06 registros direccionales mwd - cálculos

Registros Direccionales Telemetría de MWD – Cálculos

Fundamentos de Perforación Direccional

Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de Pozo

Schlumberger – IPM

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Contenido

• Correcciones de Azimuth – Referencia de Azimuth• Principios Magnéticos• Herramientas de Registro• Telemetría de MWD’s• Métodos para Cálculo de Registros


Posicionamiento GeodésicoEl Problema...

• Los mapas usados en la perforación direccional son planos, pero la tierra es un esferoide (esfera achatada).

• Cómo representar la posición de un punto físico en la tierra esférica o sobre un papel plano?– Deben hacerse concesiones para obtener una

solución aceptable, Y – Siempre habrá algún error.


Corrección del Azimuth

Norte de Grilla

Norte Magnético

Norte Verdadero

Magnetic Azimuth

• Los clientes pueden pedir sus registros referidos al Norte Magnético, NM

• Otros los prefieren referidos al Norte Verdadero (o Norte Geográfico), NV

• Pero usualmente los quieren referidos al Norte del Plano o Norte de Grilla (Grid North), NG = Norte de Mapa

Las herramientas de registro direccional (MWD, ESS, EMS, Gyro, etc) miden el azimuth referido al Norte Magnético de la tierra, NM


Corrección de Azimuth


Declinación Magnética

Definición: Es el ángulo entre el Norte Verdadero (NV) y el Norte Magnético (NM), medido desde el Norte Verdadero, NV.

Norte Verdadero (Norte Geográfico)

Morte Magnético

XXXX

NVNVNMNM

NVNVNMNM

Si NM está al OESTE, Decl. Magnética:

es negativa ( -Ve )

Si NM está al ESTE,Decl. Magnética: es positiva ( +Ve)


Declinacion Magnetica


• Es el ángulo entre el Norte Verdadero y el Norte Magnético medido partiendo del Norte Verdadero.

• La Declinación hacia el Este (llendo en la dirección de las manecillas del reloj) espositiva.

• La Declinación hacia el Oeste (llendo al contrario de las manecillas del reloj) es negativa.

• La declinación SE SUMA al Azimut Magnético (Dirección medida en el registro magnético).


NVNV

NMNM

ESTE



Corrección de Grilla (o de Cuadrícula)

GN TN

Zona UTM Longitudinal

• Cuantifica la distorsión de cada área del elipsoide terrestre al ser proyectada sobre un mapa plano

• Se aplica a cada registro direccional medido

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Ángulo de Convergencia de Grilla

Definición:

• Es la corrección aplicada para convertir el Norte Verdadero a Norte de Cuadrícula o de Grilla

Norte Verdadero

Norte de Grilla

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Convergencia de la Rejilla

Definición:

• Es el ángulo entre el Norte Verdadero y el Norte de Grilla medido desde el Norte Verdadero.

• La Convergencia hacia el Este (llendo según las manecillas del reloj) es positiva.

• La Convergencia hacia el Oeste (llendo contrario a las manecillas del reloj) es negativa.

• La convergencia SE RESTA del Azimut Corregido (dirección ya corregida por declinación magnética).

NRNR

NVNV

OESTE

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Corrección Total = Declinación Magnética – Convergencia de Grilla

Corrección al NG = Azimuth (NV) – Convergencia de Grilla

Corrección del Azimuth

Norte de Rejilla

Norte Magnético

Norte Verdadero

Azimuth del Norte de Rejilla

Azimuth Magnético

Corrección al NV: Azimuth (NV) = Azimuth (NM) + Declinación Magnética

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• Los registros magnéticos necesitan ser corregidos para referirlos al Norte Verdadero o Geográfico

• El Norte Magnético es el Norte de la Brújula• El Norte Magnético cambia con el tiempo• La posición del Norte Magnético se debe actualizar

con frecuencia• El Norte Magnético se puede indicar sobre los mapas

o en las bases de datos de computador

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Ejemplo de Conversión

• Ejemplo # 1:Azimuth magnético = N 40º E Declinación Magnética = 3.4º hacia el Oeste

èAzimut al Norte Verdadero, NV = 40º + (-3.4) = 36.6º

• Ejemplo # 2:Azimuth Magnético = S 23º E, Declinación = 3.4º al OesteConvergencia de Grilla = 8º al Oeste

èAzimuth al Norte de Grilla, NG = 157º + (-3.4º) – (-8º) = 168.4º

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Ejemplo de Conversion

• Ejemplo # 3:Se obtiene un registro Magnético cuya dirección es N 38º W. La Declinacion Magnética es de 5º al Oeste La Convergencia es de 3º al Este.Corregir el azimuth medido para referirlo al Norte de Grilla.

