5perforación direccional

8/2/2019 5perforacin direccional

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12. PERFORACIN DIRECCIONAL


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12. Perforacin direccional 12.1 Diseo de un pozo direccional

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12.1 DISEO DE UN POZO DIRECCIONAL

Aspectos generales

La tecnologa de perforacin direccional tuvo sus inicios en la dcada de losveinte. En 1930 se perfor el primer pozo direccional controlado en HuntigtonBeach, California. En 1943 se perfor el primer pozo de alivio en Conroe, Texas.En nuestro pas, el prime pozo direccional registrado fue perforado en 1960 en lasChoapas, Veracruz.

La perforacin direccional es el proceso de dirigir el pozo a lo largo de unatrayectoria hacia un objetivo predeterminado, ubicado a determinada distancia

lateral de la localizacin superficial del equipo de perforacin. En sus principiosesta tecnologa surgi como una operacin de remedio. Se desarroll de talmanera que ahora se considera una herramienta para la optimizacin deyacimientos. Comprende aspectos tales como: tecnologa de pozos horizontales,de alcance extendido, y multilaterales, el uso de herramientas que permitendeterminar la inclinacin y direccin de un pozo durante la perforacin del mismo(MWD), estabilizadores y motores de fondo de calibre ajustable, barrenasbicntricas, por mencionar algunos.

Con frecuencia el control de la desviacin es otro concepto que serelaciona con la perforacin direccional. Se define como el proceso de mantener alagujero dentro de algunos limites predeterminados, relativos al ngulo deinclinacin, o al desplazamiento horizontal con respecto a la vertical o a ambos.

Se ha tratado el diseo de pozos verticales, considerando la perforacincomo el proceso unidimensional de penetrar la tierra con la barrena a determinadaprofundidad vertical. Sin embargo, la perforacin es un proceso tridimensional. Labarrena no slo penetra verticalmente, si no que se desva intencionalmente o nohacia los planos X-Y (Fig.12.1). El plano X se define como el plano de direccin yel Y como el inclinacin. Los ngulos asociados con los desplazamientos en losplanos X y Y son llamados ngulos de "direccin y de inclinacin",respectivamente.


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Figura 12.1 Planos de inclinacin y direccin conforme un pozo avanza en el plano de la profundidad

Razones para perforar un pozo direccional.

La perforacin de un pozo petrolero, ya sea debido a problemas de perforacin o a

consideraciones econmicas, tiene muchas aplicaciones. A continuacin semencionarn algunas de las ms comunes.

En la Fig. 12.2 se muestra un ejemplo tpico de la situacin de control detrayectoria. Aqu, una estructura se ubica casi por completo debajo de un lago. Elpozo 1, perforado sobre una parte de la estructura que no se encuentra debajo dellago, puede ser perforado desde tierra como un pozo con control de la desviacin.Sin embargo para desarrollar el resto del campo, se necesitar de la perforacinde pozos direccionales. La nica manera en que se podran perforar pozosverticales es desde embarcaciones de perforacin o plataformas, terminando lospozos sobre el lecho del lago (terminaciones sublacustres), o bien desde una

plataforma flotante o fija. Los aspectos econmicos de estas opciones pudieranser menos atractivos que la perforacin de pozos direccionales desde algunalocalizacin terrestre, en la cual se puede utilizar un equipo terrestre convencional.En algunas situaciones, no existen alternativas para perforar un pozo direccional.Por ejemplo, el lago puede ser la nica fuente de agua potable en el rea, por lotanto, pueden existir restricciones ambientales que prohban el uso de


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embarcaciones y equipos tales como los equipos de perforacin y lasinstalaciones de produccin.

Figura 12.2 Vista en planta de un yacimiento tpico de aceite y gas debajo de un lago, mostrando comose pueden utilizar los pozos direccionales para desarrollar el campo.

En sus inicios, la perforacin de pozos direccionales fue evidentementemotivada por los aspectos econmicos. Los campos costa fuera en Californiafueron el rea de oportunidades tanto para la aplicacin de esta tecnologa, comopara un grupo especial de personas llamadas perforadores direccionales.Descubrimientos posteriores de aceite y gas en el Golfo de Mxico y otros pases,promovieron la expansin de la perforacin direccional.

El desarrollo de campos costa afuera ha absorbido la mayora de las actividadesde perforacin direccional. La Fig. 12.3 muestra una tpica plataforma dedesarrollo costa fuera. En varias ocasiones se han descubierto campos debajo dezonas urbanas, y la nica manera de desarrollarlos de manera econmica ha sidoperforando direccionalmente (Fig. 12.4). Frecuentemente, las obstruccionesnaturales tales como montaas u otros accidentes topogrficos impiden laconstruccin de una localizacin superficial y la perforacin de un pozo casivertical (Fig. 12.5). Otra aplicacin de la perforacin direccional es el efectuar unadesviacin desde un pozo existente. Esta desviacin puede ser efectuada parapuentear una obstruccin (un pez) en el agujero original (Fig. 12.6) o parabuscar horizontes productores adicionales en los sectores adyacentes del campo(Fig. 12.7).


