Historia:

La tecnologia de tomar medidas mientras se perfora o MWD, por las siglas en ingles “Measurement While Drilling”, es la tecnologia de tomar medidas relacionadas con la perforación, medidas direccionales y del ambiente de pozo y transmitirlas en tiempo real hasta superficie. Registrar mientras se perfora o LWD, es la tecnologia de medir laspropiedades de la formacion mientras se perfora; por tanto las medidas LWD son realmente una parte especializada de las medidas MWD, las cuales brindan solo medidas de las propiedades de las formaciones.

Durante los anos setenta La necesidad de perforar de una manera mas barata ysegura abria un nuevo mercado, el de la toma de informacion de las formaciones perforadasen fondo de pozo y transmision de esta informacion hasta superficie en tiempo real desde labroca.Una ventaja de obtener informacion preliminar de la formacion es el mejoramiento en laplaneacion de los trabajos de corazonamiento y registro. Estos programas pueden ser muyutiles y tener una mejor relacion costo/beneficio en la evaluacion de la formacion.

Durante el ano de 1981 se reporta el uso, en el golfo de Mexico y en el Mar del Norte, desistemas MWD que incluyen medidas de rayos gamma y resistividad de la formacion,informacion que seria utilizada para evaluacion de la formacion, correlacion, determinacionde presiones anormales y control de la perforacion.

HERRAMIENTAS DEL SISTEMA DE REGISTRO MIENTRAS SE PERFORA, LWD

Las herramientas basicas que conforman la tecnologia de registro LWD son: densidad,neutron, rayos gamma, resistividad y sonica. Las tres ultimas herramientas se describencomo herramientas individuales mientras la descripcion de las herramientas densidad yneutron se hace de manera simultanea para algunas herramientas y para otras de maneraindividual, dado que algunas empresas no las utilizan como servicios individuales sino quelas combinan dentro de una sola herramienta lo que permite prestar un servicio integradode densidad y neutron.

3.1 HERRAMIENTA DE DENSIDAD

A continuacion se presentan tres disenos diferentes de herramientas de densidad LWD.Dos herramientas las fabricas la compania Schlumberger y la ultima la compania SperrySun. La diferencia basica entre las tres herramientas esta en el diseno, lo cual implicaentonces las posteriores diferencias en las medidas y en los algoritmos de interpretacion dela informacion obtenida por la herramienta y por tanto en los resultados obtenidos.

Herramienta de densidad de la empresa SPERRY SUN, SLD

La herramientade lito-densidad estabilizada o SLD por las siglas en ingles “Stabilized Litho

Density” contiene una fuente de rayos gamma de Cs137, dos detectores tipocentelleometro espectral de 254 canales y dos estabilizadores de tamano maximo, esdecir del mismo diametro de la broca, colocados en un collar de perforacion deacero. Una cuchilla estabilizadora especial o estabilizador, que contiene tresventanas de baja densidad esta ubicada exactamente sobre la fuente y los detectores.La adquisicion basica de datos y el procesamiento, son esencialmente los mismos que paralas herramientas de densidad espectral compensada a cable. Los valores de densidad yfactor fotoelectrico se calculan de las tasas de conteo en varias ventanas de energia, paracada detector.

Herramienta de densidad de la empresa SCHLUMBERGER, CDN

Estaherramienta de densidad se llama CDN por las siglas en ingles "CompensatedDensity Neutron", la cual hace parte de una configuracion en que estan presenteslas herramientas de densidad y neutron. La herramienta de densidad CDN al igualque su contraparte dentro de las herramientas de densidad a cable la herramienta delito-densidad, miden efecto fotoelectrico y densidad total utilizando contadores tipocentelleometro y tubos fotomultiplicadores, ubicados debajo de un estabilizador ados distancias desde la fuente de rayos gamma de Ce137

Configuración mecánica de la herramienta. La configuracion mecanica de laherramienta CDN se muestra esquematicamente en la Figura 2. Un collar de 20 piescontiene las herramientas de densidad y neutron. El collar esta construido de acero nomagnetico, para evitar la interferencia con los sensores de direccion e inclinacion MWD,los cuales estan ubicados en la parte baja del ensamblaje de fondo de pozo cerca de labroca. Un collar llamado pony, de 10 pies de longitud, es necesario para cargar y descargar

las fuentes radiactivas; este se corre sobre el tope de la herramienta lo cual extiende lalongitud de la misma a 30 pies. La seccion superior del collar contiene la herramienta deneutron porosidad y la parte inferior la herramienta de densidad.

