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Hydraulics modelling for drilling automation

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Automatizar las perforaciones petrolíferas y gasísticas para que sean más seguras

En un proyecto financiado con fondos europeos, se presentaron nuevos modelos y «software» que ayudan a los operadores y contratistas de perforaciones a superar un problema de larga data encontrado comúnmente en los pozos profundos: la perforación segura dentro de una ventana de presión estrecha.

Tecnologías industriales

La perforación es una tecnología fundamental en varias aplicaciones de importancia estratégica o social, como la exploración y extracción de petróleo, gas, los recursos geotérmicos y minerales, y el almacenamiento geológico de CO2. El éxito práctico depende de la capacidad de explotar los depósitos de aguas profundas, que cada vez suponen un desafío mayor.

Dos preocupaciones principales: la productividad y el control de la presión

Los costes de construcción de los pozos han aumentado notablemente en los últimos años, mientras que también faltan tecnologías que podrían hacer la perforación más eficiente. La adopción de procesos automatizados en lugar de concentrarse en tecnologías centradas en las personas es un hito importante para la perforación de pozos profundos. Los márgenes de perforación estrechos, en términos de ventanas seguras de presión en el fondo del pozo, son otro desafío insalvable que complica las operaciones de los pozos profundos. Mantener una pequeña diferencia entre la presión intersticial (la presión del fluido dentro de los poros de la roca que empujan hacia afuera) y el gradiente de fractura (la presión del fluido necesaria fuera de la roca para fracturarla) dentro de los límites es fundamental para la seguridad de tales operaciones. Si hay demasiada presión (del pozo), la formación fracturará el pozo; si no es suficiente, provocará inestabilidad en el pozo y aumentará las posibilidades de que entre fluido de formación en el pozo. Esta condición se denomina incidente de control de pozos, que, en el peor de los casos, puede intensificarse, es decir, la fuerza del fluido o gas que se escapa puede ser lo suficientemente elevada como para dañar la plataforma de perforación. La explosión de la plataforma Deepwater Horizon en el golfo de México en abril de 2010, a 1 500 metros de profundidad, es el ejemplo más notable de este tipo de catástrofe. «Además de prevenir graves accidentes de perforación, el mantenimiento de una ventana de presión estrecha da lugar a operaciones continuas sin interrupciones y, por lo tanto, no se pierde productividad», señala Nathan van de Wouw, coordinador del proyecto HYDRA, que recibió financiación en el marco de las acciones Marie Skłodowska-Curie.

Creación de supuestos de perforación virtuales

En HYDRA se desarrollaron modelos hidráulicos que pueden predecir con precisión la presión y el flujo del lodo en el pozo. Estos modelos y otras herramientas numéricas se incorporaron en un «software» recientemente desarrollado que permite simulaciones para diferentes tipos de operaciones de perforación. «HYDRA permite pruebas de supuestos de perforación virtual más fiables. Antes de las operaciones de perforación propiamente dichas, las principales empresas petroleras y gasísticas pueden, por ejemplo, ejecutar muchos supuestos diferentes para determinar si la operación es viable y segura. Al ejecutar varias instancias del modelo de flujo utilizando diferentes características de lodo/pozo y condiciones operacionales, los operadores pueden predecir la respuesta de la presión en el fondo del pozo, de manera que los accidentes sean menos frecuentes», añade van de Wouw. El mercado puede estar plagado de herramientas de «software» que simulan fluidos y flujos multifásicos, pero la modelización de la gran variedad de sus complejas propiedades lleva mucho tiempo. También podría haber modelos simples que aún no describen con precisión las propiedades del flujo. «En HYDRA, encontramos un equilibrio, desarrollando modelos que tienen en cuenta los efectos esenciales del flujo, pero que son lo suficientemente simples y rápidos como para ser utilizados para probar supuestos de perforación virtuales», señala van de Wouw. Los investigadores del proyecto también desarrollaron técnicas de reducción del orden de los modelos para disminuir aún más la complejidad computacional de sus modelos matemáticos en las simulaciones numéricas. «Estas técnicas no solo permiten simulaciones más rápidas, sino que también hacen factible el diseño de controladores mejorados para automatizar la perforación a presión controlada», concluye.

Palabras clave

HYDRA, perforación, simulaciones, petróleo, gas, supuestos de perforación virtuales, ventana de presión estrecha, reducción del orden de los modelos, perforación a presión controlada

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