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Maestría en ing. petrolera 6 “a”, villahermosa, tabasco.
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Introducción
Desde los comienzos de la industria petrolera, la perforación es un punto
medular para la explotación y el desarrollo de los campos petrolíferos,
además de ser una de las especialidades más importantes, por sus altos
costos de inversión. En sus inicios, la perforación se utilizó para la
explotación de mantos acuíferos pero rápidamente su aplicación se llevó a la
industria petrolera, primeramente para comprobar y verificar el recurso
natural en el subsuelo en combinación con los avances en las técnicas y
metodologías geológicas, posteriormente se utilizaron para delimitar el área
yo el yacimiento, una vez !ue se comprobó y se delimitó el área de interés,
esta ciencia se usó para el desarrollo y explotación de los campos. "on el
descubrimiento de yacimientos en zonas y profundidades cada vez más
difíciles de alcanzar y desarrollar, la tecnología de perforación fué
evolucionando #asta el origen de la perforación direccional controlada, la
cual consistía en desviar el pozo de su trayectoria vertical #asta alcanzar un
ob$etivo. "on el origen de la perforación direccional se empezó a proveer de
nuevas #erramientas al ingeniero petrolero y una vez dominada esta técnica
para construir pozos direccionales se obtuvieron grandes beneficios tantoeconómicos como ambientales. Este traba$o proporcionara una guía básica
de perforación direccional, con los conocimientos básicos para comprender
las principales aplicaciones de la perforación direccional, así como de
algunas #erramientas usadas para la desviación y la medición de los
parámetros del pozo, al igual !ue los conceptos de #idráulica básica para
pozo direccionales. %or <imo, otro punto importante es !ue con esta guía
ad!uirirán los conocimientos básicos para comprender el proceso del dise'o
de trayectoria de un pozo direccional, proporcionando a los nuevos
estudiantes o ingenieros un criterio básico acerca de esta rama de la
perforación.
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Contenido
A................................................................................................................. 1
ANT!CNT". #!esarrollo$...................................................................... 1
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( ()*EDE"E)*E+. Desarrollo-
En la industria petrolera, la explotación y desarrollo de los campos
petroleros abarca varias especialidades, una de las más importantes, por
su alto costo de inversión y el alto riesgo !ue representa es la
perforación. Esta actividad nace a mediados del siglo I
accidentalmente, debido a !ue su ob$etivo principal era la b&s!ueda de
agua/ al inicio la explotación de los campos de #idrocarburos se enfocó
en la extracción de grandes vol&menes de #idrocarburos por medio de la
perforación intensiva. Debido a esto disminuyeron rápidamente losyacimientos fáciles y someros, volviendo a la perforación en una actividad
estratégica, por!ue cada vez son mayores las profundidades !ue
debemos alcanzar, las ubicaciones y condiciones son más severas, y es
por eso !ue esta actividad debió apoyarse en distintas disciplinas para
obtener el éxito deseado y descubrir nuevas reservas. "omo pasaban los
a'os, la tecnología de perforación de pozos iba evolucionando, los
orígenes de la perforación direccional se remontan a finales del siglo I
y a principios del siglo . El primer pozo direccional controlado se
perforó en 0untington 1eac# en "alifornia, Estados 2nidos, en el a'o de
3456 el cual se utilizó para iniciar la explotación de un campo marino. En
el a'o de 3457 se perforó el primer pozo de alivio para controlar un
reventón en "onroe, *exas, Estados 2nidos. En nuestro país, el primer
pozo direccional se realizó en 3486 en las "#oapas, 9eracruz. En :éxico
se #an perforado pozos direccionales con éxito en los campos
"uitla#uac, (gua ;ría, "erro )anc#ital, "atedral, "#icontepec, 1urgos,
etc. ( lo largo de los a'os los descubrimientos de yacimientos de
#idrocarburos convencionales y no convencionales tanto en el mar, en
zonas pobladas, en zonas más #ostiles y en zonas de protección
ambiental zonas protegidas-, #an incrementado la aplicación de técnicas
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de perforación direccional y a#ora es una de las técnicas más comunes
para desarrollar campos marinos y terrestres.