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Figura 12.3 Figura 12.4

Figura 12.5


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Figura 12.6 Figura 12.7

Relevantes aspectos ambientales y econmicos han incrementado el usode la perforacin direccional. En algunas reas simplemente ya no es posibledesarrollar un campo haciendo caminos a cada localizacin superficial yperforando un pozo vertical. En lugar de esto, as como en las instalaciones costafuera, es necesario construir plantillas desde las cuales se puedan perforar variospozos. Lo anterior, no slo ha incrementado la actividad de perforacin direccional,si no que tambin los programas de trayectorias son ms complicados,aplicndose en situaciones y reas donde no era comn hacerlo. Por ejemplo, seestn perforando pozos direccionales para desarrollos geotrmicos, los cualesestn siendo perforados en granitos duros y en otras rocas gneas y metamrficas.Tambin se estn perforando pozos de alcance extendido con desplazamientos

horizontales de ms de 10,000 m y con miras a incrementarse. Conforme seincrementen los costos de desarrollo de campos (en aguas profundas,localizaciones remotas, ambientales hostiles y zonas productoras mas profundas)el uso de la perforacin direccional tambin se incrementar.


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Definiciones y conceptos bsicos.

Con el fin de familiarizar al Ingeniero de Perforacin con los conceptos ydefiniciones ms comunes, relacionados con la tecnologa de perforacindireccional, a continuacin se presentan aquellos considerados como msimportantes.

Profundidad desarrollada /PD (Measured depth/MD).

Es la distancia medida a lo largo de la trayectoria real del pozo, desde el punto dereferencia en la superficie, hasta el punto de registros direccionales. Estaprofundidad siempre se conoce, ya sea contando la tubera o por el contador deprofundidad de la lnea de acero, (Fig. 12.8).

Figura 12.8 Profundidad desarrollada

Profundidad vertical verdadera/PVV (True vertical depth/TVD).

Es la distancia vertical desde el nivel de referencia de profundidad, hasta un puntoen la trayectoria del pozo. Normalmente es un valor calculado, (Fig. 12.9).


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Figura 12.9 Profundidad vertical verdadera

Inclinacin (Drift)

Es el ngulo (en grados) entre la vertical local, dada por el vector local degravedad como lo indica una plomada, y la tangente al eje del pozo en un puntodeterminado. Por convencin, 0o corresponde a la vertical y 90o a la horizontal,(Fig. 12.10)

Figura 12.10 Inclinacin


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Azimuth (Direccin del pozo)

El Azimuth de un pozo en un punto determinado, es la direccin del pozo sobre elplano horizontal, medido como un ngulo en sentido de las manecillas del reloj, apartir del norte de referencia. Esta referencia puede ser el norte verdadero, elmagntico o el de mapa. Como ya se mencion, por convencin se mide ensentido de las manecillas del reloj. Todas las herramientas magnticasproporcionan la lectura del azimuth con respecto al norte magntico. Sin embargo,las coordenadas calculadas posteriormente, estn referidas al norte verdadero o alnorte de mapa, (Fig. 12.11).

Figura 12.11 Azimuth

Norte verdadero

Es la direccin del polo norte geogrfico, el cual yace sobre el eje de rotacin de laTierra.

Norte cuadrcula o norte de mapa

Es la direccin norte sobre un mapa. El norte cuadrcula o norte de mapacorresponde al norte verdadero slo en determinados meridianos. Todos los otrospuntos deben corregirse por convergencia, esto es, por el ngulo entre el norte demapa y el norte verdadero en cualquier punto, (Fig.12.12).


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Figura 12.12 Norte de mapa

Norte magntico

Es la direccin de la componente horizontal del campo magntico terrestre en unpunto seleccionado sobre la superficie de la tierra.

Lado alto del pozo

Es el lado del pozo directamente opuesto a la fuerza de gravedad. El punto querepresenta el lado alto es importante para la orientacin de la cara de laherramienta.

Es importante notar que a una inclinacin de 0o no existe lado alto. En estecaso, los lados del pozo o de la herramienta de registros direccionales sonparalelos al vector de gravedad y no existe un punto de interseccin desde el cualse pueda definir un lado alto. Otro concepto importante es que sin inclinacin (0 o),

el pozo no tiene direccin horizontal. Es decir, el eje del pozo se representaracomo un punto y no como una lnea sobre el plano horizontal.

Herramienta (de fondo)

Cualquier elemento o dispositivo que se incluya en el aparejo de perforacin y secorra dentro del pozo. Los motores de fondo, las camisas MWD, las herramientasde registros direccionales, etc., son ejemplos de herramientas de fondo.


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Cara de la herramienta (Toolface)

El trmino se usa en relacin a las herramientas desviadoras o a los motoresdirigibles y se puede expresar en dos formas:

Fsica. El lugar sobre una herramienta desviadora, sealado comnmentecon una lnea de marca, que se posiciona hacia una orientacindeterminada mientras se perfora, para determinar el curso futuro del pozo.

