El mundo en expansión de la perforación por circulación inversa

 

 

 

El mundo en expansión de la perforación por circulación inversa

 

 

El proceso respetuoso con el medio ambiente es ideal para pozos de gran diámetro en una variedad de formaciones.

 

 

 

La perforación con circulación inversa es una técnica de perforación que continúa evolucionando y brinda beneficios reales a la industria de recursos hídricos y más allá.

 

Un híbrido de perforación con circulación inversa de doble tubo es la perforación con doble tubo invertido, a menudo llamada DTFR. Es un proceso de perforación no invasivo y respetuoso con el medio ambiente que preserva la ecología sensible tanto sobre el suelo como debajo de la superficie.

 

DTFR utiliza una combinación de agua de formación natural, agua limpia agregada y aire comprimido para movilizar recortes de brocas para permitir el avance de perforaciones de gran diámetro en formaciones que van desde geología no consolidada hasta roca fracturada y de dureza media.

Varilla de perforación de doble tubo de 85/8 pulgadas. Las conexiones del tubo interior y del tubo exterior se realizan simultáneamente.

 

 

Esto se logra como resultado de la capacidad única del DTFR de proporcionar un efecto estabilizador en el pozo a través de su columna de fluido ejerciendo suavemente presión hidráulica sobre la pared del pozo.

 

DTFR emplea una broca tricónica equipada con un manguito adaptador diseñado para aceptar los recortes que viajan desde la cara de la broca a través del interior de la broca tricónica y se dirigen al tubo interior de la varilla de perforación RC.

 

Esta técnica híbrida ha ganado popularidad en las comunidades de perforación de todo el país gracias a los contratistas de la costa oeste, los desiertos del suroeste, las llanuras del medio oeste, el sur de Florida y las islas de Hawaii. También ha ganado fuerza a nivel internacional en Canadá, Australia y América Latina.

 

 

Las aplicaciones de DTFR generalmente se caracterizan como proyectos que involucran pozos de recursos hídricos de gran diámetro en geología sedimentaria y/o metamórfica con profundidades que comúnmente varían entre 500 y 3000 pies, donde la gestión ambiental es importante.

 

 

 

 

Diagrama A. Vista de superficie de una configuración de sistema inverso inundado de doble tubo.

 

 

 

Aplicaciones

 

El DTFR también se ha utilizado en aplicaciones de la industria minera, como pozos de deshidratación, construcción de pozos de ventilación, orificios para pasta y pozos de inyección y eliminación. En la industria de la construcción civil, ha alcanzado notoriedad por su capacidad para avanzar en la perforación de cimientos de gran diámetro en áreas urbanas ambientalmente sensibles.

 

Se ha utilizado muchas veces en proyectos costeros donde el control de la contaminación es una preocupación principal. La circulación inversa de gran diámetro también se ha afianzado en su capacidad para colocar revestimientos conductores para pozos geotérmicos y de petróleo/gas, al tiempo que protege los acuíferos potables adyacentes.

 

La reciente aparición de DTFR en proyectos de recursos hídricos de gran diámetro es el resultado de los pioneros de la industria y su éxito en la aplicación de esta tecnología. Sus beneficios únicos se están difundiendo gradualmente y se están utilizando cada vez más dentro de la comunidad de perforación y se ofrecen como opciones a sus clientes.

 

 

 

 

 

 

Diagrama B. Movimiento del aire, recortes y fluido en perforación inversa inundada con doble tubo.

 

 

 

 

Cómo funciona

Consulte los diagramas A, B y C. El pozo se llena continuamente con fluido de perforación y se crea y mantiene una columna de fluido entre la pared del pozo y el exterior de la varilla de perforación de doble tubo.

 

Luego se introduce aire comprimido que fluye hacia el fondo del pozo a través del anillo de la varilla de perforación de doble tubo RC (el aire fluye hacia el fondo del pozo entre el interior del tubo exterior y el exterior del tubo interior).

 

El flujo de aire a medida que se acerca al fondo de la sarta de perforación se redirige hacia arriba del pozo y dentro del tubo interior. El componente de la sarta de perforación responsable de redirigir el flujo de aire hacia el tubo interior del pozo se denomina “subinyector de aire”. Su trabajo es liberar el aire comprimido en el tubo interior donde se expande y, por lo tanto, crea un flujo dinámico ascendente (siguiendo el camino de menor resistencia) que luego transporta una lechada compuesta de aire, fluido de perforación y recortes de pozo hacia la superficie.

 

En ocasiones, también se utilizan bombas de succión para ayudar aún más al flujo ascendente de la lechada del fluido de perforación.