"(2+(+ < (%=I"("I>)E+ DE =( %E?;>?("I@) DI?E""I>)(=.
Investigando en libros, artículos, tesis y en la red internet- podemos
encontrar distintas definiciones de la perforación direccional una de ellas es
la de (%I (merican %etroleum Institute- A66B, !ue dice !ue la %erforación
Direccional es definida comoC El arte y la ciencia !ue implica la desviación
intencional de un pozo en una dirección especifica en orden para buscar un
ob$etivo predeterminado por deba$o de la superficie de la tierra.
"oncatenando las definiciones podemos llegar a una más concreta y precisa
la cual diceC 2n pozo direccional es a!uel !ue sigue una trayectoria definida
desde el punto en superficie origen- a otro punto en el subsuelo llamado
ob$etivo, el cual por lo regular no puede ser unido al origen mediante una
línea vertical/ la trayectoria del pozo dibu$a una curva en el espacio la cual
puede o no estar contenida en el plano. %ara lograr intersectar el ob$etivo
del pozo direccional se construye con diversos ensambles de fondo, los
cuales se vuelven más complicados dependiendo de la trayectoria. =aperforación direccional nos #a permitido optimizar las operaciones de
perforación, debido a !ue #a logrado maximizar la recuperación de
#idrocarburos en diferentes tipos de yacimientos y reducir significativamente
sus costos, las diferentes causas y aplicaciones desde sus inicios de esta
técnica, #a #ec#o !ue se desarrolle significativamente #asta la actualidad
como se observa en la figura 3.3/ a continuación se mencionaran las
principales causas y aplicaciones de la perforación direccional, las cuales
sonC
• >peraciones de desviación de pozo +idetracFing-.
• %erforación en línea recta.
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• %erforación de pozos m<iples desde una estructura artificial.
• %erforación de ob$etivos m<iples.
• =ugares inaccesibles.
• %erforación en presencia de domos salinos
• %erforación en presencia de fallas.
• %erforación de pozos de alivio control de alivio-.
• %erforación #orizontal.
• %erforación de pozos multilaterales.
• %erforación de alcance extendido.
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3 ;igura 3.3 (lgunas aplicaciones de la perforación direccional.
3. >%E?("I>)E+ DE DE+9I("I>) DE %>G> +IDE*?("HI)-.
=as operaciones de desviar un pozo o me$or conocidas como +idetracFing-,
es uno de las principales usos para la perforación direccional, esta resulta de
la acción de desviar un pozo para iniciar un nuevo agu$ero en cual!uier punto
por encima de la parte inferior del vie$o pozo, como se muestra en la figura
3.A
;igura 3.A >peración de desviar un pozo o +idetracFing
1 ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %A
?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %A.
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Existen diferentes razones para implementar una desviación o sidetracF, una
de ellas es evitar un pez fis#- !ue se #a !uedado en el agu$ero o la
pegadura de una tubería o el desprendimiento de la sarta de perforación, otra
de las razones es !ue por la parte inferior del agu$ero generar una desviaciónpara intersectar una formación productora en una posición más favorable
como penetrarla por encima del contacto aguaJaceite, al igual podemos
utilizarla para evitar los problemas asociados por la conificación de agua y
gas/ la desviación se puede realizar en pozos vie$os para mover la ubicación
de la parte agotada a otra parte !ue sea más productiva del yacimiento tal
como a través de una falla, en pozos exploratorios ayuda a tener una me$or
comprensión geológica del área, especialmente donde es complicada estaoperación de desviación o sidetracF puede #acer !ue sea muc#o más
económico !ue realizar m<iples pozos de exploración. Es una práctica
com&n la desviación sidetracF- en los pozos #orizontales, esto se logra
utilizando una cuc#ara de desviación llamada K#ipstocF- !ue se encuentra
dentro de la tubería de revestimiento y el pozo es desviado, posteriormente
la formación es perforada #orizontalmente y esto aumentara la productividad
del pozo. >tra aplicación es la de generar m<iples desvíos perforados
desde un &nico pozo y estos se denominan multilaterales como se muestra
en la figura 3.5.
