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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 1

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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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Page 2: Herramienta d.p.d

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.

2

Page 3: Herramienta d.p.d

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

3

Page 4: Herramienta d.p.d

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).

5

Page 6: Herramienta d.p.d

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.

6

Page 7: Herramienta d.p.d

- 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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Page 8: Herramienta d.p.d

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.

14

Page 15: Herramienta d.p.d

*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

15

Page 16: Herramienta d.p.d

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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Page 17: Herramienta d.p.d

−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

17

Page 18: Herramienta d.p.d

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

18

Page 19: Herramienta d.p.d

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

19

Page 20: Herramienta d.p.d

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.

20

Page 21: Herramienta d.p.d

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.

21

Page 22: Herramienta d.p.d

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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Page 23: Herramienta d.p.d

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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Page 24: Herramienta d.p.d

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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Page 25: Herramienta d.p.d

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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Page 26: Herramienta d.p.d

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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Page 27: Herramienta d.p.d

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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