review se complace en dar la bienvenida a Hani Elshahawi a su consejo editorial. Hani se desempea como asesor de tecnologa para aguas profundas de Shell en Houston. Previamente, dirigi FEAST, el Centro de Excelencia en Tecnologas de Evaluacin y Muestreo de Fluidos de Shell, donde estuvo a cargo de la planeacin, ejecucin y anlisis de las operaciones globales de pruebas de formacin y muestreo de fluidos de perfil alto. Con ms de 25 aos de experiencia en la industria del petrleo, trabaj tanto en compaas de servicios como en compaas de operaciones en ms de 10 pases de frica, Asia, Medio Oriente y Amrica del Norte, y ocup diversas posiciones de interpretacin, consultora, operaciones, mercadeo y desarrollo de productos. Hani ha dado numerosas conferencias relacionadas con diversas reas de la petrofsica, las geociencias y la ingeniera petrolera; es titular de varias patentes, y ha escrito ms de 100 artculos tcnicos. Fue presidente de la SPWLA durante el perodo 20092010 y Conferenciante Distinguido de la SPWLA en los aos 2010 y 2011. Hani obtuvo una licenciatura en ingeniera mecnica y una maestra en ingeniera petrolera de la Universidad de Texas en Austin.

Oilfield Review es una publicacin trimestral de Schlumberger destinada a los profesionales de la industria petrolera, cuyo objetivo consiste en brindar informacin acerca de los adelantos tcnicos relacionados con la bsqueda y produccin de hidrocarburos. Oilfield Review se distribuye entre los empleados y clientes de Schlumberger y se imprime en los Estados Unidos de Norteamrica.

A menos que se indique lo contrario, las siglas que aparecen en esta publicacincorresponden al idioma ingls.

Cuando se menciona slo el lugar de residencia de un colaborador, significa que forma parte del personal de Schlumberger.

2013 Schlumberger. Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicacin puede ser reproducida, archivada o transmitida en forma o medio alguno, ya sea electrnico o mecnico, fotocopiado o grabado, sin la debida autorizacin escrita de Schlumberger.

4 Oilfield Review

Herramientas especiales para la recuperacin de escombros de pozos

A fines del siglo XVIII, el fsico italiano Giovanni Battista Venturi describi

la reduccin de presin que ocurre cuando el fluido fluye a travs de una restriccin.

Ahora, los ingenieros estn utilizando este principio para disear sistemas especia-

les de limpieza de pozos capaces de ejecutar operaciones crticas de recuperacin

de escombros en algunos de los ambientes del subsuelo ms desafiantes del mundo.

Brian CollGraeme LawsM-I SWACOAberdeen, Escocia

Julie JeanpertRavenna, Italia

Marco SportelliEni SpA E&P DivisionRavenna, Italia

Charles SvobodaMark TrimbleM-I SWACOHouston, Texas, EUA

Traduccin del artculo publicado en Oilfield Review Invierno de 2012/2013: 24, no. 4.Copyright 2013 Schlumberger.Por su colaboracin en la preparacin de este artculo, se agradece a Kenneth Simpkins de M-I SWACO, Houston.FRAC-N-PAC, PURE y QUANTUM son marcas de Schlumberger. HEAVY DUTY RAZOR BACK CCT, MAGNOSTAR, RIDGE BACK BURR MILL, WELL PATROLLER y WELL SCAVENGER son marcas de M-I SWACO LLC.

La remocin de escombros constituye un paso vital para asegurar el xito de las operaciones de perforacin o de terminacin de pozos. La remo-cin de escombros implica la extraccin de detritos y materiales indeseados de un pozo en ejecucin o terminado. Los detritos consisten gene-ralmente en trozos pequeos de herramientas de fondo de pozo, conos de barrenas, herramientas manuales, cables, cadenas, recortes metlicos provenientes de las operaciones de fresado, y muchos otros tipos de residuos. Si bien, en gene-ral, no se consideran detritos, la arena y otros materiales utilizados durante las operaciones de terminacin, estimulacin y produccin de pozos a menudo requieren la remocin fuera del pozo antes de ponerlo en produccin.

resultantes de estas operaciones constituyen el tipo ms comn de escombros que se encuentra en el fondo del pozo. Mediante la circulacin de fluido de perforacin, fresado o terminacin, gran parte de los restos de metales es transportada a la super-ficie. Sin embargo, algunos recortes metlicos pue-den permanecer en el pozo, frecuentemente en lugares que generan problemas durante la termi-nacin o produccin del pozo.2

Durante la terminacin, los pozos entubados pueden ser disparados utilizando un arreglo de car-gas explosivas especiales instalado en las pistolas

1. El fresado es un proceso que utiliza una herramienta de fondo de pozo para cortar, triturar y remover material de equipos o herramientas emplazados en el pozo. El xito de las operaciones de fresado requiere la seleccin de herramientas, fluidos y tcnicas de fresado que sean compatibles con los materiales de pesca y las condiciones del pozo.

2. Connell P y Haughton DB: Removal of Debris from Deepwater Wellbores Using Vectored Annulus Cleaning Systems Reduces Problems and Saves Rig Time, artculo SPE 96440, presentado en la Conferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, Dallas, 9 al 12 de octubre de 2005.

> Tpica trituradora de detritos. Las trituradoras de detritos estn diseadas para triturar cualquier tipo de material que se encuentra en el fondo del pozo y que incluye, entre otros, conos de barrenas, columnas de perforacin, tapones puente u otros objetos. Las almohadillas de desgaste proporcionan estabilizacin durante la trituracin con la fresa. Los perforadores despliegan varias superficies de trituracin o configuraciones de herramientas, dependiendo del tipo de material a fresar.

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 1ORWIN 12/13-WLSCVG 1

Almohadillade desgaste

Superficie de trituracin

Dado que existen muchos tipos de escombros, los ingenieros han desarrollado diversas herra-mientas y tcnicas para facilitar su remocin de un pozo. Este artculo se centra en la fase de cons-truccin del pozo posterior a la perforacin y en los problemas relacionados con la extraccin de frag-mentos relativamente pequeos de escombros, tales como recortes metlicos, escombros de las pistolas (caones) de disparo, equipos pequeos y arena. El artculo comienza con un anlisis de las fuentes de escombros pequeos y luego examina las diversas tcnicas disponibles para remover estos materiales del pozo. Algunos casos de estu-dio demuestran cmo los operadores estn apli-cando estas nuevas tecnologas en una diversidad de ambientes de terminacin de pozos para redu-cir los riesgos, minimizar el tiempo inactivo y mejorar la productividad.

Fuentes de escombros pequeosEl piso de perforacin es un lugar con poco espa-cio libre, en el que existen numerosas posibilida-des de cada inadvertida de elementos pequeos en el agujero descubierto. En las operaciones de aguas profundas, la abertura de la superficie en el tubo ascendente puede tener un dimetro de 1 m [3 pies], lo que genera la posibilidad de cada de elementos grandes en las profundidades.

Los escombros tambin son generados en el fondo del pozo por las diversas operaciones que se llevan a cabo en ste. A menudo, los perforadores deben fresar instrumentos tales como empacado-res, extremos superiores de tuberas de revesti-miento cortas (liners) y equipos dentro del pozo (arriba, a la derecha).1 Los recortes metlicos

Volumen 24, no.4 5Volumen 24, no.4 5

6 Oilfield Review

de disparo. Cuando las pistolas se disparan, las car-gas huecas (premoldeadas) perforan la tubera de revestimiento, el cemento y la formacin. Una den-sidad de tiro de 33 tiros/m [10 tiros/pie] a travs de una zona productiva puede generar cientos de tneles de disparos; este proceso de disparo pro-duce un volumen considerable de restos de meta-les y escombros de formacin que es preciso retirar del pozo.

Histricamente, los fragmentos provenientes de las cargas explosivas, la tubera de revesti-miento, el cemento y la formacin, se alojan en los tneles dejados por los disparos, lo cual podra reducir la eficiencia de la produccin. El anlisis posterior a los disparos a menudo indicaba que muchos tneles se taponaban y resultaban no productivos. Los desarrollos registrados en mate-ria de tecnologa de disparos, tales como el sis-tema de disparos PURE para la obtencin de disparos limpios, en conjunto con las cargas hue-cas que generan un mnimo de escombros, permi-ten que los ingenieros reduzcan este tipo de dao de los tneles de disparos.3 Si bien con el uso de estas tcnicas quedan menos escombros en los tneles, es posible que se depositen ms escom-bros en el pozo, obturando potencialmente los mecanismos de enganche de los tapones puente recuperables o impidiendo el funcionamiento de los equipos de terminacin de pozos.

Ocasionalmente, ciertos materiales son intro-ducidos deliberadamente en el pozo para ser removidos durante las operaciones de limpieza subsiguientes. En las operaciones de estimula-cin, generalmente se utiliza arena para cubrir el extremo superior de los empacadores temporarios y los disparos abiertos con el fin de protegerlos de cualquier dao mientras los perforadores traba-jan en otras partes del pozo (izquierda). Una vez concluidas estas operaciones, la arena debe ser removida antes de que comience la produccin. En otras actividades de estimulacin, tales como las utilizadas en conjunto con el sistema de exclu-sin de apuntalantes FRAC-N-PAC, se emplaza arena y apuntalante sinttico intencionalmente en el pozo para asistir en el proceso de produccin.4 En todos los casos, el exceso de arena y apunta-lante debe ser removido antes de poner un pozo en produccin.