:
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5 ;igura 3.5 :<iples desviaciones o :ultilaterales.
=a operación de desviación conocida como sidetracFing se logra mediante la
colocación de un tapón de cemento en el agu$ero o pozo a la profundidad a
la !ue la desviación comenzara, esta puede ser ciega u orientada, en una
desviación ciega la dirección de la desviación no se especifica por lo cual no
se considera un pozo direccional. "ual!uiera !ue sea de los dos casos, se
utiliza una #erramienta de desviación !ue permite perforar el pozo o agu$ero
vie$o para poder comenzar el nuevo.
A. %E?;>?("I@) E) =L)E( ?E"*(.
Este es un caso especial de aplicación de la perforación direccional donde en
vez de desviar el pozo se re!uiere mantener la verticalidad del pozo. (lgunas
de las razones para !uerer mantener la vertical del pozo sonC 3- %ara no
cruzar las líneas de arrendamiento. A- %ara mantenerse dentro de lasespecificaciones del contrato de perforación. 5- %ara mantenerse dentro de
los re!uisitos de espaciamiento del pozo en un campo desarrollado como se
muestra en la figura 3.7.
5 ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %5.
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3 ;igura 3.7 :antener la perforación recta del pozo.
En ciertas regiones, la desviación es causada por las formaciones naturales
!ue se #an formado a lo largo del tiempo por el movimiento terrestre, en
estos casos se utiliza un apare$o de fondo %acFed #ole assemblies- para
mantener la severidad de la pata de perro dentro de los límites razonables,
uno de estos ensambla$es es el de péndulo o llamado ensambla$e de
péndulo, el cual ayuda a mantener la inclinación lo más ba$o posible, aun!ue
en lugares donde se presentan ba$as inclinaciones su eficiencia es ba$a. En
zonas donde la inclinación es demasiado grande para llegar al ob$etivo, los
motores de fondo y los ensambla$es de péndulo pueden ser utilizados para
redirigir el agu$ero dentro del rango del ob$etivo, #ay !ue recordar !ue
algunas veces los ob$etivos se encuentran restringidos y mantener el control
de la inclinación es muc#o más complicado !ue permitir !ue el pozo se
desvié al igual !ue mantener la severidad de la pata de perro dentro de lo
razonable, es por eso !ue si en el lugar o la localización no contamos con
restricciones de ning&n tipo debemos permitir !ue el pozo se desvíe.
3 ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %7.
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5. %E?;>?("I@) DE %>G>+ :2=*I%=E+ DE+DE 2)(E+*?2"*2?( (?*I;I"I(=.
El ob$etivo de esta aplicación es perforar varios pozos desde una sola
ubicación o estructura artificial, como plataformas marinas de perforación o
islas #ec#as por el #ombre como se observa en la figura 3.M, un punto
importante para el desarrollo de esta aplicación es la parte económica debido
a !ue sería incosteable construir una plataforma para cada pozo, sin
embargo, los pozos pueden ser perforados direccionalmente/ esto permitiría
!ue cuarenta o más pozos puedan ser perforados desde una &nica
plataforma, sin esta técnica la mayoría de los desarrollos de los campos
marinos no sería rentable, combinado con las presiones económicas y
ambientales a la !ue se encuentra sometida la o las empresas encargadas
de desarrollar el campo.
Desde !ue más gobiernos y empresas se están volviendo más conscientes
del medio ambiente, esta técnica permite desarrollar campos !ue se
encuentran en zonas sensibles desde un solo sitio o una sola estructura
artificial, como ya se #a mencionado, la gran venta$a de esta aplicación es
poder reducir los gastos económicos como los de construcción de la
infraestructura para la perforación, reducir los gastos de producción, lo !ue
se logra por la proximidad de los pozos a una sola ubicación y los gastos de
traslado de la instalación y e!uipo.