3.1.3 Herramienta de densidad de la empresa SCHLUMBERGER, ADN

Las herramientas de densidad y neutron estanubicadas dentro de un collar de perforacion de 20 pies de largo, hecho de acero nomagnetico para evitar la interferencia con las medidas de los sensores de inclinacion ydireccion MWD. La seccion superior de la herramienta contiene las medidas de neutronporosidad. Los detectores de neutrones termicos estan arreglados en dos grupos opuestos,cada grupo contiene tubos de He3 en las posiciones cercano y lejano relativas a la posicionmedida desde la fuente, para permitir la compensacion por pozo. Una fuente de neutronesde Americio-Berilio de 10 Curie, va montada en la parte central del collar y esta protegidade la corriente de lodo por multiples vasijas de presion.

La herramienta puede operar a temperaturas mayores de 150 oC y presiones mayores de20,000 psi. Las tasas de flujo para la herramienta pueden alcanzar los 800 gal/min parasuministrar una adecuada limpieza en los pozos horizontales, adicionalmente, laherramienta se ha probado bajo condiciones de una aceleracion de la gravedad de 250

Herramienta de densidad azimutal, ADN

Las medidas de densidad y factor fotoelectrico de la herramienta ADN son similares a lasde las herramientas convencionales de registro a cable. Las medidas de densidad y factorfotoelectrico, se toman utilizando una fuente de rayos gamma de Cs137 de 1.7 Curie juntocon dos detectores tipo centelleometro de yoduro de Sodio. Los pulsos electronicos decada detector se amplifican, integran, digitalizan y almacenan como un espectro de 32canales. Ambos detectores se estabilizan utilizando fuentes de Cs137 de baja actividad,contenidas en los empaques del detector.

3.2 HERRAMIENTAS DE NEUTRÓN LWDA continuacion se presentan tres tipos de herramientas de neutron LWD. Las herramientasse llaman: herramienta de neutron 1, debido a que se desconoce el fabricante, herramientaCNO por las siglas en ingles “Compensated Neutron Porosity” y la herramienta CNT porlas siglas en ingles “Compensated Neutron Thermal”.

3.2.1 Herramienta de Neutrón 1.

La herramienta de neutron porosidad de espaciamientodual compensado va ubicada dentro de un collar de perforacion, utiliza una fuente de radiactiva de neutrones, la cual se recupera por medio de cable, y detectores “GeigerMueller” para medir los rayos gamma emitidos por los atomos de las formaciones cuandocapturan neutrones. Como en las herramientas de neutron a cable convencionales, lossensores de neutron porosidad MWD utilizan detectores ubicados a dos espaciamientosdesde la fuente de neutron.

Teoría de operación, principio físico de funcionamiento. Todas las herramientas deneutron porosidad, explotan el hecho que la poblacion de neutrones depende de laconcentracion de nucleos de hidrogeno en el ambiente. Esto es, una medida de lapoblacion de neutrones a alguna distancia desde la fuente de neutron puede relacionarsecon la porosidad de la formacion llena de liquido, agua o petroleo. Las herramientasiniciales de neutron porosidad, hacian medidas indirectas de la poblacion de neutrones pordeteccion del flujo de rayos gamma resultante de la captura de neutrones termicos.

