5. Factores que afectan la desviación del pozo En la práctica se acepta una cierta desviación del hoyo. Desde los comienzos de la perforación rotatoria se ha tolerado que un hoyo es razonable y convencionalmente vertical cuando su trayectoria no rebasa los límites del perímetro de un cilindro imaginario, que se extiende desde la supercie hasta la profundidad profundidad total. En las perforaciones de pozos verticales y la fase vertical de los pozos direccionales, son varios los factores que in!uyen en la dirección magn"tica y en la l a inclinación, entre los cuales se pueden citar# peso sobre la mecha, tama$o de los portamechas, tama$o del hoyo, cantidad de estabilizadores, parámetros de perforación %velocidad de rotación y peso sobre la mecha&, buzamiento de los estratos, tipo de mecha, apoyo de pared y longitud de contacto de los estabilizadores, entre otros. ' continuación se describen algunos de estos factores# 5.1 Peso sobre el trépano (WOB) (n aumento del peso sobre la mecha, causa aumento de pandeo de la porción de los portamechas %que están en compresión&, inmediatamente arriba del tr"pano, lo cual acercará el primer punto de contacto %punto de tangencia )& al tr"pano, disminuirá el efecto del *peso de !otación+ % p& y por lo tanto aumentará la desviación. -ara esto se considera una diferencia de diámetro %D& entre el hoyo y los portamechas. 5. !ipo de !répano !répano " Par#$etros de Perforación (WOB " %P&) /os tr"panos tricónicos por su mecanismo puntual de calibración del hoyo %punto nal de cada uno de los tres conos del tr"pano&, y por su mecanismo de corte de la formación %por fractura y trituración& que requiere alto 012 %34 a 54 6lbs&, tienden a desplazarse con cualquier ensambla7e de fondo de pozo, pendular o empacado, especialmente si se perfora una formación muy compacta y con alto buzamiento. -or su parte, los tr"panos -D8, que perforan con ba7o 012 %94 a :4 6lbs& y altas velocidades de rotación %9;4 a :44 <-6&, muestran menos tendencia a incrementar el ángulo de inclinación en comparación comparación con los tr"panos tricónicas. =in embargo, los tr"panos -D8 de perl plano a parabólico corto, sin estabilización, tienden a desplazarse, especialmente si se perforan formaciones con alto buzamiento. /os tr"panos -D8 de perl tipo *cola de pescado+, mostrarán la menor tendencia a incrementar el ángulo de inclinación, más a>n si se usan los parámetros de perforación y estabilización adecuados. 5.' antidad de estabilizadores -ara mantener la verticalidad del hoyo es importante que los estabilizadores utilizados en los ensambles para mantenimiento de ángulo %empacado&, tengan suciente supercie de contacto con el pozo, es decir, debe existir una cantidad aceptable de estabilizadores en este tipo de ensambla7es. (n sólo estabilizador puesto 7ustamente encima del tr"pano act>a como punto de apoyo, el resultado que se obtiene es que el ángulo aumenta,
porque la fuerza lateral de los portamechas no estabilizados situados más arriba hace que la mecha se cargue hacia un lado al aplicarse peso. 8on otro punto de estabilización, a 34 pies de la mecha por e7emplo, contrarresta parte del efecto de punto de apoyo? con estos dos puntos de estabilización en el ensambla7e se estabiliza la mecha y se reduce la tendencia a la desviación. =in embargo, no es el me7or de los ensambla7es para mantenimiento de ángulo, como se muestra en la siguiente gura.