Respuesta: Azimuth = 314°

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Para qué se toman los registros direccionales?

• Para calcular la posición del pozo

• Para cumplir con las regulaciones locales y del gobierno.

• Para verificar la penetración de objetivos geológicos.

• Para reducir el riesgo de colisión con pozos vecinos.

• Para perforar un pozo de alivio.

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Principios de los Registros Magnéticos

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El Campo Magnético Terrestre

• Campo Magnético Terrestre– Componente Horizontal

• hT x Cos (A)

A

Componente Horizontal, hT

A = ángulo de echado (Dip)

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Campo Magnético

+

-

El campo magnético terrestre tiene Intensidad y Dirección específicas para cada sitio

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Campo Gravitacional

La atracción gravitacional de la tierra sobre cualquier cuerpo en la superficie se dirige verticalmente abajo, hacia el centro de la tierra.

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Error en los registros magnéticosPor interferencia con la

sarta de perforación Por Varianza Magnética Por el campo de corteza

85% de los errores en los registros magnéticos

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Interferencia magnética de la sarta de perforación

La longitud de DC no magnéticos (NMDC) requeridos en el BHA para evitar la interferencia depende de: • La proporción de acero por encima

y por debajo de los NMDC.

• La dirección e inclinación del pozo.

El error en la lectura magnética con la brújula aumenta hacia el ESTE o hacia el OESTE y a medida que aumenta la inclinación.

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Collares No Magnéticos, NMDC

• Las herramientas de registro magnético requieren de DC no magnéticos para evitar la interferencia con la sarta de perforación– El término “Magnético” se refiere en general a

todos los métodos de registro referidos a la dirección del Norte Magnético de la tierra.

– El instrumento de medida debe colocarse en el interior de una longitud suficiente de collares no-magnéticos para aislarlos de la influencia magnética de la sarta de perforación.

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Cálculo de la Inclinación

La inclinación es el ángulo entre el eje de la trayectoria del pozo en un punto dado y la línea vertical que pasa por dicho punto.

= −

GFHGx

CosInc 1 222 GzGyGxGFH ++=

• La herramienta MWD mide la intensidad del campo gravitacional, GFH, a lo largo de tres ejes ortogonales: Gx, Gy, Gz

• La inclinación se calcula con la expresión:

Donde:

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Cálculo del Azimuth

El Azimuth o dirección es el ángulo entre el Norte Magnético y la proyección de la trayectoria del pozo sobre un plano horizontal.

• La referencia es el campo magnético de la tierra.

• Usualmente se corrige el azimuth para referirlo al Norte Verdadero o al Norte de Rejilla considerando la Declinación Magnética y laConvergencia de Rejilla.

• La medición del azimuth requiere de las lecturas del magnetómetro y del acelerómetro.

• Un azimuth de 90º está apuntando hacia el ESTE.

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Herramientas de Registro Direccional

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Tipos de herramientas

• De disparo simple– Magnéticas– Giroscópicas

• De disparo múltiple– Magnéticas– Giroscópicas

• De Telemetría MWD– Magnéticas– Giroscópicas

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Registros Magnéticos

Registrador Magnético de Disparo Simple (Single Shot, SS)

•Instrumento que toma una fotografía de la posición de una aguja magnética y un péndulo suspendido superpuestos sobre un plano geográfico, indicando la dirección y la inclinación del eje del pozo

•El instrumento se baja con cable dentro de la tubería de perforación hasta el punto de registro y se recupera después de tomar la foto.

• Puede ser Bajado con clable o soltado desde superficie.

• Componentes: Baterías, Mecanismo de reloj para activar el disparador, unidad de Camara Fotográfica y Brújula. Película con el plano geográfico pregrabado y péndulo oscilante.

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Registrador Electrónico de Disparo Múltiple – EMS

• El instrumento EMS proporciona la misma información que el Registrador Magnético de Disparo Múltiple, MS.

• Utiliza un sistema de magnetómetros y acelerómetros muy similar al de la herramienta dirigible (steering tool) pero es operada por baterías.

• La herramienta se programa en superficie para que dispare a intervalos de tiempo definidos y almacene en la memoria los registros tomados. Los datos se vacian de la memoria y se procesan cuando se recupere la herramienta en la superficie después de la corrida en el pozo.

