01-conceptos básicos de perforación

Perforación DireccionalConceptos Básicos y Definiciones

Ing. DD Eduardo Papaterra

© 2009 Halliburton. All Rights Reserved. 2

Perforación Direccional

En un principio, se creyó que todo pozo era vertical. Sin embargo, no existe tal pozo vertical.

Todos los pozos, por accidente o diseño, presentan cambios de inclinación y dirección.

Este hecho, llego a representar un problema y la industria se vio en la necesidad de desarrollar maneras de mantener los pozos en curso. De allí, nació la ciencia, o arte para algunos, de la Perforación Direccional Controlada.


Perforación Direccional

Perforación Direccional Controlada es la ciencia o el arte de construir el hoyo

de un pozo, a lo largo de una trayectoria planificada desde una

posición inicial en superficie hasta un objetivo en el subsuelo, ambos puntos

definidos por un desplazamiento lateral, dirección y profundidad vertical

dada.


¿Por Qué la Perforación Direccional?

Por Condiciones de Superficie

Obstáculos en Superficie (Problemas de Posicionamiento Taladro/Pozo),Restricciones Legales/Ambientales, Economía

Por Condiciones de Subsuelo

Colisión con otros pozos, Múltiples objetivos, Reentradas, Condiciones

Geológicas, Control de Pozos, Pescados/Obstrucciones

Por Necesidades Especiales

Recuperación Mejorada, Economía


Sidetracking

El Sidetrack fue originalmente la técnica empleada para pasar un pescado u obstrucciones en un hoyo.

Múltiples Sidetrack son usados para una mejor definición geológica o para ubicar el pozo en la posición más favorable del yacimiento.


Control de Verticalidad

El Control de Verticalidad es una aplicación especial de la Perforación

Direccional.

¿ Por qué?

Para mantener el pozo dentro de limites o fronteras legales, condiciones geológicas o riesgos de colisión.


Pozo de Alivio

Usado para interceptar el hoyo de un pozo fuera de control, cuando las instalaciones de superficie ya no son accesibles, con fines de “matarlo” y controlar la arremetida.

Estos pozo son desviados para pasar lo más cercano posible al pozo fuera de control, y luego, bombear lodo pesado para contrarrestar las presiones y así controlar la arremetida.


Perforación de Múltiples Pozos Costa Afuera

Un solo pozo direccional puede intersectar varios yacimientos a la vez.

Al intersectar los objetivos con cierta inclinación garantiza una mayor penetración del yacimiento.

Los pozos son perforados direccionalmente desde Taladros Sumergibles y luego son conectados a la plataforma una vez instalada.


Perforación de Pozos en Zonas Inaccesibles

Pozos perforados direccionalmente para alcanzar objetivos localizados bajo facilidades de superficie, ciudades, pueblos, ríos, áreas sensitivamente ambientales o similares, al tener que colocar el taladro alejado del objetivo.

Perforación Costa Afuera desde tierra.


Pozos Horizontales

Pozos con secciones horizontales de unos pocos pies a miles de ellos en longitud, que atraviesan al yacimiento objetivo con una inclinación de +/‐ 90°.

Aumentan la productividad del pozo al aumentar la exposición de la zona productora.


Pozos Multilaterales

Perforar varios hoyos desde un mismo pozo en común.

En algunos casos, brinda un drenaje más eficiente que un pozo horizontal convencional.


Entre otras aplicaciones ….

Perforar yacimientos con altos buzamientos con un solo pozo.

Evitar zonas problemáticas para alcanzar el yacimiento de interés. Zonas de problemas, tales como: Domos de Sal, Zonas con Presiones Anormales,…


Conceptos y Definiciones

Trayectoria o Perfil de PozoLa Trayectoria consiste en el recorrido que realiza el pozo desde el punto de origen en superficie hasta el punto final de la perforación. El Perfil Direccional es

la descripción de esta trayectoria planeada en un plano de dos

dimensiones.



Trayectoria o Perfil de PozoEl diseño de la trayectoria de un pozo

involucra el empleo de métodos basados en el uso de puntos denominados Estaciones de Registro (Surveys).

Las estaciones de registro son definidas por Coordenadas Geográficas o Locales y Referencias de Profundidad y Ángulo.



Referencias de ProfundidadIndicadores del distanciamiento

existente entre un punto de interés y la superficie.

Indican cuan profundo se encuentra con respecto al nivel de referencia.

Dos Referencias por Profundidad son conocidas:

Profundidad Medida (PM, o MD por siglas en Ingles).

Profundidad Vertical Verdadera (TVD, por sus siglas en Ingles)



Profundidad Medida

Distancia medida a lo largo del trayecto del hoyo, desde el punto de referencia en superficie hasta un punto de interés.

A nivel operacional, corresponde a una medición y cuenta de tubería (Pipe Tally).

Profundidad Vertical Verdadera

Distancia vertical desde el nivel de referencia en superficie hasta un punto

en la trayectoria del pozo. Habitualmente, es un valor calculado a partir de la PM.


