Diseño e implementación de Pruebas a Pozos de Gas – Parte I: Tipos de Pruebas y Propósitos

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Las pruebas de pozos pueden ser agrupadas en dos grandes categorías basada en su función primaria. La primera categoría, las pruebas de presión, incluyen pruebas que permiten determinar las propiedades de la roca y de los fluidos (por ejemplo, la permeabilidad, porosidad y presión promedio de yacimiento) y la localización e identificación de heterogeneidades del yacimiento (por ejemplo, fallas sellantes, fracturas naturales y capas) (Tiempo de Lectura: 12 minutos). La segunda categoría, las pruebas de productividad, incluyen aquellas pruebas que permite determinar el potencial de producción de un pozo. 

1. Pruebas de Presión 

Las pruebas de presión se refieren a aquellas pruebas de pozo en el cual se mide los cambios de presión versus tiempo. Estas pruebas permiten evaluar no solo las condiciones de la vecindad del pozo sino todas las propiedades in situ más allá de la región afectada por las operaciones de perforación y completación. Adicionalmente estas pruebas de pozo permiten caracterizar importantes características de la formación necesarias para diseñar un plan óptimo de explotación del yacimiento, incluyendo la presión del área de drenaje de los pozos probados, posible presencia de barreras al flujo (fallas sellantes), y características importantes que dominan la heterogeneidad de un yacimiento (por ejemplo las propiedades de la matriz y fracturas naturales en la roca o las propiedades individuales de capa). Las pruebas de presión pueden ser divididas en pruebas a un solo pozo y pruebas multipozo.

1.1. Pruebas a un solo pozo

Las pruebas a un solo pozo son aquellas la cual la respuesta de presión es medida siguiendo un cambio en la tasa de producción. De este cambio en la respuesta de presión, se puede caracterizar las propiedades promedios en una porción o en toda el área de drenaje del pozo que se esta evaluando. Una prueba común a un solo pozo es la prueba de restauración de presión, la cual es obtenida por la primera estabilización de una tasa de producción, a una presión de fondo (BHP) medida en el pozo, para un posterior cierre. Luego del cierre del pozo, la BHP restaura como una función en el tiempo, y la tasa de la prueba de restauración es usada para estimar las propiedades del yacimiento/pozo. De estas pruebas podemos estimar la presión promedio del yacimiento y la permeabilidad del área de drenaje del pozo y las propiedades de la región inmediatamente adyacente a la vecindad del pozo.

Otra prueba de presión común es la prueba de declinación de presión, que es realizada con una tasa de producción conocida y constante, mientras se observa el cambio de presión en el tiempo. Las pruebas de declinación son diseñadas para determinar las características de flujo del yacimiento, también incluyen la determinación de la permeabilidad y el factor skin. Adicionalmente, cuando el transiente de presión afecta los límites del yacimiento, la prueba de de declinación de presión permite establecer límites de yacimiento y estimar el volumen de hidrocarburo en sitio del área de drenaje del pozo. Estas pruebas de declinación específicas son llamadas “pruebas de límite de yacimiento”. Cuando por consideraciones económicas se requiere un mínimo tiempo de pérdida de producción, las pruebas de declinación de producción también pueden ser usadas para estimar el potencial de producción de un pozo.

Las pruebas Falloff son similares a las pruebas de restauración de presión, excepto a que son aplicadas para pozos inyectores. Siguiendo una estabilización de la tasa de inyección, el pozo es cerrado. BHP, la cual luego empieza a declinar, es medida como una función en el tiempo. Una alternativa para pozos inyectores es la prueba de inyectividad, la cual se inyecta a una tasa medida y se mide como incrementa la presión de fondo a medida que pasa el tiempo. La prueba de inyectividad es análoga a la prueba de declinación de presión.

1.2. Pruebas Multipozo

Cuando la tasa de flujo es cambiada en un pozo y la respuesta de presión es medida en otro pozo o grupos de pozos, estas pruebas son llamadas pruebas multipozo. Las pruebas multipozo son diseñadas para determinar propiedades en una región centrada a lo largo de una línea que une pares de pozos de prueba y por lo tanto es sensibles a las variaciones direccionales de las propiedades del yacimiento, como el caso de la permeabilidad. Adicionalmente estas pruebas permiten determinar la existencia de comunicación entre dos puntos en el yacimiento. El concepto básico en una prueba multipozo es producir o inyectar en un pozo (pozo activo) y observar el cambio de presión en uno o varios pozos aledaños (pozos observadores). De los datos obtenidos, se puede estimar tanto la permeabilidad como la porosidad del área de drenaje de los pozos en estudio y cuantificar el nivel de anisotropía del yacimiento. Por ejemplo, las pruebas multipozo permiten determinar la orientación de las fracturas naturales y cuantificar la relación porosidad-compresibilidad producto de un sistema matriz-fractura.

La prueba de interferencia y las pruebas de pulso son dos pruebas multipozo comunes. En las pruebas de interferencia, el pozo es puesto en producción a una tasa constante durante toda la prueba, mientras que el resto de los pozos aledaños son cerrados y puestos en observación para observar la respuesta de presión producida por el pozo activo en producción. En las pruebas de pulso, el pozo activo se pone en producción y luego es cerrado, luego retorna a producción y posteriormente el cerrado nuevamente. Esta secuencia de apertura y cierre, la cual es repetida en periodos que raramente exceden unas pocas horas, produce una respuesta de presión que generalmente es interpretada inequívocamente aún cuando otros pozos en el campo continúan produciendo. 