Otros Métodos de Registro Direccional

• ¿De qué otro modo se puede medir la posición de un punto en el espacio?

• Con sistema de posicionamiento satelital, GPS – pero no es lo suficientemente exacto si se usa agujero abajo

• Con Giroscopios –de diversos tipos, en el mercado desde hace tiempo.

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Registros Giroscópicos• Los sistemas giroscópicos no son afectados por la interferencia

magnética. Se utilizan principalmente para tomar registros dentro de hoyos revestidos o para desviar la trayectoria del pozo cuando la interferencia magnética es demasiado alta.

• Tipos de Giróscopos: – El Giróscopo Libre (basado en película) – Giróscopo de Velocidad (totalmente electrónico).– Giróscopo Buscador del Norte (se orienta siempre al Norte Verdadero)

• Principio del Giroscopio:– Masa giratoria balanceada de libre rotación sobre uno o más ejes– Se resiste a las fuerzas externas y tenderá a mantener su rumbo a

lo largo del intervalo registrado (Efecto similar al de la rueda de bicicleta girando)

Fundamentos de Giroscopía• Un giróscopo es una masa giratoria balanceada que puede rotar sobre uno o más

ejes, de modo semejante al giro de un trompo sobre un eje: trata de mantener su posición vertical si tiene suficiente velocidad de giro.

• La Tierra también es un giróscopo gigante que despliega tendencias giroscópicas…

• Las herramientas giroscópicas usan sensores giroscópicos y los mismos acelerómetros ya mencionados.

• Dependen de la velocidad de la tierra para referencia …15.041xCos(Latitud)

• Los giroscopios “libres” no están referenciados al norte. Los giróscopos de rotación, llamados “NSGs” (north seeking gyro) sí. Estos últaimos utilizan bobinas de torsión y miden la dirección del Norte Verdadero.

• Los giroscopios continuos dependen de una buena inicialización de los Giróspos Buscadores del Norte, “NSG”…

• La medida de profundidad se obtiene con el registro de cable o por la lista de medidas del perforador…

Giróscopios Básicos

Giróscopo de dos grados de libertad

girando alrededor del eje externo

Giróscopo de dos grados de libertad

girando alrededor del eje interno

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Tipos de Giróscopos• Instrumentos delicados y sensibles.• Empleados primero en la industria de la aviación• El tamaño típico de la carcaza es de 1 ¾” (NSG y mecánico)• Exactitud.

– Depende del tipo, los viejos mecánicos no son mejores que el MWD.• Tipos de Giroscopios.

– Mecánicos: requieren saber la orientación del eje de giro.– Buscadores del Norte Verdadero: No necesitan correcciones de

desviación.– Ring Láser: mide la velocidad de rotación como una función de cambios

en la grecuencia de las ondas suaves. Una fuente genera haces luminosos en contra-rotación de muy alta precisión dentro de una cavidad afinada opticamente y sellada ( anillo), orientada a lo largo del eje del instrumento.

• Herramienta de Datos Giroscópicos mientras se perfora por debajo de MWD.– Nuevo concepto, funciona bien.

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Aplicaciones del Giróscopo

q NO estan afectados por interferencia magnetica –como es el caso con conductores en plataformas multipozos, sartas de revestimiento y de perforación, pescados dejados en el pozo, recortes o formaciones magnéticas, variaciones del magnetismo con el tiempo o por tormentas solares, etc…)

qUsados para registro dentro de pozos entubados –Pozos productores viejos, Re-Entradas laterales, en donde no se pueden correr herramientas magnéticas.

qAumentar la exactitud – Mejora la precisión de las elipses de incertidumbre

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Medición Direccional mientras se perfora, MWD

l Herramienta Magnética,

l Emplea un sistema de magnetómetros y acelerómetros para medir los campos Magnético y Gravitacional de la tierra.

l Impulsado por baterías o por turbina, transmite los datos registrados a través de pulsos de lodo o de ondas electromagnéticas.

l Puede ser “instalada” en forma fija en los collares no magnéticos del BHA o ser “recuperable” con cable.