Elevación MR

Nivel del Mar (MSL)

Elevación KB

Nivel del Terreno (GL)

Elevación Cabezal

Profundidad por Debajo del Mar

Generalmente, el punto de referencia en superficie es la Mesa Rotaria del taladro. En aquellos casos donde se emplea más de un taladro de diferentes dimensiones, el nivel del terreno es la opción

más adecuada.



Referencias AngularesRepresentan la desviación en ángulos respecto a la vertical u horizontal de un

punto a otro.



InclinaciónÁngulo en grados formado entre la vertical local y la tangente al eje del

perfil del pozo en un punto en particular.

0° es vertical y 90° es horizontal.

La referencia vertical es la dirección del vector de la gravedad local y puede ser indicada, por ejemplo, con un peso de plomo.



Dirección, Rumbo o AzimutÁngulo en grados medido en dirección de las manillas del reloj partiendo desde un Norte de referencia, el cual indica la

dirección del hoyo en el plano horizontal en un punto en particular.



La dirección de un pozo puede ser expresada en:

Dirección por Cuadrante

Por ejemplo, N 45 O, S 38 E, N 63 O.

Esta es la manera estándar de leer una brújula.

Dirección por Azimut

Por ejemplo, 45, 142, 197, etc.

La dirección viene dada por el ángulo en grados medido en dirección de las manillas del reloj partiendo desde un Norte de referencia.



Instrumentos de especializados son utilizados para medir la inclinación y el azimut del pozo.

Instrumentos convencionales de tipo electrónico, usan Acelerómetros para medir la Inclinación y Magnetómetros o Giroscopios para medir el

Azimut

Sensores Magnéticos, usan el campo magnético de la tierra para medir la dirección del hoyo. Toda medición debe estar lejos de posibles fuentes de magnetismo.

Sensores Giroscópicos, se basan en la primera ley de Newton para su funcionamiento, por lo que su orientación es independiente del Norte magnético y/o campos magnéticos en general.



Operacionalmente, todas las herramientas magnéticas dan una lectura de azimut referenciada al Norte Magnético de la

tierra, pero como este cambia constantemente, las coordenadas finales calculadas son siempre referenciadas al Norte Geográfico con el objetivo de obtener una referencia estable.



Declinación Magnética, Norte Magnético y Norte Real

Se entiende como Declinación Magnética la conversión de Norte Magnético a Norte Geográfico o Real.

Al igual que el Norte Magnético, la Declinación Magnética es dependiente de espacio y tiempo

El Norte Real o Geográfico coincide al eje de rotación de La Tierra.

El Norte Real es Constante.

Un registro referenciado al Norte Real es valido en el presente y futuro.

nDeclinacióAzimutAzimut MagnéticoNortealNorte += _Re_


Conceptos y DefinicionesInterferencia Magnética

Son todas las influencias externas que distorsionan el campo geomagnético de la tierra, lo cual causa errores en las lecturas de

dirección de los sensores magnéticos.

Estas interferencias magnéticas se clasifican en:

Interferencia Cross‐Axial, incluye todos los componentes que actúan perpendicular al eje de la sarta, causada por algún pescado dejado en el hoyo, la cercanía a un pozo existente o un punto caliente

(hot spot) en los componentes del BHA.

Si la fuente de la interferencia no puede ser removida, los instrumentos Giroscópicos (Gyros) son la

alternativa.



Interferencia Magnética

Interferencia Axial, comúnmente denominada Interferencia Magnética de la Sarta, es causada por la magnetización de algunos componentes del BHA.

Un campo magnético local, afecta a los sensores de MWD, causando un desfase en los resultados de azimut.

Este error puede incrementarse, dependiendo de la inclinación y la latitud. También se vera afectado significativamente cuando se perfora en sentido Este‐Oeste, a través

de las líneas del campo magnético de la tierra.

La interferencia Axial pude ser controlada de dos maneras:

Algoritmo Tipo Short Collar (Solución Matemática) y,

Espaciamiento No Magnético (Solución Física).



Entonces,….Un Registro Direccional (Survey) viene

dado en términos de Azimut e Inclinación del hoyo a una cierta

Profundidad.

Conociendo la distancia entre los puntos y las coordenadas del punto superior, las coordenadas del punto más bajo pueden

ser conseguidas por adición.



Entonces,….Basta asumir algún tipo de perfil de pozo

idealizado entre la estación superior e inferior.

El perfil a asumir puede simplemente ser una línea recta o puede ser algún tipo de línea curva

definida por los puntos.

La exactitud de las coordenadas finales dependeráde la aproximación de la trayectoria asumida

con la trayectoria real del hoyo.



Método del Ángulo PromedioAsume una trayectoria de hoyo tangencial al promedio

aritmético de los ángulos de inclinación y dirección entre dos puntos de registro.

Sencillo y certero para ser usado en campo a falta de la herramienta adecuada.

El error reducirá y su exactitud será mayor a medida que la distancia entre los puntos se haga menor.



Método del Ángulo Promedio. Ecuaciones…

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

×Δ=Δ2

cos 21 IIMDTVD

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

×Δ=Δ2

cos2

sin/ 2121 AAIIMDSN

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

×Δ=Δ2

sin2

sin/ 2121 AAIIMDOE



Método del Radio de CurvaturaAsume una curva suavizada entre las estaciones de registro. La curvatura del arco es determinada por la inclinación y dirección de ambos puntos, y su longitud coincide con la distancia medida

entre los dos puntos.