2. Pruebas de productividad

Las pruebas de productividad son diseñadas para medir la capacidad de producción de un pozo bajo ciertas condiciones del yacimiento. Aunque originalmente estas pruebas fueron utilizadas inicialmente el pozos de gas, las pruebas de productividad también son aplicables a pozos de petróleo. A diferencia de muchas pruebas de presión, algunas pruebas de productividad requiere estabilización de las condiciones de flujo para un apropiado análisis. Un indicador común de productividad obtenido de pruebas de productividad de un pozo es el absolute open flow (AOF, o Tasa Máxima). Otra aplicación de las pruebas de productividad es para la generación de la curva de oferta o inflow performance relationship (IPR). La IPR, que describe la relación entre las tasas de producción en superficie y las presiones de fondo fluyente (Pwf), la cual es utilizada para diseñar facilidades de superficie, entre otros. Las pruebas de producción más comunes se incluyen la prueba de flujo tras flujo, pruebas sencillas, las prueba isocronal convencional y modificada.

2.1. Pruebas flujo tras flujo

Las pruebas flujo tras flujo, que a veces son llamadas backpressure o prueba de 4 puntos, son realizadas en un pozo con una serie de flujos a tasas estabilizadas para medir la presión de fondo fluyente en la cara de la arena. Cada caudal es establecido en sucesión con o sin un periodo pequeño de cierre del pozo. El requerimiento de los períodos de flujo es que los mismos alcancen condiciones estables, que es a veces una limitación en este tipo de prueba, sobre todo en yacimientos de muy baja permeabilidad, que toman un largo tiempo para alcanzar condiciones estables de flujo. 

2.2. Pruebas sencillas

Las pruebas sencillas o también llamadas a un solo punto son realizadas cuando existe limitaciones de factor tiempo para llevar a cabo una prueba de flujo tras flujo en yacimientos de muy baja permeabilidad. En este caso el pozo fluye a una sola tasa de producción hasta alcanzar una presión de fondo fluyente estabilizada. Estas pruebas son particularmente apropiadas cuando las características de productividad del pozo están siendo “actualizadas”, cuando son requeridas por entes gubernamentales. Una limitación de este tipo de pruebas, sin embargo, es que se requiere un conocimiento previo del comportamiento de productividad del pozo, ya sea una prueba anteriormente realizada o por correlación con otros pozos del mismo campo y de similares condiciones de producción. 

2.3. Pruebas isocronales

Las pruebas isocronales son desarrolladas también para cortos períodos de tiempo para aquellos pozos que tienen un largo período de tiempo de estabilización. Específicamente las pruebas isocronales son una serie de pruebas a un solo punto desarrolladas para estimar las condiciones de productividad sin llegar a los tiempos necesarios para alcanzar la estabilización del pozo. La prueba isocronal es llevada a cabo por una serie de períodos de flujo y cierre, permitiendo restaurar la presión promedio del yacimiento antes empezar el siguiente período de producción. Las presiones son medidas en el tiempo durante cada período de flujo. El tiempo a la cual la presión es medida debe ser relativamente la misma al comienzo de cada período de flujo. Por ejemplo se puede medir la presión de fondo fluyente cada 0.5, 1.0, 1.5 y 2.0 horas después de empezar cada período de flujo. Debido al menor tiempo requerido para restaurar esencialmente la presión inicial después de un corto período de flujo que se debería alcanzar en condiciones estabilizadas en una prueba de flujo tras flujo, las pruebas isocronales son más prácticas en formaciones de muy baja permeabilidad. Aunque no es requerido para analizar la prueba, un punto de flujo final estabilizado, generalmente es obtenido al final de la prueba. 

2.4. Pruebas isocronales modificadas

El tiempo de restauración de la presión promedio del yacimiento antes de fluir en pozo durante un cierto período de tiempo, todavía puede ser poco práctico. En consecuencia, una modificación de la prueba isocronal fue desarrollada para acortar los tiempos de la prueba. El objetivo de esta modificación de la prueba isocronal es obtener los mismos datos de una prueba isocronal sin alcanzar a veces esos largos períodos de cierre requeridos para alcanzar la presión promedia del yacimiento, en el área de drenaje del pozo. La prueba isocronal es realizada como una prueba isocronal convencional, exceptuando que los períodos de cierre deben ser igual en duración, pero deben ser igual o exceder el tiempo de los períodos de flujo. Debido a que el pozo frecuentemente no alcanza a restaurar la presión promedia de yacimiento después de cada período de flujo, la presión de cierre es registrada inmediatamente antes de comenzar el período de flujo, esta presión es utilizada posteriormente en el análisis en vez de usar la presión promedia del yacimiento. En consecuencia, la prueba isocronal modificada es mucho menos exacta que la prueba isocronal convencional. Hay que destacar que, al medida que los períodos de cierre durante la prueba son mayores, la calidad del dato y por supuesto la interpretación va a ser mucho más precisa. Igualmente, aunque no es requerido para analizar la prueba, un punto de flujo final estabilizado, generalmente es obtenido al final de la prueba.