Cañoneo

CAÑONEO DE POZOS

PERFORACIÓN AVANZADA

INTRODUCCIÓN.

      La correcta selección del sistema de disparos es de importancia relevante ya que de esto dependerá la productividad del pozo y la disminución de intervenciones adicionales. Por tal motivo los cañoneos de pozos de petróleo o gas, deben diseñarse de modo que se minimice las futuras reparaciones y se alargue al máximo la vida útil del pozo.

       En la actualidad, la tecnología en la construcción de cargas y sistemas de disparos ha evolucionado rápidamente, y es posible encontrar en el mercado un gran número de opciones y proveedores, La operación de cañoneo para que resulte más eficiente radica básicamente en las penetraciones alcanzadas y por ende en las razones de productividades estimadas a partir de estas, sin dejar de tomar en cuenta el daño total generado por las diferentes técnicas en estudio. 

   La optimización de la producción demanda diseños cuidadosos, para obtener disparos conductores limpios. Un diseño óptimo se refiere a la elección del mejor y más eficiente sistema de disparos, cargas, cañones, fase, diámetro de los orificios, densidad de disparo, y asimismo la determinación del sistema de Completación y Producción que asegure una buena relación de productividad, aun después de que un porcentaje de los punzonamientos se taponen a medida que produce el pozo.

    Cuando se realiza un cañoneo, se presenta un daño en la formación, el cual es causado por la presión del impacto del disparo que traspasa el acero, cemento, roca y fluidos dentro de la formación que lo rodea. Como resultado de dicho impacto se presenta escombros sueltos en los ductos de los perforados ejecutados, por tanto, el daño debido al cañoneo puede ser un considerable limitante tanto para la productividad como la inyectividad de un pozo.

CAÑONEO DE POZOS.

                Definición.

                El cañoneo es el proceso de crear abertura a través de la tubería de revestimiento y el cemento, para establecer la producción del pozo y las formaciones seleccionadas. Las herramientas para hacer este trabajo se llaman cañones.  La cual consiste en perforar la tubería de revestimiento, cemento y formación para establecer comunicación entre el pozo y los fluidos del yacimiento.

Proceso de Punzonamiento o Cañoneo

      El punzonamiento o cañoneo comienza desde el  posicionamiento en el fondo del pozo, junto a una zona productora, de un “CAÑÓN”, que contiene explosivos con cargas de formas específicas y hechas especialmente para poder causar perforaciones en pozos entubados. Todo cañoneo se genera, en una fracción de segundo, por medio de cargas huecas, las cuales tienen un efecto de cavidad explosiva, es decir, tiene un revestimiento  de partículas metálicas prensadas cuyo objetivo es aumentar la penetración.

Las cargas consisten de tres partes principales que son: un explosivo, un casco, un liner cónico con un cable detonador. Cada uno de estos componentes debe estar fabricado con características exactas y con estrictos estándares de calidad.

Proceso de penetración de la carga

El proceso para realizar los disparos, comienza cuando al detonar el explosivo principal, se produce un colapso en la camisa dando lugar a un chorro de partículas metálicas fundidas que se impulsa a alta velocidad a lo largo del eje de la carga. Este chorro es de gran potencia y se presenta en una forma similar a una ráfaga, la cual tiene una punta que va a una velocidad mayor que la de la cola de la misma

                Dirección de Tiro (Fases): Indica el ángulo entre cargas, por ejemplo, las cargas pueden estar disparadas en una o varias direcciones de acuerdo con el ángulo. (0º, 90º 120º Y 180º). La selección del ángulo entre disparos influye en la tasa de flujo del pozo, porque mientras menor sea el ángulo de fase la densidad de cañoneo será mayor teniendo una mejor comunicación la zona productora con el pozo; por otra parte con ángulos muy pequeños se reduce la interferencia de los fluidos en el yacimiento favoreciendo el flujo radial hacia el pozo.

 Separación de Cargas: Indica la distancia existente entre la pared interior del revestidor y la carga.

Penetración: Es la longitud de la perforación realizada por una carga dada. . Usualmente se mide siguiendo el método de API (API RP43 Standard Procedure for Evaluation Well Perforators)

Diámetro a la entrada de la perforación: Representa el diámetro del agujero que se crea en el revestidor durante el cañoneo. , a mayor diámetro menor alcance, la escogencia de la relación entre diámetro y distancia queda a criterio de cada ingeniero.          

 FACTORES A CONSIDERAR

Taponamiento de los disparos

El taponamiento de los disparos con residuos del recubrimiento metálico puede ser muy severo. Mediante el empleo de recubrimientos cónicos elaborados con metal pulverizado, los residuos mayores han sido eliminados en varias de las cargas especiales. Los residuos del recubrimiento también se forman, pero son acarreados al fondo del agujero en forma de partículas del tamaño de arena o más pequeñas. Las pruebas superficiales a presión atmosférica, no son confiables para evaluar este tipo de taponamiento de los disparos, debido a que los residuos frecuentemente son desviados de los disparos a la presión atmosférica. Los disparos tienden a llenarse con roca triturada de la formación, con sólidos de lodo, y residuos de las cargas cuando se dispara en lodo. Estos tapones no son fácilmente removidos por el contra flujo. La presencia de partículas compactadas y trituradas de la formación alrededor de los disparos reduce aún más la probabilidad de limpiar los disparos. Los lodos con alta densidad mezclados con sólidos pesados, provocan la formación de tapones densos en los disparos.