=
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: ;igura
3.M :<iples pozos desde una estructura artificial.
7. %E?;>?("I@) DI?E""I>)(= ">) >1NE*I9>+ :2=*I%=E+.
En algunas ocasiones las estructuras geológicas !ue identifican los geólogos
pueden definirse por tener distintas áreas u ob$etivos para un prospecto !ue
no pueden ser perforadas con un pozo vertical, esto genera !ue tengamos
!ue perforar a través del primer ob$etivo y posteriormente alterar la dirección
del pozo para llegar al siguiente ob$etivo/ la planificación puede ser en un
plano de dos dimensiones o tres dimensiones en el primero solo el ángulo de
desviación debe ser alterado, mientras !ue en el segundo se debe tomar en
cuenta los cambios en la inclinación y en el azimut#.
2na de las aplicaciones especiales de la perforación dirección con m<iples
ob$etivos es la de zonas m<iples de arenas, estas son perforadas con un
solo pozo, esto se debe !ue en las zonas de arenas con una fuerte
inclinación están selladas por una discordancia, falla o una extensión de un
: ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %M.
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domo salino/ esto implicaría la perforación de pozos verticales para #acer
producir cada una de la zonas de arenas, !ue están separadas por una
barrera permeable. +in embargo, todas las zonas de arenas pueden ser
penetradas con un solo pozo direccionalmente lo !ue reduce enormementelos costos de la producción como se muestra en la figura 3.8.
6 ;igura 3.8 %erforación de m<iples arenas con un solo pozo.
M. %E?;>?("I@) DI?E""I>)(= E) O?E(+ I)(""E+I1=E+.
:uy a menudo, una zona productora ob$etivo se encuentra verticalmente por
deba$o de un lugar o zona de la superficie !ue es poco práctica como sitio
para el e!uipo de perforación. =os e$emplos más comunes incluyen zonas
residenciales, lec#os de ríos, monta'as, puertos, carreteras, ciudades,
costas, instalaciones de producción y actualmente las zonas ecológicas
6 ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %8.
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protegidas/ son algunos de los casos por el cual la perforación direccional
nos permitiría llegar a la zona productora y no alterar el ecosistema en la
superficie, ya !ue el pozo puede ser desplazado #orizontalmente por la
perforación direccional y esto permitiría la producción de un yacimiento de#idrocarburos el cual de otro modo seria inaccesible como se ve en la figura
3.B.
;igura 3.B =ugares o zonas inaccesibles.
8. %E?;>?("I@) DI?E""I>)(= ( *?(9P+ DE ;(==(+.
=a perforación direccional también se aplica para perforar en zonas donde
existen fallas como se ve en la figura 3.Q, esto se debe a !ue es más
complicado perforar un pozo vertical en lugares donde #ay fuertes ec#ados y
planos de fallas inclinados, debido a !ue generaran !ue la barrena se desvié
?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %B.
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cuando pase a través de estos y muc#as veces la barrena seguirá el plano
de falla.
%ara evitar este problema, el pozo puede ser perforado por la parte superior
o inferior del blo!ue de falla y desviado posteriormente a la zona productora
o !ue la barrena cruce a un ángulo suficiente para !ue la barrena no cambie
de dirección y no siga el plano o la dirección de la falla.
= ;igura 3.Q %erforación a través de un plano de falla.
B. %E?;>?("I@) DI?E""I>)(= E) D>:>+ +(=I)>+.
:uc#os de los campos petroleros están asociados con intrusiones o con
domos salinos, esta técnica de perforación direccional se #a utilizado paradesarrollar y explotar con éxito los yacimientos !ue se encuentran atrapados
o asociados con intrusiones de sal. Debido a !ue en vez de tener !ue
= ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %Q.
