Principios de PerforaciónDireccional

Tema: Principios Básicos de la Perforación Direccional

Expositor: Leopoldo Martinez

Fecha: Septiembre 24, 2002

Perforación DireccionalIntroducción

• La perforación direccional se ha

convertido en una herramienta muy

importante para el desarrollo de los

depósitos de aceite y gas.

• Probablemente el aspecto más

importante de la perforación direccional

controlada es que le permite a los

productores de todo el mundo desarrollar

depósitos que nuca podrían ser

alcanzados económicamente de otra

manera.

Definición de perforación direccional

• La perforación direccionalcontrolada es la ciencia y arte de desviar un agujero a lo largo de un curso planeado, desde unalocalización de partida, hasta un objetivo, ambos, definidos por un sistema de coordenadas.

• Un pozo direccional típico, comienza con un pozo vertical, de donde en algún punto se desvía de manera que la localización del fondo puede terminar a cientos de metros de distancia del punto de partida.

• Con el uso de la perforacióndireccional, se pueden perforarvarios pozos desde una mismalocalización/plataforma.

Desarrollo Histórico de la Perforación Direccional

• La perforación direccionalinicialmente fué usada comooperación correctiva, ya fuera paralibrar pescados, verticalizaragujeros desviadosaccidentalmente o para perforarpozos vecinos de alivio paracontrolar reventones.

• El interés en la perforacióndireccional controlada comenzóalrededor de 1929, después de la introducción de sistemas precisosde medición en los campos de Seminole, en Oklahoma.

• El primer pozo direccional se perforó en 1930 en Huntington Beach, California, pero no recibióreconocimiento favorable hasta1934, donde se perforó un pozodireccional para intersectar un pozodescontrolado.

Aplicaciones de la Perforación Direccional

• El sidetrack fué la primera técnicade perforación direccional paralibrar obstrucciones (pescados)

1.-Sidetracks

• Las localizacionesinaccesibles, tal comoobjetivos localizados bajociudades, rios, o áreassensitivamente ambientaleshacen necsario localizar el equipo de perforación lejos del objetivo.

2.-Localizaciones Inaccesibles

• Se ha encontrado que los domos salinosson excelentes trampas naturales de hidrocarburos acumulados debajo de la tapa superior del domo. Se perfora un pozo direccional para alcanzar el yacimiento atrapado y así prevenir losproblemas asociados con la perforación a través de estas estructuras.

3.-Perforación en domos salinos

4.-Control de

fallas

• El control de fallas es una aplicaciónpara perforar un pozo direccional en formaciones subterráneas donde existauna falla sin cruzar la línea de ésta.

5.-Múltiples pozos exploratorios desde un solo

agujero

• En este caso se perforan varios pozosexploratorios desde un solo agujerodesviándose del pozo original a diferentes profundidades. Permite la exploración de localizacionesestructurales sin la necesidad de perforar otro pozo.

6.-Perforación terrestre hacia localizaciones marinas

• Este tipo de perforación se desarrollacuando un yacimiento que estálocalizado bajo grandes volúmens de agua se encuentra dentro del alcance de un equipo terrestre. La cabeza del pozoestá en tierra mientras que el agujero se perfora direccionalmente bajo el aguapara alcanzar el yacimiento. Esta técnicaahorra dinero por que los equiposterrestres son mucho más económicosque las plataformas marinas.

• El uso de esta técnica es el modo máseconómico para desarrollar camposcosta afuera. Se perforan varios pozosdireccionales desde una solaplataforma.

7.-Perforación costa afuera de pozos múltiples

8.-Pozos de alivio

• Los pozos de alivio son usados paramatar pozos descontroladosinterceptándolos. Se debe planearcuidadosamente un pozo direccionalpara localizar e interceptar el pozofuera de control.

• Los pozos horizontales sirven parainterceptar horizontalmente una formaciónproductora para mejorar su producción. Esta técnica incrementa el área superficial de una formación productora., especialmente cuando la permeabilidadefectiva del yacimiento es vertical.

9.-Pozos

horizontales

10.-Pozos de alcance

extendido

• Los pozos de alcance extendido se perforan para alcanzar yacimientos quetienen un desplazamiento horizontal mayor a 5000 metros.