 Efecto de la presión diferencial

Cuando se dispara en lodo, con una presión diferencial hacia la formación, los disparos se llenan con partículas sólidas de lodo de la formación y residuos de las cargas. Los tapones del lodo son difíciles de remover, produciendo en algunos disparos un taponamiento permanente y reduciendo la productividad del pozo.

Aún cuando se dispare en fluidos limpios tales como aceite o agua que tienen altos ritmos de filtrado, las partículas procedentes de las arcillas, residuos de las cargas, o de otro tipo, pueden originar algún taponamiento de los disparos y un daño profundo en la formación. Las formaciones con permeabilidad de 250 md o mayores, permiten que las partículas de tamaño de las arcillas se desplacen hacia los poros de la formación o por las fracturas ocasionando un daño muy severo. Para formaciones de carbonato es aconsejable punzonar con HCl o ácido acético, para obtener una alta productividad, pero generalmente se cañonea con fluidos limpios, las recomendaciones de la tabla 1.1 son una modificación de los estudios de campo hechos por King, Anderson y Bingham.

Efecto de usar fluidos limpios

 La productividad del pozo, en todos los pozos de arena y carbonato, será maximizada por el cañoneo en aceite o salmuera limpios con una presión diferencial a favor de la formación, además, es necesario tener un periodo de limpieza de los punzonamientos. Si el pozo está cerrado hay que recuperar los cañones antes de completar la limpieza de todos los punzonamientos; muchos punzonamientos podrán permanecer taponados debido a un asentamiento de sólidos en el pozo durante el periodo de cierre.

Efecto de la resistencia a la compresión

La penetración y tamaño del hueco hechos por los cañones son reducidos cuando aumenta la resistencia de compresión del casing, cemento y roca de formación.

Determinación de la densidad de los disparos

La densidad de los disparos generalmente depende del ritmo de producción requerido, la permeabilidad de la formación y la longitud del intervalo disparado. Para pozos con alta producción de aceite y gas, la densidad de los disparos debe permitir el gasto deseado con una caída de presión razonable. Generalmente son adecuados 4 disparos por pie de 0.5 pulg., siendo satisfactorio uno o dos disparos por pie para la mayoría de los pozos con producción baja. En los pozos que serán fracturados, los disparos se planean para permitir la comunicación con todas las zonas deseadas. Para operaciones en arenas consolidadas, generalmente se prefieren 4 disparos por pie de diámetro grande. Para terminaciones con empaque de grava se prefieren de 4 a 8 disparos por pie de 0.75 pulg. de diámetro o mayores. Los disparos de 4 o más cargas por pie en tuberías de revestimiento de diámetro pequeño y de baja resistencia, con cañones con cargas expuestas, pueden agrietar la tubería de revestimiento. También el cemento puede fracturarse severamente, siendo necesario efectuar cementaciones forzadas para controlar la producción indeseable de agua o gas. Los acoples de las tuberías de revestimiento de alta resistencia pueden dañarse al efectuar múltiples disparos sobre ellos.

 Limitaciones de presión y temperatura

Existen especificaciones sobre las presiones y temperaturas de operación para todos los cañones. Las presiones en el fondo del pozo pueden limitar el uso de algunos cañones con cargas expuestas. Como regla general, las cargas de alta temperatura no deben ser empleadas en pozos con un rango de temperatura entre 300-400 °F.

Daños del cemento y la tubería de revestimiento

 Los cañones con cargador de tubo absorben la energía no empleada al detonar las cargas. Esto evita el agrietamiento de la tubería de revestimiento y elimina virtualmente que el cemento se resquebraje. Con el uso de los cañones a bala convencionales no se dañan mucho las tuberías de revestimiento. Al disparar con un claro igual a cero se tiende a eliminar las asperezas dentro de la tubería de revestimiento. Los cañones a chorro con cargas expuestas, como las de tipo encapsuladas o en tiras, pueden causar la deformación, fracturamiento y ruptura de la tubería de revestimiento, así como un notable agrietamiento del cemento. La cantidad de explosivo, el grado de adherencia de la tubería de revestimiento con el cemento, la densidad de los disparos, el diámetro de la tubería de revestimiento y la “masa resistencia” de la tubería de revestimiento, son factores que afectan el agrietamiento de las tuberías de revestimiento expuestas a disparos con cargas a chorro. La masa resistencia de la tubería de revestimiento ha sido definida como el producto del peso unitario y su resistencia hasta el punto de cedencia.

Necesidad de controlar el claro de los cañones

     Un claro excesivo con cualquier cañón a chorro puede ocasionar una penetración inadecuada, un agujero de tamaño inadecuado y una forma irregular de los agujeros. Los cañones a bala deberán generalmente dispararse con un claro de 0.5 pulg., para evitar una pérdida apreciable en la penetración. Generalmente los cañones a chorro convencionales de diámetro grande, presentan poco problema, excepto cuando se disparan en tuberías de revestimiento de 9 5/8 pulg. ó mayores.

