Perforación Direccional

AgendaPerforación Direccional y Horizontal• Aplicaciones• Planeación• Diseño de Trayectorias• Diseño de BHA• Herramientas

– Motores,– BHA Rotarios– Turbinas

• Sistemas Emergentes• Aplicaciones Horizontales• Pozos Radio Largo, medio y Corto

AgendaSistemas MWD y LWD• Sistemas de Telemetría• Sistemas de Potencia• Sensores MWD• Sensores LWD

– Resistividad– Neutrón – Porosidad– Densidad

• Geo-Navegación

Tipos de pozos Horizontales:

• Radio Largo• Radio Medio• Radio Corto

Qué es Perforación Direccional?

• Dirigir un pozo de manera controlada a lo largo de una trayectoria planeada para alcanzar un objetivo geológico.

Aplicaciones

• Locaciones inaccesibles• Desvío (Sidetrack)• Perforaciones en Domos

de Sal• Pozos múltiples desde

una estructura artificial• Múltiples arenas desde un

pozo

Aplicaciones

• Exploración desde un pozo

• Pozos de alcance extendido

• Perforación Horizontal• Intersección de zonas de

alta presión• SAGD

Posicionamiento

y

Sistema de Coordenadas

Referencia Vertical

Referencia Global(Nivel del Mar)

Elevación del terreno

Elev

acio

n Po

zo

Proj

ect

Offs

et

Elev

ctio

n Es

truc

tura

Elevación de la Mesa

RKB

Prof

undi

dad

Surv

ey

Referencia Horizontal

Global Origin Eastings

Origen Proyecto

Origen Estructura

Wel

lO

ffset

Stru

ctur

e O

ffset

Origen Pozo

SurveyCoordinates Objetivo

Proj

ect O

ffset

Sistema de Coordenadas UTM

• En Perforación Direccional los mapas utilizados son planos.

• Para representar La Tierra en forma plana existen varias proyecciones.

• UTM divide la tierra en 60 Zonas, cada una de 6° de amplitud.

• Locaciones se miden en Nortes y Estes en cambio de longitudes y latitudes.

Zona de Coordenadas UTM

Equator(assigned False Northing value:= 0m for Northern Hemisphere= 10,000,000m for Southern Hemisphere)

Origin of False Easting

Central Meridian. Bisecting zone(assigned False Easting = 500,000m)

Zone narrows as it approaches the poles

500,000m

3°3°

Approximately600,000m at Equator

6°

Norte Grid/Norte Verdadero

True NorthGrid Projection

GNGN TN TN

Grid North(East of True North)

Grid North(West of True North)

Meridian of Longitude

Rings of Latitude

Central meridian (True North = Grid North)

N

E

Métodos de Cálculo de “Survey”

Un registro direccional está compuesto por :• Profundidad Medida MD• Inclinación • Azimuth (Corregida al Norte en referencia)

Métodos mas utilizados son• Tangencial• Angulo promedio• Radios de Curvatura• Mínima Curvatura

Método de Mínima Curvatura

Ecuaciones del Método de Curvatura Mínima

Planeación Básica

Planeación de Pozos Direccionales

La planeación direccional es el proceso en el que todas las variables del pozo se acomodan para cumplir con los objetivos de manera precisa y al menor costo posible

• Variables fundamentales:Coordenadas de superficieCoordenadas del objetivoTamaño del objetivoPozos vecinosTipo de Perfil

Tipos de Perfiles

• Perfil tipo “S”

• Perfil tipo “J”• Perfil tipo

“J reducida”

Terminología

– KOP : Kick Off Point– BUR : Build Up Rate– EOB : End Of Build– Inclinación– Azimut– TVD– Survey– Departure– Vertical Section– Severidad del Dog Leg

Clasificación de BUR

Factores en el Diseño de Trayectorias

• Factores Clave– Drenaje– Completamiento

• Otros Factores– Fallas – Locaciones remotas– Formaciones suaves (Evitar)– Programa de revestimiento– Arenas sobre/baja presión (Evitar)

Modelamiento de Trayectorias

• Tendencias de Giro “walk”• Anti-Colisión• Herramientas (MWD,

Gyro)• Modelos de Incertidumbre

– Elipse de incertidumbre – Traveling Cylinder

• Spider Plots

Planeación Avanzada

• Contempla colisión con pozos próximos

• La incertidumbre de posicionamiento es factor decisivo

Cálculos de Incertidumbre

Systematic Ellipse Error Surface

ISCWSA Error Surface Displaying ‘Bias’

Calculated Trajectory

‘Most Likely’ Trajectory

Survey Bias

Survey Station

Cilindro Viajero y Spider Plot

Traveling Cylinder Spider Plot

Torque y Arrastre

• Factor crítico en el diseño.• Consideraciones:

– Trayectoria del pozo– Configuración de la sarta– Dog-leg– Factores de fricción

• Uso de los Modelos T&D– Evaluar y optimizar trayectorias– Calcular fuerza normales (diseño de

casing)– Identificar profundidad alcanzable– Identificar los requerimientos de carga

del taladro– Identificar el diseño de sartas de

perforación

Torque y Arrastre

Análisis de Torque y Arrastre

Herramientas de Perforación Direccional

Herramientas de Perforación Direccional

• Dos tipos básicos:– Motores de Fondo– Ensamblajes Rotarios

• Técnicas Opcionales– Jetting– Whipstocks

• Adicionales– MWD (registros de desviación en tiempo real)– LWD (sensores de registros )

BHAs Rotarios

• Se usan para perforar secciones tangentes• Se usan cuando la tendencia de la formación es predecible para

construir o tumbar ángulo• Responde a cambios en el WOB

Diseño de BHA

• BHA (Bottom Hole Assembly).• Es otro factor clave en el diseño del pozo:

– Respuesta del BHA a cambios en los parámetros de operación o tendencias de formación

– Diámetro de los estabilizadores– Angulo del pozo– Angulo del motor de fondo– Distancias de los estabilizadores

Modelos de Diseño de BHA

• Existen varios modelos de BHA– Modelo de equilibrio:

modelo de “viga” estatica en donde todos los momentos y fuerzas en el hueco y el BHA estan en equilibrio (Lubinski).

