herramienta d.p.d
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OBJETIVO
Analizar la técnica constructiva de la Perforación Horizontal Direccional en su
aplicación a la construcción de cruces de líneas de conducción de hidrocarburos al
igual las herramientas que se utilizan para ella y Conocer los aspectos técnicos que
sustentan al procedimiento de Perforación Horizontal Direccional
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INTRODUCCIÓN
Teniendo en cuenta que la tecnología en las operaciones de perforación de pozos
exploratorios cada día es más avanzada, es obligación estar al tanto de estos avances.
Todos los sistemas de perforación implementados en el mundo deben tener esa
herramienta necesaria como lo es la broca.
Desde los comienzos de la historia de la perforación este elemento ha jugado un papel
demasiado importante y sus avances en cuanto a diseño, materiales de construcción
etc., no deben inquietar, por lo tanto debemos estar al tanto de todo esto.
Es importante tener en cuenta que cada casa constructora tiene sus propias
especificaciones y codificación para cada broca, pero tienen un objetivo en común
desarrollar una tecnología que nos permita avanzar en la perforación al menor costo
posible y con las mejores condiciones de seguridad.
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1.1.- CONCEPTOS Y DEFINICIONES
La Perforación Horizontal Direccional (PHD) es una técnica de construcción de reciente
desarrollo que posibilita la instalación subterránea de infraestructura de servicios1 sin
la necesidad de realizar zanjas cuando, por requerimientos del proyecto geométrico
del trazo de la línea de conducción, se deben salvar cruces con diversos obstáculos, ya
sean naturales como ríos, áreas ecológicas o de protección, zonas pantanosas de difícil
acceso, etcétera, o artificiales, es decir, creados por el hombre, sean estos vías
terrestres de comunicación y núcleos urbanos por mencionar algunos.
La perforación direccional puede ser empleada en una amplia variedad de
circunstancias, sin embargo no es el método óptimo en todas las condiciones La
formación subterránea de mayor dificultad para cualquier método empleado en la
construcción de cruces subálveos son los suelos sueltos (por ejemplo las gravas y
boleos), debido a la carencia de cohesión entre sus partículas componentes
Para la ejecución del procedimiento constructivo, al igual que otros procesos
especializados, la PHD requiere el empleo de maquinaria y equipo especializado El
equipo necesario para ejecutar la Perforación Horizontal Direccional generalmente se
compone de o La máquina de perforación o Lodo de perforación o Equipo adicional de
apoyo Tanques de mezclado y almacenamiento Bombas de entrega
La maquinaria de perforación empleada en la ejecución de la Tablero de control
técnica PHD El tamaño de estas máquinas comprende desde equipos compactos para
instalación de tuberías de pequeños diámetros y distancias cortas, hasta equipos muy
grandes capaces de instalar por vanos kilómetros tuberías de gran diámetro La
selección del equipo a emplear estará en función de la tracción necesaria para instalar
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la tubería en la perforación De igual manera existe una amplia variedad de
herramientas de ataque, ensanchadores y sistemas de direccionamiento Los equipos
de perforación direccional empleados normalmente son equipos de perforación
autopropulsados, montados sobre orugas y que no requieren de mayores
preparaciones para la ejecución de perforaciones más que la localización de los
puntos, sobre la superficie de entrada y salida, a diferencia de los llamados "topos de
perforación horizontal, los cuales requieren la elaboración de excavaciones en cajón en
los puntos de comienzo y fin de la perforación y a la profundidad de instalación la cual
es eminentemente en linea recta con grandes limitaciones en el direccionamiento para
sortear diferentes obstáculos
Las sartas de perforación, también conocidas como tubería de perforación requieren
poseer características específicas; Deben tener la suficiente resistencia longitudinal
para soportar el empuje y tracción producto de la operación de la máquina de
perforación, suficiente resistencia a la torsión para soportar el torque proporcionado
por la máquina y ser además lo suficientemente flexible para permitir los cambios de
dirección de la perforación. Adicionalmente, deben ser lo más ligeras de modo que se
facilite su transporte y manejo además de resistir los efectos de la abrasión.