        El control del claro puede lograrse a través de resortes tipo deflectores, magnetos, y otros procedimientos. Dos magnetos, uno localizado en la parte superior y el otro en el fondo de las pistolas que se corren a través de la tubería de producción, se necesitan generalmente, para aumentar la probabilidad de obtener un claro adecuado. Dependiendo del diseño de los cañones y las cargas, generalmente se obtiene una máxima penetración y tamaño de agujero con claros de 0 a 0.5 pulg., cuando se usan cañones a chorro. Con algunos cañones de casing, se han observado cambios notables en el tamaño de los disparos al aumentar el claro de 0 a 2 pulg. En algunos casos la centralización de los cañones produce agujeros de tamaño más consistente y satisfactorio. Cuando los claros son mayores de 2 pulg., es generalmente conveniente descentralizar y orientar la dirección de los disparos de los cañones. La centralización de los cañones no es recomendable para los cañones a chorro que se corren a través de la tubería de producción, ya que éstas están generalmente diseñadas para dispararse con un claro igual a cero. Los cañones con cargas a chorro giratorios pueden generalmente aliviar el problema del claro cuando se corren a través de las tuberías de producción. Sin embargo, se pueden tener residuos y problemas mecánicos bastantes severos.

       La distancia entre cañón y casing viene dado por el diámetro del canon a usarse en determinado casing. Se debe tomar en consideración que al tener el mayor diámetro de cañón se pueden ubicar dentro de éstos cargas de mayor tamaño y por tanto tener mayor penetración en los disparos o mayor densidad de disparos. Por otro lado tenemos limites en cuanto al tamaño del cañón a meter en un casing ya que luego que el cañón ha sido disparado su diámetro externo cambia y se debe tener en cuenta que si su diámetro externo aumenta demasiado, de pronto se puede quedar atorado en el fondo y sería muy difícil el pescarlo por el pequeño espacio entre el casing y el cañón.

Medición de la profundidad

 El método aceptado para asegurar un control preciso en la profundidad de los disparos consiste en correr un registro localizador de collares (CCL) con los cañones, y medir la profundidad de los collares que han sido localizados, respecto a las formaciones, usando registros radioactivos.

Pastillas radioactivas pueden ser insertadas dentro de la sarta de cañoneo para ayudar en la localización exacta de profundidad del punzonamiento con un registro de rayos gamma. Los registros del collar pueden mostrar viejos punzonamientos hechos con cargas expuestas, estos se muestran a manera de hinchamientos o abultamientos en el casing debido a la detonación de las cargas.

 Penetración contra tamaño del agujero.

Al diseñar cualquier carga moldeada puede obtenerse una mayor penetración sacrificando el tamaño del agujero. Debido a que una máxima penetración parece ser más importante, con fundamento en los cálculos teóricos de flujo, se han solicitado frecuentemente a la industria petrolera, y se han recibido a menudo, cargas de mayor penetración sacrificando el tamaño del agujero. Cuando se perforan tuberías de revestimiento de alta resistencia y de pared gruesa, o formaciones densas de alta resistencia, probablemente se requiera una penetración máxima aún cuando el tamaño del agujero sea reducido hasta 0.4 pulg.

Sin embargo, en situaciones normales, debido a la dificultad en remover el lodo, los residuos de las cargas, la arena y las partículas calcáreas de un disparo del diámetro y la formación, deberá normalmente tener un diámetro mínimo de entrada de 0.5 pulg., con un agujero liso y de tamaño uniforme de máxima penetración

Patrón de agujeros para pistolas fase 0° y 60°

 Patrón de agujeros para pistolas fase 30° y 90

TIPOS DE CAÑONES.

Tipo Chorro, Tipo Bala y Tipo Hidráulico. Los tipos Chorro son los más utilizados en la actualidad

Cañoneo Tipo Hidráulico.

Se utilizan fluidos a altas presiones inyectados a través de una tubería con arreglos de orificios diseccionados hacia la pared del revestidor, con el propósito de abrir agujeros en la paredes del revestidor, cemento y formación, creando túneles limpios con muy poco daño; pero este es un sistema lento y muy costosos, ya que, los agujeros son creados uno a la vez.

Cañoneo tipo Bala

El cañoneo Utilizando balas comenzó a partir de 1932, este consiste en bajar una herramienta al pozo, la cual mediante una señal que es generada desde la superficie, activa el sistema de detonación y dispara bala que atraviesan el revestidor y penetran en la formación creando un canal de comunicación entre el yacimiento y el pozo. Este tipo de técnica de cañoneo usando balas ha sido sustituido por el de detonación de cargas huecas, debido a los problemas asociados al uso de balas, como por ejemplo: el daño a la formación originado como resultado de que la bala disparada quede atrapada en la formación, reduciendo los espacios de flujo para el hidrocarburo.

Actualmente es poco utilizado en la industria petrolera; su desempeño disminuye sustancialmente al incrementar la dureza de las formaciones o cuando se utiliza un revestidor de muy alta dureza, pero sigue teniendo aplicaciones en formaciones blandas o formaciones no consolidadas.

Cañones Tipo Chorro.

Esta técnica es extremadamente delicada en relación con una secuencia necesaria de eventos, la cual comienza por el encendido del detonador eléctrico; este a su vez da inicio a una reacción en cadena detonador-explosivo principal. El material del forro comienza a fluir por la alta presión de la explosión. El flujo del material del forro se vuelve un chorro de alta densidad parecido a una aguja de partícula fina de metal, el cual se dispersa del cono de la carga a velocidad de unos 20.000 pies por segundo. La presión de la punta del chorro se estima en 5 millones Lpc. Mientras esto ocurre, la parle exterior de la capa se colapsa y forma otra corriente de metal que se desplaza a una velocidad mucho menor (alrededor de 1500 / 3000 pies por segundo). En el caso exterior puede formar un residuo que, a su vez, puede taponar la misma perforación que hizo.