Sin importar las precauciones adoptadas para mantener un pozo y el equipo de produccin aso-ciado libres de escombros, los materiales indesea-dos a menudo se ubican en lugares problemticos e incrementan el riesgo de daar el equipo de terminacin, reducir la eficiencia de la produc-cin y hacer peligrar la viabilidad de un pozo en el largo plazo.5

La complejidad del diseoLa construccin de pozos de petrleo y gas se est volviendo cada ms compleja y onerosa. Para perfo-rar pozos caracterizados por localizaciones remo-tas, ambientes de aguas profundas o grandes profundidades de perforacin, las tarifas con mar-gen operativo a menudo alcanzan USD 1 milln por da. Ante las complejidades crecientes y para reducir los costos, los operadores deben tomar decisiones crticas en materia de perforacin y terminacin de pozos. Como resultado, los costos del anlisis de riesgos ahora se consideran sobre una base determinada por minuto en vez de una base diaria.

Con geometras de pozos y diseos de termina-ciones cada vez ms sofisticados, los ingenieros reconocen que el manejo de riesgos, el mejora-miento de la eficiencia y la optimizacin de la pro-duccin pueden requerir la remocin de escombros que alguna vez pudo haber sido considerada intrascendente. Es posible que hasta un volumen pequeo de escombros limite potencialmente la produccin y produzca la falla de la terminacin. Los detritos y los escombros pequeos pueden ocasionar dificultades cuando los operadores corren arreglos (aparejos) de terminacin largos y complejos en pozos profundos y desviados. En los diseos de terminaciones de avanzada tales como los que poseen camisas de produccin que aslan selectivamente los intervalos produc-tivos los escombros pequeos, que incluyen fragmentos metlicos y arena, pueden taponar las camisas de produccin o de otro modo hacer que resulten difciles de acceder u operar.

Los pozos con trayectorias tortuosas son dif-ciles de limpiar utilizando mtodos convencionales. La determinacin de las velocidades de circulacin ptimas es difcil cuando los ingenieros deben con-siderar las desviaciones variables, las limitaciones de la densidad de circulacin equivalente (ECD), los dimetros de tuberas de revestimiento telesc-picas y las limitaciones de la capacidad de bombeo (prxima pgina, a la izquierda). Incluso las velo-cidades de circulacin modestas, combinadas con

3. Berss K, Stenhaug M, Doornbosch F, Langseth B, Fimreite H y Parrott B: Disparos sobre el objetivo, Oilfield Review 16, no. 1 (Verano de 2004): 3039.

4. Gadiyar B, Meese C, Stimatz G, Morales H, Piedras J, Profinet J y Watson G: Optimizacin de los tratamientos de fracturamiento y empaque, Oilfield Review 16, no. 3 (Invierno de 2004/2005): 1831.

5. Haughton DB y Connell P: Reliable and Effective Downhole Cleaning System for Debris and Junk Removal, artculo SPE 101727, presentado en la Conferencia y Exhibicin de Petrleo y Gas del Pacfico Asitico de la SPE, Adelaide, Australia Meridional, Australia, 11 al 13 de septiembre de 2006.

6. Fsica Visual, Facultad de Fsica, Universidad de Sydney, Australia: Fluid Flow, Ideal Fluid, Bernoullis Principle, http://www.physics.usyd.edu.au/teach_res/jp/fluids/flow3.pdf (Se accedi el 16 de septiembre de 2012).

> Proteccin de los disparos abiertos. Para aislar los disparos abiertos, que pueden ser daados por los escombros provenientes de las operaciones de pozos ejecutadas en zonas situadas por encima de los disparos, los perforadores colocan arena sobre un empacador temporario. Una vez concluidas las operaciones en la zona superior, la arena y los escombros provenientes del pozo se remueven de la parte superior del empacador, que luego es liberado y extrado del pozo.

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 2ORWIN 12/13-WLSCVG 2

Pistola de disparo

Nuevos disparos

Arena

Empacadortemporario

Disparosabiertos

Volumen 24, no.4 7

fluidos viscosos, exponen al riesgo de prdida de circulacin como resultado de las ECDs elevadas. Estos ambientes de pozos complejos exigen nue-vos enfoques.

Viejo concepto: Nueva aplicacinDesde hace siglos, existe un enfoque para afrontar los riesgos que plantean las velocidades de circu-lacin altas: el vaco creado por efecto Venturi. A fines del siglo XVIII, el fsico italiano Giovanni

Battista Venturi describi el efecto que recibi su nombre. Venturi y Daniel Bernoulli, un matem-tico suizo que trabaj en mecnica de fluidos, son conocidos por los descubrimientos que conduje-ron al desarrollo de la bomba de vaco Venturi. Los ingenieros y desarrolladores han utilizado el diseo de la bomba de vaco Venturi en muchas aplicaciones, que incluyen desde sistemas de mezcla de fluidos hasta equipos para el cuidado de la salud y equipos de mantenimiento doms-tico, tal como el pico rociador de una manguera de jardn comn. Hoy, los ingenieros estn apli-cando este principio fundamental el efecto Venturi para disear sistemas especiales de

limpieza de pozos capaces de ejecutar operacio-nes de remocin de escombros en ambientes sub-terrneos difciles.

El efecto Venturi puede ser descripto como un vaco inducido por un chorro. Las leyes de la din-mica de fluidos descriptas por Venturi y Bernoulli establecen que la velocidad de flujo se incrementa con un estrangulamiento del dimetro del trayecto de flujo, satisfaciendo el principio de continuidad, en tanto que se produce una reduccin correspon-diente en la presin, satisfaciendo el principio de conservacin de la energa mecnica. Una cada simultnea de la presin esttica localizada pro-voca un vaco (arriba).6

Los sistemas de vaco Venturi presentan nume-rosas ventajas con respecto a las bombas mecni-cas convencionales. Los sistemas mecnicos de vaco convencionales generalmente poseen partes mviles que pueden resultar problemticas: las vlvulas pueden atascarse, los filtros de admisin pueden taponarse y los motores estn sujetos a fallas. En contraposicin, las bombas Venturi poseen un nmero escaso o nulo de partes mviles y por ende requieren poco mantenimiento.

Escombros de las profundidadesRecientemente, los ingenieros utilizaron bombas de vaco de tipo Venturi para remover escombros de reas problemticas y de difcil acceso en los pozos. Se han desarrollado mltiples diseos, cada uno de los cuales posee caractersticas nicas para satisfa-cer una serie de requerimientos operacionales. Diversas compaas de servicios entre las que se encuentra M-I SWACO, una compaa de Schlumberger, ofrecen herramientas de recupera-cin de escombros del fondo del pozo basadas en el efecto Venturi; algunas estn configuradas para ser utilizadas con tubera flexible y otras para ser empleadas con herramientas de servicio.

La herramienta WELL SCAVENGER ofrece un diseo modular que proporciona flexibilidad para sus aplicaciones. El mdulo superior contiene un motor de una sola boquilla, accionado por fluido,

, Tasa de flujo anular y capacidad de limpieza. La mayora de los pozos utilizan sartas de revestimiento consecutivas en las que cada una de las sartas posee un dimetro menor que la previa, lo que produce un efecto telescpico. En los pozos marinos de aguas profundas, se requieren sartas de revestimiento mltiples para controlar la presin del subsuelo y el esfuerzo presente en la formacin. La capacidad para desplazar los escombros desde el fondo hasta el extremo superior del pozo mediante el proceso de circulacin solamente es una funcin de la capacidad de transporte del fluido y es afectada directamente por la velocidad anular y las propiedades viscoelsticas del fluido. No obstante, a medida que el fluido se desplaza hacia la superficie, su velocidad se reduce con cada incremento del tamao de la tubera de revestimiento y el dimetro hidrulico efectivo. Esto impone ms exigencias a las caractersticas de viscosidad del fluido para el transporte de los escombros. La compensacin de la prdida de la capacidad de transporte mediante el incremento de la viscosidad o la velocidad del fluido portador puede traducirse en un incremento de la densidad de circulacin equivalente (ECD), lo que hace que se ejerza mayor fuerza hidrulica sobre la formacin y puede contribuir a la prdida de circulacin. El desafo del perforador consiste en lograr una capacidad de transporte satisfactoria en direccin hacia la superficie y a la vez mantener el pozo dentro de las limitaciones de la ECD en el fondo. Debido a este problema, la remocin de escombros con mtodos convencionales puede ser difcil.

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 3ORWIN 12/13-WLSCVG 3

36 pulgadas

28 pulgadas

22 pulgadas

Tamao de latubera de

revestimiento

Flujo

Cemento

Zapata deentubacin

18 pulgadas

16 pulgadas

135/8 pulgadas

95/8 pulgadas

75/8 pulgadas

Agujerodescubierto

113/4 pulgadas

Incr

emen

to d

el d

im

etro

hid

rul

ico

> Efecto Venturi. A medida que pasa a travs de un estrangulamiento del flujo a alta velocidad, el fluido genera una cada de presin localizada, lo que produce la succin que puede ser aprovechada para aspirar los escombros.