El lodo de perforación es un fluido compuesto por agua y un tipo especial de arcilla
conocida como bentonita59 el cual es bombeado a través de la sarta de perforación
mientras se ejecuta el proceso de barrenacion Su composición se ajusta conforme
cambian las exigencias de la perforación por cuanto a profundidad y naturaleza de los
materiales encontrados
Como se ha mencionado en lineas anteriores, las principales funciones con las que
debe cumplir el lodo de perforación
• Estabilizar las paredes de la perforación
• Enfnar la herramienta de ataque
• Formar un recubrimiento delgado e impermable contra la pared de la perforación
que no permite la filtración de agua en la formación geológica
• Permitir la formación de agentes densificantes
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• Remover los escombros resultado de la perforación y transportarlos hacia la
superficie
• Soportar parte del peso del taladro
• Proporcionar potencia hidráulica a la herramienta de perforación
Equipo adicional de apoyo El equipo adicional de apoyo para ejecutar la técnica PHD lo
constituye el sistema de mezclado, almacenamiento y bombeo, todos ellos en íntima
relación con el lodo de perforación. Podemos establecer categóricamente que sus
características son tan importantes como el lodo de perforación en sí mismo. Tanque
de almacenamiento de lodos de perforación Los tanques de mezclado y
almacenamiento normalmente son tanques de polipropileno los cuales se presentan
en el mercado en diversos tamaños y formas. La selección de los tanques adecuados
dependerá del tipo de perforación a realizar.
1.1.1 PROFUNDIDAD MEDIDA Y PROFUNDIDAD VERTICAL VERDADERA
PROFUNDIDAD DESARROLLADA (PD) Es la distancia medida a lo largo de la trayectoria
real del pozo, desde el punto de referencia en la superficie, hasta el punto de registros
direccionales. Esta profundidad siempre se conoce, ya sea contando la tubería o por el
contador de profundidad de la línea de acero (Fig. 4.6.A).
LA PROFUNDIDAD VERTICAL VERDADERA (PVV) Es la distancia vertical desde el nivel de
referencia de profundidad, hasta un punto en la trayectoria del pozo. Este es
normalmente un valor calculado (Fig. 4.6.B).
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Profundidad mínima de cobertura. Cuando no lo demanden condiciones existentes,
como instalaciones previas en la zona, o normas constructivas y regulaciones locales, la
profundidad mínima de cobertura para la instalación de tuberías con PHD deberá ser la
suficiente para proporcionar una medida de protección contra levantamientos en la
superficie y/o la generación del fenómeno de hidrofractura
El fenómeno de hidrofractura se presenta cuando la presión ejercida por los lodos de
perforación contra las paredes de la excavación excede la capacidad del suelo
circundante de contenerlos, resultando en la fractura de la masa de suelo y
permitiendo a los lodos de perforación fluir a través de estas fracturas. Los principales
factores que pueden contribuir para que ocurra la hidrofractura son:
o La presencia de planos de debilidad o la existencia de rutas de drenaje hacia la
superficie, tales como grietas por contracción, rellenos granulares de instalaciones
preexistentes, cimentaciones profundas en el sitio como pilas o pilotes, etcétera.
o La longitud de la perforación, puesto que a mayores longitudes se requieren mayores
presiones para permitir el flujo de los lodos y mantener estables a las paredes de la
excavación. 2-80 Perforación Horizontal Direccional Que es la PHD
o Grandes profundidades en el alineamiento vertical de la perforación, generando
presiones hidrostáticas considerables.
o Bloqueos debidos a materiales no arrastrados a la superficie dentro de la perforación
que pueden causar incremento en la presión en el interior de la misma.
Velocidad de perforación. La velocidad a la cual se realizará la perforación piloto o el
ensanchamiento, esta en función del tipo de suelo, la capacidad de bombeo de lodo, la
viscosidad del lodo y el tamaño necesario para alojar a la tubería. Estas velocidades
actualmente son resultado de experiencias previas, propias o ajenas y aunque existen
métodos de cálculo, al igual que con los correspondientes a las presiones de los lodos
de perforación, estos deben tomarse con reservas.
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- Selección de herramientas. Como se ha señalado, la selección de las herramientas de
ataque estará en función de la consistencia y densidad del suelo y las de
ensanchamiento en función de las propiedades del material como su granulometría y
plasticidad.
La planeacion ciertamente pudiera considerarse como la etapa inicial del proceso, sin
embargo, incluso durante la ejecución de éste es muchas veces necesario replantear el
procedimiento, incluso desde su inicio18 y adicionalmente, el control que sobre el
procedimiento pudiera ejecutarse, nace precisamente en la planeacion, ahí se define,
de un modo implícito, que aspectos deberán ser controlados, esto es, cuales son los
factores críticos del proceso que requieren de una vigilancia especial o detallada
Para el establecimiento de las condiciones físicas del sitio donde pretenda llevarse a
cabo la construcción direccional, es fundamental la realización de trabajos de
investigación geotécnica, independientemente de los trabajos en la superficie como
son la determinación de la configuración del suelo (topografía) y del fondo del cuerpo
de agua o río (batimetría). Estos trabajos, especialmente en las primeras etapas del
desarrollo del proyecto (i.e. la planeación) servirán para establecer las condiciones
geológicas que determinarán el sentido y tipo de las Investigaciones siguientes, es por
ello que se requiere que personal con experiencia planee y supervise la ejecución de
las mismas.