 Ventajas:

   * No deja residuo en el pozo.

   * No causa deformación de la tubería de revestimiento.

   * Son operablemente seguros, ya que los componentes explosivos están completamente encerrados.

   * Se puede operar a grandes profundidades y a presiones relativamente altas.

   * Pueden hacerse selectividad de zonas con ellos.

   * Poseen buena resistencia química.

Desventajas:

   * Son más costosos que los otros tipos de cañones.

   * Su rigidez limita la longitud de ensambles, especialmente de cañones de gran diámetro.

   * En cañones pequeños, se limita la cantidad de explosivos que puede ser utilizada, debido al tamaño de la carga. Por lo tanto, se reduce la penetración que se puede alcanzar con este cañón.

Cañones y Cargas

Un sistema de disparo consiste de una colección de cargas explosivas, cordón detonante, estopín y portacargas. Esta es una cadena explosiva que contiene una serie de componentes de tamaño y sensitividad diferente y puede ser bajado con cable y/o con tubería.

La carga moldeada o perforador jet es el componente explosivo que crea la perforación y usa la misma tecnología que las armas desarrolladas durante la Segunda Guerra Mundial. Estas cargas moldeadas son dispositivos sencillos, conteniendo tan solo tres componentes. Sin embargo, la optimización del desempeño de la carga no es un asunto fácil debido a la física de colapso del liner y blanco de penetración. Las condiciones dinámicas extremas que existen durante el colapso y penetración involucran cálculos concernientes a elasticidad, plasticidad, hidrodinámica, mecanismos de fractura y caracterización de materiales

Componentes de una carga

El proceso de colapso del liner y formación del jet comienza con la detonación de la base de la carga. Una onda expansiva se extiende a través del explosivo, liberando químicamente energía. Gases a altas presiones en el frente de detonación llegan a medir aproximadamente 3 a 5 millones de psi e imparte ímpetu, forzando al liner a colapsar en sí mismo a lo largo de un eje de simetría. Diferentes características de colapso y penetración resultarán dependiendo en la forma y material del liner.

Tipos de cargas

Cañones bajados con cable

El sistema de Disparo Bajado con Cable (Pipeline) puede usarse antes de introducir la tubería de producción, o después de introducir la tubería de producción. La ventaja de efectuar el disparo previo a la introducción del aparejo es que se pueden emplear cañones de diámetro más grande, generando un disparo más profundo.

Los componentes explosivos son montados en un portacargas el cuál puede ser un tubo, una lámina ó un alambre. Los portacargas se clasifican en:

   * Recuperables (no expuestas)

   * Semi-desechables (expuestas)

   * Desechables (expuestas)

Recuperables:

 En los sistemas recuperables (no expuestas), los residuos de los explosivos y lámina portadora son recuperados y prácticamente no queda basura en el pozo. En este sistema no están expuestos los explosivos a la presión y ambiente del pozo, lo cual lo hace más adecuado para ambientes hostiles.

Desechables:

 En los cañones desechables, los residuos de las cargas, cordón, estopín y el sistema portador (Lámina, alambre, uniones de cargas) se quedan dentro del pozo dejando una considerable cantidad de basura. Una ventaja es que al no estar contenidas las cargas dentro de un tubo, pueden ser de mayor tamaño con lo que se obtiene una mayor penetración. La principal desventaja es que los componentes explosivos están expuestos a la presión y fluido del pozo, por lo que, normalmente, este sistema está limitado por estas condiciones.

Semi-desechable o parcialmente recuperables:

Este sistema es similar al desechable con la ventaja de que la cantidad de residuos dejados en el pozo es menor, ya que se recupera el portacargas.

Cañones Bajadas con tubería

En el sistema de Disparo Bajado con Tubería (TCP), el cañón es bajado al intervalo de interés con tubería de trabajo. A diferencia de las cañones bajados con cable, en este sistema solo se utilizan portacargas entubados, además la operación de disparos puede ser efectuada en una sola corrida, lo cual favorece la técnica de disparos bajo balance. El objetivo fundamental de este sistema es crear agujeros profundos y grandes favoreciendo la productividad del pozo. También este sistema es recomendado (si las condiciones mecánicas lo permiten) cuando se dispara en doble tubería de revestimiento, esto con la finalidad de generar una penetración adecuada del disparo.

                MÉTODOS DE CAÑONEO.

  Cañones por tubería (Tubing Gun):

 Estos cañones se bajan utilizando una tubería con empacadura de prueba. Este desplazamiento se puede realizar a través de las camisas o mangas de circulación, las cuales se cierran con equipos de guayas. Otra alternativa consiste en achicar la tubería con empacadura asentada, hasta lograr una columna de fluido que permita obtener un diferencial de presión negativa después del cañoneo

Los cañones bajados a través de la tubería de producción con cable eléctrico, son utilizados ampliamente para cañonear pozos productores o inyectores, porque se puede aplicar un diferencial pequeño de presión estático a favor de la formación que puede ser usada sin soplar las herramientas hacia arriba, no es suficiente para remover y eliminar los restos de las cargas y la zona compactada creada alrededor del orificio perforado. Es igualmente preocupante la penetración de las pequeñas cargas utilizadas y la fase de disparos de este sistema. Estas cargas no pueden penetrar en la formación y, frecuentemente tampoco atraviesan la zona dañada por el lodo de perforación.