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 4ORWIN 12/13-WLSCVG 4

Entrada de fluido Salida de fluido

Chorro

Succin

rea de cada de presin

8 Oilfield Review

Mdulo del motor

Mdulode tamizado

de escombros

Mdulos derecoleccin

de escombros

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 6ORWIN 12/13-WLSCVG 6

Tamiz de filtracin

rea debaja presin

generada por elefecto Venturi

Chorro

Circulacinnormal invertida

herramienta abajo

Flujoinverso

Flujoconvencional

Motor

Flujomixto

Arreglomagntico

rea derecoleccin de escombros

rea de recoleccin de escombros

rea de recoleccin de escombros

Trayecto de los escombros y del flujo de fluido

Cmara inferior de recoleccin de escombros

Deflector de escombros

diseado sobre la base del principio de Venturi. La presin de las bombas de superficie genera un flujo localizado eficiente de circulacin inversa que alcanza velocidades de levantamiento pti-

mas sin velocidades de bombeo altas. Este flujo inverso hace que los escombros fluyan en forma ascendente por el interior del tubular inferior y se introduzcan en las cmaras colectoras antes

de que lleguen a la cmara colectora de residuos ferrosos y luego fluyan a travs del tamiz de filtra-cin (izquierda). El sistema bsico de tres mdu-los puede ser complementado con un arreglo de herramientas auxiliares, tales como el arreglo magntico MAGNOSTAR, un filtro de fondo de pozo WELL PATROLLER, el dispositivo RIDGE BACK BURR MILL y un accesorio de derivacin de accin simple (SABS), para ampliar el alcance operativo (prxima pgina, arriba).

Dado que las herramientas de remocin de escombros a menudo se despliegan en fluidos a base de salmuera que poseen intrnsecamente una capacidad limitada de transporte de slidos, las tcnicas convencionales en general requieren altas velocidades de circulacin o fluidos portado-res viscosos para levantar los escombros e intro-ducirlos en canastas o cmaras de captacin. Estas medidas no son necesarias con la herra-mienta WELL SCAVENGER. Cuando los disparos se encuentran abiertos y estn sujetos a proble-mas de prdida de circulacin o daos, cuando existen equipos de fondo de pozo sensibles a la presin de operacin, o cuando las limitaciones de los equipos de superficie imposibilitan el logro de velocidades de bombeo elevadas, las herra-mientas de nueva generacin, tales como el dispo-sitivo WELL SCAVENGER, ofrecen a los ingenieros una ventaja significativa. Los ingenieros de M-I SWACO utilizan un software patentado de rgimen de flujo para determinar la velocidad de bombeo de superficie requerida para recuperar los escombros previstos sin afectar los equipos de fondo de pozo o los disparos abiertos.

Dependiendo del volumen de escombros antici-pado, los ingenieros configuran uno o ms mdulos de recoleccin de escombros en el extremo inferior de la herramienta de servicio. Cada mdulo est diseado con un rea de recoleccin de escombros, un derivador de flujo y un tubo de flujo interno pro-visto de un centralizador interno que brinda resis-tencia y estabilidad. El tubo de flujo interno proporciona el trayecto para el flujo inverso, y el derivador ayuda a que los escombros se separen del fluido e ingresen en el rea de recoleccin a medida que el fluido fluye a travs de cada una de las cmaras.

La unidad de tamizado se encuentra fijada por encima de los mdulos de recoleccin de escombros y por debajo del motor. El fluido fluye a travs de la herramienta, pasa por un arreglo magntico y luego atraviesa un filtro antes de salir de la herramienta. Los arreglos de filtros e imanes se encuentran internamente centraliza-dos para lograr estabilidad en pozos desviados. Despus de la limpieza, o cuando el sistema se

> Configuracin del mdulo de la herramienta WELL SCAVENGER. El fluido que fluye a travs del motor de la herramienta WELL SCAVENGER (extremo superior izquierdo) recorre el siguiente trayecto: el fluido que fluye desde la superficie a travs del chorro (flecha verde descendente) genera una zona de baja presin. El efecto de vaco que resulta de esta cada de presin localizada hace que el fluido y los escombros suban a travs de la herramienta WELL SCAVENGER y luego a travs del centro del motor (flecha roja ascendente). El fluido pasa por el permetro del motor, invierte la direccin proximal con respecto al chorro (flechas rojas curvas) y luego fluye fuera de la herramienta (flechas negras). Cuando sale de la herramienta, una porcin del fluido se desplaza por el pozo hacia la superficie (flechas verdes ascendentes), en tanto que el resto viaja de regreso. Antes de llegar al motor, el fluido cargado de escombros pasa a travs de la cmara de recoleccin inferior (derecha). Una vez dentro de la herramienta, los escombros en movimiento interactan con los elementos del deflector de la herramienta, contribuyendo a la decantacin en las cmaras de recoleccin. Cuando una cmara se llena, los escombros fluyen hacia las cmaras subsiguientes. Cuando el fluido cargado con escombros asciende a travs de la herramienta WELL SCAVENGER, no todos los escombros decantan en las cmaras de recoleccin. Algunos pasan al mdulo de tamizado, en el que un arreglo magntico atrae y recolecta los materiales ferrosos; luego, el fluido pasa a travs de un filtro que remueve los materiales no ferrosos residuales.

Volumen 24, no.4 9

llena o se obtura, se puede abrir la herramienta SABS, lo cual permite velocidades de circulacin anular ms altas. Esto a su vez ayuda a limpiar los escombros residuales localizados por encima de la herramienta. La herramienta WELL SCAVENGER puede remover una amplia variedad de tipos de escombros de los pozos, que incluyen escombros de las operaciones de fresado, dientes y conos de barrenas, arena, herramientas manuales peque-as y escombros de las pistolas de disparos.

En la superficie, la manipulacin segura de las herramientas de recuperacin cargadas con escombros es esencial, especialmente cuando han sido expuestas a la presencia de bromuro de cinc y otros fluidos de terminacin de pozos carac-terizados por sus riesgos elevados en materia de salud, seguridad y ambiente (HSE). Para abordar esta problemtica, los mdulos de la herramienta WELL SCAVENGER estn provistos de cabezas de levantamiento hermticas diseadas para conte-ner los materiales recuperados en la superficie durante la extraccin de la herramienta.

Remocin de la arena y los escombros de las pistolasLos operadores generalmente colocan tapones puente temporarios por encima de las zonas pro-ductivas durante la ejecucin de operaciones tales como la operacin de redisparo de las zonas superiores. Adems, la arena o el apunta-lante cermico se coloca generalmente por encima de los tapones temporarios para proporcionar proteccin adicional a los mecanismos de engan-che instalados de cara hacia arriba, que liberan y recuperan los tapones temporarios.

En el ao 2011, Eni SpA utiliz como tapones los empacadores BA para empaque de grava QUANTUM para llevar a cabo operaciones de ter-minacin de mltiples zonas con tratamientos de empaque de grava en una serie de pozos del Mar Adritico, en el rea marina de Italia. Despus de colocar los tapones, los perforadores emplazaron arena por encima de cada uno de ellos a fin de protegerlos de los escombros de las pistolas y de la formacin, generados durante las operaciones de disparos de la zona suprayacente. Una vez con-cluidas las operaciones de disparos, se baj al pozo la herramienta WELL SCAVENGER y se eli-minaron con xito la arena y los escombros de las pistolas provenientes de la parte superior de cada empacador.

Los ingenieros de M-I SWACO en Aberdeen tra-bajaron con los ingenieros de Schlumberger en Ravenna, Italia, para planificar cuidadosamente cada terminacin. El operador utiliz 1,3 g/cm3 [10,8 lbm/galn] de cloruro de calcio [CaCl2] como fluido de terminacin y emplaz en el pozo 20 litros

[5,3 galones] de apuntalante cermico cuya den-sidad era de 2,7 g/cm3 [22,5 lbm/galn], por encima de cada empacador temporario antes de

disparar las zonas ms someras. El primer pozo, un pozo vertical, fue disparado con 39 tiros/m [12 tiros/pie] (arriba).

> Herramientas de limpieza de pozos. La herramienta MAGNOSTAR es un arreglo magntico que recoge los residuos ferrosos a medida que la corriente de residuos pasa por la herramienta. Las paletas del alojamiento del arreglo magntico generan un rea de flujo para la derivacin del fluido alrededor de la herramienta, a la vez que se proporciona una separacin respecto de la pared de la tubera de revestimiento. La herramienta WELL PATROLLER es un dispositivo de filtrado de fondo de pozo que se corre en la sarta de limpieza. Cuando se baja en el pozo, este dispositivo ayuda a limpiarlo. Luego, a travs de un filtro de tela metlica, la herramienta filtra cualquier escombro remanente del espacio anular a medida que el arreglo se extrae del pozo. La herramienta RIDGE BACK BURR MILL es una herramienta de limpieza de la tubera de revestimiento para las tuberas de revestimiento o las tuberas de revestimiento cortas (liners) disparadas. La herramienta remueve las rebabas de los disparos para asegurar el pasaje irrestricto de los componentes de la terminacin hasta el fondo del pozo. Los usuarios pueden desactivar la herramienta RIDGE BACK BURR MILL una vez concluida la operacin de fresado y limpieza. El perforador hace circular una bola de accionamiento hasta la herramienta; la bola desplaza una camisa interna de soporte para eliminar la fuerza de expansin ejercida sobre los componentes estructurales (costillas) de fresado. El accesorio de derivacin de accin simple (SABS) permite que los perforadores incrementen la velocidad de flujo en una sarta de revestimiento por encima de una tubera de revestimiento corta o de una reduccin de la tubera de revestimiento. La herramienta se baja en el pozo con sus orificios de circulacin en posicin cerrada (segunda desde la derecha). Para abrirlos, el perforador lanza una bola de accionamiento (derecha). Esta accin redirecciona e invierte el flujo de fluido desde la parte inferior de la sarta de herramientas para sortear la sarta, eliminando de este modo las restricciones de flujo, permitiendo un incremento de la velocidad de bombeo y estableciendo una mayor velocidad anular. Para cerrar los orificios, el perforador dispara una segunda bola de accionamiento.