3.2.2 Herramienta de Neutrón Porosidad de la empresa SPERRY SUN, CNØ

Laherramienta de neutron porosidad suministra datos de alta calidad para el registro deneutron porosidad. La herramienta emplea dos grupos de tubos “Geiger Mueller”ubicados a dos espaciamientos llamados cercano y lejano. Los tubos “GeigerMueller” detectan rayos gamma emitidos por los atomos cuando capturanneutrones. La gran mayoria de los rayos gamma detectados provienen de los neutrones termicos que son capturados por los collares de perforacion, los cualestambien coliman los rayos gamma originados en la formacion.

3.2.3 Herramienta de Neutrón Térmico Compensado, CNTEsta herramienta esuna nueva herramienta disenada para aplicaciones en pozos de diametros pequenos.Emplea para los detectores cercano y lejano, dos grupos de detectores de neutron deHe3.El principio fisico de funcionamiento de esta herramienta es el mismo que el de laherramienta CNO y las especificaciones de la medida para esta herramienta se presentan enla Tabla 10. Estas especificaciones son las siguientes: periodo minimo de muestreorequerido, rango de medida, exactitud del sistema, precision estadistica y la resolucion

vertical del sistema.

3.3 HERRAMIENTA DE RAYOS GAMMA

La herramienta de rayos gamma esta conformada por dos circuitos de detectoresindependientes con dos grupos opuestos de tubos “Geiger Mueller”, Figura 6. Estaconfiguracion redundante, suministra dos registros de rayos gamma naturalesindependientes. Las tasas de conteo de los grupos de detectores se combinan paraoptimizar la precision estadistica. Sin embargo, en el evento poco usual que un grupo dedetectores falle, un registro de rayos gamma corregido puede ser producido con el segundogrupo detector.

Esta herramienta registra la radiacion natural de las formaciones, la cual emananaturalmente de solo tres elementos fuente: los elementos radiactivos de la familia torio, lafamilia uranio-radio y el isotopo radiactivo del potasio K40 presente en las formaciones.Este registro de rayos gamma da la radiactividad de los tres elementos combinados o muestra la cantidad de cada elemento individual que contribuye a esta radiactividad.Muchas rocas son en algun grado radiactivas, las rocas metamorficas y las sedimentarias loson en mayor grado que las igneas, sin embargo dentro de las rocas sedimentarias, lasarcillas pueden ser muy radiactivas aunque todas no lo son.

3.4 HERRAMIENTAS DE RESISTIVIDAD

Las herramientas de resistividad que se utilizan actualmente en la tecnologia de registroLWD son basicamente de dos tipos: las herramientas de resistividad por propagacion deonda electromagnetica y las herramientas de resistividad tipo “Laterolog”.

Al utilizar la tecnica de propagacion de onda electromagnetica se busca que: laherramienta trabaje bien en todo tipo de lodos, tenga buena resolucion de capa, pueda serconstruida en un collar de acero y requiera menos material conductivo que una herramienta de registro del tipo normal o guardia, adicionalmente que la respuesta de la herramienta seapredecible y repetible y que los registros tomados con esta correlacionen bien con losregistros a cable.3.4.1 Herramienta de Resistividad de Propagación de Onda Electromagnética,EWR.

Configuración mecánica de la herramienta. La herramienta de resistividad que mas se

utiliza en la tecnologia LWD es una herramienta de resistividad de onda electromagnetica oEWR por las siglas en ingles “Electromagnetic Wave Resistivity”. Este sensor, en suversion inicial, consiste de dos antenas transmisoras y una antena receptora con las antenasmontadas en disenos recortados y maquinados dentro de la superficie externa del collar deperforacion de acero.La antena receptora mide diferencias de fase y amplitudes de las ondas electromagneticasgeneradas, las cuales se convierten a resistividad aparente. El receptor en este disenoinicial esta disenado para operar a una frecuencia de 2 MHz.Un espaciamiento de 24 pulgadas entre la antena transmisora y la antena receptora cercanase selecciona ya que a mayor distancia se logra alcanzar mayor eficiencia de transmision de las antenas transmisoras y ademas, esta es la mayor distancia a la cual se obtiene unamedida confiable de la herramienta, es decir esta distancia esta limitada por la parteelectronica de la herramienta.

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