Dentro de esta etapa, la consideraciones que deben efectuarse para la correcta
ejecución de la técnica PHD se centran en dos aspectos fundamentales: A. La
naturaleza intrínseca del proceso de construcción que involucra:
a. El corte de las formaciones del suelo del sitio y su incorporación a los lodos de
perforación para crear una mezcla capaz de fluir b. El mantenimiento continuo y
estable de las paredes de la perforación de modo que la mezcla pueda fluir. c. El
Transporte de los cortes resultantes de la perforación (suspendidos en la mezcla) para
permitir la instalación de la tubería.
B. El diseño de la ruta o trazo de la perforación, donde las investigaciones geotécnicas
deben enfocarse, además de la geología local, particularmente en las condiciones
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geotécnicas e hidrológicas del sitio del cruce21 y considerando la naturaleza del
obstáculo a salvar. Antes de efectuar los trabajos de investigación del sitio del cruce, es
necesario establecer primeramente el tipo de cruce.
A este respecto se distinguen dos tipos:
- Aquellos cuyas características geométricas y de comportamiento cambian con el
tiempo como ríos, zonas de contaminación, etcétera, es decir que poseen la capacidad
natural de expandirse y/o reubicarse con el paso del tiempo, por ejemplo las riberas de
ríos.
- Aquellos cuyas características geométricas y de comportamiento son invariantes con
el tiempo, como carreteras,
Las condiciones pasivas mencionadas afectarán en mayor o menor medida a la
instalación de las tuberías durante y posteriormente a la construcción. De manera
general, las operaciones de perforación pueden ser efectuadas en casi todos los tipos
de suelos, con las excepciones indicadas anteriormente (i.e. suelos gruesos sueltos).
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1.1.2.- PUNTO DE INICIO DEL DESVIO ANGULO DE INCLINACION, DIRECCION U
ORIENTACION
INCLINACIÓN (DRIFT) Es el ángulo (en grados) entre la vertical local, dada por el vector
local de gravedad como lo indica una plomada, y la tangente al eje del pozo en un
punto determinado (Vázquez, 2008). Por convención, 0° corresponde a la vertical y 90°
a la horizontal (Fig. 4.7.A).
Preparación del sitio o área de trabajo Adicionalmente a los trabajos anteriores
necesarios para ejecutar la técnica PHD, deben efectuarse diversas consideraciones
previas como lo es la determinación el área necesaria de trabajo. El espacio de trabajo
necesario para ejecutar la técnica PHD puede requerir de un área libre y nivelada
dependiendo de los 2-83 Perforación Horizontal Direccional Que es la PHD sitios de
entrada y salida definidos para la perforación Puesto que el punto de entrada (punto
de perforación) requiere el acomodo del equipo de perforación y el equipo adicional,
este punto (área) deberá ser fácilmente accesible y presentar suficiente resistencia
para soportar al equipo mismo durante el proceso de instalación de la tubería
El equipo que normalmente se coloca en esta área del punto de entrada consiste en
- La máquina de perforación
- La unidad generadora de potencia
- El rack (estantería) de la sarta de perforación
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- El equipo adicional De igual manera, el punto de salida o de fabricación de la tubería,
debe ser amplio y eventualmente poder ofrecer espacio extra para acomodar el
equipo necesario para la fabricación de la hngada.
El equipo que se ubica en el área del punto de salida se integra por.
- Tanques contenedores de lodo
- Tanques de sedimentación (para cortes) La tubería.
- Roladores y equipo de manejo de la tubería.
- Equipos de construcción (excavadoras y tiende-tubos).
- Equipos para soldado y recubrimiento de la tubería.
Las dimensiones de estas áreas pueden variar por lo que creemos prudente no intentar
establecer valores en virtud de la enorme variabilidad de condiciones que pueden
presentarse en los diferentes trabajos de cruzamientos direccionales
Existen varias razones que hacen que se programen pozos direccionales, estas pueden
ser planificadas previamente o por presentarse problemas en lasa operaciones que
ameriten un cambio de programa en la perforación. Las más comunes son las
siguientes
1. Localizaciones inaccesibles: Son aquellas áreas a perforar donde se encuentra algún
tipo de instalación o edificación (parque, edificio), o donde el terreno por condiciones
naturales (lagunas, ríos, montañas) hacen difícil su acceso.
2. Domo de sal: donde los yacimientos a desarrollar están bajo la fachada de un
levantamiento de sal por razones operacionales no se desee atravesar el domo.