Conceptual. En el pozo, el trmino cara de la herramienta (Toolface) es amenudo utilizado como frase corta para referirse a la orientacin de lamisma (orientation toolface). Por ejemplo, cara de la herramienta(Toolface) puede ser la orientacin del sustituto de navegacin de un motor

dirigible, expresada como una direccin desde el norte o desde la boca delpozo.

Orientacin de la cara de la herramienta

Como ya se menciono, es la medida angular de la cara de una herramientaflexionada con respecto al lado alto del pozo o al norte.

Interferencia magntica

Son los cambios en el campo magntico de la tierra en las cercanas de la

herramienta de registro, causados por la presencia de la tubera de revestimientou otras tuberas en el pozo, en pozos cercanos o por las propiedades magnticasde la misma formacin.

Correccin por declinacin magntica

Es la correccin angular en grados, para convertir una lectura magntica a unalectura de norte verdadero.

Buzamiento magntico

Es el ngulo de interseccin, medido desde la horizontal, entre las lneas de flujomagntico y el plano horizontal (superficie de la tierra).

Pata de perro (Dog leg)

Es la curvatura total del pozo (la combinacin de cambios en inclinacin ydireccin) entre dos estaciones de registros direccionales. La pata de perro semide en grados.


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Severidad de la pata de perro

Es la magnitud de la pata de perro, referida a un intervalo estndar (porconvencin se ha establecido de 100 pies 30 metros). La severidad se reportaen grados por cada 100 pies o grados por cada 30 metros. En la conversacinnormal, la severidad se nombra como "pata de perro". Esto puede causarconfusin al principio. Es conveniente mantener las severidades tan bajas comosea posible en la perforacin convencional (menos de 4 o 5/100 pies). Lasseveridades altas provocan problemas en el pozo tales como ojos de llave,atrapamientos o desgaste de la tubera de perforacin o de la tubera derevestimiento.

Cierre (Closure)

Esta se define como una recta trazada desde el punto de referencia en superficiehacia cualquier coordenada rectangular en un plano horizontal. Generalmente, seutiliza para definir el fondo del pozo. Se calculan la longitud y la direccin de larecta. Por ejemplo, si la posicin localizada es 643' N, 1,319' E, el cierre puede sercalculado utilizando el Teorema de Pitgoras y trigonometra. En este caso, elcierre ser de 1,459.30 pies con direccin N 63.86o E.

Pescado

Es cualquier objeto abandonado accidentalmente en el pozo durante lasoperaciones de perforacin o terminacin, el cual debe recuperarse o se debeevitar antes de que la operacin pueda continuar.

Acelermetro

Los acelermetros se utilizan para medir el campo gravitacional terrestre local.Cada acelermetro consiste de una masa magntica (pndulo) suspendida en uncampo electromagntico. La gravedad desva la masa de su posicin de equilibrio.Se aplica al sensor una cantidad de corriente suficiente para que regrese la masaa su posicin de equilibrio. Esta corriente es directamente proporcional a la fuerzagravitacional que acta sobre la masa.

Las lecturas gravitacionales se utilizan para calcular la inclinacin delpozo, la cara de la herramienta y la referencia vertical utilizada para calcular elngulo de incidencia.


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Formatos de direccin: Cuadrantes y de Brjula

Adems de la profundidad y el desplazamiento horizontal, todos los pozosdireccionales tienen una componente X que est asociada con la direccin. Porejemplo, un pozo tiene una direccin del objetivo de 100o Este, medidos a partirdel Norte, tomados con una lectura de brjula normal. En la perforacindireccional, se utiliza un esquema de cuadrantes de 90o para citar las direcciones.Los grados son siempre ledos a partir del Norte hacia el Este u Oeste, y a partirdel Sur hacia el Este u Oeste. Por ejemplo el ngulo de direccin (a) en la Fig.12.13, dado por una brjula (siempre leda a partir del Norte), es de 18o, mientrasque por el esquema de cuadrante es N18E. El pozo en el segundo cuadrante (b)(Fig. 12.13) a 157o, se lee S23E. En el tercer cuadrante (c) (Fig. 12.13) el pozoest en S2OW, para un ngulo de 2000. En el cuarto cuadrante (d) (Fig. 12.13), elngulo de brjula de 3050 se lee N55W.

Figura 12.13 Lecturas de direccin


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Planeacin del proyecto direccional

El primer paso en la planeacin de cualquier pozo direccional es disear latrayectoria del agujero para alcanzar un objetivo dado. El diseo inicial debeproponer los diferentes tipos de trayectoria que pueden ser perforadoseconmicamente. El segundo, o diseo final, debe incluir los efectos de lascondiciones geolgicas sobre los aparejos de fondo (BHA's), que sern utilizadosy otros factores que pudieran influenciar la trayectoria final del agujero. Por lotanto, podemos decir que la seleccin del tipo de trayectoria dependerprincipalmente de los siguientes factores:

Caractersticas de la estructura geolgica.