                El procedimiento es el siguiente:

   * Se baja la tubería con la empacadura de prueba.

   * Se establece un diferencial de presión negativa.

   * Se baja el cañón con equipo de guaya, generalmente se usan cañones desechables o parcialmente recuperables.

Su Ventaja:

   * Permite obtener una limpieza de las perforaciones.

   * Los pozos pueden ser perforados con un pequeño bajo balance, lo cual permite que los fluidos de formación limpien las perforaciones efectuadas.

   * Para la completación de una nueva zona o reacondicionamiento de una zona existente no se requiere el uso de taladro.

   * Un registro CCL permite un posicionamiento preciso en profundidad

Sus Desventajas:

   * No puede hacer selectividad en el cañoneo.

   * Al probar otro intervalo, se debe controlar el pozo con lo cual expone la zonas existentes a los fluidos de control.

   * Debido a que el cañón es bajado a través del tubing, pequeñas cargas son utilizadas, obteniendo reducidas penetraciones, para lograr penetraciones mayores con este sistema, el cañón usualmente es posicionado contra el casing para eliminar la pérdida de rendimiento cuando se perfora a través de líquido en el pozo. Este arreglo requiere una fase del cañón a 0o.

   * pequeño diferencial de presión a favor de la formación, solo se puede aplicar en la primera zona o intervalo a cañonear, por limitaciones en el lubricador, punto débil del cable eléctrico o en la tubería de producción.

Completación con Tubing Gun

Cañones por Revestidor (Casing Gun):

Estos cañones se bajan por el revestidor utilizando una cabria o equipo de guaya. Generalmente la carga se coloca en soportes recuperables. El tamaño y rigidez de estos cañones no permite bajarlos por el eductor.

Los cañones convencionales bajados con cable eléctrico, producen orificios de gran penetración que atraviesen la zona dañada por el lodo de perforación. Sin embargo, el cañoneo debe ser realizado con el pozo en condiciones de sobre-balance, con el fin de evitar el soplado de los cañones hacia arriba, altas presiones en el espacio anular y en la superficie.

                El procedimiento es el siguiente:

   * Se coloca fluido en el pozo, de modo que la presión sea mayor que la presión del yacimiento.

   * Se procede al cañoneo.

Sus Ventajas:

   * Son más eficientes que los de tuberías en operaciones fracturamiento o inyección.

   * No dañan el revestidor cuando se usan con carga tipo chorro.

   * Son útiles en perforaciones donde existen zonas dañadas por fluidos de perforación o por deposición de escamas, debido a su alta capacidad de penetración.

   * Opción para cargas de alta Penetración.

   * Opción para cargas de gran diámetro de entrada.

   * En caso de falla tiene pérdida de tiempo mínimo.

   * Servicio más económico con respecto a TCP (cañones transportados por tuberías de producción).

   * Operación rápida aumentando el rango de temperatura para las cargas usadas.

   * Hasta 12 DPP.

   * Permite selección del tamaño del cañón compatible con diámetro de la tubería de revestimiento.

   * Puede disparar en zonas de alta presión.

   * Tiempo de operación de 4 a 8 horas.

Sus Desventajas:

   * Existe la posibilidad de cañonear en forma irregular lo que permitiría que no funcionen las bolas sellantes utilizadas como desviadores en la acidificación o fracturamiento. Punto débil del cable eléctrico. Se dispara con pozo lleno de fluido de matado.

   * Reducción de la permeabilidad en un 70 a 80%. Durante el trabajo se debe interrumpir las comunicaciones de radio, operaciones de suelda pues interfieren en el disparo.

   * Daño severo por dispararse en condiciones de sobre-balance. Los Build ups (pruebas de restauración de presión) han indicado un factor de daño alto.

   * Punto débil del cable eléctrico.

   * Se dispara con pozo lleno de fluido de matado.

Completación con Casing Gun

Cañones transportados por la tubería (TCP):

  En este método el cañón se transporta en el extremo inferior de la tubería eductora. Con este sistema se logran orificios limpios, profundos y simétricos, ya que permite utilizar cañones de mayor diámetro, cargas de alta penetración, alta densidad de disparos, sin límites en la longitud de intervalos a cañonear en un mismo viaje; todo esto combinado con un diferencial de presión óptimo a favor de la formación en condiciones dinámicas al momento mismo del cañoneo. Este sistema nos permite eliminar el daño creado por la perforación, la cementación y el cañoneo, utilizando para ello la misma energía del yacimiento.

       Los cañones bajados a través de la tubería de producción con cable eléctrico, son utilizados ampliamente para cañonear pozos productores o inyectores, porque se puede aplicar un diferencial pequeño de presión estático a favor de la formación que puede ser usada sin soplar las herramientas hacia arriba, no es suficiente para remover y eliminar los restos de las cargas y la zona compactada creada alrededor del orificio perforado. Es igualmente preocupante la penetración de las pequeñas cargas utilizadas y la fase de disparos de este sistema. Estas cargas no pueden penetrar en la formación y, frecuentemente tampoco atraviesan la zona dañada por el lodo de perforación

El procedimiento es el siguiente:

   * Se introduce la tubería con el cañón junto con una empacadura.