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3. Formaciones con fallas: donde el yacimiento esta dividido por varias fallas que se
originan durante la compactación del mismo.
4. Múltiple pozo con una misma plataforma: desde la plataforma se pueden perforar
varios pozos para reducir el costo de la construcción de plataformas individuales y
minimizar los costos por instalación de facilidades de producción.
5. Pozo de alivio: es aquel que se perfora para controlar un pozo en erupción.
Mediante el pozo se contrarresta las presiones que ocasionaron el reventón
6. Desarrollo múltiple de un yacimiento: cuando se requiere drenar el yacimiento lo
mas rápido posible o para establecer los limites de
contacto gas/petróleo o petróleo/agua
1.1.3 AZIMUTH Y COORDENADAS DE RUMBO
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AZIMUTH (DIRECCIÓN DEL POZO) El azimuth de un pozo en un punto determinado, es
la dirección del pozo sobre el plano horizontal, medido como un ángulo en sentido de
las manecillas del reloj, a partir del norte de referencia. Esta referencia puede ser el
norte verdadero, el magnético o el de mapa, por convención se mide en sentido de las
manecillas del reloj (Vázquez, 2008). Todas las herramientas magnéticas proporcionan
la lectura del azimuth con respecto al norte magnético. Sin embargo, las coordenadas
calculadas posteriormente, están referidas al norte verdadero o norte geográfico (Fig.
4.7.B).
DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL (HD) Es la distancia total y lineal, en el plano
horizontal, del conductor del pozo al objetivo del mismo.
Los Relevamientos direccionales proporcionan al menos tres datos fundamentales:
.Profundidad (es la profundidad en el pozo direccional, que se hace con la medición de
la sarta, mide la longitud del hoyo)
.Inclinación (es el ángulo fuera de la vertical, también se llama ángulo de desviación)
.Azimut (Angulo fuera del norte del hoyo a través del este que se mide con compas
magnético, con base en la escala completa del círculo de 360º)
Técnicas de Relevamiento desde instrumentos magnéticos hasta sofisticados
giroscopios
.Relevamientos Magnéticos: muestra la inclinación y dirección del pozo en uno o varios
puntos; utilizando un inclinómetro y una brújula, un cronómetro y una cámara.
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.Relevamientos Giroscópicos: muestra mayor precisión. Utilizan una masa giratoria que
apunta hacia una dirección conocida. El giroscopio mantiene su orientación para medir
la inclinación y la dirección en estaciones específicas del relevamiento.
1.1.4 BUZAMIENTO PATA DE PERRO OJO DE LLAVE
PATA DE PERRO (DOG LEG) Es la curvatura total del pozo (la combinación de cambios
en inclinación y dirección) entre dos estaciones de registro direccional, se mide en
grados (Un siglo de la perforación en México, 2000).
SEVERIDAD DE LA PATA DE PERRO Es la magnitud de la pata de perro, referida a un
intervalo estándar (por convención se ha establecido de 100 piés o 30 metros). La
severidad se reporta en grados por cada 100 pies o grados por cada 30 metros. Es
conveniente mantener las severidades tan bajas como sea posible en la perforación
convencional (menos de 3 o 4°/100 pies). Las severidades altas pueden provocar
problemas en el pozo tales como ojos de llave, atrapamientos de tubería o desgaste de
la misma o de la tubería de revestimiento (Un siglo de la perforación en México, 2000).
NORTE MAGNÉTICO Es la dirección de la componente horizontal del campo magnético
terrestre en un punto seleccionado sobre la superficie de la Tierra.
LADO ALTO DEL POZO Es el lado directamente opuesto a la fuerza de gravedad. El
punto que representa el lado alto es importante para orientar la cara de la
herramienta; es conveniente señalar que a una inclinación de 0° no existe lado alto, en
este caso, los lados del pozo o de la herramienta de registros direccionales son
paralelos al vector de gravedad, y no existe un punto de intersección desde el cual se
pueda definir un lado alto. Otro concepto importante es que sin inclinación (0°), el
pozo no tiene dirección horizontal, es decir, el eje del pozo se representaría como un
punto y no como una línea sobre el plano horizontal.
HERRAMIENTA (DE FONDO) Es cualquier elemento o dispositivo que se incluya en el
aparejo de perforación y se corra dentro del pozo. Los motores de fondo, las camisas
MWD, las herramientas de registros direccionales, etc., son ejemplos de herramientas
de fondo.