Espaciamiento entre pozos. Profundidad vertical.

Desplazamiento horizontal del objetivo.

En esta seccin se explica como planear la trayectoria inicial para los tipos depozos direccionales ms comunes.

Tipos de trayectorias

La Fig.12.14 muestra cuatro tipos de trayectoria que pueden ser perforadas paraalcanzar el objetivo. La Trayectoria A es una trayectoria de incrementar ymantener: el agujero penetra el objetivo a un ngulo igual al mximo ngulo deincremento. La trayectoria B es una trayectoria "S modificada" y la C es unatrayectoria S. En la trayectoria "S el agujero penetra verticalmente al objetivo yen la S modificada", el agujero penetra al objetivo con un ngulo de inclinacinmenor que el ngulo de inclinacin mximo en la seccin de mantenimiento. Parala trayectoria D, que es una "trayectoria de incremento continuo", la inclinacincontina incrementndose hasta o a travs del objetivo. La trayectoria deincrementar y mantener requiere el menor ngulo de inclinacin para alcanzar elobjetivo; la S modificada requiere mayor inclinacin; y la S requiere an ms.

La trayectoria de incremento continuo requiere la mayor inclinacin de todos lostipos de trayectoria para alcanzar el objetivo.


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Desplazamiento horizontal del objetivo. Este valor es funcin de la localizacinsuperficial que tenga el equipo de perforacin. Se supone que dicha localizacin

fue determinada considerando la distribucin estructural de las formaciones aperforar, por lo tanto puede considerarse como un dato fijo.

Profundidad de inicio de desviacin (KOP). Este dato debe obtenerseconsiderando las caractersticas de las formaciones a perforar. Se recomienda quela etapa de incremento de ngulo se lleve a cabo en formaciones suaves a mediassuaves, adems es conveniente que las zonas geopresionadas se atraviesen conun ngulo constante. Puede considerarse que la profundidad del KOP y lavelocidad de incremento de ngulo darn la pauta para elegir el patrn dedesviacin.

Velocidad de incremento de ngulo. Si el espesor y la tendencia de presurizacinde las formaciones que se espera encontrar lo permiten, se pueden utilizardiferentes velocidades de incremento para calcular un juego de trayectorias. Elcontar con un conjunto de trayectorias para un mismo objetivo, le permitirn alpersonal encargado de las operaciones direccionales, seleccionar las msconvenientes de acuerdo a los ngulos mximos observados y la experienciaacumulada en otros pozos. Si de antemano se conoce la velocidad de incrementode ngulo con la cual se obtiene un buen desarrollo de la perforacin, no sernecesario disear trayectorias alternas.

Tipo de formacin. Siempre que se analice un estudio direccional, se deber tomaren cuenta la columna geolgica que se debe perforar, clasificando lacompresividad y la dureza de las formaciones atravesar, as como los echadosregionales para intentar predecir la variacin del rumbo del pozo durante laperforacin.

Dimetro del pozo. El dimetro del pozo y consecuentemente, el programa detubera de revestimiento, son parmetros que dependen de la profundidad delobjetivo, de las caractersticas de las formaciones a perforar y de la produccinesperada.

Fluido de perforacin. El tipo de lodo a utilizar, as como sus caractersticas delubricacin y arrastre son factores que deben ser supervisados continuamentedurante la perforacin.

Cilindro de control. Para la perforacin de un pozo direccional se han fijado ciertasrestricciones en la desviacin: en el tramo vertical, el pozo se debe mantenerdentro de un cilindro imaginario de 7.62 m de radio, mientras que en la seccindesviada no debe salirse de un cilindro de 15.24 m de radio, alcanzado el objetivo


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dentro de un dimetro de 15.24 m (termina en punta). Al cilindro imaginario se leconoce como cilindro de control.

Consideraciones anticolisin

La colisin con pozos vecinos puede ser un problema cuando se perforan variospozos a partir de una misma localizacin superficial, lo cual es especialmentecierto en el caso de plataformas marinas que tienen pozos adyacentes enproduccin y una colisin podra resultar en una situacin extremadamentepeligrosa. La planeacin anticolisin comienza con la toma de registros dedesviacin exactos del pozo en cuestin y con la recoleccin de todos los pozosvecinos, as como de un juego completo de los programas de pozos a perforar enel futuro en la misma localizacin o plataforma. Los registros y los programas delos pozos se utilizan para mapear el pozo propuesto con respecto a todos losexistentes y a los propuestos. Estos mapas llamados comnmente araasmuestran la proyeccin horizontal de los conductores. Estas araas generalmenteestn construidas a una escala pequea par proporcionar una vista general delcampo (Fig.12.15), aunque tambin pueden construirse en una escala mayor parapermitir realizar anlisis detallados de una parte especfica del campo, tal como lalocalizacin superficial (Fig.12.16). La araa puede ser utilizada para trazar unatrayectoria programada y analizar visualmente el riesgo de colisionar con otrospozos.