Usado para planificar, más no para reportes oficiales.

Problemas con inclinaciones y direcciones iguales. Radio de Curvatura Infinito.



Método de la Mínima CurvaturaSimilar al anterior al asumir un perfil curvo suavizado entre los dos puntos de

registro, pero la inclinación y dirección del hoyo se define por la curva de menor radio de curvatura formada por las tangentes de ambos puntos.

Ecuaciones complicadas y requieren de una calculadora programable o una computadora.

Se deben cambiar los ángulos a radianes.

Actualmente, considerado el método más preciso.



Punto de Amarre (Tie‐On)

Punto de Referencia o Estación de Registro donde las Coordenadas Geográficas o Locales y Referencias de Profundidad y

Ángulo son conocidas.

Todos los Cálculos de trayectoria comienzan por el Tie‐On.

Generalmente, para hoyos nuevos el Tie‐On a escoger son las Coordenadas de Superficie.

Un valor interpolado entre dos Estaciones de Registro conocidas también es un Punto de Amarre valido.



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Cambio en Profundidad Medida (CL o ΔMD)

9734253522

12

=Δ=−=Δ=Δ−Δ=Δ=

MDCLMDCL

MDMDMDCL

MD (ft) Incl (°) Azm (°) ΔMD (ft) Dogleg (°) RF ΔN/S (ft) ΔE/O (ft) ΔTVD (ft) N/S (ft) E/O (ft) TVD (ft) Sec. Vert. (ft)

DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97

*CL: Course Length



Pata de Perro (Dog Leg)

Curvatura Total del Hoyo (Cambio combinado en Tres Dimensiones de Inclinación y Dirección) entre dos

estaciones de registro

El Dog Leg viene expresado en grados

( )[ ]2112211 coscoscossinsincos IIAAIIDL ×+−××= −



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Dog Leg o Pata de Perro (DL)

( )[ ]( )[ ]

792.275.10cos00.8cos00.28500.282cos75.10sin0.8sincos

coscoscossinsincos1

2112211

=×+−××=

×+−××=−

−

DLDL

IIAAIIDL


DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97 2.79



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Factor de Suavizado (RF)

[ ][ ]

0002.1792.2

21802

792.2tan

21802tan

=

××=

××=

RF

RFDL

DLRF

π

π


DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97 2.79 1.0002



Tierra, Mapas y Posicionamiento

Operacionalmente, cada dato de fondo debe estar relacionado a posiciones en superficie y/o elevaciones.

Pero…

La Tierra es un esferoide achatado en los polos, que no posee inicio, fin y bordes, siendo difícil su conversión a una superficie plana y

rectangular o Mapa.


Conceptos y DefinicionesTomando los polos como puntos de referencia, tenemos:

Líneas de Longitud trazadas de polo a polo, llamadas Meridianos.

Miden distancia Este y Oeste, a partir de un Meridiano Principal, establecido cerca de

Greenwich, Inglaterra. (Línea de 0°)

Líneas de Latitud trazadas alrededor del globo, paralelas al Ecuador, llamadas Paralelos.

Miden distancia Norte y Sur a partir del Ecuador.



Sistemas de Proyección en MapasMétodos Matemáticos diseñados para convertir Latitud y

Longitud en un Mapa Plano.

Con un Mapa Plano, los pozos pueden ser graficados en un Sistema de Coordenadas Cartesianas XY.

El Sistema de Proyección más usado es el Sistema de Coordenadas Universal Transversal de Mercator (UTM, por sus siglas en Ingles).


Conceptos y DefinicionesSistema de Coordenadas Universal Transversal de

Mercator (UTM)Proyección Cilíndrica Horizontal, donde un Meridiano es tangente al Mapa.

La Tierra se divide en 60 zonas iguales, separadas cada 6 grados, numeradas del 1 al 60, comenzando en la Longitud 180° y en dirección Este.

Cada Zona posee un Meridiano Central.

Líneas de Latitud del tope y base de la Zona están espaciadas en incrementos de 8°, desde Latitud 80°S y hasta Latitud 84N, identificadas por Letras, desde la C hasta la X, saltando I y O.


Los Polos son Altamente Distorsionados por este Sistema. En su sustitución las Coordenadas UPS (Universal Polar Stereographic) son más apropiadas.

Valores X son referenciados al Meridiano Central, con un valor de 500.000 metros Este.

Valores Y son relativos al Ecuador, con un valor de 0 metros Norte. Para evitar números negativos a las ubicaciones al Sur, al Ecuador se le asigna el valor de 10.000.000 metros Norte.


Mercator (UTM)


En un Sistema de Grilla, el Norte de Grilla es paralelo al Meridiano Central.

Cualquier ubicación fuera del Ecuador y/o del Meridiano Central posee una Diferencia Angular entre el Norte Verdadero y el Norte de la Grilla.

Esta diferencia es el Ángulo de Convergencia.


Mercator (UTM)


Aplicar el Ángulo de Convergencia es igual para cualquier Sistema de Grilla.