 

 

Al llegar a la superficie, la lechada ingresa al ciclón donde el fluido y los recortes se separan utilizando el propio peso de los recortes combinado con la fuerza centrífuga para efectuar la separación. Una vez separados, se pueden ver y acceder a los recortes. Luego, la salida del fluido de perforación del ciclón viaja al agitador de esquisto donde se limpia eliminando los sólidos restantes.

 

El agitador de esquisto logra la eliminación de los sólidos y la limpieza del fluido de perforación mediante la utilización de una plataforma vibratoria que emplea una combinación de cribas, gravedad y energía vibratoria. La limpieza del fluido de perforación es un paso vital dentro de la operación DTFR, ya que demasiados sólidos transportados en el fluido de perforación pueden, en última instancia, impedir la limpieza adecuada de la broca y el pozo y, en última instancia, atascar la sarta de perforación.

 

Una vez limpio, el fluido de perforación regresa al tanque de retención de fluido y, finalmente, regresa a la parte superior del pozo según sea necesario. Esta recirculación y limpieza del fluido de perforación es un ciclo continuo que continúa durante todo el proceso de perforación.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diagrama C. Conjunto de fondo de pozo utilizado en perforación inversa inundada con doble tubo. Vea la imagen del abridor de agujeros en la página siguiente.

 

 

 

Beneficios del DTFR

 

DTFR coincide positivamente con los requisitos básicos necesarios para construir pozos municipales y comerciales de gran diámetro en muchas regiones del país. DTFR también es respetuoso con el medio ambiente, lo que permite controlar tanto los recortes como la descarga de fluido de perforación, minimizando así la escorrentía y la contaminación del sitio.

 

Las formaciones que pueden impedir el uso de perforación rotativa con aire o lodo con pérdida de circulación se pueden perforar eficazmente con DTFR. El fluido del pozo asociado con el DTFR se mueve lentamente, por lo que no erosiona la pared del pozo, sino que lo protege y preserva ejerciendo una presión hidráulica suave y uniforme contra su pared.

 

Esto proporciona estabilidad y permite el avance de pozos de gran diámetro en formaciones no consolidadas y/o sedimentarias que de otro modo serían problemáticas con las técnicas de perforación convencionales.

 

En la mayoría de los casos, el DTFR no requiere el uso de lodo ni aditivos y es una técnica de perforación no invasiva que utiliza aire de bajo psi y fluido de perforación de bajo flujo.

 

La formación permanece abierta, no sellada ni llena de aditivos de fluidos de perforación, lo cual es importante ya que permite un desarrollo más rápido del pozo y muchas veces da como resultado una mejor calidad del pozo y su producción.

 

Las muestras DTFR pueden considerarse más precisas que las muestras rotativas de aire o lodo, ya que no están expuestas a la pared del pozo, lo que puede contaminar la muestra. La muestra de DTFR viaja directamente desde la cara de la broca hacia arriba contenida de forma segura dentro del tubo interior hasta el área de recolección.

 

La muestra también está limpia sin una capa de bentonita. Los cortes revelan instantáneamente la formación actual que se está perforando. La muestra limpia permite una fácil identificación y caracterización de la litología, lo que ayuda a la colocación óptima de la rejilla del pozo.

 

Sólo se requiere aire a baja presión; por lo tanto, no hay compresores de aire que aullen ni equipos de perforación a toda velocidad. Más bien, el sitio es relativamente tranquilo, lo que minimiza las perturbaciones en las zonas pobladas y en la vida silvestre.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Los abridores de agujeros se utilizan comúnmente como componente del BHA para aumentar el diámetro del pozo. El abridor de agujeros puede seguir un orificio piloto de menor diámetro previamente perforado, un método utilizado para garantizar que la perforación esté a plomo antes de que se complete el orificio final de mayor diámetro. Alternativamente, dada la geología adecuada, el abridor de pozos se puede implementar cerca de la superficie y lograr el diámetro de pozo deseado en un enfoque de una sola pasada.

 

 

 

 

 

Limitaciones del DTFR

 

Para comenzar, la preparación de herramientas para DTFR requiere una inversión sustancial: una plataforma adecuada, herramientas dentro del pozo, agitadores de esquisto y un compresor. Y la economía asociada con la técnica DTFR sólo comienza a dar sus frutos cuando el tamaño del pozo es de 20 pulgadas de diámetro o más. Es más probable que las perforaciones poco profundas de diámetro más pequeño se perforen mediante técnicas convencionales de rotación de aire y lodo, herramientas de cable o barrena. La mayoría de los proyectos DTFR tienen al menos una profundidad de pozo media y comúnmente oscilan entre 500 y 3000 pies.