   * Se asienta la empacadura.

   * Se cañonea el pozo.                                                            

Sus Ventajas:

   * Puede utilizar diferencial de presión negativo junto con cañones grandes.

   * Tiene alta densidad de disparo.

   * Se obtiene perforaciones óptimas.

   * Alta aplicación en el control de arena para mejorar la tasa de penetración.

   * Reduce el tiempo de operación.

   * Mayor seguridad.

   * Los pozos pueden ser perforados con un pequeño bajo balance, lo cual permite que los fluidos de formación limpien las perforaciones efectuadas.

   * Para la completación de una nueva zona o reacondicionamiento de una zona existente no se requiere el uso de taladro.

   * Un registro CCL permite un posicionamiento preciso en profundidad.

Su Desventaja:

   * Alto costos.

   * Debido a que el cañón es bajado a través del tubing, pequeñas cargas son utilizadas, obteniendo reducidas penetraciones, para lograr penetraciones mayores con este sistema, el cañón usualmente es posicionado contra el casing para eliminar la pérdida de rendimiento cuando se perfora a través de líquido en el pozo. Este arreglo requiere una fase del cañón a 0o.

Completación con TPC

OPERACIONES DE CAÑONEO

Cañoneo bajo balance.

 Consiste en cañonear en condiciones favorables al yacimiento, es decir, cuando la presión de la formación es mayor a la presión ejercida por la columna hidrostática. Representa la mejor alternativa para minimizar el daño a la formación; con esta técnica se remueve de los túneles perforados, los restos de cañones incrustados y se devuelven inmediatamente al pozo luego de la detonación de las cargas

Diseñar la satisfacción de necesidades económicas y lograr operaciones competitivas en organizaciones de los sectores privado y público depende del balance prudente entre lo que es técnicamente posible y lo que es aceptable económicamente. Sin embargo, no hay un método abreviado para alcanzar este balance entre factibilidad técnica y la económica. De esta manera, los métodos del análisis económico deben utilizarse para proporcionar resultados que ayuden a conseguir un balance aceptable.

Costos promedios de cañoneo con TCP Bajo-balance

Cañoneo sobre balance:

Se refiere a la realización del cañoneo en condiciones que favorece a la presión hidrostática, es decir, la presión hidrostática es mayor a la presión del yacimiento, este tipo de operación puede proveer máximos valores de diámetro y longitud de las perforaciones por realizar la operación con cañón tipo casing gun; pero de igual manera este tipo de cañoneo ocasiona invasión de fluidos de completación y partículas finas a la formación, ocasionando daño a la misma, y al no proveer una limpieza efectiva del hoyo al momento de las perforaciones no contribuyendo al flujo y por lo tanto bajando la producción; de igual manera al momento de la detonación queda una zona compactada de menor permeabilidad llenos de restos de partículas explosivas; es un método seguro.

NUEVAS TECNOLOGÍAS

STIM GUN

Es un conjunto compuesto de un cañón convencional al que se le adiciona una camisa propelente en su exterior, utiliza una carga propulsora sobre los cañones de perforación para lograr un estallido de gas a alta presión instantáneamente cuando los cañones son detonados. Este gas entra en las perforaciones, rompiendo cualquier daño alrededor del túnel, cuando la presión de dicho gas se disipa entra en el pozo trayendo consigo partículas de daño.

Componentes

El ensamblaje de Stimgun está conformado por un tubo normal usado en cualquier sistema de cañoneo (porta cargas), el cual está armado por explosivos, cargas, booster, primacord (cable detonante), y a este conjunto se le adiciona una camisa de propelente al tubo del cañón. Esta camisa queda segura al cañón a través de dos anillos que la sujetan al cuerpo del cañón.

    Cuando se realiza un punzonamiento, se espera que los perforados sean limpios y exista conductividad del reservorio a las paredes del pozo. Pero en muchos casos, lo que se obtiene es un túnel lleno de residuos, con una superficie de partículas de acero, de cemento y roca compactada alrededor de cada punzado, lo que reduce la permeabilidad efectiva en casi un 75%. La técnica de punzonamiento STIMGUN tiene como objetivo generar unas perforaciones limpias, y garantiza que el apropiado sobre-balance dinámico junto con el hardware (cañón más propelente) y software (Perfpro, PulsFrac), se diseñe el sistema más óptimo para lograr un trabajo de punzado exitoso.

  El sistema STIMGUN es más efectivo que los métodos convencionales de perforación pues combina la aplicación de cañones con cargas de alta penetración y propelentes. Las camisas de propelente se colocan recubriendo al cañón y reacciona en el instante que se produce el disparo, produciendo un considerable porcentaje de gas a alta presión pasando por los punzados y ocasionando micro-fracturas lo que mejora la conductividad del pozo, reduce el daño de formación y por ende la permeabilidad efectiva aumenta.

Principios de funcionamiento del StimGun

    El cañón es detonado como en un sistema de cañoneo normal y durante el proceso la camisa de propelente se activa rápidamente y produce una explosión en la cual hay liberación de gas a alta presión. Este gas es el que entra en los túneles de los disparos y crea mini- fracturas alrededor de las los agujeros y reduce la zona dañada, dando origen a una mejor conductividad del reservorio al pozo

Ensamblaje del Stimgu 

Consideraciones básicas

   * La camisa se asegura al cañón a través de dos anillos que la sujetan a su cuerpo

   * El conjunto se baja al pozo y la operación se realiza como si fuera un cañoneo convencional

   * El porcentaje de cubrimiento con propelente se estimará de acuerdo a parámetros específicos e inherentes a cada pozo (condiciones mecánicas y de yacimientos)

Ventajas:

   * Una de las principales ventajas del STIMGUN como tal, es que permite profundizar, garantiza la limpieza en el túnel de las perforaciones y de esta manera queda el pozo estimulado o permite la preparación para estimulación.