Sustraer el Ángulo de Convergencia a la dirección del Norte Verdadero para obtener la dirección del Norte de la Grilla.

Recordar que la Convergencia Este es Positiva, y la Convergencia Oeste es Negativa.

iaConvergencAzimutAzimut alNorteGrillaNorte −= Re__


Mercator (UTM)



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Cambio en Coordenadas Norte/Sur

( ) ( )[ ][ ]( ) ( )[ ][ ]

63.32

970002.1282cos75.10sin00.285cos00.8sin2cossincossin 2211

=Δ

××+×=Δ

Δ××+×=Δ

SN

SN

MDRFAIAISN


DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97 2.79 1.0002 3.63



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Cambio en Coordenadas Este/Oeste

( ) ( )[ ][ ]( ) ( )[ ][ ]

37.152

970002.1282sin75.10sin00.285sin00.8sin2sinsinsinsin 2211

−=Δ

××+×=Δ

Δ××+×=Δ

OE

OE

MDRFAIAIOE


DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97 2.79 1.0002 3.63 -15.37



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Cambio en Profundidad Vertical (ΔTVD)

( )[ ][ ]( )[ ][ ]

70.952

970002.175.10cos00.8cos2coscos 21

=Δ

×+=Δ

Δ×+=Δ

TVD

TVD

MDRFIITVD


DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97 2.79 1.0002 3.63 -15.37 95.70



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Total Coordenadas N/S, Coordenadas E/O y Profundidad Vertical (TVD)


DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97 2.79 1.0002 3.63 -15.37 95.70 9.88 -27.95 3497.70

70.349770.9500.3402

2

2

22

=+=Δ+=

TVDTVD

TVDTVDTVD

88.963.325.6

2

2

22

=+=

Δ+=

SNSN

SNSNSN

95.2737.1558.12

2

2

22

−=−−=

Δ+=

OEOE

OEOEOE



Desplazamiento o ClosureDistancia y Dirección de una línea recta trazada desde el punto de

origen hasta el último survey tomado.

Coordenadas Norte y Este, expresadas en Coordenadas Polares.

Dirección es medida desde la Referencia Norte en forma de Azimut.

Closure es usado en el cálculo de la Sección Vertical.



Sección VerticalLongitud Horizontal de la proyección del hoyo en un Plano

Vertical específico y definido por la Dirección Propuesta del Pozo.

Generalmente, la dirección propuesta corresponde al plano

definido por la recta intersección entre el cabezal del

pozo y el Objetivo.



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Sección Vertical

( )6448.29

95.2788.9 22

22

=

−+=

+=

ClosureClosure

OESNClosure

53.7088.9

95.27tan

tan

1

1

−=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−

−

Azi

Azi

Azi

Closure

Closure

SNOEClosure

Closure: 29.64 ft @ 289.47 ° Azi,(29.64 ft @ N 70.53 O)



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Sección Vertical


DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97 2.79 1.0002 3.63 -15.37 95.70 9.88 -27.95 3497.70 29.59

( )( )

59.2947.28900.286cos64.29

cos

=−×=

−×=

VSVS

ClosureAziClosureVS AziObjetivo



Severidad de Pata de Perro (DLS)Curvatura del Hoyo o Dog Leg normalizado

a un intervalo estándar de longitud.

Generalmente, expresado de forma xx.xx °/100’.

También, xx.xx °/30m o xx.xx °/10m son expresiones validas.

Altas Severidades de Pata de Perro generan Torque, Arrastre, Hoyos Tipo Llave, Desgaste del Revestidor y Fatiga de la tubería .



Porque….

La fricción entre la tubería y las paredes del hoyo causa el Torque y Arrastre, entonces combinando Altas Tensiones y Curvaturas de Hoyo (Doglegs) su efecto se verá reflejado con mayor intensidad.



Porque….

Rotación de la tubería en una curva genera un estrés cíclico capaz de causar la fatiga/falla de la misma.

Al adicionar Altas Tensiones a la Rotación de la tubería contribuye a la formación de Hoyos Tipo Llave y Desgaste de la Paredes del Revestidor.



Método de la Mínima Curvatura. Cálculo Tipo…Severidad de Pata de Perro (DLS)


DLS (°/100')

3425 8.00 285.00 6.25 -12.58 3402.00

3522 10.75 282.00 97 2.79 1.0002 3.63 -15.37 95.70 9.88 -27.95 3497.70 29.59 2.88

88.297

100792.2

100

=

×=

Δ×

=

DLS

DLS

MDDLDLS


Incertidumbre y AnticolisiónCada método de cálculo da resultados similares, sin embargo, la exactitud de la data en sí

puede causar incertidumbre sobre la ubicación precisa del hoyo, producto de que cualquier medición posee un error asociado.

Un Registro Direccional es una medida en Tres Dimensiones y por eso la incertidumbre de la medición es en tres direcciones, resultando en un

Volumen de Incertidumbre.

Los Registros Azimutales poseen la mayor incertidumbre con respecto a la Inclinación

El posible Perfil del Pozo a cualquier profundidad puede ser graficada como una Envolvente Elíptica, o Elipse de Incertidumbre por su representación en un plano bidimensional. (Wolff & DeWardt)


Incertidumbre y Anticolisión

Un Análisis Anticolisión considera la ubicación de los demás pozos

existentes y el requisito de que el pozo planeado los evite.