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CARA DE LA HERRAMIENTA (TOOLFACE) El término se usa en relación a las
herramientas desviadoras o a los motores dirigibles y se puede expresar en dos
formas: 1.- Física. El lugar sobre una herramienta desviadora, señalado comúnmente
con una línea de marca, que se posiciona hacia una orientación determinada mientras
se perfora, para determinar el curso futuro del pozo. MÉTODOS DE PERFORACIÓN
1.2 VERTICALIDAD
Cuando en un proyecto de contempla la colocación de ductos de tuberías que han de
cruzar zonas urbanas de alto tránsito, pistas de aterrizaje con alto tráfico, ríos con
caudal permanente, sin perturbar las operaciones normales puede sernos de gran
ayuda el uso de la perforación horizontal dirigida.
La perforación horizontal dirigida (direccional) permite instalar un ducto por debajo de
un obstáculo, como un río o carretera, sin perturbar el entorno. Al contrario de la
técnica de perforación horizontal, la trayectoria curva de una perforación horizontal
dirigida permite hacer pasar el ducto por debajo de obstáculos desde la superficie, de
manera que no se requiere efectuar ninguna excavación importante.
Es ideal en suelos no pedregosos y bloques (arcilla, limo y arena), puede ejecutarse
asimismo con casi todo tipo de rocas, permite instalar ductos que pueden alcanzar
1.200 milímetros de diámetro, ofrece la posibilidad de efectuar perforaciones que
alcancen hasta 1.800 metros de longitud (lo que varía según las condiciones del suelo y
el diámetro requeridos).
Situaciones que requieren el uso de la perforación direccional
*Complicaciones por la geología local.
*Incremento de la producción de un yacimiento desde un pozo en particular.
*Disminuir costos (ej. evitar instalaciones off-shore)
*Disminuir riesgos ambientales.
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*Necesidad de mantener la verticalidad en pozos profundos.
*Pozos de alivio.
*Comercialización y distribución (construcción de oleoductos y gasoductos)
El primer paso en la planeación de un pozo direccional es diseñar la trayectoria del
agujero para alcanzar el objetivo programado. El diseño inicial debe proponer los
diferentes tipos de trayectoria que pueden ser perforados económicamente (Vázquez,
2008). El segundo, o diseño final debe incluir los efectos de las condiciones geológicas
sobre los aparejos de fondo (BHA’s) que serán utilizados y otros factores que pudieran
influenciar la trayectoria final del agujero. Por lo tanto, se puede decir que la selección
del tipo de trayectoria dependerá principalmente de los siguientes factores:
a) Características de la estructura geológica.
b) Espaciamiento entre pozos.
c) Profundidad vertical.
d) Desplazamiento horizontal del objetivo. La figura 4.8 muestra cuatro tipos de
trayectoria más comunes de pozos que pueden ser perforados para alcanzar el mismo
objetivo. La trayectoria A es una trayectoria de incrementar y mantener; el agujero
que penetra el objetivo con un ángulo igual al máximo ángulo de incremento; la
trayectoria B es una trayectoria “S modificada” y la C es una trayectoria “S”. En la
trayectoria “S” el agujero penetra verticalmente al objetivo y en la “S” modificada el
agujero penetra con un ángulo de inclinación menor que el ángulo máximo en la
sección de mantenimiento (Vázquez, 2008). Para la trayectoria D, que es una
trayectoria de incremento continuo, la inclinación continua incrementándose hasta o a
través del objetivo. La trayectoria de incrementar y mantener requiere el menor
ángulo de inclinación para alcanzar el objetivo, la trayectoria “S” modificada requiere
mayor inclinación y la trayectoria “S” requiere aún más que la “S” modificada. La
trayectoria de incremento continuo requiere la mayor inclinación de todos los tipos de
trayectoria para alcanzar el objetivo
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1.3 BALANCEO TANGENCIAL
Los pozos direccionales pueden clasificarse de acuerdo a la forma que toma el ángulo
de inclinación en:
Tipo Tangencial.
En Forma de S:
− Tipo “S”.
− Tipo “S” Especial.
Inclinados o de Alto Ángulo.
Horizontales.
Reentradas:
− Verticales.
− Direccionales.
Multilaterales.
Tipo Tangencial:
La desviación deseada es obtenida a una profundidad relativamente llana y esta
desviación se mantiene constante hasta el objetivo. Este tipo de pozo presenta muchas
ventajas tales como:
−Configuración de la curva sencilla a lo largo de un rumbo fijo.
−Ángulo de inclinación moderado.
−Generalmente puntos de arranques someros.
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−Menor riesgo de pega.
En Forma de “J”:
Este tipo de pozos es muy parecido al tipo tangencial, pero el hoyo comienza a
desviarse más profundo y los ángulos de desviación son relativamente altos y se tiene
una sección de construcción de ángulo permanente hasta el punto final.