Figura 12.15 Araa a escala pequea


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Figura 12.16 Araa a escala grande

Actualmente, existen varios programas que ofrecen un anlisis anticolisino un anlisis de proximidad. El realizar estos clculos a mano no es prcticodebido a que se involucra un gran nmero de estaciones de registros. Uno de losanlisis de proximidad ms comunes es conocido como Cilindro Viajero.


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12. Perforacin direccional 12.2 Clculo de la trayectoria del pozo

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12.2 CLCULOS DE LA TRAYECTORIA DEL POZO

Datos e informacin requerida.

Para elaborar el clculo del proyecto direccional se debern tener los siguientesdatos:

Coordenadas del conductor (Xc, Yc). Coordenadas del objetivo (Xo, Yo). Profundidad vertical del objetivo.

Con esta informacin preliminar es posible determinar las siguientes incgnitas:

Desplazamiento horizontal. Rumbo. ngulo mximo.

Mtodos del clculo

El mtodo normal para determinar la trayectoria de un pozo es establecer lascoordenadas. Se utiliza algn tipo de instrumento de medicin, para determinar lainclinacin y la direccin a diferentes profundidades (estaciones) y con esto,calcular la trayectoria. Es muy importante saber que los valores de inclinacin y

direccin pueden observarse a profundidades preseleccionadas.

La Fig. 12.17 muestra parte de la trayectoria en la cual se han tomado registrosdireccionales en las estaciones A2, A3 y A4. En cada estacin se miden los ngulosde inclinacin y direccin, as como distancias entre estaciones, cada ngulo dedireccin obtenido por medio de un dispositivo magntico debe ser corregido conrespecto al norte verdadero y cada giroscpico debe corregirse por la inclinacin.Todas las lecturas de direccin estn corregidas para la declinacin de lainterferencia magntica, y la conversin a la inclinacin es realizada por losdispositivos giroscpicos.


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Figura 12.17 Vista tridimensional de un pozo mostrando las componentes X,Y y Z de la trayectoria

Existen 18 ms tcnicas de clculo para determinar la trayectoria delagujero. La principal diferencia entre dichas tcnicas, es que un grupo utilizaaproximaciones de lnea recta y el otro supone que el pozo es una curva y seaproxima con segmentos de curvas. Derivar cada mtodo est fuera del alcancede este capitulo.

Mtodo tangencial.

El mtodo ms simple utilizado por aos ha sido el mtodo tangencial. Laderivacin original se desconoce. El desarrollo matemtico utiliza la inclinacin ydireccin en una estacin de registro direccional A2 (Fig. 12.17) y supone que losngulos proyectados permanecen constantes sobre todo el tramo de trayectoriaprecedente DM2 a A2. Los ngulos en A1 no se toman en cuenta.

Se puede demostrar que la coordenada de latitud Norte/Sur L, puede sercalculada utilizando la siguiente ecuacin para cada tramo DM.


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( ) ( )iii senDL Mi cos=

De igual manera, la coordenada Este/Oeste M se determina por medio de laecuacin:

( ) ( )iiMii sensenDM =

El segmento de PVV se calcula por medio de la ecuacin:

( )iMii DD cos=

Para calcular las coordenadas totales Norte/Sur y Este/Oeste y la PVV.

=

=n

i

in LL1

=

=n

i

in MM1

=

=n

i

in DD1

Mtodo de ngulo promedio o del promedio angular.

Se ha reconocido que el mtodo tangencial provoca un error por no considerar lainclinacin y la direccin previas. El mtodo de ngulo considera el promedio delos ngulos ,, 11 y 22 , sobre un incremento de longitud D2 para calcular L2, M2,y D2. Las siguientes ecuaciones son las relaciones de promedio angular y dengulo promedio:

+

+=

2cos

211 iiii

Mii

asenDL

+

+=

2211 iiii

Mii sena

senDM

+=

2cos 1iiMii

aDD


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=

=n

i

in LL1

=

=n

i

in MM1

=

=n

i

in DD1

Basndose en las ecuaciones anteriores, el clculo de la trayectoria puedeser fcilmente obtenido en forma tabular puede ser programado en unacalculadora de bolsillo. La Tabla 12.1 muestra una secuencia de pasos utilizados

en la tcnica de promedio angular para determinar las coordenadas de latrayectoria a partir de valores medidos de inclinacin y direccin.