El tamaño de la elipse aumenta medida que el hoyo es profundizado, por la incertidumbre acumulada.

Aunque la más favorable localización del pozo es cercana al centro de la elipse, puede ubicarse en cualquier punto dentro de la elipse.

La incertidumbre que impacta la ubicación del pozo planeado también ocurre con los demás pozos.

La incertidumbre es determinada por variaciones estadísticas de las herramientas de registro. C/u de ellas posee diferentes errores sistemáticos produciendo elipses de distintos tamaños.



Factor de Holgura o Separación (Clearance Factor,CF)

Número Adimensional utilizado para determinar la probabilidad de colisión entre pozos adyacentes

Viene definido según:

Cuanto menor sea el CF, más cerca está un pozo del otro

SF > 1, Elipses separadas

SF = 1, Elipses se tocan

SF < 1, Elipses se Sobreponen

ElipsesentreciaDisCentrosentreciaDisCentrosentreciaDisCF

__tan__tan__tan

−=


Criterio de Anticolisión. Estándar HALLIBURTONClearance Factor, CF1 Planificación Perforación Notas

Menor a 1.0 No Permitido DETENER /NO PROCEDE

No se presentaran planificaciones con CF menores o iguales a 1 para aprobación de nuestros clientes.

Operaciones de Perforación DEBEN cesar hasta que alguna de las siguiente condiciones se cumpla:

•Uno, o más de los pozos en cuestión son re-registrados con una herramienta de mayor precisión y el CF resultante es ahora mayor a 1.

•El Cliente y Halliburton acuerdan que el continuar la perforación no causara riesgo operacional o ambiental, y el Cliente decide asumir toda la responsabilidad.

Nota, bajo ninguna circunstancia se procederá a perforar, a menos que se garantice que no existe riesgo operacional o ambiental.

Mayor a 1.0, menor a 2.0 Se requiere conocimiento por parte del Cliente para Continuar

Seguir procedimientos de Riesgo de Colisión

El Cliente debe saber que existe un riesgo de colisión y debe implementar medidas preventivas para garantizar ningún riesgo operacional o ambiental, antes de nosotros acordar iniciar operaciones.

Seguir procedimientos de riesgo de colisión.

Mayor a 2.0 OK Perforar

Trayectoria del Pozo es aceptable desde el punto de vista de riesgos de colisión.

Si no hay riesgos de colisión más abajo en la trayectoria del pozo, continúe la perforación y evalúe de nuevo si el pozo se desvía del plan con elipses de incertidumbre mayores a las del plan original.

Si existe riesgo de colisión más abajo en el hoyo, siga los procedimientos de riesgo de colisión.




Durante la perforación, debemos mantenernos fuera de la elipse de incertidumbre de otros pozos para

evitar una colisión

Un análisis de proximidad del Tipo Cilindro Viajero, muestra la proximidad de pozos vecinos

durante la perforación


Perfiles de Pozo Tipo

TerminologíaCon el fin de comprender el perfil de un pozo, ciertos

términos deben ser dominados:

KOP (Kick Off Point). Punto por debajo de la superficie donde el pozo se desvía de la vertical.

Sección de Incremento de Ángulo, designada con una tasa de aumento de ángulo constante (Build Up Rate) hasta lograr un ángulo deseado o el objetivo planeado sea alcanzado.



TerminologíaSección Tangente. Su propósito es mantener el ángulo y dirección hasta que el siguiente objetivo sea alcanzado.

Sección de Caída de Ángulo usualmente empleada para retornar el pozo al eje vertical.

Combinaciones de estos términos pueden dar origen a diversos perfiles de pozos apropiados a los objetivos geológicos y mecanismos de producción esperados



Terminología5 Perfiles de Pozo Tipo son conocidos.

No todos los pozos son representación fiel de estos patrones, pero pueden ser combinación o modificaciones de ellos.

Usar uno u otro dependerá de los objetivos geológicos, mecanismos de producción, diseño mecánico y/o economía que se tenga en mente



Pozo VerticalPozo que no posee de forma

planificada desviación alguna de la vertical



Pozo Tipo “S”Pozo con una Sección de Incremento de Ángulo, seguida de una tangente, y una Sección de Caída de Ángulo

hasta retornar a la vertical

Posibilidad de Intersectar Múltiples Objetivos.

Desplazamiento Horizontal Limitado.

Costa Afuera garantiza el espaciamiento apropiado entre pozos.



Pozo Slant o Tipo “J”Pozo con una Sección de Incremento de Ángulo, seguida de una tangente hasta la profundidad final del hoyo

Perfil Simple

KOP determinará Inclinación Final

Largos desplazamientos horizontales dependiendo de lo somero del KOP e Inclinación Final



Pozo HorizontalPozo con una o dos Secciones

Continuas de Incremento de Ángulo, con tangentes intercaladas, finalizando con una Sección

Horizontal (Incl. 86°)

Variantes 3D, con cambios de dirección.