 

 

Las herramientas de doble tubo son relativamente pesadas; por lo tanto, el equipo debe tener una capacidad de carga de gancho adecuada (capacidad de elevación y descenso). Puede haber limitaciones de profundidad, pero si se cuenta con un equipo de perforación lo suficientemente grande, el DTFR se ha utilizado con éxito en profundidades de más de 10 000 pies.

 

Si bien el sitio de perforación puede ser relativamente pequeño, sigue siendo un mínimo de aproximadamente 125 pies cuadrados, que es más grande de lo que requieren otras técnicas de perforación. DTFR también requiere una buena fuente de grandes volúmenes de agua limpia en las proximidades.

 

El DTFR es menos eficaz en formaciones ígneas ultraduras homogéneas; Las tasas de penetración son mejores en formaciones granulares. Los adoquines ultragrandes pueden ser un problema si son tan grandes que no pueden pasar a través de la cámara de aire del RC. El DTFR tampoco es una buena opción para la perforación extensiva de arcilla pegajosa, limos y otras formaciones de grano ultrafino.

 

Finalmente, requiere un operador experimentado con experiencia en el uso de esta técnica de perforación.

 

 

 

Voces desde el campo

Los siguientes son comentarios de contratistas experimentados en perforación DTFR de todo el país.

 

Gingerich Well and Pump Service LLC en Kalona, ​​Iowa

 

Klint Gingerich y su hermano, Korwin, son copropietarios de Gingerich Well and Pump Service, una empresa operada y de propiedad familiar fundada en 1956. La participación de Gingerich en la perforación rotativa dual comenzó en 2007, cuando Klint tomó la decisión de emplear la técnica basada en su capacidad para proporcionar contención de fluidos de perforación y la limpieza eficiente de pozos de gran diámetro. Las principales aplicaciones de Gingerich para DTFR son proyectos que implican la construcción de pozos municipales y comerciales.

 

 

Gingerich Well and Pump utiliza DTFR en formaciones sedimentarias y de piedra caliza dura en Iowa y los estados circundantes. Klint dice que los diámetros de perforación de 20 pulgadas y mayores son una buena combinación para el DTFR. Sus equipos utilizan una sarta de perforación RC personalizada de 8⅝ pulgadas de diámetro exterior x 5 pulgadas de diámetro interior. Klint eligió este tamaño de herramientas porque el diámetro interior de 5 pulgadas del tubo interior coincide con el orificio pasante de 5 pulgadas en el cabezal superior del equipo de perforación. Así, con dimensiones comunes maximiza el flujo de fluido que puede lograr con su equipo.

 

El flujo de fluido es un factor clave en la perforación de gran diámetro, ya que afecta directamente la limpieza del pozo, la broca y la productividad general en el avance del pozo. Se genera un volumen extremadamente grande de recortes al perforar una perforación de 20 a 40 pulgadas, y cuanto mayor sea el volumen de flujo que se pueda lograr, más eficiente será la eliminación de los recortes del pozo.

 

Klint menciona que existen limitaciones para DTFR. Dice que el gasto de prepararse para la perforación de gran diámetro requiere una inversión sustancial, como el equipo de perforación adecuado, herramientas dentro del pozo y equipos asociados.

 

 

 

 

 

 

Dillon y Klint Gingerich de Gingerich Well and Pump Service LLC se unen para completar un proyecto de pozo municipal utilizando DTFR con un Schramm TX 130.

 

 

 

 

Empresas de Traut en Waite Park, Minnesota

 

David Traut, MGWC, CVCLD, es vicepresidente de Traut Companies y comentó que la inundación inversa es una buena técnica para perforar pozos de agua de gran diámetro en las formaciones de piedra caliza fracturadas comunes en el centro de Minnesota.

 

Utilizó por primera vez la inversión inundada en 1999 y, gracias a su experiencia, lo ha convertido en un método en el que confía para los pozos municipales. Las zonas de pérdida de circulación que causaron problemas con otros métodos de perforación ya no son un problema para él con DTFR.

 

Traut puede operar DTFR en un espacio relativamente pequeño (dimensiones del sitio de 125 pies cuadrados), incorporando un equipo de perforación y equipo auxiliar que incluye un tanque de fluido de perforación de 5000 galones, un compresor de aire y un equipo de eliminación de sólidos.

 

 

 

 

 

 

Un agitador de esquisto que extrae sólidos del fluido de perforación.

 

 

 

Traut señala que el volumen de aire requerido para un pozo DTFR es relativamente bajo en comparación con el aire rotatorio. Él dice que el aire aproximado es de 500 a 600 cfm a 150 a 350 psi y que el psi depende más de la profundidad del orificio.

