Poner sus perforaciones en una línea puede significar más

¿Quiere más producción de un pozo de esquisto? Considera alinear las perforaciones.

Un puñado de oradores en la reciente Conferencia de Tecnología de Fracturamiento Hidráulico de SPE habló sobre mejores resultados de fracturamiento con disparos orientados: perforar los pozos en el mismo lugar de la tubería de revestimiento, a menudo en la parte superior.

Esto rompe con los diseños que disponían los agujeros en un patrón helicoidal con cada carga en un ángulo de 60° con respecto a la anterior.

"Vimos indicaciones de que estamos obteniendo una mejor producción con las operaciones de disparos orientados", dijo Blake Horton, ingeniero senior de terminaciones de Ovintiv (SPE 204177).

ConocoPhillips también informó ganancias en la producción al comparar la producción de pozos similares con y sin disparos orientados. El análisis fue diseñado para filtrar las diferencias en la geología, la perforación y las terminaciones.

Llegó a la conclusión de que el valor de la producción agregada excedía con creces el costo de $20 000 por pozo de instalar el conjunto, incluida una barra de peso para inclinar las pistolas de disparos a su posición.

"Eso es menos que el valor no descontado de 400 barriles de petróleo. Un estudio interno indicó que ConocoPhillips mejoró la recuperación final estimada (EUR) en un mínimo de 5 % al usar operaciones de disparos orientadas al lado alto", dijo Dave Cramer, miembro senior de ingeniería de ConocoPhillips y uno de los primeros defensores del método.

"Para una tasa de flujo obstruido inicial de 1000 B/D, el pago de la inversión es de 10 días o menos", dijo.

Ovintiv se negó a proporcionar una cifra, pero Horton dijo que la estimación de ConocoPhillips está dentro del rango de Ovintiv en base a comparaciones similares de pozos con y sin disparos orientados.

Ese número se encuentra en el extremo inferior de las estimaciones ofrecidas en las discusiones sobre el desempeño de los disparos orientados en la conferencia. Las estimaciones más altas son cuestionadas por aquellos que dudan de que los resultados de la prueba puedan mantenerse cuando el método se amplía. Lo cierto es que el número de usuarios está aumentando e incluye nombres como Shell y Chevron.

"Descubrimos que las operaciones de disparos orientadas definitivamente ayudan a tratar todos los conglomerados", dijo Jon Snyder, ingeniero de terminación del personal de ConocoPhillips que presentó el documento, y agregó: "Por operaciones de disparos orientados queremos decir que cuando estamos disparando, apuntamos al lado alto del pozo" (SPE 204203).

Cuando Horton encuestó a la audiencia en una charla reciente, más de la mitad de los encuestados dijeron que estaban usando sistemas de pistola diseñados para orientar las cargas de disparos en un ángulo objetivo.

"Dentro de un año, pocas personas no estarán haciendo disparos orientados; las ventajas de esto son claras", dijo Cramer. Ha estado promoviendo la idea dentro de la empresa durante años con una aceptación mixta.

El argumento para orientar es simple. Es mucho más probable que los disparos sean del mismo tamaño si todos se disparan al mismo objetivo porque todos viajan la misma distancia.

El mismo tamaño del pozo es importante porque ayuda a garantizar que se distribuya suficiente fluido y apuntalante de manera más uniforme entre los disparos para asegurarse de que se estimulen de manera efectiva.

Las diferencias de tamaño de solo unas pocas centésimas de pulgada pueden significar que un pozo absorbe mucho más fluido y apuntalante, lo que genera fracturas que crecen en exceso, lo que puede privar a otras perforaciones del volumen que necesitan para el crecimiento de la fractura.

El impacto, medido por la fricción de los disparos, un factor determinante de la capacidad de flujo, es mucho mayor que el área añadida a medida que aumenta el diámetro del pozo. "Cualquier cambio en el diámetro es enorme para la ecuación" porque ese valor se eleva a la cuarta potencia, dijo Horton.

ConocoPhillips describió cómo redujo el costo de los disparos al eliminar los componentes de las pistolas que se usaban para variar la dirección del disparo, lo que resultó en pistolas de disparos que, según dijo, eran más simples y confiables. El número de perforaciones en estos pozos también está limitado para proporcionar suficiente presión para asegurar que cada uno sea estimulado.

Cuando se orientaron los disparos, Ovintiv pudo reducir la presión de tratamiento en 550 psi y el tiempo necesario para llegar al nivel de presión de tratamiento planificado en 5 minutos, lo que "nos ahorrará mucho dinero", dijo Horton.

"Con un costo tan bajo y un aumento potencial en la producción, es una opción fácil para nosotros", dijo.

El pensamiento que condujo a las operaciones de disparos orientados comenzó con la pregunta: ¿Por qué los tamaños de los pozos disparados con cargas del mismo tamaño son significativamente diferentes de los prometidos por los fabricantes de cargas con forma en función de sus pruebas?