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Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 7ORWIN 12/13-WLSCVG 7

HerramientaMAGNOSTAR

HerramientaWELL PATROLLER

HerramientaRIDGE BACK BURR MILL

Paleta

Componentesestructurales (costillas) de fresado retrctiles

Camisa delestabilizador

Orificios decirculacin

Filtro

Derivadorde fluido

Orificioscerrados

Orificiosabiertos

Arreglomagntico

HerramientaSABS

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. Table 1ORWIN 12/13-WLSCVG Table 1

Profundidad, topeZona Profundidad, base Longitud de la zona Tiros

1 782 m [5 846 pies]1 1 794 m [5 886 pies] 12 m [39 pies] 472

1 640 m [5 381 pies]2 1 648 m [5 407 pies] 8 m [26 pies] 315

1 522 m [4 993 pies]3 1 546 m [5 072 pies] 24 m [79 pies] 964

1 471 m [4 826 pies]4 1 480 m [4 856 pies] 9 m [30 pies] 354

> Intervalos disparados en un pozo del Mar Adritico.

10 Oilfield Review

Despus de disparar cada zona, el perforador corri una herramienta WELL SCAVENGER y una zapata de lavado en el pozo para remover el exceso de apuntalante cermico y limpiar el mecanismo de enganche para la recuperacin de los empacadores.

En la primera carrera, el tope de los escom-bros fue localizado con la herramienta WELL SCAVENGER y no se inici proceso alguno de cir-culacin, lo que permiti que la zapata de lavado se deslizara sobre los escombros y se asentara en el tapn del empacador. La arena y los escombros fueron removidos con xito y el tapn temporario se recuper sin incidentes. No obstante, para reducir el riesgo de atascamiento de la herra-mienta en la arena o el riesgo de dao del empa-cador, los ingenieros optaron por iniciar la circulacin a aproximadamente 30 m [100 pies] por encima del tope anticipado de la pldora de arena en carreras subsiguientes.

En cada pozo, despus de posicionar la zapata de lavado en el tapn del empacador, el perfora-dor hizo circular desde un volumen y medio hasta tres volmenes anulares para asistir en la lim-pieza general de los escombros. La herramienta WELL SCAVENGER removi cada pldora de arena en un promedio de 25 minutos. En base a la recupe-racin total de residuos no ferrosos, 16 kg [35 lbm] de peso seco, o aproximadamente un 65% de la arena cermica, fueron bombeados fuera del pozo a travs del tamiz de tela. Los escombros de las pisto-las y las partculas de arena ms grandes quedaron retenidos en las cmaras de recoleccin, y los

materiales ferrosos se recolectaron en el arreglo magntico del mdulo de filtrado (abajo). Las bri-gadas manipularon, limpiaron, inspeccionaron y prepararon las cmaras de escombros para que pudieran ser corridas nuevamente en los arreglos de fondo subsiguientes (BHAs).

En dos pozos subsiguientes, se llevaron a cabo operaciones similares; el tercer pozo fue desviado 24. Mediante la utilizacin de la herramienta WELL SCAVENGER, los perforadores removieron con xito la arena y los escombros de las pistolas en las 12 carreras, lo que permiti que cada empa-cador fuera recuperado sin incidentes.

Escombros en reas sensibles a la presin Las acumulaciones de arena y otros escombros pequeos sobre los empacadores pueden dificul-tar la recuperacin de estos ltimos. De un modo similar, estos materiales pueden interferir con la operacin de otros equipos mecnicos de fondo de pozo, tales como las vlvulas de aislamiento de la formacin (FIVs). Dado que estas vlvulas son activadas por presin, las tcnicas de remocin de escombros deben asegurar que se produzcan cambios mnimos de presin localizada. El motor Venturi de una sola boquilla WELL SCAVENGER per-mite la remocin de escombros con bajas velocida-des de circulacin, lo que minimiza los cambios de presin cerca de una vlvula FIV. En una operacin de limpieza tpica con vlvulas FIV, el BHA incluye los componentes del sistema WELL SCAVENGER y una o ms herramientas complementarias de limpieza de pozo, tales como las herramientas

MAGNOSTAR y WELL PATROLLER (prxima pgina, izquierda).

En el ao 2012, un operador internacional del sector del Mar del Norte correspondiente al Reino Unido planific una limpieza especfica por encima de una vlvula FIV. Las herramientas con-vencionales que requieren altas tasas de flujo pueden causar problemas cuando limpian la zona cercana a la vlvula FIV. Estas condiciones incre-mentan el riesgo de accionamiento accidental de la vlvula o de dao a los componentes del arre-glo (aparejo) de terminacin.

Para un desempeo ptimo de la herramienta, el tapn de alta presin situado en el extremo infe-rior de la herramienta WELL SCAVENGER debe estar colocado a 0,3-1 m [1-3 pies] por encima de la bola de accionamiento de la vlvula FIV. En este caso, este espaciamiento se logr con un empalme de tope de 7 1/8 pulgadas, lo que redujo el riesgo de dao de la vlvula FIV como resultado de un con-tacto accidental.

En esta operacin, la herramienta WELL SCAVENGER fue bajada en el pozo hasta que el tapn de alta presin estuvo a aproximadamente 6 m [20 pies] por encima de la bola de acciona-miento de la vlvula FIV. El perforador comenz a bombear a una velocidad predeterminada de 4 bbl/min [0,6 m3/min], mientras bajaba lenta-mente la herramienta en el pozo. Cuando el tapn de alta presin estuvo a unos 0,75 m [2,5 pies] por encima de la bola de accionamiento de la vlvula FIV, el ingeniero increment levemente las veloci-dades de bombeo hasta 6 bbl/min [0,95 m3/min], lo que asegur una limpieza ptima en torno al rea de la bola de la vlvula FIV sin exponer a daos el hardware de fondo de pozo.

Despus de bombear durante 30 minutos, el personal del equipo de perforacin llev la herra-mienta a la superficie. Las cmaras de escombros haban recolectado un total de 11,8 kg [26 lbm] de diversos residuos no ferrosos consistentes fun-damentalmente en trozos pequeos de caucho. Las brigadas recuperaron 0,91 kg [2 lbm] adicio-nales de residuos ferrosos de la seccin magn-tica interna de la herramienta.

Originalmente, el operador se propuso operar la vlvula FIV al cabo de un perodo relativa-mente corto despus de la limpieza, pero el pozo fue suspendido temporariamente. Si bien la con-firmacin definitiva de la limpieza no puede ser verificada hasta operar la vlvula, la colocacin exitosa de la herramienta WELL SCAVENGER cerca de la vlvula FIV, combinada con la canti-dad de escombros recuperados, hace pensar que la operacin fue fructfera. La compaa tiene previsto volver a este pozo en un futuro cercano.

> Recoleccin de escombros de pozos en el Mar Adritico. El arreglo magntico de la herramienta WELL SCAVENGER atrae los residuos ferrosos que circularon a travs de dicha herramienta (A). De las cmaras de recoleccin de escombros, se recuperaron escombros cermicos (B) y residuos de las pistolas de disparos (C).

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 8ORWIN 12/13-WLSCVG 8

A B

C

Volumen 24, no.4 11

Los pozos con empaques de grava, especial-mente aqullos que exhiben baja presin de yaci-miento y estn sujetos a prdidas de circulacin, tambin pueden ser fcilmente daados por las tcnicas de remocin de escombros. Dentro de los filtros de empaque de grava, puede acumularse arena y otros escombros pequeos que impiden la produccin. En las operaciones de retermina-cin, los operadores a menudo necesitan remover estos materiales desde el interior de los delicados filtros para mejorar las tasas de produccin.

Para los ingenieros de terminacin de pozos, la imposibilidad de hacer circular salmuera para operaciones de terminacin en yacimientos de baja presin limita las opciones de recuperacin de escombros. Una de las caractersticas nicas de la herramienta WELL SCAVENGER es su capa-cidad para recuperar escombros del fondo del pozo con velocidades de circulacin bajas, lo que la convierte en una solucin ideal para estas apli-caciones dificultosas.

sta era precisamente la situacin en el ao 2012, cuando un operador del Talud Norte de Alaska, en EUA, necesitaba reterminar un pozo con empaque de grava en agujero descubierto que haba comenzado a experimentar declinaciones de la produccin. Segn los ingenieros, la arena acumulada en el interior de los filtros de empa-que de grava estaba obturando la produccin. Pero al reingresar en el pozo, las bajas presiones de yacimiento produjeron prdidas de retorno cuando el personal de reparacin de pozos intent la circulacin con agua filtrada de 1,02 g/cm3 [8,5 lbm/galn] de densidad. Los ingenieros de M-I SWACO recomendaron limpiar la tubera de revestimiento de 95/8 pulgadas hasta el tope del arreglo de empaque de grava, a una profundidad de alrededor de 1 300 m [4 300 pies], y luego correr la herramienta WELL SCAVENGER en el arreglo de empaque de grava en agujero descubierto para remover los escombros hasta una profundidad total de aproximadamente 1 500 m [5 000 pies].

Para proteger el empaque de grava en el agujero descubierto, a la vez que se limpiaba la tubera de revestimiento superior de 95/8 pulgadas y se regis-traba el pozo, se coloc un empacador temporario justo por encima del arreglo de terminacin inferior. Luego, se emplazaron 454 kg [1 000 lbm] de arena por encima del empacador para proteger el mecanismo de desenganche de los escombros durante la limpieza de la tubera de revesti-miento superior. Despus de limpiar la tubera de revestimiento y registrar el pozo, se hizo circular la arena hasta la superficie y el empacador tem-porario fue recuperado con xito.