=eg>n se indica en la anterior gura, con dos puntos se puede hacer contacto con y seguir una línea curva, pero si se a$ade un punto de contacto adicional al ensambla7e no hay forma de que los tres puntos sigan una línea curva pronunciada. -or lo tanto, para formar un ecaz ensambla7e de fondo empacado se necesitan tres o más puntos de estabilización. En la siguiente imagen se muestran tres dise$os de fondo de pozo en función de la cantidad de estabilizadores#
5. *po"o de pared " +on,itud de ontacto de los -stabilizadores /os estabilizadores implementados en los ensambla7es de fondo empacado deben contactar adecuadamente a la pared del pozo, a n de estabilizar el tr"pano y centrar los portamechas. /a longitud de contacto necesaria entre el estabilizador y la pared del hoyo la determina la formación. El área de contacto debe ser la necesaria para evitar que la herramienta se entierre en la pared del pozo. =i tal cosa ocurre, se pierde la estabilización y se desvía el pozo. =i la formación es fuerte, dura y uniforme, para asegurar la debida estabilización basta una supercie delgada de contacto. -or otro lado, si la formación es blanda y no consolidada, tal vez se necesite un estabilizador de aletas largas. El agrandamiento del hoyo en formaciones que se erosionan rápidamente tiende a reducir la alineación efectiva del ensambla7e de fondo pozo, este problema se puede disminuir controlando la velocidad anular y las propiedades de lodo. 5.5 Fir$eza " *brasión de las For$aciones Es más fácil perforar un pozo en formaciones blandas que en formaciones duras. Especícamente, el efecto de pandeo de la sarta de perforación puede ser menor cuando se perforan las formaciones blandas, mientras que, las formaciones duras exigen pesos más altos sobre el tr"pano. /a rmeza de una formación, se establece de acuerdo a características litológicas como tránsito de onda, porosidad, densidad y compresibilidad de
las rocas? y se clasica en# blanda, medianamente blanda, medianamente, medianamente dura, dura y muy dura. )ambi"n contribuye a los problemas de desviación, la abrasión de la formación, que desgasta las aletas de los estabilizadores %puntos de contacto con el hoyo& y en con7unto a la dureza de la formación obligan a utilizar parámetros de perforación elevados, tal como peso sobre el tr"pano y velocidad de rotación. 5. /nteracción B0* %oca -ara comprender el fenómeno de desviación de una sarta y como está in!uenciada por la interacción de la roca, se presentan a continuación algunas de las teorías de mayor aceptación por los ingenieros e investigadores. 8ada formación se caracteriza por su ángulo de buzamiento y por el índice de anisotropía. Este índice no depende de las propiedades especícas de la roca, sino que es una constante empírica determinada de mediciones durante la perforación. El mecanismo de falla de la roca es diferente seg>n el tipo de roca que se va a perforar. En rocas uniformes, como las areniscas, se forman iguales vol>menes de astillas en cada uno de los dientes del tr"pano, si perforamos con tr"panos tricónicos? por lo tanto, el tr"pano progresaría en la formación a lo largo del e7e del hoyo. En rocas compuestas de formaciones laminadas, como las lutitas, grandes vol>menes de astillas se forman en un lado del diente causando un movimiento lateral del tr"pano y, por lo tanto, un cambio en la dirección del hoyo. /a magnitud y dirección de la fuerza resultante en una formación de astillamiento desuniforme varía con el ángulo de buzamiento. @ormalmente, en las operaciones de campo, los resultados comunes en la desviación del hoyo son# AsubiendoA a lo largo de la formación para ba7os buzamientos y Aba7andoA para altos ángulos de buzamiento de la formación. En la siguiente gura, se ilustra el astillamiento de una formación en un diente de tr"pano, para formaciones isotrópicas y anisotrópicas.
igura %6ecanismo de falla para una roca isotrópica y una roca anisotrópica& @umerosos investigadores y experimentos de laboratorio han demostrado que la desviación del hoyo por repetido fracturamiento de las capas de la formación, tiene como dirección preferencial la perpendicular a los planos de estraticación. En otras palabras, es más fácil perforar en la dirección perpendicular que en la dirección paralela a los estratos. /a predicción teórica se puede dividir en# B
)endencia desviatoria subiendo a lo largo del buzamiento de la formación, %igura a&. El tr"pano perfora una formación suave y cambia a una de mayor dureza. 'l entrar a la formación dura, el tr"pano consigue restricciones en la pared izquierda del hoyo, por lo que la tasa de perforación disminuye sensiblemente en el lado izquierdo y por el lado derecho no cambia de magnitud? por lo tanto, la tendencia desviatoria es subiendo a lo largo del buzamiento de la formación.
B
)endencia desviatoria ba7ando a lo largo del buzamiento de la formación %igura b&. El análisis de desviación es equivalente al anteriormente descrito, con la diferencia de que el cambio de formación es de dura a suave y con resultados de una tendencia desviatoria ba7ando a lo largo del buzamiento de la formación.
%a& %b& !endencias de 2efor$ación se,3n la for$ación
. ontrol de la verticalidad .1 !écnicas para controlar la verticalidad /as t"cnicas para controlar la verticalidad son# B B B
Ensambla7e -endular. Ensambla7e Empacado. Ensambla7e de p"ndulo empacado.