   * Garantizar la conectividad con la formación.

   * Se puede aplicar en formaciones con baja permeabilidad.

   * Reducción de Finos.

   * Excelente herramienta para estimulaciones en pozos horizontales.

   * Permite cañonear un intervalo largo o un corto con la misma eficiencia.

   * El Stimgun puede ser aplicado en pozos con temperatura hasta 350 grados F.

   * Se puede utilizar el StimGun como parte de una sarta de TCP para cañoneos de bajo

   * Extremo Sobre Balance.

   * El ensamble de Stimgun puede ser bajado con tubería (TCP) por debajo de una empacadura.

Desventajas:

   * No se puede utilizar esta tecnología para cañoneos que requieren profundidad de penetración limitada.

   * Esta tecnología no permite cañonear con cero grados de fase.

   * Por seguridad no se debe aplicar el Stimgun cuando la base del intervalo a punzonar esté ubicada a menos de 50 ft del fondo, es decir del tapón.

 STIMTUBE

     StimTube es un oxidante, basado en la estimulación de depósito que, al ser detonado, puede generar grandes volúmenes de gas de alta presión - hasta 20.000 psi en la cara del embalse. Estos pulsos de alta presión de gas son eficaces en la degradación de la perforación, el inicio de la fractura y la eliminación de daños pozo cercano.

      Crea la misma onda de presión usada el ensamblaje del stimgun, y además es usada en aplicaciones que incluyen limpieza después de las perforaciones convencionales. La onda de gas limpia el daño e inicia fracturas en perforaciones ya realizadas y en pozos a hoyo abierto.

Consideraciones básicas:

   * Requiere igualmente de una simulación computarizada con el modelo PulsFrac para obtener el porcentaje de cubrimiento, basado en condiciones mecánicas y de yacimiento

   * Requiere de perforados previamente abiertos para poder realizar un trabajo útil.

   * Esta herramienta está disponible en un amplio rango de diámetros y longitudes.

 POWR/PERF:

El proceso powr/perf combina los beneficios inherentes de la perforación sobre balance con la ventaja de limpiar mecánicamente las perforaciones y mejorar la conductividad de las fracturas creadas en la formaciones de alta conductividad y bajas presiones.

Consideraciones básicas:

   * Se utiliza bauxita en virtud de que es altamente abrasiva y resiste la compactación a las velocidades envueltas en la perforación sobre balance.

   * La herramienta está diseñada para eliminar la necesidad de usar un polímero altamente viscoso y potencialmente dañino para transpotar el agente limpiante.

Técnica PURE (Perforating for Ultimate Reservoir Exploitation)

La detonación controlada de cargas huecas (moldeadas), especialmente diseñadas y fabricadas para pozos entubados, produce agujeros, disparos, perforaciones, cañoneos en la tubería de revestimiento de acero, el cemento y la formación adyacente. La optimización de la producción o de la inyección demanda diseños cuidadosos, planeación previa a los trabajos e implementación en el campo, para obtener disparos conductores limpios que se extiendan más allá del daño de la formación, penetrando en la roca yacimiento inalterado.

      El sistema de perforación PURE de perforaciones limpias garantiza que el apropiado grado de bajo-balance dinámico se puede lograr usando hardware y software especiales para la optimización de la producción, en diseños de trabajos de perforación específicos. El sistema PURE de perforaciones limpias es mucho más efectivo que los métodos convencionales de perforación con bajo-balance, logrando perforaciones limpias, incrementado productividad e inyectividad en los pozos.

      El sistema de perforación PURE optimiza el bajo-balance dinámico (el bajo-balance justo después de crearse las perforaciones). Con el sistema PURE la permeabilidad de la zona triturada comparada con la permeabilidad de la zona virgen (Kc/K) puede llegar a 1, en contraste con los rangos típicos de 0,05 a 0,3 obtenidos con métodos convencionales de perforaciones de bajo-balance

Permeabilidad en zona virgen y zona triturada

Ventajas del Sistema

   * Induce un bajo-balance dinámico en los primeros 100 milisegundos después del disparo.

   * Permite control independiente de la dinámica post-disparo (Flujo por unos segundos después del disparo).

   * No requiere un bajo-balance inicial (estático) alto. Pero es deseable tener bajo-balance estático para evitar luego la invasión de fluidos al reservorio.

   * Puede ser sobre-balance cuando dispara TCP debajo de un empacador.

   * Reduce presión dinámica en el pozo: reduce la onda de choque en el pozo.

   * Se puede usar con Wireline, TCP, Coiled Tubing, Slickline.

