Una breve introducción a las operaciones de Perforación Bajo balance (UNDER BALANCED DRILLING) .

1. Perforación Bajo Balance (UBD)
Argenis González Gómez
Ing. Petrolero
Universidad Autónoma
de Tamaulipas
Marzo 2013

2. Perforación Bajo Balance (UBD)
Universidad Autónoma
de Tamaulipas
Este trabajo busca ser un apoyo introductorio al estudio de los
procesos de perforación bajo balance, direccionado
especialmente para estudiantes de ingeniería del petróleo
quienes buscan extender sus conocimientos.
- Argenis González , estudiante de Ingeniería Petrolera de la Universidad Autónoma de Tamaulipas

3. ¿Qué es la perforación bajo balance?
Universidad Autónoma
de Tamaulipas
La perforación bajo balance es el proceso de profundización de un pozo en donde
intencionalmente nuestro fluido de control ejerce una presión hidrostática menor que
la presión de poro. Esto genera que los fluidos de la formación accedan al pozo y
puedan ser producidos de forma controlada en superficie.
La PBB se realiza cuando se tienen ventanas operativas estrechas, así se evitan
problemas de fracturamiento de la formación.
Sobre balance (convencional) Bajo balance
Se controla el pozo mediante Ph > Pp Pozo con entrada de fluidos. Ph < Pp
Se detiene la perforación al haber
influjo del yacimiento al pozo
Se continua perforando aún con influjo
del yacimiento al pozo
Se detiene la perforación al haber
pérdida de circulación
No se detiene la perforación aun
habiendo pérdida de circulación
No se realizan viajes con presión Se realizan viajes con presión
controlada

4. Universidad Autónoma
de Tamaulipas
Aplicación de la perforación bajo balance
Perforar bajo balance no es algo que se escoge de pozo a pozo, es una decisión
tomada al tener la necesidad de adaptarse a la ventana operativa.
La PBB se aplica en rocas mecánicamente estables. Por debajo de la presión de poro
existe un gradiente de presión de estabilidad mecánica de cada formación el cuál si se
excede, provocaría un colapso en la formación. Para perforar bajo balance debe existir
un margen seguro para escoger densidades de fluido que esté ubicado entre la presión
de poro y el gradiente de estabilidad mecánica.
Densidad
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
G. De fractura
P. De poroG. De estabilidad
mecánica
Zona de bajo balance
En ocasiones la presión de poro será
equivalente al gradiente de estabilidad
mecánica, no permitiendo que exista una
zona de bajo balance. Si se perfora bajo
balance en estos casos, ocurriría un
colapso de la formación.

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de Tamaulipas
Como perforar bajo balance
Mantener la presión hidrostática generada por el lodo de perforación menor
que la presión poral, puede tener dos alternativas:
- Que ésta presión hidrostática
creada por el fluido sea natural; es
decir, que la baja densidad del
fluido sea la cuál mantenga el
estado de bajo balance.
- Que la densidad del fluido de
perforación sea disminuida
artificialmente , agregando aire, gas o
nitrógeno para aligerar la presión
hidrostática.

6. Universidad Autónoma
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Fluidos de control para PBB
Los fluidos de control utilizados en la perforación bajo balance además de
tener densidades bajas, aún necesitan realizar todas sus funciones
principales. El fluido además de sus funciones principales debe:
•Evitar que se presente corrosión en la herramienta
•Evadir la combustión espontánea
•Evitar Inestabilidad química
•Tener el menor costo posible
Cuando se necesita reducir aún mas la densidad de un fluido líquido, se pueden
adoptar por sistemas de fluidos aligerados con nitrógeno, mediante fluidos
espumados o espumas rígidas.

