Es el límite con el cual se pueden determinar el volumen de gas máximo que es capaz de soportar las presiones que influyen en el asentamiento de una perforación una vez que se proyecta su ubicación en base a las características de las formaciones.
De manera general, se conoce como kick tolerance al máximo volumen de influjo que puede circular sin fracturar a una formación débil previo a un zapato de asentamiento. Por eso es que este cálculo permite probar la integridad del zapato y controlar las máximas presiones que generen riesgo de desmoronamiento o fractura vertical antes de inducir el proceso de fractura para la extracción. Esto provoca medidas preventivas en torno al trabajo en el pozo como el incremento de la densidad del lodo para balancear la presión de formación y la rápida detección del sistema de plataforma.
Todo esto ocurre por el comportamiento del gas en los pozos, ya que mientras se perfora a pozo cerrado luego de finalizar una etapa, la sección sin entubar puede presentar filtración de gas hacia la zona de perforación, generando una burbuja con cierto volumen, y según el comportamiento de los gases ideales que varía a presiones y temperaturas en las distintas profundidades, esta burbuja de gas comienza a moverse llegando hasta el asentamiento, lo que genera una fuerza sobre el zapato, la que no puede alcanzar la fractura antes que en los topes
de cemento, sino pone en peligro la integridad del pozo. Esto mismo considera el efecto del gas de conexión y el gas de viaje, presentes en todos los movimientos durante la perforación.
2.2.12.1.1 Estándar para el kick tolerance
De acuerdo al estándar de trabajo de ENAP, se puede considerar un volumen mínimo de tolerancia ante la fuerza del gas filtrado en el pozo, ya que, según la geometría y la ubicación del zapato, se diseñará el asentamiento para soportar una carga crítica. Además, por seguridad para el personal, se puede aproximar el volumen mínimo como tres veces el volumen detectado por el sistema de flotación con un margen de 0,5 ppg en la formación más débil.
Se trabajará en torno al estándar de ENAP que indica: 𝑉𝑖𝑛𝑓= 25 (𝑏𝑏𝑙)
2.2.12.1.2 Parámetros para el kick tolerance
Si bien, hay variables que se definirán más adelante porque son parte del diseño de pozos ZG, es importante definir estos parámetros según lo establecido por (Acosta, 2012):
Longitud y geometría del BHA Densidad de influjo
Cambios de temperatura Pérdidas de carga (fricción) Compresibilidad del flujo Efecto burbuja
Ubicación de zapato asentado
Datos de perfiles eléctricos y reológicos: densidad, solubilidad, migración gas, velocidad de influjo.
2.2.12.1.3 Cálculo del Kick Tolerance
De manera simplificada, si se realiza un equilibrio de fuerzas en torno al punto de asentamiento del casing, se puede determinar la máxima presión en ese punto, de acuerdo a:
𝑃𝑧𝑚𝑎𝑥 = ℎ𝐶𝑠𝑔𝑍𝛾 − 𝑃𝑠𝑒𝑔 = 𝑃𝑓− 𝜌𝑚𝑢𝑑(ℎ𝑇𝑉𝐷− ℎ𝐶𝑠𝑔𝑍− 𝐻𝑧) − 𝜌𝑧𝐻𝑧 (49)
Donde γ es el gradiente de fractura en el punto más débil del pozo de acuerdo a los datos estimados por el peso del lodo, la presión de poros y la densidad del fluido en el kick.
Desarrollando esta ecuación, y despejando la altura de la columna de gas en la zona de generación (Hz) para resistir estas presiones, la expresión a calcular es:
𝐻𝑧 = 𝑃𝑧𝑚𝑎𝑥− 𝑃𝑓+ 𝜌𝑚𝑢𝑑(ℎ𝑇𝑉𝐷− ℎ𝐶𝑠𝑔𝑍) 𝜌𝑚𝑢𝑑− 𝜌𝑧 (50) Donde: 𝑃𝑧𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑜 (𝑝𝑠𝑖) ℎ𝐶𝑠𝑔𝑍= 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑜 𝑎𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜 (𝑓𝑡) 𝑃𝑓 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛(𝑝𝑠𝑖) ℎ𝑇𝑉𝐷 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑓𝑡) 𝜌𝑚𝑢𝑑 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑝𝑝𝑔) 𝜌𝑧= 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 (𝑝𝑝𝑔)
Luego, se pretende obtener el volumen de influjo para soportar el golpe de presión, y para esto solo basta con multiplicar la altura determinada por el área efectiva del casing. Ya con estos valores, se puede obtener el volumen de la zona de kick considerando el caso donde la burbuja de gas suba hasta el punto de asentamiento mediante una relación lineal establecida por la ley de Boyle (relación de presiones y volúmenes para gases ideales).
𝑉𝑧𝑜𝑛𝑎𝑘𝑖𝑐𝑘= 𝑉𝑧 𝑃𝑧𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑓
(51)
Como la perforación se realiza en dos etapas, se comprueba el volumen de la zona de golpe, de manera que se determine finalmente que el kick tolerance es el menor entre el volumen del
gas a fondo del pozo y el volumen al llegar al zapato. Una vez que se compruebe esta tolerancia, se puede definir la altura del tope de cemento para el primer tramo.
Pese a lo antes explicado, existen parámetros y consideraciones que deben tenerse presente y calcular antes de comenzar a definir el volumen máximo de influjo. Según el trabajo (Acosta, 2012), existen cinco variables fundamentales que no pueden asumirse conceptualmente pues influyen de manera directa en la precisión del Kick tolerance.
Longitud BHA: Por condiciones de seguridad se considera que la longitud del BHA debe ser menor que la altura del zapato, pues de otro modo, induce a pérdidas por diferencia de presiones en este punto.
Geometría BHA: Para conocer la capacidad anular es necesario tener clara la geometría del pozo y del BHA por la sensibilidad con la que altera los resultados.
Densidad del influjo: Es considerada como constante, aunque en estricto rigor, varía según presiones, temperaturas y el factor de compresibilidad. De todos modos, por simplificación y falta de datos particulares, se considerará como constante.
Cambios de temperatura: Considerando la ley de Charles y su directa proporcionalidad con la presión, la temperatura y el volumen del gas, es que se puede obtener el volumen del kick. Para esto se considerará un comportamiento lineal de la temperatura variando desde la temperatura superficial sumada al gradiente de temperatura respecto a la profundidad.
Pérdida por fricción: Principalmente son consideradas en la línea al bajar y por el espacio anular al retornar. Sumando los errores humanos que pueden ocurrir en la operación, es que se estima que el margen de seguridad se aproxima entre 150 y 200 psi.
Teniendo claros estos parámetros y asumiendo el resto de las variables con valores constantes, es que se puede modelar de manera simplificada y aproximada el kick tolerance.