Tabla 12.1

X (A) ax (C) (D) (E) (K)

*1 7100 0 0 7100 0 7100 0 7100 0 0 0 0 0 0 0 0 0

**2 7200 10.1 S 68W 100 5.05 99 61 7199 61 8 80 248 248 -3 30 -8 16 -3 30 -8 16 8 80

3 7300 13.4 S 65W 100 11.75 97 90 7297 51 20 36 245 246.5 -8 12 -16 67 -11 42 -26 83 29 16

4 7400 16.3 S 57W 100 14.85 96 66 7394 17 25 63 237 241 -12 43 -22 42 23 85 -49 25 54 72

5 7500 19.6 S 61W 100 17.95 95 13 7489 3 30 82 241 239 -15 87 -26 42 -39 72 -75 67 85 46

6

7

8

9

10

S 64W

S 62W

0

S 68W

S 67W

(Q)(M) (N) (O) (P)(d) (G) (H) (L)

Clculo de profundidad vertical

PVV

Datos de registro dedesviacin

Prof.Des

(H) sen(K) E-O

Coordenadas de latrayectoria

AzimutLongitudde tramo

Direccinng. deinclinacin

(H) cos(K) N-S

Inclinacinpromedio

(D) cos (E) (D)sen (E) Azimutpromedio

E-O

ng.desviacinARCTAN

Coordenadastotales

Desp.total

N-S( )d ( )

21+ xx

( )L ( )M ( ) ( )22 0+N ( )N

0

( )

21+ xx aa

* En el punto X1 (punto de inicio de desviacin) introduzca el valor de cero para lainclinacin en las columnas (B), (C), (E), las columnas de la (H) a la (Q) tambin serncero.** En el punto X2 (primera estacin de registro direccional) introduzca el valor promediopara la inclinacin (E). Utilice la direccin real en las columnas (J) y (K). No utilice elazimut promedio en la columna (K) para clculos en el punto X2.


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Tabla 12.2 Mtodo de promedio angular

Columnaen la

Hoja declculo

Valor a ser obtenidoFuente o ecuacin

para obtener elvalor

A Profundidad desarrollada: La longitud del agujero desde lasuperficie a cualquier estacin especfica.

Registro direccional

a ngulo de inclinacin: El ngulo del agujero medido a partirde la vertical.

Registro direccional

C Direccin: La direccin de la trayectoria del pozo. Registro direccionalD Longitud del tramo: La diferencia en la profundidad

desarrollada de una estacin a otraAx - A(X-1)

E Inclinacin promedio: El promedio aritmtico de los ngulosde inclinacin en los extremos superior e inferior de cada

tramo o seccin.

( )

2

1+ xx

d Profundidad vertical del tramo o seccin: La diferencia en laprofundidad vertical de una estacin a otra.

(D)cos(E)

G Profundidad vertical verdadera: La sumatoria de lasprofundidades verticales de las secciones de un pozoinclinado.

)(d

H Desplazamiento del tramo: La distancia entre dos puntosque son proyectados hacia un plano horizontal.

(D)sen(E)

Azimuth: La direccin de un tramo o seccin medida endireccin de las manecillas del reloj de 0o a 360, 0 es elnorte.

Registro direccional engrados

K Azimuth promedio: El promedio aritmtico de los Azimuthsen los extremos finales de los tramos. ( )

2

1+ xx

L Coordenadas Norte/Sur de los tramos de trayectoria: Eldesplazamiento de la componente del tramo de unaestacin a otra; valor negativo = Sur.

(H)cos(K)

M Coordenadas Este/Oeste de los tramos de trayectoria: Eldesplazamiento de la componente del tramo de unaestacin a otra; valor negativo = Oeste.

(H)sen(K)

N Coordenadas totales Norte/Sur: La sumatoria de losdesplazamientos en la direccin Norte/Sur (Sur esnegativo).

)(L

O Coordenadas totales Este/Oeste: La sumatoria de losdesplazamientos en la direccin Este/Oeste (Oeste esnegativo)

)(M

P Desplazamiento total: La distancia ms corta del agujerovertical a cada punto de estacin. 22 )()( ON +

QDireccin del desplazamiento: La direccin de laproyeccin vertical al plano horizontal desde la estacinhasta la superficie. Se debe tomar el valor calculado y debeponerse en el cuadrante apropiado. Ver conversin designos.

( )

( )N

Oarctan


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Determinar las coordenadas de la trayectoria para los puntos de medicincorregidos mostrados en la tabla 12.3.

Tabla 12.3 Datos para el ejemplo

DM (pies) ngulo de inclinacin ngulo de direccin

7,100 0 07,200 10.1 S68W7,300 13.4 S65W7,400 16.3 S57W7,500 19.6 S61W

SolucinUtilizando paso a paso el procedimiento de la tabla 12.2, se obtuvieron losresultados finales de la tabla 12.1 con los resultados finales.

Mtodo de curvatura mnima

El mtodo de curvatura mnima utiliza los ngulos en A1 y A2, y supone un pozocurvado sobre el tramo o seccin D2 y no en lnea recta, tal como se muestra en laFig. 12.18.

Figura 12.18 Representacin del factor de relacin de mnima curvatura, F.