.1.1 -nsa$bla4e Pendular !eora de 2esviación 8onsideremos un pozo vertical, que tiene un ángulo de inclinación C, se asume que los portamechas de perforación se encuentran apoyados en la cara inferior del hoyo %/ado ba7o del pozo& y que este punto de contacto, es el punto de tangencia A)A. /a fuerza con que el trepano act>a contra la formación es b %despreciando los efectos de rotación y fricción&, la cual es aplicada en un ángulo respecto a la vertical. Esta fuerza b la descomponemos en dos# una de ellas una fuerza longitudinal % 9&, aplicada a lo largo del e7e del pozo y otra lateral perpendicularmente al e7e del pozo %:&, esta fuerza : puede actuar de tres maneras descritas a continuación en tres casos#
a& =obre la cara inferior del hoyo, cuando la fuerza : est" actuando en sentido de la cara inferior del hoyo, la tendencia es reducir la desviación del pozo. b& @ula, cuando : sea nula %C&, la fuerza b está siendo aplicada a lo largo del e7e de la tubería de perforación, existe una condición de estabilidad y la perforación del pozo continuará a lo largo de dicho e7e, manteniendo el ángulo C de desviación. c& 8ontra la cara superior del hoyo, cuando la fuerza : est" actuando en sentido de la cara superior del hoyo, la tendencia sería aumentar la desviación del hoyo. En el caso de que la desviación del hoyo est" disminuyendo, caso %a&, la fuerza : se hará cada vez más peque$a y se llegará a una condición de equilibrio para valores peque$os de C. De igual manera, cuando la desviación est" aumentando, caso %c&, se alcanzará una condición de equilibrio para valores grandes de C. Principio de funciona$iento del -nsa$bla4e Pendular El principio en el cual se basa el desempe$o del ensambla7e pendular en el fondo del pozo, es el siguiente# sea p el Apeso de !otaciónA de la sección de portamechas aba7o del punto de tangencia ). p está aplicada en el centro de gravedad de esa sección. En el caso %a&, un aumento de p resultará en un aumento de :. En el caso %c&, un aumento de p resultará en disminución de :, la cual puede hacerse negativa. D esto puede concluirse que un aumento de p resultará en una condición de equilibrio con peque$o valor de C. Es decir, que p tiene un efecto favorable y es a menudo denominado efecto pendular o fuerza pendular %teoría del p"ndulo, 0oods y /ubinsFi&. .1. -nsa$bla4e de Fondo e$pacado (-nsa$bla4e -$pacado)
!eora del -nsa$bla4e -$pacado 'ctualmente, la mayoría de los perforadores usan el ensambla7e empacado para contrarrestar los problemas de desviación en los pozos. El ensambla7e pendular se usa como medio correctivo para reducir el ángulo, cuando se ha alcanzado la máxima desviación permitida? y para contrarrestar la tendencia de las formaciones a incrementar la inclinación %igura b&. En el ensambla7e empacado se utilizan una serie de estabilizadores para guiar la mecha en línea recta hacia delante %igura a&. El ob7etivo es seleccionar el ensambla7e de fondo a instalarse sobre la mecha, las herramientas de contacto son apoyadas en la pared del hoyo para obtener la rigidez necesaria, para que la mecha perfore en la trayectoria programada o contin>e perforando en la dirección del hoyo previamente perforado. =i se seleccionan adecuadamente los portamechas y herramientas de fondo de pozo, los cambios de ángulo serán graduales.
%a&
%b&
El dise$o de un ensambla7e empacado requiere conocer las tendencias a la desviación de los pozos y la perforabilidad de las formaciones en un sitio dado. -ara los efectos de dise$o básico se consideran pertinentes los siguientes parámetros# a) !endencia a la desviación de los pozos −
.1.' -nsa$bla4e de Péndulo -$pacado
Debido a que todos los ensambla7es de fondo empacados se doblan, no importa lo peque$a que sea la de!exión, es imposible perforar pozos perfectamente verticales. /a tasa de cambio de ángulo podrá mantenerse al mínimo, pero ocasionalmente se presentarán condiciones en que es necesario reducir la desviación total del hoyo. 8uando ocurre esta situación se usa el m"todo del p"ndulo. =i se prev" que el ensambla7e de fondo empacado se requerirá nuevamente, despu"s de disminuir el ángulo de desviación, lo indicado es usar el m"todo del p"ndulo empacado. En dicho m"todo, el *p"ndulo+ de portamechas se sit>a deba7o del ensambla7e de fondo empacado. 8uando la desviación se ha reducido a un límite aceptable, el p"ndulo de portamechas se retira de la sarta y se vuelve a situar el ensambla7e empacado arriba de la mecha. =ólo es necesario ampliar el tramo correspondiente a la longitud de los portamechas antes de reanudar la perforación normal. .1. Pesos %educidos sobre el !répano (na de las t"cnicas más antiguas para enderezar el pozo, es la de reducir el peso sobre el tr"pano y aumentar la velocidad de rotación. 'l reducir el peso sobre el tr"pano se cambian las características de de!exión de la sarta y el pozo tiende a enderezarse. En los >ltimos a$os, se ha observado que no es siempre el me7or procedimiento, porque al disminuir el peso sobre el tr"pano se sacrica considerablemente la tasa de penetración, y a>n más, frecuentemente causa patas de perro. -or precaución, para enderezar un pozo debe reducirse gradualmente el peso sobre el tr"pano para que el pozo vuelva a la vertical sin cambios bruscos, facilitando así la perforación subsiguiente. /a reducción del peso sobre el tr"pano suele necesitarse cuando se cambia de ensambla7e empacado a ensambla7e pendular o a p"ndulo empacado. -ara evitar que el ángulo se reduzca demasiado rápido, se instala a veces un estabilizador de un diámetro más peque$o inmediatamente encima del tr"pano. . 0erra$ientas para $edir dirección e inclinación. ..1 Péndulo /nvertido (!otco) Es uno de los más elementales y sencillos instrumentos con los que se puede detectar la desviación. =e basa en el principio del p"ndulo y sólo indica el grado de desviación sin mostrar el rumbo. 8onsta de tres partes principales# p"ndulo, disco y mecanismo de tiempo.