11.-Pozos multilaterales

• Los pozos multilaterales tiene variosagujeros que corren lateralmente saliendodesde un solo pozo original

• Los pozos de radio corto, normalmentereentradas de pozos verticales viejos, tienencurvas con un radio de 44 m. o menos, queno pueden perforarse con motoresconvencionales. Se utilizan para aislar zonasde producción con alta/baja presión o arenas con agua sin la necesidad de asentar/cementar un liner. Este tipo de perforación es deseable cuando el inicio de desviación se realiza abajo de formacionesproblemáticas.

12.-Pozos de radio corto, mediano y largo

Perfiles de Pozos Direccionales

• El perfil de un pozo direccional es la trayectoria del pozo planeado desdela superficie hasta la profundidad final de perforación proyectando el agujero en dos planos graficados.

Definiciones

• Para un mejor entendimiento del concepto de la perforación direccional, esnecesario comprender algunos términos, entre ellos se encuentran lossiguientes.

KOP, Inclinación y EOB Mtto. de Angulo, Secc. Tangencial y

Comienzo del Decremento

Fin del decremento y

desplazamiento del objetivo

Localización del Target

Y DOR

Profundida Vertical Verdadera,

TVD

Profundidad Medida,

MD

Desplazamiento horizontal,

HDSección Vertical, Vs

Azimuth Cuadrante

Coordenedas Rectangulares Azimuth

Tipos de Perfiles de Pozos Direccionales

En general, existen cuatro tipos de Pozos Direccionales, estos son:

• Rectos (Verticales)

• Tipo “S”

• Tipo “J”

• Horizontales

Pozos Verticales

Pozos Tipo “S”

Pozos Tipo J

Pozos Horizontales

HERRAMIENTAS UTILIZADAS EN SARTAS DIRECCIONALES

INTRODUCCIÓN

Antes de la introducción de los motores de fondo, se utilizaban otras

técnicas para desviar un pozo, como cucharas, y barrenas desviadoras

(jetting). Las herramientas y tecnología direccional ha evolucionado

tremendamente en los últimos 20 años. Para desviar un pozo se emplea

una amplia variedad de herramientas, entre las cuales, podemos

mencionar las siguientes.

Motores de Fondo

• Un motor de fondo es una herramientacilíndrica donde se conecta la barrena paraperforar un agujero y tiene la capacidad de dirigirlo hacia una cierta dirección. Se compone de varias secciones. Un sustitutosuperior, la sección de potencia, la secciónde transmisión, la sección de baleros y flecha impulsora y el cuerpo y cuerdas. A continuación se verán las tres partesprincipales.

Sección de Potencia

Esta sección consta de un rotor, fabricadoen acero inoxidable y un estator, queconsiste en un tubo de acero con un elastómetro (hule) moldeado dentro de él. El rotor y el estator tienen perfileshelicoidales similares llamados lóbulos, pero el rotor tiene un lóbulo menos que el estator. Hay diferentes combinaciones de rotor-estator. A esta combinación se le llama relación. Las relaciones máscomunes son 3:4, 4:5 y 7:8. Normalmente, entre mas grande es el número de lóbulos, mayor es el torque generado por el motor. Al hacer pasar un fluido a través de la sección de potencia, el rotor gira y a suvez, hace girar la barrena.

Sección de Transmisión

Esta sección está acoplada a la parteinferior del rotor. Transmite la velocidadrotacional y torque generado por la sección de potencia hacia los baleros y la flecha impulsora.La rotación es transmitidaa través de la flecha impulsora. La seccióntransmisora contiene la junta ajustable, que es donde se gradúa la deflexión del motor de fondo. Esta varía desde 0°hasta3°.

Sección de Baleros

Esta sección transmite el impulso de perforación y la potencia rotacional de la flecha impulsora hasta la barrena. Consiste en una flecha de acero forjadosoportada por baleros que absorben lascargas axiales y radiales. Los balerosaxiales tienen múltiples pistas para balineslubricados por lodo.

Drill Collars

Los drill collars son herramientas tubulares rígidas y pesadas. Se utilizanen la parte inferior de la sarta de perforación para proveer de peso y rigideza la barrena. Los hay lisos y espirales. Se fabrican en diferentesmateriales, pero los más comunes son de acero. Los hay también de unaaleación de metales, que los hacen antimagnéticos.