Pozos Horizontales

Pozos Convencionales, o de Radio Largo, son definidos, generalmente, como aquellos con tasas de construcción de aproximadamente de 1 a 8

° / 100 pies.

Los Pozos Horizontales se pueden clasificar de acuerdo a la tasa de construcción de ángulo de la siguiente manera:

Su sección de construcción permite rotar con seguridad el motor direccional, y adicionalmente, la curvatura del hoyo no es lo suficientemente alta para hacer fallar la tubería de perforación por fatiga.

Punto de entrada vertical de 1500 pies de distancia del yacimiento objetivo.

Su longitud horizontal puede ser considerable, generalmente oscila entre los 3000 y 4000 pies, sin embargo, el record se encuentra en más de 10.000 pies.


Pozos Horizontales

Pozos de Radio Medio, requieren de aproximadamente 300 pies para completar un giro de vertical a horizontal.


Usan equipo direccional similar al utilizado en los pozos de radio largo, pero las prácticas de perforación son diferentes.


Pozos Horizontales

Pozos de Radio Corto, pasan de vertical a horizontal en 50 pies o menos.


Requiere de ensamblajes articulados y especializados, y los diámetros típicos son generalmente más pequeñas que la de los pozos convencionales.

Es de uso frecuente, tubería flexible de perforación (Coil Tubing).

Se dispone de tecnología de perforación para pozos de radio UltraCorto.


Pozos Horizontales

Geo‐Navegación (Geosteering)Construcción de la Sección Horizontal de un pozo, donde la trayectoria es Ajustada en Tiempo Real de acuerdo a los datos

geológicos observados durante la perforación

Una geología compleja, marcadores poco definidos y objetivos poco claros, convierten la perforación direccional convencional (Direccionamiento Geométrico) en poco práctico.

Entre los métodos usados para la Geo‐Navegación se incluye: la tasa de penetración (ROP), Muestras de Fondo, LWD (Gamma Ray, Resistividad, Densidad/Neutrón, Sónico)



Pozo de Sección NegativaTambién llamado Undercut, es un pozo

tipo horizontal, con desplazamiento negativo.

Su objetivo es no haber consumido Sección Vertical al momento de Iniciar la construcción de la fase

horizontal del Pozo


Métodos de Deflexión

Cucharas (Whipstock)

Una de las primeras herramientas utilizadas Cuña de Metal colocada en el pozo de tal forma

que la mecha se desvíe

Ensamblajes Rotarios

Ensamblajes Direccionales

Sistemas Direccionales Rotarios (RSS)

Existen diferentes herramientas direccionales que pueden ser usadas para deflectar el pozo o simplemente guiarlo hacia donde queramos



Los Ensamblajes Rotarios se utilizan sólo ocasionalmente, sin embargo, un ensamblaje direccional con motor en el modo de

rotario se comporta de igual manera.

La Fuerza Resultante aplicada sobre la mecha se descompone en: Fp (Fuerza Pendular) y, Fb (Fuerza de Construcción).

Teóricamente,

Fp> Fb, la inclinación caerá.

Fp <Fb, la inclinación aumentará.

Fp = Fb, la inclinación se mantendrá constante.

Ensamblajes RotariosConsiste de la mecha y una combinación de estabilizadores, collares de perforación y otras herramientas especializadas ubicadas por debajo de la tubería de perforación, donde la tendencia de desviación es causada por la

flexión de los collares.


Métodos de DeflexiónEnsamblajes Rotarios

Los estabilizadores sirven de puntos de apoyo permitiendo desviar la dirección de la fuerza aplicada sobre la mecha.

g Fb


Métodos de DeflexiónEnsamblajes Rotarios. Principio del Péndulo…

Estabilizadores por encima de la mecha son removidos y un DC adicional es agregado, dándole flexibilidad al BHA.

Los estabilizadores superiores, propiamente ubicados, mantienen los tubulares alejados de la parte baja del hoyo.

La gravedad actúa en el tubular más bajo y la mecha, causando que el hoyo pierda inclinación.


Métodos de DeflexiónEnsamblajes Rotarios. Principio Fulcrum…

Usa un estabilizador justo por encima de la mecha.

Durante la rotación en fondo, suficiente peso es aplicado para que los tubulares inmediatos se curven.

Este arco causa que la mecha empuje hacia el tope del hoy, resultando en un incremento de ángulo a medida que se perfora.


Métodos de DeflexiónEnsamblajes Rotario. Principio de Estabilización…

Los estabilizadores son colocados en puntos específicos para control la sarta de perforación y minimizar la desviación del hoyo.

Aumentos en la rigidez del BHA por adición de estabilizadores impide la curvatura de la sarta forzando a la mecha a perforar de forma tangencial.

Este tipo de ensamblaje es usado para mantener ángulo.


Los Motores de Fondo o Desplazamiento Positivo (PDM, por sus siglas en ingles), son herramientas activadas

por fluido permitiendo rotar la mecha independientemente de la sarta de perforación.

Métodos de DeflexiónEnsamblajes Direccionales y Motor de FondoConsisten en una combinación de estabilizadores y Motores de Fondo con Bent

Housing como método primario de control direccional.