– No consideran efectos de rotación

– Se deriva un valor por ensayo y error llamado FI (Formation Index) que interactúa con el BHA y la formación

– Es el mas usado y exacto

Motores de Perforación

• Los PDM son el método mas usado de control direccional.

• Son herramientas que usan el fluido como fuente de poder para hacer girar la broca sin que la sarta de perforación rote.

• la potencia del motor es generada por la combinación rotor/estator según el principio de Monieauinverso.

Configuración de Los PDM

Configuraciones Rotor / StatorRelaciones Rotor / Stator de Motores de Fondo

Componentes del PDM

Desempeño de los PDM

Motores Dirigibles

Rotor Jetting

Aplicaciones - PDM

Convencional Horizontal Horizontal

Turbinas

• También son accionadas por el fluido de perforación• Utiliza aletas de metal que dan resistencia a altas

temperaturas y ambientes hostiles• Mas rápidas que un PDM• Se utilizan generalmente con brocas impregnadas

(diamante natural)• Capacidad de ser dirigidas

Estabilizadores Ajustables

Perforación de Alcance Extendido

• Mejor conocida como ERD.

• Un pozo ERD es un pozo que alcanza una relación de desplazamiento horizontal de 2:1 respecto a su TVD o mas.

• Se han alcanzado relaciones de 5:1

• No necesariamente tiene que ser pozos horizontales

Perforación de Alcance Extendido

Perforación HorizontalMWD, LWD y Geo-Navegación

Ventajas de los Pozos Hz

• Las principales ventajas son:• Reducción de la conificación

de agua y gas debido a la reducción de la caída de presión a través del yacimiento

• Incremento de producción por incremento del área expuesta del yacimiento al pozo

• Reducción de la caída de presión en el pozo

• Una combinación de las dos anteriores puede producir una reducción en la producción de arena

• Aumento de recobro de reservas y un patrón mas eficiente de drenaje

Producción de Pozos Horizontales

• Consideraciones– Espesor vertical del

yacimiento– Relación de

permeabilidad Kh vs Kv– Efecto de las barreras

de permeabilidad vertical

– Estimación de la productividad

– Modelo de productividad

Reservas Recuperables

0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400 500 600

Espesor de Formación (ft)

N (M

Mst

b)

Iani=0.25

Iani=1

Iani=3

Iani=1Iani=0.25

Iani=3

VerticalHorizontalMultilateral

Selección de Aplicaciones Hz

Conectar fracturas naturales

Selección de Aplicaciones Hz

• Reducción de la conificación de agua y gas

Selección de Aplicaciones Hz

Incertidumbre Geológica y Posición horizontal

Selección de Aplicaciones Hz

Pozos altamente desviados Vs Pozos Horizontales

Actual Resistivity

Model Resistivity

Model and Actual GR

Well profile

Offset data

Actual & Model Neutron & Density

Well path Stratasteered to third & fourth target

Single fault

Selección de Aplicaciones Hz

Pozos verticales fracturados Vs Pozos Horizontales

Pozos Radio Largo

• Pozos con tasas de construcción desde 1 hasta 8°/100 pies.

• El motor que se usa para construir la curva se puede usar también para perforar la tangente.

• La curvatura del pozo no es suficiente para causar fatiga en el DP

Consideraciones de Diseño RL

• Se usan los DC para dar peso sobre la broca.

• No se debe rotar los DC en curvaturas altas

• Las herramientas de MWD/LWD son mas flexibles que los DC

• Si el ángulo es bajo, la sarta perforara en tensión.

• Minimizar DL no planeados en la sección de construcción.

Sección de Construcción y Tangente

• Se usan motores dirigidos diseñados con exceso de DL.

• Alternar intervalos de deslizamiento con rotación

• Seguir el perfil determinado

• Perforar tangente con motor preferiblemente

Pozos Radio Medio

• Los BHAs y la planeación con similares a pozos de Radio Largo

• Las curvas limitan la rotación de las herramientas• Estas limitaciones afectan el diseño del perfil• Perfiles con varias secciones. No es continuo

Diseño de Sarta Pozos de RM

• El WOB no proporciona peso a la broca• DC o HWDP en la sección vertical para empujar• Opciones de “pull down machines”• El análisis de T&D es critico en el diseño• Siempre con motores de fondo y MWD/LWD

Configuración del BHA

• El motor se diseña para no ser rotado

• Los estabilizadores son removidos

• Se usa un “Pad” o camisa excentrica

• Se puede usan un segundo codo.

• Es recomendable usar un Sensor ABI (At BitInclination) en el lateral

Pozos Radio Corto

• Curvaturas de 75 - 110°/30m.• Radios de 82 - 50 ft• Secciones horizontales de 650’

(198 m).• Equipo direccional incluye:

• Motores de construcción articulado.

• Motor lateral articulado• MWD articulado• Motor híbrido (alternativa)