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La Fig. 12.19 muestra el tramo con curvatura y las dos estaciones deregistro direccional A1 y A2. Este mtodo incluye el cambio total en el ngulo de la

tubera b entre A1 y A2. El ngulo total, el cual se discute y obtiene con la siguienteseccin, puede ser escrito para el mtodo de mnima curvatura como:

( ) ( ) ( )[ ]{ }1212 cos1coscos = asenaa

Figura 12.19 Curva representando un pozo entre las estaciones de registro direccional A1 y A2

Como se muestra en la fig.12.18, los segmentos de lnea recta A1B + BA2 sontangentes a los segmentos de curva A1Q + QA2 en los puntos A1 y A2. De dondese obtiene:

A1Q =OA1 2/ QA2 =OA2 2/ A1B =OA1 x tan ( )2/ BA2 =OA2 tan ( )2/ .


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Y que

A1B/A1Q= x ( ) )2/(2/tan = )2/tan(/2

Y

B A2/QA2 = tan ( ) )2/(2/ = )2/(tan/2

Un factor de las relaciones entre la seccin de lnea recta contra la seccin curvase define como F, donde:

( )2/tan/2 iiF =

Si es menor a 0.25 radianes, es razonable fijar F= 1.0. Una vez que F esconocida, las coordenadas Norte/Sur y Este/Oeste faltantes, as como la PVVpueden ser calculadas utilizando las siguientes ecuaciones:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] iiiiiii FsensensensenDM += 112/

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] iiiiiii FsensenDL coscos2/ 11 +=

( ) ( ) ( )[ ] iiiii FDD coscos2/ 1 +=

Los desplazamientos totales y la PVV se calculan utilizando las ecuaciones:

=

=n

i

in MM1

=

=n

i

in DD

1

=

=n

i

in LL1


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Otros mtodos de clculo que han sido comnmente utilizados son elmtodo tangencial balanceado, el mtodo del radio de curvatura, el mtodo del

mercurio, el mtodo de aceleracin, el mtodo trapezoidal y el mtodo depromedio vectorial. Es interesante observar que los mtodos tangencialbalanceado, trapezoidal, de promedio vectorial y aceleracin, an cuando seobtienen de diferentes maneras, generan las mismas formulas matemticas paralas coordenadas Norte/Sur y Este/Oeste y para la PVV.

En cuanto a cul de los mtodos proporciona mejores resultados, la tabla12.4 compara seis de los diferentes mtodos, utilizando informacin tomada de unpozo de prueba. Obsrvese que el mtodo tangencial muestra un errorconsiderable para M, L y D. sta es la razn por la cual ya no se utiliza estemtodo. Las diferencias entre los mtodo de ngulo promedio, de mnimacurvatura y tangencial balanceado son tan pequeas que cualquiera de losmtodos puede ser utilizado para calcular la trayectoria.

Direccin: NorteInrvalo de medicin: 100 pies.Ritmo de incremento: 3o/100 pies.Inclinacin total: 60o a 2,000 pies.

Tabla 12.4 Comparacin de exactitud entre varios mtodos de calculo direccin norte

Mtodo de clculoPVV

Diferencia entre la real

(pies)

Desplazamiento delNorte, diferencial entre el Real

(pies)Tangencial 1,628.61-25.38

998.02+43.09

Tangencial balanceado 1,653.61-0.38

954.72-0.21

Angulo promedio 1,654.18+0.19

955.04+0.11

Radio de curvatura 1,653.990.0

954.930.0

Curvatura mnima 1,653.990.0

954.930.0

Mercurio 1,153.62-0.37

954.890.04

Con la aparicin de las calculadoras programables de bolsillo, el mtodode curvatura mnima se ha vuelto el ms utilizado.


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Con excepcin de los instrumentos dotados con giroscopios, los demsnecesitan de un lastrabarrena monel o antimagntico para obtener resultados

confiables. Esto se debe a que pueden verse afectados por materiales metlicoscercanos (tuberas de revestimiento de pozos cercanos) o por el campo magnticoterrestre.

El intervalo de registro se ha estandarizado, considerndose que esrecomendable registrar a cada 30 metros de agujero desviado.

Instrumentos giroscpicos

Como ya se mencion, estos instrumentos no requieren del uso de unlastrabarrenas antimagntico, ya que un giroscopio toma el lugar de la brjulamagntica.

Ya sea desde superficie o mediante un sistema de encendido automtico,el giroscopio se pone en funcionamiento a unas 40,000 o 60,000 rpm. Estaoperacin genera un campo magntico que elimina el efecto del campo magnticoterrestre, permitiendo registrar el norte verdadero.

Para la interpretacin del registro se utiliza un lector que amplifica lafotografa. La pantalla del visor se coloca de tal manera, que la lnea Norte-Surpueda ponerse sobre la manecilla indicadora del Norte en la fotografa. De estaforma, es posible leer directamente el rumbo verdadero en la circunferencia dellector e inspeccionar en forma precisa el grado de inclinacin del agujero.

Herramientas de orientacin direccional

Este tipo de herramientas fueron utilizadas ampliamente en Petrleos Mexicanosen aos pasados. Constan de una probeta con equipo electrnico. sta se adaptaa una varilla con "pata de mula", la cual se asienta en la base correspondiente delorientador.