La brigada de M-I SWACO corri las herra-mientas WELL SCAVENGER en el pozo, a una velocidad de 1 m/min [3 pies/min], y a la vez uti-liz una velocidad de bombeo de 4 bbl/min [0,6 m3/min] (arriba). Las velocidades de bom-beo de superficie se mantuvieron en el extremo inferior del rango ptimo de la herramienta,

> Configuracin de la herramienta WELL SCAVENGER para la remocin de escombros de las vlvulas de aislamiento de la formacin. Las herramientas pueden ser configuradas para limpiar en reas sensibles cercanas a las vlvulas FIV. En este caso, una herramienta WELL PATROLLER, un arreglo magntico MAGNOSTAR y la herramienta SABS fueron corridos por encima de la herramienta WELL SCAVENGER para asegurar la remocin de escombros del pozo. Un localizador de restriccin interior limita el movimiento descendente de la herramienta de servicio en el arreglo (aparejo) de terminacin.

Cmaras de recoleccin de escombros

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 10ORWIN 12/13-WLSCVG 10

Herramienta SABS

Herramienta de servicio

Localizador de restriccin interior

Tubera lavadora

Cua de orientacin

Herramienta WELL PATROLLER

Mdulo de tamizado de escombros y motor WELL SCAVENGER

Herramienta MAGNOSTAR

> Limpieza del interior de los filtros para operaciones de empaque de grava. El arreglo WELL SCAVENGER est configurado para correr dentro de los arreglos de filtros para empaques de grava. Cuatro cmaras de recoleccin de escombros y 21 uniones de herramienta de servicio se ensamblan por debajo del motor; estos componentes son suficientemente pequeos para ser insertados dentro del arreglo de filtros. En este caso, el motor y las cmaras de recoleccin de escombros yacen por encima del extremo superior de los filtros para empaque de grava durante la remocin de los escombros. Despus que la herramienta remueve los escombros, el perforador sube el arreglo de herramientas hasta el extremo superior de la tubera de revestimiento corta y la herramienta SABS se abre, lo que permite el incremento de las velocidades de circulacin anular y asegura que cualquier escombro residual que permanezca en el espacio anular sea llevado a la superficie para su remocin.

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 12ORWIN 12/13-WLSCVG 12

Herramienta de servicio

Herramienta SABS

Cmaras de recoleccin de escombros

21 uniones de herramienta de servicio

Cua de orientacin

Mdulo de tamizado de escombros y motor WELL SCAVENGER

12 Oilfield Review

minimizando la prdida de retornos. Despus que el perforador limpiara cada tiro de tubera, las velo-cidades de bombeo se incrementaron a 7 bbl/min [1,1 m3/min] durante cinco minutos. La herra-mienta alcanz la profundidad prevista en una sola carrera. El personal de reparacin de pozos recuper 6,6 kg [14,5 lbm] de arena de forma-cin, caucho y residuos de metales de los filtros de empaque de grava (derecha). Luego de la recuperacin exitosa de los escombros del inte-rior de los filtros, el operador continu con las operaciones de reterminacin.

Remocin de escombros de las operaciones de fresadoLos perforadores utilizan tcnicas de fresado para varias operaciones de pozos, tales como la abertura de ventanas en la tubera de revesti-miento, el suavizado de rebabas y bordes presen-tes por encima de las herramientas y la trituracin de tapones y empacadores para que puedan hacerse circular hacia la superficie.

En el ao 2010, un operador que trabajaba en el Golfo de Mxico tena previsto remover del pozo un tapn puente de hierro fundido (CIBP). Para poder fresar el CIBP, el operador tena que remover 60 m [200 pies] de cemento que haba sido emplazado en la parte superior del tapn. El perforador baj al pozo una barrena de conos giratorios de 81/2 pulgadas y localiz el tope del cemento a aproximadamente 240 m [800 pies]. Durante las operaciones de perforacin, un cono de la barrena se perdi en el pozo.

El perforador extrajo la barrena daada del pozo y volvi a bajar con una fresa, pero no pudo triturar el cono errante. Para minimizar la prdida de tiempo de equipo de perforacin adicional, el operador busc una solucin que removiera el cono de la barrena y fresara el CIBP en un solo viaje. Los ingenieros de M-I SWACO recomendaron la herramienta WELL SCAVENGER con un BHA especial para satisfacer los objetivos de la compa-a en un solo viaje.

El BHA estaba compuesto por dos piezas: una zapata de lavado provista de un exterior liso, un interior rugoso y un borde de ataque tambin rugoso y una extensin de tubera lavadora provista de dos filas de canastas salientes (finger baskets). Para ayudar a capturar el cono de la barrena se insertaron cables salientes (finger cables). El BHA permiti una separacin de 5 m [16,5 pies] entre el extremo inferior de la herramienta WELL SCAVENGER y el borde de ataque de la zapata.

El perforador baj el BHA al pozo y localiz el tope del CIBP, comenz a circular y fresar el tapn. Con una velocidad de la fresa de 80 rpm, el supervi-

sor de operaciones de pesca fres el CIBP en unas cinco horas con un peso sobre la herramienta de 4 450-26 700 kg [1 000-6 000 lbf] y un esfuerzo de torsin de 1 356-4 067 N.m [1 000-3 000 lbf-pie]. Una vez fresado el intervalo total de 0,6 m [2,0 pies], la brigada de perforacin llev el BHA a la superficie. La herramienta haba recolectado entre 12 y 15 lbm [5,5 y 6,8 N] de restos metlicos.

Los elementos ms grandes que no pudieron ingresar en la herramienta WELL SCAVENGER quedaron en el interior de los cables salientes y debajo de la canasta saliente. Estos elementos incluyeron el cono de la barrena, los anillos del cono, las piezas de caucho del empacador y otros componentes del CIBP. Sobre la base de la canti-dad de material acumulado, los tcnicos determi-

> Escombros diversos removidos de las profundidades. Los perforadores sellaron las cmaras para escombros de la herramienta WELL SCAVENGER al remover la herramienta de un pozo situado en el Talud Norte de Alaska. Cuando las cuatro cmaras se abrieron posteriormente en las instalaciones de M-I SWACO, se observ que contenan varios materiales entre los que se encontraban una mezcla de arena de formacin, piezas de caucho y material ferroso. Una lapicera, no recuperada del pozo, ilustra el tamao relativo. Oilfield Review WINTER 12/13

Well Scavenger Fig. 13ORWIN 12/13-WLSCVG 13

Escombros recuperados Vista en primer plano

Volumen 24, no.4 13

Oilfield Review WINTER 12/13Well Scavenger Fig. 16ORWIN 12/13-WLSCVG 16

naron que la mayor parte de los escombros haba sido removida del pozo.

A pesar de las propiedades de levantamiento inferiores del fluido a base de agua de mar utili-zado en el pozo, el sistema de recuperacin de escombros WELL SCAVENGER removi el cono de la barrena y los escombros asociados con el fresado del CIBP. Los perforadores bajaron con xito al pozo y recuperaron los elementos de herramientas remanentes sin interferencia alguna de escombros o detritos, lo que evit el costo de viajes adicionales.

Remocin de empacadores atascadosLos perforadores e ingenieros se esfuerzan denoda-damente por minimizar los riesgos operacionales. A pesar de estos esfuerzos, las sartas de perforacin se atascan, los arreglos de terminacin no logran alcanzar sus objetivos y los detritos se desplazan sinuosamente en el pozo. Recientemente, un ope-rador que trabajaba en el Talud Norte de Alaska experiment este tipo de evento.

Mientras el operador bajaba un empacador en la tubera de revestimiento de 9 5/8 pulgadas, el empacador se fij prematuramente a una profun-didad de 2 494 m [8 184 pies]. Previamente, el operador haba colocado un empacador con un arreglo de tipo aguijn adosado a aproximada-mente 3 078 m [10 100 pies]. Una vez reperforado el empacador atascado, debi limpiarse el pozo hasta el extremo superior del empacador ms profundo antes de que el operador reanudara las operaciones de reterminacin posteriores.

La operacin de remocin de escombros se vio complicada por la desviacin de 80 del pozo, desde aproximadamente 762 m [2 500 pies] hasta

la profundidad total. Despus de que una herra-mienta de pesca de tipo canasta de recuperacin, de una compaa competidora, recogiera muy pocos escombros en dos carreras, los ingenieros del grupo de herramientas especiales de M-I SWACO en Alaska y Houston recomendaron un BHA espe-cialmente modificado, combinado con la herra-mienta WELL SCAVENGER, y varias herramientas MAGNOSTAR de gran capacidad.

El BHA incluy 27 m [90 pies] de tubera lava-dora, un depurador de tubera de revestimiento HEAVY DUTY RAZOR BACK CCT, las herramientas MAGNOSTAR, la herramienta WELL SCAVENGER y el empalme de circulacin SABS. Cuando las herramientas alcanzaron una profundidad de 1 890 m [6 200 pies], una gran acumulacin de escombros en el lado inferior del pozo obstacu-liz el avance. A travs de la circulacin continua y del movimiento casi constante de la tubera, el perforador pudo llevar el arreglo de herramientas hasta 1 914 m [6 280 pies]. Luego, se procedi a extraer las herramientas del pozo. Una vez que stas estuvieron en la superficie, los tcnicos recuperaron 83 kg [184 lbm] de residuos ferrosos de las herramientas MAGNOSTAR (arriba).