 

Aunque no se utiliza con tanta frecuencia como una broca tricónica cuando se encuentra roca más dura, Traut utiliza un martillo de fondo de pozo con un desviador/empaquetador colocado sobre el intercambio (cruzado). El desviador/empaquetador es un donut de goma grande que rodea la varilla de perforación RC y sella parcialmente contra la pared del pozo. Limita la entrada de agua del fondo del pozo al martillo. Todavía se mantiene una columna de agua sobre el desviador/empaquetador para efectuar la estabilización del pozo.

 

 

El uso de un martillo para Traut es en dolomías y granitos. El modo de martillo de fondo de pozo requiere volúmenes de aire mucho mayores a presiones más altas. Las cuadrillas de Traut comúnmente utilizan aproximadamente 3000 cfm a 325 psi y más, siendo nuevamente la psi una función relacionada con la profundidad del pozo.

 

 

 

 

 

 

Las muestras son muy precisas con perforación inversa inundada de doble tubo. Foto cortesía de Traut Companies.

 

 

 

Traut añade que la sarta de perforación de doble tubo también se utiliza como sarta de perforación convencional. Al comienzo de la perforación del pozo, los primeros 50 a 80 pies deben perforarse de manera convencional, ya que el proceso DTFR requiere inmersión cuando se crea suficiente presión diferencial de cabeza para iniciar la succión dinámica requerida para sostener un flujo ascendente robusto. Muchos perforadores configuran sus perforadoras para poder ir y venir de la perforación convencional al DTFR. Si, por ejemplo, se encuentran capas gruesas de arcilla pegajosa, el perforador puede optar por perforar de forma convencional como

puede ser un método más rápido para avanzar a través de la arcilla antes de regresar a DTFR.

 

 

Pozo municipal y bomba en Waupun, Wisconsin

Mason Rens es un perforador líder en Municipal Well and Pump, que opera dos perforadoras rotativas duales Foremost. Rens dice que a través de años de experiencia en la perforación de pozos de agua de gran diámetro, su empresa ha llegado a la conclusión de que DTFR es su método preferido para la construcción de pozos basándose en una variedad de factores.

 

En primer lugar, el DTFR permite un control completo de la descarga del fluido de recortes en el sitio, minimizando así la contaminación. DTFR también es un método de perforación no invasivo. Desde la perspectiva de Rens, no erosiona el pozo como la perforación rotatoria por aire y mantiene la estabilidad del pozo incluso en formaciones no consolidadas.

 

El DTFR no requiere bentonitas ni aditivos para fluidos de perforación, por lo que la formación no está sujeta a empaquetamiento o sellado no natural. Por lo tanto, el desarrollo del pozo puede ser más rápido y completo, mientras que la calidad y la producción del pozo pueden ser muchas veces mejores que las de los pozos donde se utilizan aditivos fluidos.

 

Además, Rens afirma que la precisión de la muestra con DTFR es superior ya que los recortes viajan rápida y directamente desde la punta de la broca hasta el tubo interior hasta la superficie sin exposición a la pared del pozo.

 

DTFR contiene y protege la muestra de recortes dentro del tubo interno y la entrega rápidamente directamente a la superficie para su escrutinio, lo que permite una identificación rápida y precisa de los cambios de formación, lo cual, según Rens, es clave para la colocación óptima de la pantalla.

 

Otro aspecto que menciona Rens es la reducción del ruido del sitio. Tanto el equipo de perforación como los compresores trabajan a niveles de actividad reducidos en comparación con un equipo rotativo de aire, lo que además de una característica de seguridad significa un menor consumo de combustible.

 

Con DTFR, un solo compresor de 350 psi es adecuado incluso para perforaciones de gran diámetro. No se requieren compresores ni impulsores de respaldo.

 

Rens enfatiza que la producción utilizando DTFR es excepcionalmente buena en formaciones sedimentarias, comunes en Wisconsin e Illinois. Añade que esto es especialmente cierto en el caso de formaciones granulares como areniscas, arenas y gravas.

 

 

Resumen

DTFR se ha distinguido principalmente en formaciones rotas/fracturadas no consolidadas, sedimentarias o metamórficas. Ha creado una sólida reputación como técnica de perforación de baja energía, que permite de manera única avanzar en perforaciones de gran diámetro en geología no consolidada, al tiempo que proporciona beneficios clave de contención ambiental.

 

 

A medida que el mundo de la perforación se familiarice más con el DTFR, es probable que veamos innovaciones continuas en su aplicación en la industria de recursos hídricos y otros campos.