El artículo de Drilling Manual, "Drilling Stuck Pipe & Hole Cleaning" (parte 3), profundiza en dos de los problemas más costosos y recurrentes en la industria de la perforación: el atrapamiento de la tubería (stuck pipe) y la limpieza ineficiente del pozo (hole cleaning). Aunque se presentan como problemas distintos, el artículo resalta cómo a menudo están interconectados, donde una limpieza deficiente puede ser una causa directa del atrapamiento de la tubería. El enfoque se centra en la identificación de las causas, la prevención y las estrategias de mitigación.
El texto comienza enfatizando la importancia de entender estos problemas para reducir el tiempo no productivo (NPT - Non-Productive Time) y los costos operativos.
I. Atrapamiento de la Tubería (Stuck Pipe):
El atrapamiento de la tubería es el principal contribuyente a la ineficiencia de la perforación. El artículo lo divide en dos categorías principales, cada una con sus causas y soluciones específicas.
A. Atrapamiento Diferencial (Differential Sticking):
Este tipo de atrapamiento ocurre cuando una sección de la tubería de perforación se presiona contra una pared de formación permeable.
Mecanismo: La presión hidrostática del lodo en el anular (espacio entre la tubería y la pared del pozo) es mayor que la presión de la formación permeable. El fluido del lodo penetra en la formación, dejando una torta de lodo sólida en la pared y creando una zona de baja presión. Esta diferencia de presión "succiona" o "presiona" la tubería contra la torta de lodo, inmovilizándola. Cuanto más larga sea el área de contacto y mayor la presión diferencial, más difícil será liberar la tubería.
Factores Contribuyentes:
- Alta permeabilidad de la formación: Facilita la filtración del lodo.
- Baja presión de formación: Aumenta la diferencia de presión con el lodo.
- Torta de lodo gruesa e impermeable: Aunque una torta de lodo es necesaria, una excesivamente gruesa puede empeorar el problema al aumentar el área de contacto y la diferencia de presión efectiva.
- Tiempo de exposición: Cuanto más tiempo la tubería permanece estacionaria contra la formación, mayor es el riesgo.
- Tipo de tubería: La tubería pesada (HWDP) y los collares de perforación (drill collars) tienen un mayor diámetro y área de contacto, lo que los hace más susceptibles.
Prevención:
- Mantener la tubería en movimiento: Siempre que sea posible, rotar y reciprocidad la tubería, especialmente en zonas permeables o al detener la circulación.
- Optimización del lodo: Usar lodos con bajo filtrado y buena calidad de torta para minimizar la filtración. Aditivos lubricantes también pueden ayudar.
- Densidad mínima de lodo: Utilizar la densidad de lodo más baja posible que aún sea segura para controlar la presión de la formación.
- Reducir el tiempo de permanencia: Minimizar el tiempo que la tubería permanece sin movimiento en formaciones permeables
Liberación (Si ocurre):
- Aplicar torque y tensión: Intentar rotar la tubería y tirar hacia arriba simultáneamente.
- Reducir la presión hidrostática (si es seguro): En algunos casos, reducir la densidad del lodo puede aliviar la presión diferencial, pero esto debe hacerse con extrema cautela para no inducir una arremetida.
- Circulación: Circular lodo para limpiar el área y aplicar presión.
- Píldoras liberadoras de atrapamiento (Spotting Fluids): Bombear un fluido especial (generalmente a base de aceite) que pueda disolver o lubricar la torta de lodo en el punto de atrapamiento. Dejarlo en remojo por un tiempo.
- Disparos de "jar": Usar herramientas hidráulicas o mecánicas (jars) para aplicar un golpe repentino hacia arriba o hacia abajo.
- Perforar alrededor (Washover): Si todo lo demás falla, se puede perforar un nuevo pozo alrededor de la tubería atrapada para recuperarla.
B. Atrapamiento Mecánico (Mechanical Sticking):
Este tipo de atrapamiento es causado por anomalías físicas en el pozo o por la acumulación de material.
Mecanismo y Causas:
- Colapso de la formación: Zonas inestables de lutita o formaciones no consolidadas pueden colapsar sobre la tubería.
- Acumulación de recortes (cuttings beds): Una limpieza ineficiente puede permitir que los recortes se acumulen en el anular, formando una cama donde la tubería puede quedar atrapada. Este problema es exacerbado en pozos altamente desviados.
- "Doglegs" o Severas Curvaturas: Cambios bruscos en la dirección del pozo pueden crear puntos donde la tubería se atasca o se dobla, aumentando la fricción.
- Zonas estrechas o "tight spots": Secciones del pozo que no fueron perforadas al diámetro correcto o que se han reducido debido a la hinchazón de la formación.
- Caída de objetos extraños: Herramientas, escombros, o cemento endurecido pueden caer en el pozo y atrapar la tubería.