   * Aumenta la productividad o inyectividad: maximiza la limpieza de las perforaciones

   * Es efectivo para todos los intervalos perforados: Limpia un amplio rango de permeabilidades en un intervalo y aumenta la efectividad de la densidad de disparos

   * Reduce la carga de presión en los aparejos

Técnica de cañoneo con SLICKLINE (eFire-Slickline)

Usar Slickline para detonar cañones de perforación, iniciar cortadores químicos o asentar packers y tapones ha aplicado tradicionalmente métodos basados en pre-colocaciones de configuraciones de presión o temperatura. Estos métodos requieren a menudo un registro, o parámetro, corrido y contado con condiciones estáticas del pozo, durante todas las operaciones. Dentro la operación, el proceso de fuego es automático, y la operación no puede ser abortada a menos que la herramienta sea removida de la zona de operación, o los parámetros sean cambiados por otros parámetros medios, una mayor desventaja por costo-efectivo de las operaciones y productividad.

La cabeza de disparo del eFire-Slickline elimina estas desventajas. Diseñada para dar al operador un control total de la operación, la cabeza del eFire-Slickline usa una única secuencia de códigos de tensiones (jalones) sobre la línea de slickline para crear pulsos de presión, los cuales son traducidos dentro de sistema especial para comunicarse con una cabeza de disparo. La cabeza del eFire-Slickline es totalmente controlada desde la superficie y no requiere prerregistros de parámetros debajo del pozo. Con un control total, similar al control en una línea eléctrica para operación de perforación, el operador puede armar, disparar o abortar la operación en cualquier tiempo. La cabeza del eFire-Slickline está diseñada para perforar, asentar packers y tapones, iniciar cortadores químicos y otros procedimientos.

Componentes

Este efectivo sistema de disparo combina una tecnología ya establecida con una innovadora. El sistema eFire-Slickline usa una sección electrónica de IRIS (Intelligent Remote Implementation System), un software inteligente que reconoce comando de superficie; y el SAFE (Slapper Actuated Firing Equipment), equipo que inicia la cadena de detonación.

Características

   * El convertidor de tensión transforma la manipulación de la línea en señales de presión por medio de circuitos controladores.

   * Los circuitos controladores inician la secuencia de disparo.

   * La cabeza de disparo usa un confiable y seguro iniciador de explosión para empezar la cadena de detonación.

   * La cabeza de disparo está certificada para trabajar hasta 15000 psi de presión, 320ºF de temperatura y con H2S en condiciones del pozo.

   * La secuencia de comandos programables asegura un control preciso en las operaciones.

   * Las herramientas respondes solo a comandos de superficie y son insensibles a las condiciones del pozo.

   * El registro del trabajo es guardado en una herramienta especial para una evaluación posterior al mismo.

eFire-Slickline utiliza tecnología IRIS y SAFE

Ventajas

   * Reduce el tiempo de operación al eliminar corridas de registros.

   * El disparo selectivo de dos herramientas disminuye el número de corridas.

   * El control total en la operación de la cabeza de disparo incrementa la eficiencia y la precisión.

   * La habilidad para abortar la ejecución del disparo a cualquier tiempo y no usar explosivos primarios, mejora la seguridad

   * La cabeza de disparo es inmune a las interferencias de frecuencias de radio.

   * La operación es confiable bajo condiciones cambiantes y en cualquier tipo de pozo incluyendo

   * Menos personal requerido para operación.

   * Menos equipo en la locación.

   * Simple de movilizar y fácil de armar

PERFSTIM

  Usa la condición de sobrebalance extremo para simultáneamente perforar y estimular un pozo. En el proceso de perfstim se crea una condición de extremo sobrebalance, con gradientes de presión de al menos 1.4 lpc / pies (31 kpa/m)

                Consideraciones básicas:

   * Cuando los cañones de perforación disparan, la presión ejerce un forzamiento de fluido especial dentro de la formación a velocidades que exceden los 3000 pies/sgs (900m/sgs) y a tasas que pueden exceder los  140 bls/min

   * El daño de la zona compactada se remueve y se crean pequeñas fracturas mejorando la producción inicial y los resultados de tratamiento.

PERFCON

                El proceso perfcon toma ventaja de la tecnología de la perforación sobrebalance para perforar e inyectar una resina para la consolidación de la arena de una manera virtualmente simultanea.

                Consideraciones básicas:

      * Cuando los cañones se disparan, la resina entra en la formación alrededor de las perforaciones.

      * Posteriormente se bombea un catalizador que convierte la resina en un plástico que consolida la arena y retiene la permeabilidad necesaria para la producción.

DAÑO CAUSADO POR EL CAÑONEO

       La principal fuente de daño al momento de completar un pozo se debe a las partículas de metal fundido provenientes del liner de los cañones. Como se sabe la explosión del detonante principal genera altas presiones y temperaturas que hacen que el material por el que está compuesto el liner se funda y penetre la formación a una velocidad supersónica. Al momento de la detonación, la presión de la columna hidrostática dentro del pozo es menor a la de la formación (bajo balance), la operación se realiza así para que la misma presión del yacimiento contribuya a la limpieza de las partículas contaminantes.

      Otra fuente del daño es el fluido de completación que invade al momento de la perforación ya que este puede contener sólidos. Este daño es calculado de manera similar al daño en un pozo vertical producido por un fluido de perforación. De todas formas este último daño puede ser controlado seleccionando un fluido correcto, bien sea una salmuera o un formiato.

      El cañoneo contribuye como un componente del daño total que es detectado en las pruebas de restauración de presión.

                Este valor comprende el verdadero daño de la formación y los pseudo daños reflejados por el cañoneo, el flujo turbulento y la completación parcial del pozo.