Drill Collars Cortos

Los drill collars cortos son una versión más pequeña de los drill collars normales. Se pueden fabricar de cortes de estos últimos. La utilidad mascomún con fines direccionales es la de aportar mayor longitud entre los dos puntos de contacto de la geometría de la sarta de perforación (como se verá mas adelante) y cuando el drill collar es antimagnético, se usa paraaislar las herramientas magnéticas de fuentes de interferencia de la mismaíndole.

Válvula Contra Presión

Esta herramienta es un sustituto normalmente corto (60 a 90 cm.), quesirve para alojar un cartucho con una válvula tipo “check”, que permite el flujo hacia abajo, pero no de regreso (flujo a la inversa). Esto es de sumaimportancia cuando el pozo aporta fluidos y la válvula les impide el pasohacia el interior de la sarta de perforación.

Porta Barrena Lisa y

Estabilizada

Este es un sustituto con caja en los dos extremos que normalmente se conecta a la barrena. Está fabricada de tal manera que se puede alojar un cartucho de válvula contra presión.

Tuberia de Perforacion Pesada (TP

HW)

Este es un miembro de la sarta de perforación con mediano peso y dimensiones similares a la tubería de perforación para un manejo másfácil. El tubo de pared pesada está acoplada a juntas de herramienta extra-largas. La TP HW es menos rígida que los drill collars y la superficie de contacto con las paredes del pozo, es mucho menor, reduciendo así el riesgo de una pegadura. También permite la perforación con altasrevoluciones y puede correrse en pozos con cambios en inclinación y dirección reduciendo los problemas de conexiones y fatiga. Hoy en día, la tendencia en el diseño de las sartas de perforación apunta hacia la utilización de menos Drill Collars y más TP HW, para darle peso a la barrena .

Estabilizadores

Los estabilizadores son una parte indispensable en la mayoría de lassartas direccionales, con y sin motor de fondo. Los principales objetivos del uso de los estabilizadores, es el control de la desviación del pozo, la reducción del riesgo de una pegadura por diferencial y la estabilización del agujero, rimando ojos de llave y severidades causadas por los cambios en inclinación y rumbo del pozo.

Orientador (UBHO)

También llamado sustituto de orientación el UBHO (Universal Bore Hole Orientator) es un sustituto recto con un piñon y caja en los extremos. Estáfabricado para alojar en su interior una camisa llamada “pata de mula”, la cual tiene acoplada una cuña donde asienta una herramienta medidora(MWD, giroscópico, sinleshot, etc). Esta cuña se alinea con la dirección de la deflexión del motor de fondo y se ajusta con opresores para impedir sugiro, una vez que se está perforando.

Herramienta MWD

Las herramientas MWD (Measurement While Drilling), Medición Mientrasse Perfora, se utilizan para obtener información del pozo en tiempo real, talcomo la inclinación, rumbo, temperatura del lodo y orientación de la cara de herramienta (del motor de fondo). Po ser una herramienta magnética, se debe alojar dentro de un drill collar antimgnético. Se compone de módulosmecánicos y electrónicos y normalmente se sitúa arriba del motor de fondo. La herramienta se compone de tres principales secciones, que son:

Pulser

Este módulo tiene componentes mecánicos que mediante la obstrucción y liberación parcial del flujo del lodo, transmite hasta la superficie la información del pozo.

Módulo electrónico

Este módulo tiene componentes electrónicos que con la ayuda de acelerómetros y magnetómetros se encargan de medir la inclinación y rumbo del pozo, así como la orientación de la cara de herramienta.

Módulo de baterías

Este módulo contiene las baterías para proveer de energía a la herramienta completa. Las baterías normalmente son de Litio y puedentrabajar durante periodos prolongados, (Hasta 240 Hrs.) a altastemperaturas (Hasta 130°C)

Tipos de sartas direccionales rotatorias

Hay ocasiones en que se diseñan sartas de perforación en pozosdireccionales sin incluir un motor de fondo en ellas. El diseño depende de la posición y diámetro de los estabilizadores integrados en la sarta y del comportamiento que se espera de ellas. Existen tres principales tipos de sartas direccionales. Ellas son:

-Sarta para construir ángulo.

-Sarta para mantener ángulo

-Sarta para decrementar ángulo.

Sarta para decrementar inclinaciónSarta para mantener inclinaciónSarta para levantar inclinación