Prevención:
- Excelente limpieza del pozo: Mantener el pozo libre de recortes es crucial.
- Optimización del lodo: Usar lodos con propiedades adecuadas de viscosidad y capacidad de suspensión.
- Control de la trayectoria del pozo: Planificar y perforar el pozo de manera que se minimicen los doglegs y las curvaturas excesivas.
- Estabilidad del pozo: Usar lodos adecuados para controlar la hidratación de las lutitas y evitar colapsos.
- Reamedura (Reaming): Reamedar el pozo al sacar la tubería para asegurar que el diámetro sea uniforme.
Liberación (Si ocurre):
- Aplicar torque y tensión: Similar al atrapamiento diferencial, intentar rotar y tirar.
- Circular y lavar: Circular lodo a alta tasa para intentar limpiar los recortes. Si se sospecha de un puenteo de recortes, se puede intentar circular inversamente.
- Usar jars: Golpear la tubería.
- Molino o pesca (Milling or Fishing): Si la tubería no puede liberarse, puede ser necesario usar herramientas especiales para molerla en el fondo o "pescarla" con herramientas de recuperación.
II. Limpieza del Pozo (Hole Cleaning):
Una limpieza deficiente del pozo es una causa subyacente de muchos otros problemas, incluido el atrapamiento mecánico y el torque y arrastre excesivos. El artículo enfatiza que la eficiencia de la limpieza disminuye significativamente en pozos desviados y horizontales debido a la gravedad.
Mecanismo: El lodo de perforación es el principal medio para transportar los recortes desde el fondo del pozo hasta la superficie. Si el lodo no tiene las propiedades adecuadas o el flujo es insuficiente, los recortes se acumulan.
Factores que Afectan la Limpieza del Pozo:
- Velocidad Anular: La velocidad a la que el lodo asciende por el anular. Una velocidad baja permite que los recortes se asienten.
- Viscosidad y Propiedades Reológicas del Lodo: Un lodo con poca viscosidad o baja capacidad de suspensión no podrá transportar los recortes de manera efectiva. La tixotropía (propiedad de fluidos que son más viscosos en reposo) también es importante para mantener los recortes en suspensión cuando las bombas están detenidas.
- Geometría del Pozo: Pozos altamente desviados (inclinados) y horizontales son más difíciles de limpiar porque la gravedad hace que los recortes se asienten en el lado bajo del pozo, formando "camas de recortes".
- Tamaño y Densidad de los Recortes: Recortes más grandes y densos son más difíciles de transportar.
- Tasa de Penetración (ROP): Una ROP muy alta puede generar más recortes de los que el lodo puede evacuar.
- Rotación y Reciprocidad de la Tubería: Ayudan a perturbar las camas de recortes y mantenerlos en suspensión.
Consecuencias de una Mala Limpieza:
- Atrapamiento mecánico de la tubería: Acumulación de recortes formando puentes.
- Torque y arrastre excesivos: Los recortes aumentan la fricción entre la tubería y la pared del pozo.
- Aumento de las presiones de bomba: El anular se restringe.
- Desgaste de la tubería: Abrasión causada por el movimiento de los recortes.
- Dificultad para bajar el revestimiento o las herramientas.
- Soluciones para Mejorar la Limpieza del Pozo:
- Aumentar el Caudal de Circulación: Bombear más lodo para aumentar la velocidad anular.
- Optimizar las Propiedades del Lodo: Ajustar la viscosidad, el rendimiento de punto y la tixotropía para mejorar la capacidad de transporte y suspensión.
- Rotar y Reciprocidad la Tubería: Movimientos constantes ayudan a fluidificar las camas de recortes.
- "Washing" y "Sweeping": Bombear píldoras de alta viscosidad o de alta densidad (sweep pills) para arrastrar los recortes.
- Reducir la ROP: Disminuir la tasa de perforación si el lodo no puede manejar la cantidad de recortes generados.
- Optimizar el diseño del BHA (Bottom Hole Assembly): Usar estabilizadores y centralizadores para mejorar el flujo.
Conclusión General del Artículo:
El artículo concluye reafirmando que el atrapamiento de la tubería y una limpieza ineficiente son problemas persistentes y costosos en la perforación. La comprensión profunda de sus causas y mecanismos es fundamental para su prevención. Se destaca la importancia de una planificación meticulosa, la monitorización constante de los parámetros de perforación (presiones, flujos, torque, arrastre), el mantenimiento adecuado de las propiedades del lodo y la capacitación del personal para reconocer los signos tempranos y actuar rápidamente. La inversión en estos aspectos no solo reduce el NPT y los costos, sino que también mejora la seguridad y la eficiencia general de las operaciones de perforación. La prevención es siempre más económica y segura que la corrección.
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