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Fluidos de control para PBB
Aire o gas Rocío Espuma
con gas
Espuma
estable
Líquido
De 0.01 a 0.10 De 0.10 a 0.25 De 0.25 a 0.41 De 0.41 a 0.83 Mayor a 0.85
Densidades (gr/cm3)

8. Universidad Autónoma
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Equipo para perforar bajo balance

9. Universidad Autónoma
de TamaulipasEquipo de superficie

10. Universidad Autónoma
de TamaulipasEquipo de superficie
El equipo necesario para operaciones de perforación bajo balance es un tanto
diferente al convencional, pues está pensado para operar con fluidos neumáticos o
de bajas densidades. Hay ocasiones en que determinadas etapas del pozo pueden
requerir ser perforadas bajo balance y otras en sobre balance, por lo tanto se
encontrarán los dos tipos de sistemas instalados en un solo equipo. El sistema de
PBB en superficie esta conformado por:
•Inyección de Nitrógeno (opcional)
•Compresores y Boosters
•Preventor y cabeza rotatorios
•Ensamble de estrangulación
•Separador Multifásico
•Trampa para muestras
•Línea al quemador y Quemador

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de TamaulipasEquipo de superficie
Sistema de Inyección
En las perforaciones bajo balance con una reducción de presión hidrostática
de forma inducida inyectando nitrógeno, éste tendrá que ser inyectado de
manera constante. El nitrógeno puede obtenerse de dos maneras:
Por filtros de membranas: El nitrógeno se
obtiene directamente de la atmosfera al
hacer pasar el aire por tubos de membrana
de poliéster. El nitrógeno se separa debido
a la diferencia entre las tasas de
permeabilidad de las moléculas de oxigeno
y nitrógeno.
Unidades Criogénicas: Se transporta
el N2 líquido hacia la localización con
equipos terrestres. El nitrógeno líquido
pasa por un intercambiador de calor,
donde se evapora. Es generalmente
mas costosa, por su alto volumen de
inyección.

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de TamaulipasEquipo de superficie
Métodos de inyección
La inyección de nitrógeno (o gas natural) al fondo del pozo puede ser llevada a cabo
de tres maneras distintas:
Inyección con Sarta Parásita
Utiliza una pequeña sarta
sujetada a la parte exterior
del revestimiento para la
inyección de un gas en
determinado punto del
anular. Solo se utiliza en
pozos verticales.
Inyección con tubería
concéntrica
Una LINER debe ser sentado
justó en el tope de la formación
objetivo. Esta tubería luego es
extendida hasta superficie
utilizando un colgador de Tp
modificado para suspender la
sarta o revestimiento temporal.
El gas es inyectado por el EA
Inyección directa
Se inyecta gas comprimido
al múltiple de la línea de
inyección donde se mezcla
con el fluido de perforación.
No necesita equipo especial
en fondo.

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Compresores
Equipo de superficie
Los compresores en operaciones de bajo balance sustituyen a las bombas de lodo
como los mecanismos desplazantes de fluido. La compresibilidad de los fluidos
neumáticos es muy grande, por lo tanto el uso de bombas convencionales de lodo
no lograrían la eficiencia volumétrica que se necesita. En PBB se utilizan
compresores de desplazamiento positivo y dinámicos.

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Compresores elevadores de presión (BOOSTERS)
Equipo de superficie
Este tipo de compresor se encarga de elevar aún mas la presión de la línea de
acuerdo con los requerimientos. Básicamente es una unidad compresora de
desplazamiento positivo que recibe el aire a cierta presión mínima. Algunas
alcanzan presiones de descarga de 2000psig o más.
Se pueden hacer arreglos
dependiendo del volumen
necesitado, por ejemplo, para
volúmenes de 1500 pcpm, se
utilizan arreglos simples que
constan de cuatro
compresores, dos boosters
de baja y dos de alta.

15. Universidad Autónoma
de TamaulipasEquipo de superficie
Cabeza rotatoria (Rotary Heads)
Es un dispositivo instalado sobre el preventor
anular para desviar el flujo de fluidos en
superficie y además proporciona un sello
alrededor de la tubería de perforación
aislando la presión y fluidos del anular del
piso de perforación. Se denominan por la
IADC como Dispositivos rotatorios de control
(RCD). El preventor rotatorio es parte de este
dispositivo.
Depende de energía
hidráulica externa para
accionar al sello entre el
empaque y la TP
Depende del sello a través de la fricción polímero-
acero entre el empaque y la TP. La energía para
mantener el sello es provista por la fuerza
descendente del empaque contra la presión
fluyente.
Existen las RH activas y pasivas

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de TamaulipasEquipo de superficie
Preventor Rotatorio (RBOP)
El RBOP se usa para mantener una contrapresión
superficial arriba de las 1500 psi en condiciones
dinámicas y 2000 psi en condiciones estáticas
mientras el pozo es perforado con fluido de baja
densidad. Va colocado por encima del preventor
esférico, en conjunto con la cabeza rotatoria.
Lo conforman empaques hidráulicos.
Éstos se presionan contra la flecha o la
TP, controlados por aceite hidráulico a
una presión mayor de la del cierre del
pozo.
Los empaques sellan el espacio anular
mientras la tubería esta en rotación; esto
causará desgaste eventual en el
empaque, por lo que es una pieza que
tiene que estar en constante revisión y si
es necesario, deberá ser reemplazada.