La probeta est conectada a un cable conductor, por medio del cual seenva la informacin de las condiciones direccionales del pozo a la superficie; estecable pasa por un estopero que est conectado a la manguera del stand pipe, pormedio de la cual se bombea el fluido de perforacin para operar el motor delinstrumento. El cable transmite la informacin a una computadora, la cual procesalos datos y presenta la inclinacin y el rumbo del pozo, as como la posicin de lacara de la herramienta desviadora. Cabe mencionar que la probeta quedalocalizada aproximadamente a la mitad del lastrabarrena antimagntico.


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Sistemas MWD

Desde hace algunas dcadas, las compaas buscaron la manera de registrar lasformaciones durante la perforacin, aunque tecnolgicamente era muy difcilfabricar herramientas que pudieran contrarrestar las difciles condiciones de fondoy transmitir informacin confiable. Diferentes mtodos de transmisin fueronutilizados: electromagnticos, acsticos, de pulsos, de modulacin de pulsos, ocable y tubera. De todos los mtodos de transmisin, los de pulsos de presin ylos de modulacin de pulsos han evolucionado a sistemas comercialesactualmente utilizados por la comunidad de perforacin direccional.

Los dos sistemas MWD ms comunes son el sistema de pulsos de presiny el de transmisin de pulsos modulados de presin.

El sistema MWD utiliza pulsos para transmitir la informacin de laherramienta a la superficie en forma digital (binaria). Estos pulsos son convertidosen energa elctrica por medio de un transductor en superficie, los cuales sondecodificados por una computadora.

Existen diversas compaas que proporcionan este servicio a la industriapetrolera en todo el mundo, siendo los sistemas ms utilizados en la actualidadpara el control direccional de los pozos.

Herramientas y/o equipo de desviacin

Para la perforacin direccional es sumamente importante contar con lasherramientas desviadoras adecuadas, as como con las barrenas, herramientasauxiliares y la instrumentacin apropiadas. Las herramientas desviadoras son elmedio para iniciar o corregir la deflexin de la trayectoria del pozo.

La apertura de la llamada ventana (KOP), resulta una etapa crtica durantela perforacin de un pozo direccional, ya que un inicio correcto de la desviacindar la pauta para lograr un desarrollo satisfactorio del curso.

Conforme la perforacin direccional evolucion, las herramientasdesviadoras han sufrido cambios considerables en su diseo, provocando que enla actualidad no se utilicen algunas de las herramientas usadas en los orgenes deesta tcnica de perforacin. Tal es el caso de los desviadores de pared, de lasbarrenas de chorro, entre otras, predominando en la actualidad el uso de motoresde fondo dirigibles o geonavegables en la perforacin de pozos direccionales.


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12. Perforacin direccional 12.3 Aplicaciones

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12.3 APLICACIONES.

Con la siguiente informacin de un pozo por perforar, encontrar el desplazamientohorizontal, la profundidad desarrollada, el ngulo mximo y la direccin del pozo.

Datos:

Coordenadas del objetivo (cima jursico superior)

X0 = 474,650.00 m Y0= 2, 041,200.00 m

Coordenadas del conductor:

Xc = 474,553.94 m Yc = 2, 038,101.41 m

Profundidad vertical de la cima productora: 6559.0 mRgimen o velocidad de incremento de ngulo: 30/30 mInicio a desviacin (KOP): 2,200.0 mPozo direccional: Tipo I

Operaciones

Localizacin del rumbo y desplazamiento horizontal del objetivo:

m

mX

mX

c

o

06.96

94.553,474

00.650,474

=

=

m

mY

mY

c

o

59.098,3

41.101,038,2

00.200,041,2

=

=

D,H, = 22 )59.098,3()06.96( +

D,H. = 3,100.00 m

59.098,3

06.96

.. tgangy

x

tgang ==

'46177.1 ==

Utilizar la grfica 12.1 para encontrar el ngulo mximo y las profundidades.


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Profundidad vertical aprovechable = P.O.-I.D. = 6, 559,0 m - 2,200.0 m= 4359.0 m

ngulo mximo en la grfica 12.1 36 30

Seleccionando en la tabla (de la grfica 12.1) como ngulo mximo 36 se obtienela siguiente informacin en la etapa de incremento del ngulo:

Profundidad medida - 360.0 m

Profundidad vertical - 336.78 m

Desviacin -109.43 m

Nota los clculos realizados con la grfica y la tabla, se puede realizar conecuaciones expuestas anteriormente (seleccionando el mtodo adecuado) en estecaso lo que se pretende es comprender los conocimientos bsicos de latrayectoria del pozo direccional.

Profundidad desarrollada total:

6, 559,0 m - 2,200.00 m - 336,78 m = 4,022.22 m

2,200.00 m + 360.00 +o

m

5.36cos

22.022,4

2,200.00 m + 360.00 + 5004.00 m = 7,564.00 m

Con la informacin, proporcionada y calculada, anote los datos que sepiden en el diagrama 12.1.


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Grfica 12.1


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Diagrama 12.1

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