La respuesta fue que en un pozo, donde los disparos se distribuyen alrededor de la carcasa, los tamaños variarán debido a las diferencias en la distancia entre el arma y el objetivo en una tubería llena de líquido. Las ligeras diferencias en el diámetro cuando se perfora un tercio de pulgada de acero de calidad son muy importantes para esos usuarios.

Estos problemas se hicieron evidentes cuando empresas como EV y DarkVision comenzaron a generar imágenes y medir perforaciones antes y después de la fractura. Esas imágenes mostraban consistentemente que el tamaño variaba según la ubicación de la pared, con pequeñas diferencias que crecían a medida que los flujos de fluido de fracturamiento tenían un impacto descomunal en el tamaño de los agujeros que comenzaban con diámetros más grandes.

Por ejemplo, cuando ConocoPhillips midió los disparos de disparos en una variedad de ángulos alrededor de la tubería de revestimiento, los diámetros de los orificios variaron de 0,38 a 0,43 pulgadas, y el diámetro más común representó alrededor del 35 % de los disparos.

Esas diferencias se redujeron cuando se compararon las perforaciones orientadas. El operador descubrió que el 80 % de los orificios realizados en la parte superior de la carcasa tenían un diámetro de 0,38 pulgadas y el otro 20 % estaba dentro de las 0,01 pulgadas de ese diámetro.

ConocoPhillips informó que las variaciones más grandes en el tamaño de los agujeros en las etapas perforadas en múltiples ángulos tenían cinco veces más probabilidades de tener "perforaciones desbocadas que se erosionaron tanto que tomaron la mayor parte de la estimulación", dijo Snyder.

“Una de las peores cosas de los disparos no orientados son los disparos desbocados”, dijo Cramer. Si bien las largas fracturas resultantes pueden ser productivas desde el principio, "pueden causar estragos a medida que se desarrolla el campo".

Solo orientar las perforaciones no es suficiente para asegurar una mayor producción.

Ovintiv y ConocoPhillips estaban prestando atención a otros detalles que aseguraban que el bombeo a presión suministrara el volumen de tratamiento y la presión necesarios para estimular de manera eficaz la mayoría de los disparos.

En otras palabras, la fracturación orientada mejoró el desempeño de los diseños de entrada limitada.

Limitan la cantidad de perforaciones en una etapa y el tamaño de esos agujeros para garantizar que cada uno pueda crear una fractura productiva. El desafío se complica por el hecho de que es más probable que algunas ubicaciones de pozos absorban fluido y apuntalante que otras.

Los diseños de entrada limitada se separaron de los diseños de fracturación que ofrecían la mayor cantidad posible de caminos fuera del revestimiento con la esperanza de maximizar la cantidad de fracturas creadas.

El pensamiento cambió en base a años de artículos y experiencia que mostraban que el desempeño de las fracturas variaba ampliamente. Unas pocas fracturas dominantes obtuvieron la mayor parte del tratamiento.

A menudo, esto se debió al sesgo del lado del talón, donde una gran parte del tratamiento se dirige a la primera o segunda perforación que pasa a medida que el fluido fluye por el pozo. Eso puede crear fracturas fuera de control que obtienen la mayor parte del tratamiento mientras que otras reciben poco.

Los usuarios de entrada limitada dicen que la técnica aumenta significativamente el porcentaje de grupos tratados. No todos los disparos pueden recibir la misma estimulación, pero Snyder dijo que "la entrada limitada es nuestra mejor opción para tratar todos los conglomerados".

Una manera fácil de detectar si un ingeniero cree en la entrada limitada es preguntarle sobre la alternativa.

La respuesta de Horton fue: "Están explotando todo. Disparan una tonelada de agujeros... hay cosas por todas partes, es una distribución terrible".

La entrada limitada está evolucionando a medida que los usuarios obtienen una mejor comprensión de las variables y cuáles de ellas son más importantes según la investigación y los datos de campo. Esos datos a menudo no se divulgan, lo que obliga a otros a aprender las mismas lecciones.

En este punto, la definición de orientado varía según a quién se le pregunte. Lo más común es que todas las perforaciones estén dirigidas a un solo ángulo.

Pero Ovintiv orienta las perforaciones a lo largo de un plano horizontal en el medio de la pared lateral. La idea es que comenzar de lado reduce la presión y el tiempo necesarios para desarrollar una fractura productiva en la formación STACK en Oklahoma, donde el esfuerzo horizontal máximo excede el esfuerzo de sobrecarga vertical.

Horton habló con Cramer, quien considera que la fractura de dos lados es una complicación innecesaria en comparación con simplemente concentrarse en un solo objetivo.

El trabajo en ConocoPhillips ha demostrado que las fracturas crecerán alrededor del revestimiento hasta que encuentren el camino de menor resistencia para crecer hacia afuera. Cramer sugirió probar un disparo hacia arriba porque espera que el resultado sea similar a las perforaciones laterales.

Si bien todas estas discusiones siguen refiriéndose al tamaño de los agujeros, un documento de la conferencia sobre fracturación ofreció otra justificación para orientarse a lo largo de un solo ángulo.