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Múltiple de estrangulación
Es un dispositivo utilizado en operaciones de PBB para realizar el control de la
presión y el flujo que retorna del anular. El estrangulador del equipo de perforación
dedicado al control de pozo no debe ser utilizados con propósitos de perforación
bajo balance, ya que este debe estar en óptimas condiciones en caso de
operaciones de control de pozo.
La configuración tradicional para la
perforación (tres vías de flujo en
paralelo) utiliza un estrangulador
ajustable y uno fijo en las dos vías
de salida. El E. ajustable puede ser
controlado manual o
hidráulicamente.
Después de cada trabajo de perforación, el
múltiple debe ser inspeccionado para descartar
erosión por arena o rupturas.
Equipo de superficie

18. Universidad Autónoma
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Trampas para muestras
Para realizar análisis del fluido de perforación en perforación convencional, el chango (derrick
man), toma una muestra del fluido de perforación retornado del pozo y analiza sus
propiedades para determinar algún cambio en ellas. En el sistema de PBB, un acceso al lodo
no es posible de la misma manera pues este fluye a través de un circuito aislado. La trampa
para herramientas proporciona una manera para tomar muestras del fluido para analizarlas.
Equipo de superficie

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Separador multifásico
El sistema separador consiste primordialmente en la separación de fases líquidos/gas/sólidos. Es
un tanque cilíndrico con placas deflectoras en el interior para acelerar la agitación o turbulencia del
fluido y lograr la separación de las fases. En principio, los sólidos, hidrocarburos líquidos y agua,
gases y metano son conducidos en un recipiente de separación ya sea de tres o cuatro fases. Al
entrar ocurre un cambio de velocidad por lo que todos los fluidos y sólidos son mezclados en un
compartimento delimitado por una mampara justo abajo del conducto de entrada; aquí los sólidos
permanecen en la parte inferior, y el gas tenderá a permanecer en la parte superior; en tanto los
líquidos, conforme se vaya llenando el compartimento, pasarán al otro lado de la mampara y ahí
se separarán por densidades; cada fluido se direccionará ahora a un conducto que esta ubicado
en su zona de fase, como se ve en la figura.
Equipo de superficie

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Línea del quemador y quemador.
La línea del quemador contiene una válvula de contrapresión que mantiene una
presión deseada dentro del separador. Adicionalmente, la misma línea puede contar
con un múltiple de válvulas para poder alimentar con gas a los compresores.
El quemador es el final del proceso de separación de gas, en donde es quemado en
la atmosfera si no existe posibilidad de almacenarlo o transportarlo.
Equipo de superficie

21. Universidad Autónoma
de TamaulipasEquipo de superficie

22. Universidad Autónoma
de TamaulipasPerforar bajo balance?
•Incremento en la Velocidad de Perforación
•Incremento en la vida de la barrena
•Reducción de pérdidas de circulación
•Reducción en tiempos de limpieza y prueba de pozo
•Producción temprana
•Eliminación de algunos problemas mecánicos
•Reducción del daño a la formación
•Inestabilidad del agujero
•Influjos de agua
•Corrosión
•Explosiones en el fondo
•Vibraciones de la sarta y el BHA
•Equipos de perforación direccional
•Factores económicos
Ventajas
Desventajas

23. Fuentes
•Principios de Perforación Bajo balance y su aplicación en campos
geotérmicos – Weatherford
•Introducción a la perforación bajo balance – SWACO
•Perforacion Bajo Balance – Rivelino A. Padilla, Weatherford,
Noviembre 25, 2009, PPT.
•TESIS UNAM “Perforacion Bajo balance: Equipo y técnicas” – Luis
Gerardo García Vela, 2005
Gracias