En Forma de “S”:
En este tipo de pozo la trayectoria está configurada por una zona de incremento de
ángulo, otra tangencial y una de disminución de ángulo. Estos tipos de pozos pueden
ser de dos formas:
Tipo “S”: constituido por una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial y
una sección de caída de ángulo que llega a cero grados (0º).
“S” Especial: constituido por una sección de aumento de ángulo, una sección
tangencial intermedia, una sección de caída de ángulo diferente a cero grados (0º) y
una sección de mantenimiento de ángulo al objetivo.
Inclinados o de Alto Ángulo:
Son pozos iniciados desde superficie con un ángulo de desviación predeterminado
constante, para lo cual se utilizan taladros especiales inclinados. Los Taladros
Inclinados son equipos cuya cabria puede moverse de 90º de la horizontal hasta un
máximo de 45º. Entre las características más resaltantes del equipo se pueden
mencionar:
Una torre de perforación inclinada para perforar desde pozos verticales hasta pozos de
45º de desviación vertical. Brazo hidráulico para manejar tubulares que puede ser
accionado desde el piso de la torre de perforación, eliminando el trabajo del
encuellador de los taladros convencionales. Un bloque viajero, provisto de un sistema
giratorio diseñado para enroscar y desenroscar la tubería, que se desliza a través de un
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sistema de rieles instalado en la estructura de torre. Sistema hidráulico especial para
darle el torque apropiado a cada conexión de los tubulares.
Los equipos auxiliares del taladro permanecen fijos durante la perforación, lo que
incrementa la vida útil de los mismos, por disminución el deterioro al que son
sometidos durante la mudanza entre pozo y pozo.
Capacidad de movilización mediante un sistema de orugas, lo cual reduce los tiempo
de mudanza.
Horizontales:
Son pozos perforados horizontalmente o paralelos a los planos de estratificación de un
yacimiento con la finalidad de tener mayor área de producción. También se
denominan pozos horizontales aquellos con un ángulo de inclinación no menor de 86º
respecto a la vertical. La longitud de la sección horizontal depende de la extensión del
yacimiento y del área a drenar en el mismo. Según el radio de curvatura, existen cuatro
tipos de pozos horizontales básicos, cada uno de los cuales poseen una técnica que va
en función directa con la tasa de incremento de ángulo y del desplazamiento
horizontal. Adicionalmente, se requiere un ensamblaje especial de la sarta de
perforación para poder obtener los grados de inclinación máximo hasta el objetivo.
− Perforación Horizontal Vs. Perforación Vertical:
El pozo vertical atraviesa todo el espesor de la formación, mientras que en el
horizontal la mecha penetra por el centro del espesor de la formación hasta la longitud
que sea mecánicamente aconsejable.
−El ángulo de penetración del hoyo horizontal en la formación tiene que ver con la
facilidad de meter y sacar la sarta de perforación del hoyo. A medida que la longitud
del hoyo horizontal se prolonga, la longitud y el peso de la sarta que descansa sobre la
parte inferior del hoyo son mayores. Esto crea más roce, más fricción, más esfuerzo de
torsión y más esfuerzo de arrastre al extraer la sarta de perforación. Condiciones
similares de esfuerzos se presentan durante la inserción y cementación del revestidor
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de terminación y durante la toma de registros o perfiles corrientes o integrantes de la
sarta de perforación.
−En el hoyo vertical, el desplazamiento del flujo del gas y/o petróleo del yacimiento
hacia el pozo es radial; la permeabilidad horizontal (KH) y permeabilidad vertical (KV)
se miden en la dirección indicada en la figura.
Ventajas:
• Mejora la eficiencia de barrido.
• Incrementa la productividad del yacimiento y mejora el recobro final del mismo,
debido a que se incrementa el área de contacto entre el yacimiento y el pozo.
• Reduce la conificación y/o adedamiento de los fluidos viscosos.
Desventajas:
• Altos costos de perforación, debido a que se incrementa el tiempo y el riesgo de
problemas operacionales.
• Las opciones de recompletación son limitadas especialmente cuando se trata de alto
corte de agua y/o alta relación gas/petróleo.
Reentradas o “Reentries”:
Son pozos perforados desde pozos ya existentes, pudiéndose reperforar un nuevo
hoyo utilizando parte de un pozo perforado previamente. Esta nueva sección puede
ser reperforada con una sección vertical o direccional.
Multilaterales:
Consisten básicamente en un hoyo primario y uno o más hoyos secundarios que
parten del hoyo primario, cuyo objetivo principal es reducir el número de pozos que se
perforan, además de optimizar la producción de las reservas. Según la geometría del
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yacimiento se pueden construir distintas configuraciones de pozos multilaterales para
lograr drenar los yacimientos de manera más eficiente, entre ellas tenemos:
Hoyos de Diámetro Reducido o “Slim Hole”:
Son pozos que se perforan con propósitos de hacer el trabajo economizando recursos
y obteniendo más provecho, utilizando mecha de 7” o menos. La utilización de este
método es muy efectiva en exploración y/o captura de información sobre los
yacimientos.