Mientras los tcnicos limpiaban las herra-mientas MAGNOSTAR, el perforador baj al pozo una herramienta de pesca de tipo canasta de recuperacin y un arreglo magntico de una com-paa competidora. Cuando se extrajo la herra-mienta, los tcnicos recuperaron una cua de empacador y 9 kg [20 lbm] de residuos ferrosos. Una segunda carrera del arreglo WELL SCAVENGER incluy tres herramientas MAGNOSTAR. Esta carrera arroj 130 kg [287 lbm] adicionales de residuos ferrosos en las herramientas MAGNOSTAR y 469 kg

[1 033 lbm] de arena y limo, adems de 76 kg [168 lbm] de residuos ferrosos recuperados de las cmaras de recoleccin de la herramienta WELL SCAVENGER.

Una ltima carrera efectuada con las tres herramientas MAGNOSTAR proporcion 66 kg [145 lbm] adicionales de residuos ferrosos. Despus de eliminar la mayora de los escombros del pozo, el perforador pudo bajar con una fresa pulida para limpiar el calibre del empacador inferior. Las herramientas M-I SWACO removieron un total de 824 kg [1 817 lbm] de residuos ferrosos y no ferrosos del pozo.

Desarrollo de herramientas en rpida evolucinLas terminaciones complicadas, las configuracio-nes de pozos complejos y los costos elevados del tiempo de equipo de perforacin estn llevando a los ingenieros a identificar nuevas aplicaciones para el arreglo WELL SCAVENGER y las herra-mientas asociadas de remocin de escombros. Ahora, gracias a las nuevas herramientas y tcnicas de recuperacin de escombros, los perforadores estn en mejores condiciones de remover los mate-riales colocados intencionalmente en el fondo del pozo o los elementos que se pierden accidental-mente en ste. Las combinaciones de herramientas estn evolucionando para abordar un abanico ms amplio de necesidades de terminacin de pozos y recuperacin de escombros. La evolucin de los diseos de las herramientas de recuperacin de escombros est reduciendo los riesgos, recor-tando los costos y mejorando la productividad de los pozos.

El trabajo de diseo actual optimizar an ms la gama y el alcance de las herramientas de recuperacin de escombros utilizadas a grandes profundidades. Dado el costo creciente del tiempo de equipo de perforacin, especialmente en ambientes de aguas profundas, los ingenieros se estn concentrando en el desarrollo de sistemas que permitan combinar la recuperacin de escom-bros con otras operaciones de pozos en una sola carrera de herramientas. Por ejemplo, las pruebas de campo han demostrado que las herramientas de recuperacin de escombros y fresado pueden com-binarse con el hardware de recuperacin de empa-cadores para quitar las rebabas de los disparos de la tubera de revestimiento, recuperar los escom-bros generados y remover un empacador tempora-rio, todo en una sola carrera, con lo cual se mejora la eficiencia operacional y se reducen los costos. Existen otros desarrollos en marcha para ayudar a los operadores a recuperar los escombros en ambientes de prdida de circulacin de baja pre-sin, tendientes a lograr terminaciones exitosas en situaciones cada vez ms desafiantes. DW

> Recuperacin de residuos ferrosos. Las paletas de la herramienta MAGNOSTAR se cubren de residuos ferrosos, que han sido recuperados del pozo despus de las operaciones de fresado. Los residuos removidos de la herramienta (inserto) se apoyan en el piso de perforacin para su inspeccin. Una regla, no recuperada del pozo, muestra la escala de los residuos.

14 Oilfield Review

La ciencia de los asfaltenos revela secretos de los yacimientos

El anlisis de los fluidos de fondo de pozo aplicado a los componentes ms pesados

del petrleo puede ayudar a revelar informacin sobre la estructura de los yacimientos.

Al comprender la forma en que se asocian los asfaltenos en las columnas de petrleo,

los cientficos e ingenieros pueden utilizar los gradientes de concentracin de asfalte-

nos para determinar la presencia de barreras que actan como sellos.

Los resultados de la produccin han confirmado la validez de este enfoque, que se

est extendiendo para abordar la estructura y la dinmica de los fluidos presentes

en los yacimientos complejos.

A. Ballard AndrewsOliver C. MullinsAndrew E. PomerantzCambridge, Massachusetts, EUA

Chengli DongHani ElshahawiShell Exploration and ProductionHouston, Texas, EUA

David PetroMarathon Oil CorporationHouston, Texas

Douglas J. SeifertSaudi AramcoDhahran, Arabia Saudita

Murat ZeybekDhahran, Arabia Saudita

Julian Y. ZuoSugar Land, Texas

Traduccin del artculo publicado en Oilfield Review Invierno de 2012/2013: 24, no. 4.Copyright 2013 Schlumberger.Por su colaboracin en la preparacin de este artculo, se agradece a John Mainstone de la Universidad de Queensland, en Brisbane, Australia.InSitu Fluid Analyzer, LFA y MDT son marcas de Schlumberger.INTERSECT es una marca conjunta de Schlumberger, Chevron y Total.

Mucho antes de que los cientficos abordaran el tema del componente ms pesado del petrleo el asfalto los seres humanos ya lo estaban empleando. En el mundo antiguo, los babilonios utilizaban el asfalto como argamasa y los egipcios lo emplea-ban para las momificaciones.1 La capacidad de preservacin y aglutinacin del asfalto se ha mantenido a lo largo de los siglos y hoy resulta til para una diversidad de aplicaciones, entre las que se encuentran los procesos de pavimenta-cin, techado, impermeabilizacin y aislacin.

En el mbito petrolero, la utilidad del asfalto es menos clara. Los asfaltenos, el componente principal del asfalto, el alquitrn o el bitumen, pueden generar problemas al momento de asegu-rar el flujo en la formacin, en la tubera de pro-duccin y en las lneas de conduccin.2 Adems, los crudos con altos niveles de asfaltenos tienen menos valor en los mercados mundiales; su defi-ciencia de hidrgeno limita el porcentaje de hidrocarburos lquidos, y su contenido de azufre y metal genera problemas para la refinacin.3

El alto costo de las operaciones marinas y la tendencia hacia la perforacin de pozos ms pro-fundos en todo el mundo han renovado el impera-tivo de comprender los fluidos de yacimiento a nivel molecular. Los operadores ya no pueden permitirse visualizar los yacimientos como tan-ques homogneos de petrleo y gas. Adems de conocer la composicin de los fluidos, deben

poder evaluar la conectividad de los yacimientos, especialmente cuando los costos imponen un nmero limitado de pozos. Los levantamientos de presin y generacin de imgenes a menudo son insuficientes para evaluar en forma exhaustiva los patrones de drenaje de petrleo, de modo que los operadores estn recurriendo al anlisis de fluidos de fondo de pozo (DFA) y a la ciencia de los asfaltenos para comprender mejor las estruc-turas de los yacimientos.4

En el pasado reciente, los operadores caracte-rizaban el petrleo presente en los yacimientos con unos pocos parmetros, tales como el peso especfico, la relacin gas-petrleo (RGP) y una clasificacin qumica simple del petrleo a granel.5 No obstante, las mediciones DFA obtenidas en columnas de petrleo de todo el mundo revelan que los fluidos de yacimiento presentan un pano-rama mucho ms complejo, tanto verticalmente en la columna de petrleo como lateralmente en el campo. Dichos resultados, sumados a varias dcadas de investigacin analtica, estn proporcionando una imagen ms completa de las formas fsicas de los asfaltenos en el yacimiento. Estos avances en mate-ria de investigacin explican cmo y bajo qu condiciones los asfaltenos se asocian entre s y permiten que todos los componentes de la mez-cla de fluidos gas, lquidos y slidos sean descriptos mediante ecuaciones basadas en prin-cipios termodinmicos. El resultado final de este

Volumen 24, no.4 1515

trabajo posibilita la utilizacin de gradientes pro-nosticados y observados de concentracin de asfaltenos para confirmar o refutar la conectivi-dad del drenaje de fluidos existente en una columna de petrleo.

Este artculo se centra en la nueva ciencia de los asfaltenos y cubre sus orgenes, desarrollo y aplicaciones. Algunos ejemplos del sector de aguas profundas del Golfo de Mxico y Medio Oriente ilustran cmo estos desarrollos estn

ayudando a los cientficos e ingenieros de campos petroleros a adquirir ms conocimientos sobre la conectividad de los yacimientos y la distribucin de gases, lquidos y slidos en los fluidos conteni-dos en stos.

Fluidos de yacimientos: Un panorama complejoUna probeta de petrleo en un banco de laborato-rio o una escotilla abierta en un tanque de alma-cenamiento presenta una vista engaosamente simple de los fluidos del subsuelo, segn la cual un yacimiento entero consiste solamente en petrleo negro y gas.6 Podra parecer que los gra-dientes de las propiedades de los fluidos, cuando

1. Yen TF y Chilingarian GV (eds): Asphaltenes and Asphalts, 2. msterdam: Elsevier Science BV, Developments in Petroleum Science, 40B, 2000.

2. Kabir CS y Jamaluddin AKM: Asphaltene Characterization and Mitigation in South Kuwaits Marrat Reservoir, artculo SPE 80285, presentado en el Seminario y Conferencia del Petrleo de Medio Oriente de la SPE, Bahrain, 20 al 23 de febrero de 1999.

3. Allan D y Davis PE: Revisin de las operaciones de refinacin, Oilfield Review 19, no. 2 (Otoo de 2007): 1623.

4. Elshahawi H, Mullins OC, Hows M, Colacelli S, Flannery M, Zuo J y Dong C: Reservoir Fluid Analysis as a Proxy for Connectivity in Deepwater Reservoirs, Petrophysics 51, no. 2 (Abril de 2010): 7588.