Poder rotacional generado por un rotor y un estator, los cuales poseen lóbulos helicoidales enlazados para formar cavidades helicoidales selladas. (Principio de Moineau)

El flujo de fluido a través de estas cavidades fuerza el rotor a girar.

El rotor viaja en un movimiento alrededor del eje de la herramienta el cual está conectado a una articulación flexible que transmite el torque a la mecha sin afectar el efecto de las cargas axiales y laterales sobre la misma.

Métodos de DeflexiónEnsamblajes Direccionales y Motor de Fondo


Ensamblajes Direccionales y Motor de FondoUn motor direccional, típicamente configurado con una curvatura en su estructura y dos o

más estabilizadores, permite ser operado bajo dos modalidades:

Perforar “deslizando”, o en Modo Orientado.

Consiste en orientar inicialmente la mecha en la dirección a perforar, al circular lodo por el motor hace rotar la mecha, más no la sarta. De esta manera y en combinación de los estabilizadores, al aplicar peso sobre la mecha el hoyo es construido en la dirección

orientada.




Cara de la Herramienta (Toolface)Termino relacionado a las herramientas de deflexión o motores direccionales, y puede ser expresado

de dos maneras:

Toolface Físico, usualmente identificado en las herramientas por una línea de referencia (o Scribe Line).

Toolface Conceptual, es la medida angular de la orientación de la sarta de perforación con respecto al tope del hoyo (Highside) o a la referencia Norte

del mismo.



Toolface MagnéticoDirección (en el plano horizontal) donde el

Bent Sub se encuentra orientado con respecto a la referencia Norte.

Generalmente, usado en inclinaciones menores o iguales a 5°. A estas inclinaciones, el Toolface Gravitacional no es del todo exacto.

En un pozo relativamente vertical, no existe dirección del hoyo. Salir de la Vertical requiere que el Direccional oriente el Toolface en la dirección planificada del pozo.



Toolface GravitacionalInclinación (en el plano horizontal) del

Highside de la herramienta de registro, sin importar la dirección del hoyo.

Con inclinaciones mayores a 5°, el Toolface Gravitacional resulta el más apropiado a usar.

Se presenta en la cantidad de grados a la derecha o izquierda del HighSide del hoyo.


Conceptos y DefinicionesUna vez alcanzada la inclinación entre 5 y 8 grados, el Toolface cambia de Magnético a Gravitacional. Este cambio de Orientación se conoce como

Cambio de Toolface o CrossOver.

Si el Toolface Magnético se encuentra Orientado en la Dirección del Hoyo, para el momento del cambio, el Toolface Gravitacional indicara

Cero grados o High‐Side.

El Bend ahora se encuentra orientado hacia el tope del hoyo.


Conceptos y DefinicionesCambios de Inclinación y Dirección según la Orientación

Cuando el Toolface Gravitacional se encuentra …

Por encima de los 90° derecha y/o izquierda, la Inclinación Aumenta.

90° a la derecha y/o izquierda, teóricamente, la Inclinación se Mantiene.

Por debajo de los 90° derecha y/o izquierda, la Inclinación Disminuye.

A la derecha del HighSide/LoSide, la dirección del hoyo Gira hacia la Derecha.

A 0° (HighSide) o 180° (LoSide), teóricamente, la Dirección se Mantiene.

A la izquierda del HighSide/LoSide, la dirección del hoyo Gira hacia la Izquierda.


Con respecto al Toolface Magnético…

Mantener la misma orientación a bajas inclinaciones, eventualmente hará que la orientación se convierta en la dirección del hoyo, y la inclinación aumente sin cambio de dirección.

Esto ocurre cuando la dirección del Toolface Magnético concuerda con la dirección del Hoyo.

Esta condición es equivalente al Cero Gravitacional. Creando así un patrón para usar el Toolface Magnético de forma similar al Gravitacional.

Un Toolface Magnético cercano a la dirección del hoyo, aumentará la inclinación del hoyo.

Conceptos y DefinicionesCambios de Inclinación y Dirección según la Orientación


Ensamblajes Direccionales y Motor de FondoUn motor direccional, típicamente configurado con una curvatura en su estructura y dos o

más estabilizadores, permite ser operado bajo dos modalidades:


Perforación rotacional.

La sarta completa rota y el efecto de la curvatura del motor es anulado hasta el punto de nuestro interés.

En esta modalidad el ensamblaje de fondo se convierte en un ensamblaje direccional convencional, donde la tendencia es determinada por el diámetro y posición de los estabilizadores y rigidez del sistema.


Ensamblajes Direccionales y Motor de Fondo


Combinando ambas modalidades desde superficie, pueden construirse distintos

perfiles de hoyo.


Métodos de DeflexiónSistemas Direccionales Rotarios (RSS)

Una herramienta diseñada para perforar direccionalmente con rotación continua desde la superficie, eliminando la necesidad de deslizar con motor

direccional.

En los Ensamblajes RSS existen dos grandes sistemas:

Empujar la Mecha (Push the Bit), método donde se imparte una fuerza lateral a la mecha en una dirección constante, donde la desviación se logra por la acción de corte lateral de la mecha.

Apuntar la Mecha (Point the Bit), método que desvía ligeramente la mecha del eje axial al BHA y del hoyo. Similar al procedimiento de deslizar con motor direccional.