Xinghui Liu, asesor sénior de estimulación de pozos de Chevron Corp., comparó diferentes patrones de disparo utilizando modelos computacionales de dinámica de fluidos. Con base en la calibración de los resultados de laboratorio con los datos de campo, concluyó que la fuerza del flujo de salida en un disparo tiende a arrear el apuntalante que se mueve hacia el siguiente disparo (SPE 204182).

Liu explicó que la "fuerza de atracción" del flujo de salida concentra la lechada cerca de esa parte de la tubería de revestimiento, lo que aumenta la cantidad que sale de las perforaciones posteriores.

Las empresas que defienden el valor de las operaciones de disparos orientados están trabajando para encontrar una manera de bajo costo para alcanzar con precisión sus objetivos.

Tanto Ovintiv como ConocoPhillips se basaron en un enfoque simple para elevar las armas hasta el ángulo del objetivo: usar un contrapeso en forma de barra de peso excéntrica para mantenerlas en su lugar.

Según su experiencia, funciona incluso si no da en el blanco por un margen justo.

Horton compartió un gráfico con una serie de puntos que muestran el ángulo real de cada disparo agrupados alrededor de una línea roja que representa el objetivo. La mayoría estaban dentro de los 60° de la línea roja.

Hay métodos más precisos que agregar pesos, como un dispositivo sellado que gira sobre cojinetes para apuntar con mayor precisión. Pero Horton dijo que los dispositivos de un solo uso cuestan hasta $30,000 por pozo, mientras que las barras de acero de larga duración que se usan como barras de peso excéntricas son "básicamente gratis".

Y parece que hay un margen de error aceptable para la perforación orientada, aunque no hay un límite de rango aceptado.

Cramer dijo que se ha reunido con empresas de servicios que tienen ideas prometedoras para satisfacer esta necesidad.

Si bien los diseños de disparos orientados de ConocoPhillips exigen disparos a las 12 en punto, el documento informó que los agujeros observados en los pozos tienden a ser alrededor de las 10 en punto. Los autores dijeron que eso puede ser producto del torque acumulado en el cable.

ConocoPhillips ha modificado componentes en el ensamblaje de la pistola para mejorar su puntería, cambios que puede patentar, dijo Cramer.

Snyder también dijo que disparar en un ángulo constante es más significativo que el ángulo elegido.

No es probable que cambiar el punto de salida cambie la trayectoria de la fractura creada. Cramer dijo que los cálculos geomecánicos utilizando datos de laboratorio e investigación de campo indicaron que la tensión circular creada al perforar un pozo conduce a una fractura que crece a lo largo del pozo hasta que "encuentra una región de tensión reducida que le permite moverse transversalmente".

Hay un ángulo de perforación que está en desuso: disparar directamente hacia abajo.

El tratamiento eficaz no es el problema. Dado que la pistola de perforación normalmente se encuentra en la parte inferior de la carcasa, ese es el disparo más corto. Da como resultado un agujero más grande, que absorberá más líquido y apuntalante y conducirá a un mayor crecimiento. La fuerza de la gravedad puede resultar en una mayor concentración de apuntalante en la parte inferior del pozo, acelerando la erosión.

Hay otras desventajas de disparar hacia abajo. A corto plazo, la arena se acumula en las partes inferiores del pozo, lo que dificulta la obtención de imágenes de los disparos, aunque esto no se hace con frecuencia. A la larga, la acumulación de arena podría cubrir las perforaciones y posiblemente afectar la producción.

Esos problemas son menores en comparación con los aspectos negativos asociados con disparar tanto en la parte superior como en la inferior.

Ovintiv informó que perforar tanto la parte superior como la inferior (el orificio más pequeño estaba a 0° y el más grande a 180°) resultó en 550 psi más de presión debido a las diferencias en los tamaños de los orificios. Los pozos más grandes recibieron más fluido, lo que resultó en una distribución inconsistente del lodo y aumentó el esfuerzo necesario para estimular ambos.

Cuando Cramer criticó el artículo, le preguntó a Horton por qué comparaba la fractura lateral con una combinación en la que se sabe que las amplias diferencias de tamaño causan el tipo de problema que conduce a la fractura orientada.

"Probamos lo que pensamos que era lo mejor con lo que pensamos que era lo peor. El resultado fue el que esperábamos", dijo Horton, y agregó: "Lo hicimos porque muchas personas todavía disparan con una orientación de 0° a 180°".

SPE 204203 Distribución mejorada del tratamiento mediante disparos orientados por J. Snyder, D. Cramer y M. White, ConocoPhillips.

SPE 204177 Un disparo en la oscuridad: cómo sus imágenes de disparos posteriores a la fractura pueden ser engañosas y cómo comprender mejor la eficiencia de los grupos y optimizar los disparos de entrada limitada por B. Horton, Ovintiv.

SPE 204182 Cómo lograr la colocación perfecta de fluidos y apuntalantes en pozos horizontales fracturados de múltiples etapas: un enfoque de modelado CFD por X. Liu, J. Wang y A Singh, Chevron et al.