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Principios de la telemetría

Pulsos Positivos ó Negativos

Con baja frecuencia (< 2 Hz) se tiene

menor velocidad de datos (<1 bps)

Ondas continuas de presión: Sirena continua de lodos

Con alta frecuencia (24 Hz) se tiene

más alta velocidad de datos (12 bps)

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• Beneficios de la telemetria tipo sirena: § La señal es generada afuera de las

fuentes de ruido§ Menos afectada por el ruido de la

perforación, ruido de las bombas de lodo y paradas del motor§ Puede transmitir informaciòn a mayor

velocidad§ Flexibilidad en los marcos (“frames”) o

ventanas de estructura, adaptable a las necesidades del cliente

Principios de la telemetría

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Cálculos Direccionales a partir de Registros

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Cálculos Básicos• Punto de Enlace o de Amarre,

• Profundidad Medida (MD),

• Profundidad Vertical Verdadera (TVD),

• Desplazamientos Norte-Sur (NS) y Este-Oeste (EW),

• Inclinación, Azimuth, ángulo de la Sección Vertical (VS)

Definiciones:

Ø Inclinación: ángulo entre el eje de la trayectoria del pozo y la vertical en el punto de medida

Ø Azimuth: ángulo entre el Norte de Referencia y la proyección de la trayectoria del pozo sobre un plano horizontal

Ø Intervalo de Registro: Distancia entre dos estaciones de medida

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Cálculos Direccionales

• Para definir la posición de la trayectoria del pozo en el espacio se deben hacer cálculos con base en los registros tomados a medida que se construye la trayectoria

• Se calculan la TVD, los desplazamientos NS y EW, y la Sección Vertical para el fondo del pozo en cada estación de registro

• Existen cuatro Métodos de Cálculo Direccional:– Tangencial – Ángulo Promedio– Radio de Curvatura– Curvatura Mínima / Arco Circular

• Cada uno hace diferentes supuestos acerca de la trayectoria del pozo

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Método Tangencial

Intervalo de Registro (∆M

D)∆ Desplazamiento

∆TVD

incl

Estación de Registro Nº 1

Estación de Regisro Nº 2

Suposición: La trayectoria del pozo es una línea recta con la misma inclinación y dirección en la estación de registro presente que en la estación anterior.

)sen()cos(

inclMDDesplazamiento

inclMDTVD×∆=∆

×∆=∆

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Método del Ángulo Promedio

Error de DesplazamientoHorizontal (longitud)

VERTICAL ERROR

Trayectoria supuesta para el pozo

Trayectoria Real del Pozo

Error de Latitud



N

Suposición: La trayectoria del pozo es una línea recta cuya inclinación y dirección son el promedo entre las medidas registradas en la estación presente (Nº2) y la estación anterior (Nº1).

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Se toma el promedio de las medidas de inclinación y de dirección registradas en la estación presente y en la anterior: Iprom y Aprom

)sin()cos(

)sin()cos(

prom

prom

prom

prom

ADesplazamientoEW

ADesplazamientoNS

IMDDesplazamiento

IMDTVD

×∆=∆

×∆=∆

×∆=∆

×∆=∆

2

221

21

AAA

III

prom

prom

+=

+=

Método del Ángulo Promedio

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Método del Radio de Curvatura

A1

I1

I2

A2

Suposición: la trayectoria del pozo es una curva suave que se puede ajustar a la superficie de un cilindro de radio específico.

• Mejora grandemente la precisión de los cálculos

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Método de la Mínima Curvatura

Suposición: La trayectoria del pozo es una curva suave que se puede ajustar a la superficie de una esfera de radio específico.

N

EW

S

²TVD

²MD

A1

A2

I1

I2

DL

DL

• Mejora grandemente la precisión de los cálculos

• Es semejante al método del Radio de Curvatura

• Método preferido para pozos horizontales

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• Toma los vectores definidos por la inclinación y el azimuth en los puntos de registro

• Los suaviza convirtiéndolos en un arco de esfera que está definida por la curvatura del pozo

• Esta curvatura llamada “Pata de Perro”, (Dog Leg = DL) es:

• Un factor de relación, RF suaviza las dos líneas rectas definidas por la inclinación y el azimuth en los puntos de registro:

[ ]))cos(1(sensen)cos(cos 1221121 AAIIIIDL −−−−= −

)sin()cos(1360

DLSDLS

DLSRF

−×

×=

π


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[ ]))cos(1(sensen)cos(cos 1221121 AAIIIIMD

dDLS −−−−

∆= −

Donde, DLS = Dog Leg Severity = Severidad de la Pata de Perro

DLS se calcula con la expresión:


d = intervalo o distancia de la trayectoria al que se refiere la DLS

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Comparación de los Métodos de Cálculo

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