Herramientas utilizadas.
Herramientas Deflectoras:
Son las encargadas de dirigir el hoyo en la dirección predeterminada, dentro de las
cuales tenemos:
−Mecha: constituye la herramienta básica del proceso de perforación, ya que permite
cortar y penetrar las formaciones. En perforación direccional suelen utilizarse mechas
de tamaño convencional con uno o dos chorros de mayor diámetro que el tercero, o
dos chorros ciegos y uno especial, a través del cual sale el fluido de perforación a altas
velocidades y la fuerza hidráulica generada erosiona una cavidad en la formación, lo
que permite a la mecha dirigirse en esta dirección. Este método se utiliza normalmente
en formaciones blandas.
−Cucharas Deflectoras (“Whipstocks”): son piezas de acero en forma de cuchara con
una punta cincelada colocada en el hoyo para iniciar la desviación del hoyo. Pueden
ser de tres tipos:
a) Cucharas removible: consta de una larga cuña de acero, cóncava de un lado para
sostener y guiar la sarta de perforación, posee una punta de cincel para evitar el giro y
de un tubo portamecha para recuperar la herramienta.
b) Cuchara de circulación: su instalación es igual a la anterior, pero en este caso el
fluido de perforación circula por un orificio en el fondo removiendo los ripios.
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c) Cuchara permanente tipo revestidor: queda permanentemente en el pozo y su
principal aplicación es desviar a causa de una obstrucción colapso del revestidor o para
reingresar a un pozo existente con un pez.
− Motores de Fondo: tienen la particularidad de eliminar la rotación de la tubería,
mediante una fuerza de torsión en el fondo, impulsada por el lodo de perforación.
Pueden ser:
a) Tipo Turbina: es una unidad axial multietapa que demuestra ser muy eficiente
y confiable, especialmente en formaciones duras.
b) De Desplazamiento Positivo: consta de un motor helicoidal de dos etapas, válvula de
descarga, conjunto de bielas, conjuntos de cojinetes y ejes.
Herramientas de Medición:
Cuando se está perforando un pozo direccional, se deben tener los equipos de
medición para determinar precisamente la dirección e inclinación del pozo. Estos
equipos o instrumentos sirven para localizar posibles “patas de perro” o excesivas
curvaturas.
Las herramientas de medición son los equipos disponibles para conocer la inclinación y
dirección del pozo en el subsuelo. Las más usadas son:
−Péndulo invertido o Totco: es uno de los más elementales y sencillos instrumentos
con los que se puede detectar la desviación.
−Toma sencilla o “Single Shot” y tomas múltiples o “Multishot”: son métodos
magnéticos que requieren el uso de una barra no magnética (monel) y ofrecen la
información simultánea del rumbo e inclinación del pozo. La información es obtenida
después que la sección es perforada y arroja lecturas según la calibración de un
cronómetro.
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1.4 RADIO CURVA
La perforación horizontal inicia con una sección vertical o con cierta orientación, para
después continuar con la construcción de una curva de 0 a 90° antes de entrar
francamente al intervalo horizontal de interés (Cárdenas, 2008). Para lograr tal
horizontalidad se utilizan los siguientes métodos de construcción de radio de curvatura
(figura 4.12):
1) Método del radio de curvatura largo (LTR)
2) Método del radio de curvatura medio (MTR)
3) Método del radio de curvatura corto(STR)
4) Método del radio de curvatura ultracorto (USTR)
Los límites de los radios de curvatura se encuentran en los siguientes rangos:
1) Radio ultra corto R = 1 - 2 pies, L = 100 – 200 pies.
2) Radio corto R = 20 – 40 pies, L = 100 – 800 pies.
3) Radio medio R = 300 – 800 pies, L = 1000 – 4000 pies.
4) Radio largo R ≥ 1000 pies, L = 1000 – 4000 pies.
Radio de curvatura largo: En este caso la curva se va construyendo desde una
profundidad determinada por encina del yacimiento, hasta lograr la dirección
horizontal y completar la longitud a perforar a través de la formación productora; la
curvatura alcanza un radio de 1000 a 4000 pies con una relación de desviación de
hasta 6° por cada 100 pies de longitud. Esta técnica es la más común y aplicable en
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pozos costa fuera, para minimizar los impactos ambientales y reducir los costos de
campos en desarrollo. Las herramientas que se utilizan para alcanzar la horizontalidad
en el pozo son aparejos de fondo convencionales con montajes de cucharas
convencionales, uso de motores de fondo, perforación direccional rotatoria, etc.