El p"ndulo, en posición invertida que descansa sobre un apoyo de zaro de tal modo que permanece en posición vertical? l a punta superior está conformada por una agu7a de acero. El disco, marcado con círculo conc"ntrico y el mecanismo de tiempo, que permite al disco descender hasta la agu7a del p"ndulo en un tiempo determinado? el relo7 es preparado de modo que el instrumento pueda llegar al lugar donde se desea tomar la lectura antes de accionarse el mecanismo, un breve lapso de margen dará tiempo al p"ndulo para que est" en posición de descanso al tomar la lectura. Generalmente, el totco se de7a caer dentro de la tubería de perforación cuando la tubería está lista para sacarse del pozo, sin embargo, existen otros m"todos para usarlos, dependiendo de los diferentes períodos de tiempo requeridos para llegar el instrumento al fondo del pozo, se puede utilizar guaya. El tiempo depende del m"todo de ba7ar el instrumento, peso y viscosidad del !uido, profundidad y tiempo adicional para que est" estático. .. !o$a 6encilla (6in,le768ot) " !o$as &3ltiples (&ulti768ot) /a inclinación y la dirección del pozo a profundidades especícas se determinan mediante tomas sencillas %singleBshot&, mientras que, las tomas m>ltiples %multiBshot& se usan para varias lecturas individuales a intervalos predeterminados. /a toma sencilla %singleBshot& se usa para registrar, simultáneamente, la dirección magn"tica del rumbo de pozos sin entubar y su inclinación con relación a la vertical %igura a&. 8onsta de tres unidades básicas# un cronómetro o sensor de movimiento, una cámara y un indicador de ángulo. El cronómetro se usa para accionar la cámara en el momento predeterminado, pero debido a que es difícil predecir con exactitud el tiempo que transcurre durante el descenso de la herramienta, se usa además un sensor de movimiento, este >ltimo es un singular dispositivo electrónico que energiza el sistema el"ctrico de la cámara a los pocos segundos de haber cesado el movimiento. /a cámara se preenfoca y precarga con un disco hecho de un material especial, resistente al calor. /a unidad indicadora de ángulo consta de un compás magn"tico y plomada. 8uando el instrumento se saca a la supercie, el disco se revela y se coloca en un lector que indica la dirección y la inclinación exactas del pozo.
%a& =ingle shot
%b& 6ulti shot
%c& Gyro
/as tomas m>ltiples %multiBshot&, tambi"n determinan el rumbo y la inclinación, es energizada por baterías y de accionamiento mecánico que fotografía las posiciones relativas en el compás a las profundidades predeterminadas. %igura b&. Estos equipos de no estar protegidos dentro de una barra no magn"tica, tendrían una in!uencia magn"tica local causada por la misma tubería de perforación, revestidores adyacentes, estaciones el"ctricas, entre otros. ..' Orientación 9iroscópica de to$a sencilla (9"ro) Este m"todo usa un instrumento normal de toma sencilla con un adaptador para acoplarlo a una unidad giroscópica, al instrumento no lo afecta el campo magn"tico ni la proximidad del hierro %igura c&. /a unidad giroscópica se orienta hacia un e7e conocido, antes de introducirla en el pozo. /a unidad del instrumento se sincroniza en la supercie con un relo7, se sit>a en un cilindro de acero y se ba7a a cable hasta el fondo del pozo. (na vez tomados los datos el instrumento se rescata, el disco se revela. .. &edidas de fondo pozo durante la perforación Debido al avance que ha tenido la tecnología actual, se puede conocer parte de lo que está sucediendo aba7o en el tr"pano. En el control direccional se tiene disponible un comple7o sistema de telemetría pozo aba7o, llamada 6easurement 0hile Drilling %6.0.D&. 'lgunas compa$ías que fabrican estos equipos incluyen a sus servicios rayos gamma, resistividad, temperatura anular, además en supercie se obtiene la información de valores de inclinación, azimut, posición de la cara de la herramienta y los parámetros de perforación que ayudan a la eciencia de la perforación.