Torque y ArrastreEl Torque y Arrastre son factores críticos para determinar si la trayectoria de pozo

seleccionada puede ser perforada y entubada

Arrastre es el aumento o pérdida de peso aparente de la sarta cuando la tubería sale o entra al hoyo, y el Torque es la fuerza requerida para

hacer girar la sarta de perforación.

Ambas son fuerzas de reacción resultantes de la tensión y/o rotación de la sarta de perforación a través de secciones curvas de un pozo.

El torque y arrastre, en pozos verticales es insignificante, en pozos direccionales puede ser significante, y en pozos horizontales o ERW es un factor crítico.

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Torque y ArrastreEn un pozo direccional, el torque y arrastre proviene en mayor parte de la tensión de la tubería y curvatura del hoyo. En pozos horizontales o de alto ángulo el peso resulta más significativo.

Los Modelos de Torque y Arrastre consideran la trayectoria del pozo, la configuración de la sarta, doglegs, factores de fricción, y profundidad de asentamientos para sus predicciones.

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El modelo más usado es el "Soft‐String", Johancsik et al. (1983), donde la sarta se modela como una cadena o un cable que es capaz de soportar cargas axiales, pero no de flexión.


Cálculo de Torque y Arrastre (Soft‐String)

Torque y Arrastre

( ) ( )n

n

FInclWTInclWInclTInclAziTF

×±×=Δ

×+Δ×+×Δ×=

μcossinsin 22

Dividir la Sarta de Perforación en segmentos a partir de la mecha, donde las condiciones de bordes son conocidas.

Calcular la Fuerza Normal (Fn) y Tensión (T) según la geometría del hoyo y peso de la sarta.

La Tensión en la parte superior del segmento se convierte en la Tensión en la parte inferior del próximo segmento, y así sucesivamente hasta llegar a superficie, donde corresponde a la carga del gancho .


Torque es calculado de forma similar

Experiencia de campo ha demostrado que el arrastre axial de la sarta de perforación axial se reduce cuando se aplica rotación.

Por lo tanto, cuando la sarta es rotada la componente axial es insignificante.

El torque en la mecha es sumado a lo largo del hoyo, al igual que el arrastre.

Cálculo de Torque y Arrastre (Soft‐String)

Torque y Arrastre

RFMInclWTF

n

n

××=Δ×=Δ→≅×

μμ cos0


Diseño de Sarta Direccional

Torque y Arrastre

El Diseño de una Sarta de Perforación Direccional depende del Perfil del Pozo.

Pozos con Inclinaciones menores a 60 º, son similares a los pozos Verticales, sin embargo, sacar la tubería del Hoyo suele ser el factor limitante, respecto a la Tensión limite requerida.

Pozos con Inclinaciones mayores a 60 º, el arrastre bajando puede ser el factor limitante en función del coeficiente de fricción.

Por encima de la Inclinación Crítica, la tubería debe ser empujada en el hoyo. En ese caso, el Peso de la Tubería por encima de la Inclinación Crítica se reduce al

mínimo para reducir el arrastre hacia abajo.

La Inclinación Crítica es aquella donde el arrastre bajando es igual a la componente del peso a lo largo del eje del Hoyo, y viene en función del

coeficiente de fricción.



Torque y Arrastre

Pozos de Alto Ángulo o Pozos Horizontales

Superada la Inclinación Crítica, la tubería debe ser empujada al hoyo.

Eventualmente, el arrastre supera el peso de la tubería y no baja por su propio peso. Cuando el arrastre bajando supera la Carga Crítica de Pandeo, la sarta comienza a pandearse y el arrastre se hace aun mayor.

El peso de la tubería tiene un fuerte componente en el arrastre en este tipo de pozos, por lo tanto, la tubería a ser usada en el tramo de alto ángulo debe ser lo más ligera que sea posible.

HWDP es usada en y por encima de la curva para dar peso y empujar la sarta de perforación.

Porta‐Mechas o DrillCollar’s pueden o no ser requeridos en la parte vertical por encima de los HWDP para empujar la sarta de perforación.

En algunos casos, el concepto de Parejas Hibridas es usado. Este tipo de parejas combinan HWDP´s con DP´s o DC´s, combinando rigidez/flexibilidad y peso.



Torque y Arrastre

Sarta Típica en Pozos Horizontales Convencionales (Radio Largo)


Pandeo de TuberíaModo de Falla de la Tubería de Perforación causada por el Arrastre

presente en el hoyo y la aplicación de Altas Cargas de Compresión sobre la misma

Tres niveles de Pandeo de Tubería son conocidos:

Pandeo Sinusoidal, constituye una falla en dos dimensiones producto del arrastre de la tubería.

Pandeo Helicoidal, constituye una falla en tres dimensiones producto de la compresión de la tubería.

Lock‐Up, donde ya no llega peso alguno a la mecha, por el incremento del contacto entre la tubería y las paredes del hoyo.

Incrementos de Curvatura de Hoyo e Inclinación contribuyen de Igual forma a la generación de la falla

Sus efectos son magnificados con la Rotación de la Tubería

01-conceptos básicos de perforación

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