Radio de curvatura mediano: Esta técnica es la más utilizada en pozos terrestres, la
técnica debe ser primordialmente aplicada en formaciones objetivo donde su limites
son estrechos, por ejemplo dentro de los yacimientos con propiedades especiales tales
como fracturas naturales que requieren de un agujero horizontal para incrementar la
productividad, pero cuyas capas adyacentes de gas y subyacentes de agua se
encuentran a una distancia estrecha (Cárdenas, 2008). La ejecución de radio medio
requiere de soportes técnicos, aparejos de fondo flexible y tecnología más
especializada; la razón del ángulo de desviación con respecto a la profundidad
perforada es del orden de 6 a 20° por cada 100 pies, alcanzando radios de curvatura de
290 a 950 pies. Las principales ventajas de esta tecnología son, menores profundidades
desarrolladas, menos torque y arrastre, bajos costos y utilización de herramientas
convencionales.
Radio de curvatura cortó: La tecnología de radio corto ha sido aplicada en la
perforación de pozos en donde las formaciones tienen problemas por encima de la
dirección del yacimiento, o bien, por razones económicas. De esta manera el agujero
se comunica y se extiende dentro del yacimiento; también suele utilizarse esta técnica,
para una sección horizontal en pozos ya existentes con baja productividad y por
cambió de objetivo (Cárdenas, 2008). Rigurosamente se utilizan herramientas
articuladas y especializadas en la sarta de perforación como es el Top Drive; la relación
del ángulo de desviación con respecto a la longitud perforada para obtener un radio
cortó es del orden de 1.5° a 3° por pie, con lo cual se forman radios de curvatura de 20
a 40 pies.
Radio de curvatura ultracorto: Esta técnica es muy apropiada en la aplicación de
inyección de agua en formaciones blandas, no consolidadas y depresionadas. La
aplicación más común de la perforación radial ultra corta dentro del yacimiento, se usa
para reducir el depresionamiento del yacimiento por segregación gravitacional o para
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la inyección de vapores u otros fluidos dentro del yacimiento. La relación del ángulo de
inclinación con respecto a la profundidad perforada es superior a los 3° por pie, con lo
que se logran radios de curvatura de hasta un pie.
1.5 ANGULO PROMEDIO
Es posible calcular los valores de NORTE, ESTE y TVD entre dos surveys direccionales si
nos basamos en el Método del Ángulo Promedio, tal como se muestra en las siguientes
relaciones.
DONDE;
MD = Es la profundidad medida entre dos estaciones de Survey (en pies)
I1 = Angulo de Inclinación de una estación de Survey superior (en Grados)
I2 = Angulo de Inclinación de una estación de Survey inferior (en Grados)
Az1= Direccion o Azimuth del Primer Survey (más arriba), en Grados
Az2 = Direccion o Azimuth del Siguiente Survey (más abajo), en Grados
GEOLOGÍA.
Tipo de formación.
Resistencia y esfuerzo de la roca.
Porosidad y permeabilidad.
Presión de formación.
Ángulos de echado de la formación.
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ESTABILIDAD DEL AGUJERO
Esfuerzo de sobrecarga.
Perfil de trayectoria.
Erosión y derrumbes.
Cerramiento del agujero.
Pérdida de circulación o influjo de gas.
Lechos de recortes
CONCLUSIÓN
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En términos generales, la técnica de Perforación Horizontal Direccional permite la
instalación de tuberías sin afectar las condiciones del obstáculo, pues a diferencia de
las perforaciones usuales (verticales y horizontales), este tipo de perforación posee la
virtud de poder ser guiada para salvar los obstáculos mencionados Debemos aclarar
que si bien se ha esgrimido de manera implícita que está técnica es novedosa, a nivel
mundial realmente no lo es pues sus primeras aplicaciones Perforación Horizontal
Direccional
FUENTES DE INFORMACION
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www.oilfield.slb.com/media/resources/oilfieldreview/spanish00/sum00/p20_31.pdf
www.oilfield.slb.com/media/resources/oilfieldreview/spanish03/sum03/p24_39.pdf
www.oilfield.slb.com/media/services/drilling/steerable/powerdrive_vortex.pdf
El abece del petróleo y del gas.
Molina, Patricio; "Trabajo práctico para Técnicas Energéticas: Perforación Direccional".
Autor:
Cohen Lisneydi
Peraza Sudeyse
Arteaga Greidymar
Herrera Jhosmer
Fuentes Adrian
Pinto Libny
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