N

Oilfield Review SPRING 13Asphaltenes Fig. OpenerORSPG 13-AFTN Opener

5. Esta clasificacin se conoce normalmente como anlisis SARA; saturados, aromticos, resinas y asfaltenos. Para obtener ms informacin, consulte: Akbarzadeh K, Hammami A, Kharrat A, Zhang D, Allenson S, Creek J, Kabir S, Jamaluddin A, Marshall AG, Rodgers RP, Mullins OC y Solbakken T: Los asfaltenos: Problemticos pero ricos en potencial, Oilfield Review 19, no. 2 (Otoo de 2007): 2447.

6. El petrleo negro es utilizado en el modelado de yacimientos para describir el petrleo en sitio. El modelo convencional de petrleo negro utiliza tres componentes: agua, petrleo y gas. Para obtener ms informacin sobre el modelado del petrleo negro, consulte: Huan G: The Black Oil Model for a Heavy Oil Reservoir, artculo SPE 14853, preparado para la Reunin Internacional sobre Ingeniera Petrolera de la SPE, Beijing, 17 al 20 de marzo de 1986.

16 Oilfield Review

estn presentes debido a las condiciones de yaci-miento, afectan solamente la RGP. Sin embargo, esta visin es imprecisa porque en las condicio-nes de yacimiento reales, los gradientes composi-cionales pueden existir no slo para la RGP, sino tambin para los asfaltenos y los componentes individuales del petrleo (arriba).7

Los asfaltenos presentes en el petrleo cons-tituyen un rea central de estudio para los inge-nieros y cientficos desde hace varias dcadas. Gran parte de la informacin relacionada con los asfaltenos parece compleja y no concluyente, y el inters asociado con estos compuestos ha adop-tado diversas dimensiones a travs del tiempo. En los primeros aos de la industria, la investiga-cin del sector petrolero de refinacin y trans-porte se centr en la optimizacin de los usos de

leza de los grupos qumicos unidos en forma cova-lente versus los grupos asociados en agregados no covalentes.9 La amplia gama de pesos molecula-res obtenidos en ese momento oscilantes entre 1 700 y 500 000 g/mol se debi a los tamaos variables de los agregados. En la ltima dcada, la investigacin de los asfaltenos abarc mltiples ramas de la ciencia qumica analtica para generar una idea mucho ms clara de las propiedades de los asfaltenos y de cmo las molculas individuales de asfaltenos se asocian para formar partculas ms grandes (prxima pgina, arriba).10

Anlisis de fluidos de fondo de pozoEl anlisis de los fluidos de fondo de pozo ayuda a los cientficos e ingenieros a examinar los fluidos de yacimiento en su ambiente original. El concepto

7. Mullins OC: The Physics of Reservoir Fluids. Sugar Land, Texas, EUA: Schlumberger, 2008.

Zuo JY, Freed D, Mullins OC, Zhang D y Gisolf A: Interpretation of DFA Color Gradients in Oil Columns Using the Flory-Huggins Solubility Model, artculo SPE 130305, presentado en la Conferencia y Exhibicin Internacional del Petrleo y el Gas de las CPS/SP, Beijing, 8 al 10 de junio de 2010.

8. Mullins, referencia 7. Edgeworth R, Dalton BJ y Parnell T: The Pitch Drop

Experiment, European Journal of Physics 5, no. 4 (Octubre de 1984): 198200.

9. Dickie JP y Yen TF: Macrostructures of the Asphaltic Fractions by Various Instrumental Methods, Analytical Chemistry 39, no. 14 (Diciembre de 1967): 18471852.

10. Mullins OC: The Modified Yen Model, Energy & Fuels 24 (Enero de 2010): 21792207.

11. Creek J, Cribbs M, Dong C, Mullins OC, Elshahawi H, Hegeman P, OKeefe M, Peters K y Zuo JY: Laboratorio de fluidos de fondo de pozo, Oilfield Review 21, no. 4 (Junio de 2010): 4057.

> Viscosidad de los asfaltenos. En 1927, los investigadores de la Universidad de Queensland, en Australia, calentaron una muestra de brea, o asfalto, y la colocaron en un embudo al que luego sellaron (inserto). El asfalto se dej asentar durante tres aos a temperatura ambiente y posteriormente los investigadores procedieron a cortar el pico del embudo. Desde esa fecha, el asfalto comenz a gotear, a un promedio de una gota cada nueve o diez aos. En el ao 2002, empez a formarse la novena gota. Si bien la viscosidad de los petrleos pesados es casi tan alta como la del asfalto, sta se incrementa abruptamente con el incremento del contenido de asfaltenos. Los datos sobre los asfaltenos y el petrleo desasfaltado provenientes de diversos crudos muestran un rpido incremento de la viscosidad con el incremento del contenido de asfaltenos en el hexano que abarca seis rdenes de magnitud en la viscosidad. Estos datos son representados mediante un modelo de viscosidad de Pal-Rhodes. (Fotografa, cortesa de JS Mainstone, Universidad de Queensland).

Oilfield Review SPRING 13Asphaltenes Fig. 2ORSPG 13-AFTN 2

Asfaltenos en el hexano, % en peso

Visc

osid

ad, P

a.s

a 60

C

0 10101

102

103

104

105

106

107

108

109

20 30 40 50

Asfaltenos, petrleosdesasfaltadosModelo de viscosidad de Pal-Rhodes

> Gradientes de yacimiento. Las mediciones obtenidas en un petrleo condensado de un yacimiento de Noruega muestran que la presin y la temperatura de formacin en la zona del contacto gas-petrleo se pueden describir con una ecuacin de estado (EOS); la lnea correspondiente al punto de burbujeo que divide el lquido de la regin bifsica. Los datos de composicin relacionados con los fluidos de yacimiento de este campo muestran gradientes grandes. Los gradientes de composicin del yacimiento dependen de las condiciones de los fluidos, y a medida que la temperatura y la presin del yacimiento se aproximan a la lnea correspondiente al punto de burbujeo y al punto crtico, se desarrollan gradientes de composicin grandes.

Oilfield Review SPRING 13Asphaltenes Fig. 1ORSPG 13-AFTN 1

Pres

in,

bar

es

Temperatura, K

Incremento de los gradientes de composicin

Lquido VaporRegin bifsica

700600500400300200100

100

200

300

400

500

0800 900

Condiciones de formacinPunto crtico

Punto de burbujeoPunto de roco

los derivados del asfalto provenientes de las ope-raciones de refinacin. En la segunda mitad del siglo veinte, cuando los refinadores comenzaron a procurar la maximizacin de la produccin de combustibles para el transporte, ese foco se des-plaz hacia la conversin eficiente de las fraccio-nes pesadas y de su componente asfaltnico. En el sector de exploracin y produccin, el foco en los asfaltenos casi siempre estuvo centrado en la miti-gacin y la prevencin de sus impactos negativos, impactos que incluyen, entre otros, el tapona-miento de las formaciones debido a la precipita-cin y los efectos de la alta viscosidad durante la produccin y el transporte (derecha).8 No obstante, la nueva ciencia desarrollada en la ltima dcada ha demostrado que los gradientes de asfaltenos del yacimiento pueden proporcionar conocimien-tos valiosos sobre la estructura de este ltimo.

Los asfaltenos presentes en los fluidos de yaci-miento son una mezcla molecular compleja de par-tculas suspendidas coloidalmente en el petrleo, que no poseen una identidad qumica nica. Generalmente, son definidos como una clase de solubilidad; es decir, como aquellas molculas insolubles en n-heptano pero solubles en tolueno. Las molculas de asfaltenos son tpicamente ani-llos aromticos condensados que pueden conte-ner heterotomos, tales como nitrgeno y azufre, y tambin metales, tales como nquel y vanadio. Casi todas las propiedades qumicas de los asfal-tenos han sido tema de intenso debate, con excepcin de su composicin elemental. Una de las primeras controversias se centr en la natura-

Volumen 24, no.4 17

Oilfield Review SPRING 13Asphaltenes Fig. 4ORSPG 13-AFTN 4

Sample modules

InSitu Fluid Analyzer system

LFA live fluidanalyzer system

Pump

Pump

Formation probe

del anlisis DFA ha evolucionado y ha pasado de ser una tcnica para la identificacin de fluidos mediante la adquisicin de muestras en agujero

descubierto a una forma de anlisis de los fluidos de yacimiento y sus variaciones espaciales en condiciones de formacin en tiempo real. El con-

cepto es simple: luego de la perforacin, se baja al pozo un mdulo cilndrico de muestreo y anli-sis operado con cable y se recolectan los fluidos de la formacin. Esta herramienta, el probador modular de la dinmica de la formacin MDT, contiene una probeta para el muestreo de los flui-dos de yacimiento y un arreglo de sensores para el anlisis de los fluidos muestreados en tiempo real (abajo). Una herramienta MDT configurada para el anlisis DFA puede proveer una larga lista de datos de yacimiento, que abarcan desde pro-piedades generales, tales como RGP y presin y temperatura en profundidad, hasta atributos especficos, tales como densidad, composicin y contaminacin de muestras miscibles con fluidos de perforacin no acuosos.11 Adems de determi-nar la RGP y otras propiedades, la herramienta MDT utiliza la tcnica de espectroscopa para medir la densidad ptica esencialmente el color del petrleo que es directamente proporcional a

> Propiedades de los asfaltenos. Durante la ltima dcada, los avances de la ciencia analtica permitieron el surgimiento de una imagen ms consistente de la estructura de los asfaltenos. Las estimaciones relacionadas con el peso molecular medio de los asfaltenos se redujeron en varios rdenes de magnitud y ahora corresponden a un valor de alrededor de 750 g/mol; el rango es significativamente ms estrecho. De un modo similar, ahora los cientficos saben que el nmero medio de ciclos condensados por hidrocarburo poliaromtico asfaltnico (PAH) es aproximadamente siete, con un predominio de un PAH por molcula. Adems, el nmero de apilamientos de PAH en un nanoagregado de asfaltenos, desconocido hace una dcada, es uno. Todos estos desarrollos han permitido a los investigadores establecer modelos fsicos consistentes sobre las molculas de asfaltenos y demostrar cmo stos se asocian entre s en los fluidos de yacimientos.

