Determinación de la relación entre la tasa de penetración de las brocas PDC y las arcillas suaves de las formaciones Chambira y Yahuarango en la selva norte del Perú

Abstract

La revisión de la información histórica de la perforación de dos pozos horizontales en un campo de la selva norte peruana, llego a mostrar la necesidad de varias carreras de brocas para completar la sección direccional de 8-1/2 pulgadas, reportando bajas tasas de penetración (ROP) en las formaciones arcillosas de Chambira y Yahuarango, y sin ocasionar desgaste en sus estructuras de corte, lo que hizo sospechar que estas bajas ROPs estuvieron relacionados con algún tipo de embolamiento, plasticidad de los recortes atravesadas u otras causas. El presente trabajo describe la relación existente entre la baja ROP de las brocas con cortadores de compacto de diamante policristalino (PDC) y estas arcillas suaves, determina el mecanismo que causa esta baja ROP, así como identifica la tecnología de cortadores PDC que permite mejorar el desempeño. Además, presenta un análisis con descripción detallada de las brocas y cortadores PDC anteriormente utilizadas y los resultados obtenidos con el uso de brocas equipadas con estos nuevos cortadores PDC. A pesar de que las arcillas presentan menores desafíos de perforabilidad comparadas con otras litologías más duras y abrasivas, las ROPs de las brocas PDC a menudo no reflejan esta caracterización, más aún cuando estas litologías son expuestas a condiciones de perforación con fluidos de perforación a base de agua y con altas densidades, creando las condiciones para la ocurrencia de efectos negativos sobre la ROP y constituyéndose en uno de los desafíos que enfrentan las operadoras hoy en día. Este desafío ha conducido al desarrollo de un nuevo cortador PDC con una capa de diamante tridimensional que establece un mecanismo de corte en forma de “pala”, con un ángulo de ataque positivo, y que presenta un mecanismo de fragmentación de roca más eficiente en litologías arcillosas expuestas a un lodo altamente densificado a base de agua. La implementación de este cortador PDC fue preparada para la utilización en la perforación de tres pozos horizontales de este campo de la selva norte peruana. La selección de estos pozos fue en base a condiciones similares a los de referencia, en términos de perfil direccional, diámetro de hoyo, formaciones atravesadas y ensamblajes de fondo (BHA), de manera que se facilitó la comparación de desempeño. Los resultados han mostrado que se logró mejorar la ROP promedio de la sección de 8-1/2 pulgadas en más del 65% permitiendo reducir los días y costos de perforación de la sección en más del 48 % respectivamente.

Drilling data analysis from two horizontal wells drilled in an oilfield located in the Peruvian northern jungle showed that several PDC drill bit runs were needed to complete the 8-1/2 in. section, reporting low rates of penetration (ROP) through Chambira and Yahuarango clayey formations without any dull condition in drill bits. All this lead to think these low rates of penetration were related to some type of bit balling, plastic drilling cuttings or other causes. This study describes the relation between this low ROP and claystone rocks while are drilled with water-based drilling fluids with high density, as well as identifies new PDC cutter technology to address this problem and improve drilling performance. Furthermore, this study presents a detailed analysis about PDC drill bits previously used on this application and the results obtained with the usage of PDC bits equipped with these new cutters. Even though claystone rocks are more drillable than other hard and abrasive lithologies, frequently drilling rates from PDC drill bits does not match with this characterization, even more while claystone rocks are exposed to drilling conditions with water-based muds with high densities, creating condition for occurrence of negative effects on rate of penetration and becoming one of the challenges that operators address today. This problem has led to the development of a new PDC cutter with a three-dimensional diamond layer establishing a “shovel” shaped cutting mechanism, with a positive back rake, and that presents a more efficient rock fragmentation mechanism in claystone rocks when are exposed to highly weighted water-based mud. This PDC cutter was implemented on a PDC bit and was prepared for drilling three horizontal wells in this field in the northern Peruvian jungle. These wells were selected based on similar conditions to the offset wells in terms of directional profile, hole diameter, formation, and bottom hole assemblies (BHA). This PDC bit with special cutters achieved to improve the average rate of penetration for the entire 8-1/2 in. section more than 65% which help to reduce the drilling time and cost in more than 48% respectively.