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perforar a través de la extensión del domo salino, podemos perforar los
pozos de manera direccional de forma adyacente al domo de sal o en las
trampas subyacentes como se ve en la figura 3.4, sin embargo, es difícil
perforar grandes intervalos utilizando lodos base agua dulce, actualmentecon el desarrollo de fluidos base aceite se #a podido perforar a través de los
domos de sal lo cual #a ocasionado !ue se reduzca la aplicación de la
perforación direccional. (un así utilizar la perforación direccional para
perforar alrededor del domo salino reduce significativamente los problemas
asociados a tener !ue atravesar el domo de sal.
9 ;igura 3.4
%erforación en
domos salinos.
Q. %E?;>?("I@) DE %>G>+ DE (=I9I> ">)*?>= DE %>G>+-.
%odemos decir !ue la perforación direccional en sus inicios se desarrolló
para realizar pozos de alivio o de control, esta es una de las aplicaciones
más especializadas debido a la alta precisión y riesgo !ue la involucran. +i
9 ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %4.
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un pozo revienta y ya no se puede controlar o acceder desde la superficie,
entonces se perforara un pozo de control o de alivio para interceptar el pozo
descontrolado desde su parte inferior como se muestra en la figura 3.36.
%ara llevar a cabo esta operación es necesario bombear agua o lodo a través
del pozo de alivio #asta llevarlo dentro del pozo descontrolado, la perforación
direccional debe ser extremadamente precisa y re!uiere de #erramientas
especiales para interceptar el pozo, debido a !ue los datos de medición
survey- no son lo suficientemente precisos para realizar estas operaciones,
por lo cual necesitamos registros de proximidad al perforar pozos de alivio.
10 ;igura 3.36 %erforación de pozo de alivio.
4. %E?;>?("I@) 0>?IG>)*(=.
=a perforación #orizontal es otra aplicación especial de la perforación
direccional y se utiliza para aumentar la productividad de varias formacionescomo se ve en la figura 3.33, una de sus primeras aplicaciones fue en
yacimientos naturalmente fracturados o !ue presentan fracturamiento
10 ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %36
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vertical, esto debido a !ue la mayor cantidad de producción viene de las
fracturas, por lo cual un pozo vertical se encuentra limitado debido a !ue es
menos probable !ue se encuentre con un sistema de fracturas y esto
ocasionara !ue sus gastos de producción sean ba$os, por lo tanto, un pozo#orizontal tiene muc#as más posibilidades de encontrarse con estos
sistemas de fracturas, un e$emplo de la perforación #orizontal es en el
yacimiento naturalmente fracturado en (ustin "#alF en *exas.
=os pozos #orizontales en muc#os casos permiten aumentar el radio de
drene y con esto se puede incrementar la producción al igual nos permiten
reducir los problemas de conificación de agua o de gas, al colocar el pozo de
forma óptima en la zona productora generara !ue se puedan producir altosgastos de crudo y con muc#o menos caídas de presión debido a la cantidad
de formación expuesta al pozo.
>tra de sus aplicaciones es el fracturamiento #idráulico el cual aprovec#a al
pozo #orizontal para generar numerosas sistemas de fracturas a lo largo del
pozo para aumentar la producción y reducir significativamente el n&mero de
pozos verticales necesarios para explotar el yacimiento, también pueden
utilizarse para optimizar y maximizar la eficiencia de drenado del yacimientoya !ue conecta las partes del campo !ue son productivas.
1:
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11 ;igura 3.33
%erforación #orizontal.
36.%E?;>?("I@) DE %>G>+ :2=*I=(*E?(=E+.
=a perforación direccional también puede ser utilizada para perforar pozos
multilaterales, estos son pozos adicionales perforados desde un pozoprincipal como se ilustra en la figura 3.3A, los cuales pueden ser tan simples
como una desviación en agu$ero abierto o tan complicado como una sección
entubada !ue tiene un aislamiento de presión.