Oilfield Review SPRING 13Asphaltenes Fig. 3ORSPG 13-AFTN 3

Propiedad

Peso molecular medio de los asfaltenos

Nmero de PAHs por asfalteno

Nmero de ciclos condensados por PAH de asfalteno

Nmero de apilamientos de PAH en un nanoagregado

1 a 20

2 a 20

Desconocido 1

7 (promedio)

Predominio de 1

750 g/mol103 a 106 g/mol

Valores reportados, 1998 Valores reportados, 2009

> Probador modular de la dinmica de la formacin. La herramienta MDT (arriba) contiene un arreglo complejo de instrumentos para el muestreo y el anlisis de fluidos de fondo de pozo. En una configuracin tpica (derecha), los componentes de la herramienta MDT incluyen una seccin para el almacenamiento de muestras, adems de un sistema InSitu Fluid Analyzer y un sistema analizador de fluidos vivos LFA para el anlisis de fluidos de fondo de pozo en tiempo real. Los fluidos de yacimiento ingresan en la probeta de la herramienta y son bombeados en dos direcciones: hacia arriba, en direccin hacia el sistema InSitu Fluid Analyzer y hacia abajo, en direccin hacia el mdulo LFA. La herramienta InSitu Fluid Analyzer contiene dos espectrmetros y un detector de fluorescencia para el anlisis de hidrocarburos, CO2, pH y el color de los fluidos; adems, contiene instrumentos para medir la densidad, la resistividad, la presin y la temperatura. El fluido de yacimiento de la probeta de muestreo que se bombea hacia abajo pasa a travs del mdulo LFA. Este dispositivo emplea un espectrmetro de absorcin para cuantificar y monitorear la cantidad de fluidos de yacimiento y de la perforacin presentes. Un refractmetro de medicin de gases (no mostrado aqu) de la herramienta diferencia el gas de los lquidos.

Oilfield Review SPRING 13Asphaltenes Fig. 4ORSPG 13-AFTN 4

Mdulos de muestras

Sistema InSitu Fluid Analyzer

Sistema analizador de fluidos vivos LFA

Probeta guiada

Bomba 2

Bomba 1

Sample modules

InSitu Fluid Analyzer system

LFA live fluidanalyzer system

Pump

Pump

Formation probe

18 Oilfield Review

la concentracin de asfaltenos.12 Las variaciones de las propiedades de los fluidos interpretadas a partir de las mediciones DFA, obtenidas en diver-sas estaciones de profundidad de un pozo, a veces pueden indicar la presencia de barreras cercanas que actan como sello (arriba).13

La identificacin de los compartimentos de un yacimiento no plantea tantos desafos como la evaluacin de la conectividad del drenaje de petrleo existente en esos compartimentos, espe-cialmente antes de la produccin. Es probable que los estudios de presin esttica no descubran las barreras de sello difciles de detectar antes de que comience la produccin porque el equilibrio

de presin y el equilibrio composicional se alcan-zan en diferentes escalas de tiempo. El equilibrio composicional se alcanza lentamente, y la dife-rencia entre el tiempo requerido para alcanzar el equilibrio de presin y el necesario para alcanzar el equilibrio composicional para la fraccin ms pesada de crudo puede ser de varios rdenes de magnitud (abajo, a la derecha).14 Para lograr el equilibrio composicional, se requiere la migracin masiva de fluidos en el yacimiento, y para que esto ocurra, debe existir una buena conectividad en el yacimiento. Por el contrario, el equilibrio de presin puede alcanzarse con una transferencia de masa muy pequea, lo que puede producirse a travs de sellos con prdidas. En consecuencia, el equilibrio de presin es una condicin necesa-ria pero insuficiente para establecer la conectivi-dad en el yacimiento.

La presencia de gradientes de concentracin de asfaltenos casi equilibrados entre dos zonas es indicativa de la existencia de conectividad. No obstante, para poder implementar ese con-cepto en forma prctica, es necesario tener un modelo para los asfaltenos que d cuenta de sus caractersticas termodinmicas y de la manera en que se asocian entre s en las profundidades del yacimiento.

Modelado de los asfaltenosDesde el ao 2000, los avances producidos en los instrumentos y la ciencia analtica han permitido el surgimiento de una imagen mucho ms clara de la estructura de los asfaltenos. Dichos avances estre-charon la brecha del conocimiento de sus propie-dades y condujeron a una descripcin ms refinada de la ciencia de los asfaltenos, plasmada en el modelo modificado de Yen.15 Posteriormente, este modelo pas a denominarse modelo de Yen-Mullins.16 El modelo representa los asfaltenos presentes en el petrleo crudo de tres formas diferentes e indepen-

12. La densidad ptica, medida mediante espectroscopa MDT, se calcula sobre la base del grado de absorcin de la porcin visible y de la porcin cercana al infrarrojo de la banda de frecuencia; a partir de longitudes de onda de aproximadamente 400 a 2 000 nm. Los componentes de los fluidos de yacimientos, tales como los asfaltenos, poseen absorciones caractersticas en este rango que reflejan sus estructuras moleculares. La densidad ptica proporciona un valor numrico adimensional a las caractersticas cromticas de estos fluidos. Para obtener mayor informacin sobre las aplicaciones de la densidad ptica de fondo del pozo, consulte: Creek et al, referencia 11.

13. Mullins OC, Andrews AB, Pomerantz AE, Dong C, Zuo JY, Pfeiffer T, Latifzai AS, Elshahawi H, Barr L y Larter S: Impact of Asphaltene Nanoscience on Understanding Oilfield Reservoirs, artculo SPE 146649, presentado en la Conferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, Denver, 30 de octubre al 2 de noviembre de 2011.

14. Pfeiffer T, Reza Z, Schechter DS, McCain WD y Mullins OC: Determination of Fluid Composition Equilibrium Under Consideration of AsphaltenesA Substantially

dientes: como molculas de asfaltenos, como nanoagregados de molculas de asfaltenos indivi-duales y como grupos de nanoagregados (prxima pgina, arriba). El nmero de mtodos analticos empleados en la ltima dcada para resolver los parmetros de peso molecular, tamao y agregado de este modelo es significativo e incluye la despola-rizacin de fluorescencia resuelta en el tiempo y la espectrometra de masas por rayos lser para la determinacin del peso molecular y el tamao de los agregados. Para la mayora de los parmetros del modelo, tales como el peso molecular de los asfalte-nos, los cientficos deben aplicar diversas tcnicas a fin de reducir la incertidumbre.

La molcula de asfalteno se encuentra en el primer nivel del modelo de Yen-Mullins. La mol-cula de asfalteno tpica consta de varios anillos aromticos condensados con sustituyentes alcano perifricos, y a menudo con heterotomos disper-sos de azufre y nitrgeno. Esta molcula posee un peso molecular medio de 750 g/mol y la mayor parte de la poblacin oscila entre 500 y 1 000 g/mol con una longitud de aproximadamente 1,5 nm. En esta jerarqua del modelo, el nanoagregado de asfalteno es la estructura siguiente en trminos de tamao. Estas partculas representan un agregado de apro-ximadamente seis molculas asfaltnicas en un apilamiento unitario desordenado de unos 2 nm de tamao. Los asfaltenos de los nanoagregados se encuentran fuertemente ligados, y los alcanos exte-

Superior Way to Assess Reservoir Connectivity than Formation Pressure Surveys, artculo SPE 145609, presentado en la Conferencia y Exhibicin Tcnica Anual de la SPE, Denver, Colorado, EUA, 30 de octubre al 2 de noviembre de 2011.

15. Mullins, referencia 10. Mullins et al, referencia 13.16. Sabbah H, Morrow AL, Pomerantz AE y Zare RN:

Evidence for Island Structures as the Dominant Architecture of Asphaltenes, Energy & Fuels 25, no. 4 (2011): 15971604.

17. Mullins OC, Zuo JY, Dong C, Andrews AB, Elshahawi H, Pfeiffer T, Cribbs ME y Pomerantz AE: Downhole Fluid Analysis and Asphaltene Nanoscience for Reservoir Evaluation Measurement, Transcripciones del 53er Simposio de Adquisicin de Registros de la SPWLA, Cartagena, Colombia, 16 al 20 de junio de 2012, artculo CCC.

18. Zuo JY, Elshahawi H, Mullins OC, Dong C, Zhang D, Jia N y Zhao H: Asphaltene Gradients and Tar Mat Formation in Reservoirs Under Active Gas Charging, Fluid Phase Equilibria 315 (15 de febrero de 2012): 9198.

> Equilibro de los yacimientos. El modelado de yacimientos proporciona conocimientos acerca del tiempo requerido para alcanzar la condicin de equilibrio. El modelado de un yacimiento inclinado en mantos con una zona de baja permeabilidad en el centro muestra que el equilibrio composicional de los fluidos medido por la densidad, el metano o la fraccin pesada es entre siete y ocho rdenes de magnitud ms lento que el equilibrio de presin correspondiente.

Oilfield Review SPRING 13Asphaltenes Fig. 6ORSPG 13-AFTN 6

Tiem

po p

ara

al