=os pozos multilaterales se utilizan para aumentar la producción
gradualmente, sin la necesidad de aumentar los costos de capital del
proyecto, son muy utilizados en operaciones costa afuera donde existen
limitaciones en el n&mero de pozos !ue pueden llegar a la plataforma, aligual se puede utilizar para colocar pozos #orizontales adicionales en un
yacimiento.
11 ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %33.
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1 ;igura 3.3A %erforación de pozos multilaterales desde una plataforma.
33. %E?;>?("I@) DE (="()"E E*E)DID>.
En esta aplicación los pozos tiene altas inclinaciones y grandes
desplazamientos #orizontales de la profundidad vertical verdadera perforada,
la cual se utiliza para desarrollar campos con menos estructuras artificiales
plataformas- o donde #ay secciones pe!ue'as de un yacimiento el cual por
el tama'o seria incosteable o in$ustificado económicamente una plataforma
adicional como se ve en la figura 3.35.
Esta técnica se vuelve cada vez más popular debido al aumento del costo de
las plataformas para aguas profundas y por el desarrollo de instalaciones en
lugares con ambientes severos las cuales puedan sopórtalo.
1 ?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling :anual. %etro+Fills >"I.%etro+Fills,==".() >"I "ompany. "opy?ig#t A66B. %3A.
1
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"on el desarrollo y avance de la tecnología se #a logrado !ue las operadores
puedan perforar pozos de alcance extendido con altas relaciones de 0D*9D
0orizontal displacement *rue 9ertical Dept#-, relación entre el
desplazamiento #orizontal y la profundidad vertical verdadera, se #an logradoperforar pozos con altas relaciones de 0D*9D de 83 lo cual nos indica !ue
el desplazamiento #orizontal es más de seis veces la profundidad vertical
verdadera con la profundidad total medida.
15 ;igura 3. 35 %erforación de alcance extendido.
15 #ttpCKKK.nortrade.comsectorsarticlesnorKayJextendsJoilJresearc#JKit#JpetromaFsJA
1=
http://www.nortrade.com/sectors/articles/norway-extends-oil-research-with-petromaks-2/http://www.nortrade.com/sectors/articles/norway-extends-oil-research-with-petromaks-2/http://www.nortrade.com/sectors/articles/norway-extends-oil-research-with-petromaks-2/http://www.nortrade.com/sectors/articles/norway-extends-oil-research-with-petromaks-2/http://www.nortrade.com/sectors/articles/norway-extends-oil-research-with-petromaks-2/
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?(;I">
+eg&n su frecuencia de uso, las principales técnicas de perforación sepueden apreciar en el siguiente gráfico.
0:
101:0:505:30 35
5
22
11
5 2 1 2
12
3 2
Frecuencia de uso Aproximado
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">)"=2+I>)
Esta investigación constituye una guía de conceptos básicos !ue permitenconocer los métodos de perforación petrolera a grandes rasgos, y así poderdefinir cuál es el me$or tipo de perforación para ciertos lugares, cual se utilizaen mar, en estratos difíciles, en lugares en los !ue el arreglo con propietarioso con restricciones ambientales no lo permiten, etc. < de esta manera poderevaluar una alternativa a usar y definir un proyecto en base a estaalternativa. De igual manera podemos observar !ue estas #erramientas vanligadas a los nuevos métodos !ue se #an estado desarrollando, por e$emploel fracFing !ue es algo novedoso !ue están empezando a implementar con laperforación #orizontal, o la multiperforación de pozos en mar y tierra con ele!uipo en una sola posición pero a grandes profundidades más !ue nada enaguas profundas.
0
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1I1=I>?(;L(.
Nosé 0umberto "orrea *ello ;undamentos de %erforación Direccional,
2)(: A664.
?ic#ard +. "arden. 0orizontal and Directional Drilling, %etro+Fills ==". an
>"I ">:%()Fla#oma, "opy?ig#t A66B.
#ttpCKKK.nortrade.comsectorsarticlesnorKayJextendsJoilJresearc#JKit#J
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