PERFORACIÓN DIRECCIONAL
De las experiencias derivadas de la desviación fortuita del hoyo durante la perforación, nació, progreso y se perfecciono la tecnología de imprimir controlada e intencionalmente el grado de inclinación, el rumbo y el desplazamiento lateral que finalmente debe tener el hoyo desviado con respecto a la vertical ideal para llegar al objetivo seleccionado. Los conceptos y practicas de hacer hoyos desviados intencionalmente comenzaron a tener aplicaciones técnicas en la decada de los años treinta. Nuevos diseños de herramientas desviadoras o guiabarrenas fijas o articulados permitieron obtener con mayor seguridad el ángulo de desviación requerida.
Los elementos componentes de la sarta (barrena, lastrabarrena, estabilizadores, centralizadores, tuberia de perforación) y la selección de magnitud de los factores necesarios para la horadación (peso sobre las barrenas, revoluciones por minuto de la sarta, caudal de descarga, presión y velocidad ascendente del fluido de perforación) empezaron a ser combinados y ajustados debidamente, lo cual redundo en mantener el debido control de la trayectoria del hoyo.
Durante el proceso de desviación se realiza la verificación y el control de la trayectoria del hoyo mediante la utilización de instrumentos y/o registros directos electrónicos que al instante relacionan el comportamiento de cada uno de los factores que influyen y permiten la desviación del hoyo. En la práctica, para mostrar el rumbo, inclinación y desplazamiento lateral del hoyo se hace un dibujo que incluye la profundidad desviada medida, PDM, y la profundidad vertical correspondiente. El refinamiento en el diseño y la fabricación de equipos y herramientas para la desviación de pozos en los últimos quince años, conjuntamente con las modernas aplicaciones de la computación electrónica en las operaciones petroleras, han contribuido eficazmente a la perforación y terminación de pozos direccionales, inclinados, y horizontales.
Dicho en otras palabras la perforación direccional constituyó el primer paso para el desarrollo de la técnica de la perforación horizontal. La perforación direccional controlada es la técnica que permite la desviación intencional de un pozo desde la dirección vertical, siguiendo un determinado programa establecido en términos de la profundidad y ubicación relativa del objetivo, espaciamiento entre pozos, facilidades de ubicación de la localización en el punto de superficie, buzamiento y espesor del objetivo a interceptar.
Las operaciones de perforación direccional controlada también se efectúan para franquear un obstáculo como puede ser alguna herramienta atascada en el hoyo, la realización de un desvío en el hoyo principal cuando las características del objetivo no resultan de interés en la perforación de pozos de alivio para controlar otro pozo.
Perforación de pozos direccionales con tubería de revestimiento.
La perforacion de pozos con tubulares de gran diametro elimina la necesidad de bajar la columna de perforacion convencional que luego debe ser extraida para instalar la tubería de revestimiento permanente. Ademas mitiga los problemas de perdidas de circulacion, mejora el control del pozo y reduce el tiempo de equipo de perforacion no productivo, disminuyendo al mismo tiempo el riesgo de que se produzcan desviaciones no programadas o atascamientos de la tubería. Por toda esta tecnologia de usar la tubería de revestimiento se reducen los costos de construccion de pozos.
En la actualidad, es posible adosar una barrena de perforacion rotativa convencional o una zapata de perforacion especial al extremo de una sarta de revestimiento para perforar pozos verticales. Para lograr mayor flexibilidad, y para aquellas aplicaciones que requieren control direccional, se puede desplegar, fijar en su lugar y luego recuperar con cable un arreglo de fondo de pozo (BHA) recuperable para perforacion.
TECNOLOGÍA DE POZOS HORIZONTALES
La técnica de perforación horizontal se remonta a los años 50, cuando se realizaron los primeros pozos horizontales en Rusia, y no es hasta 1970 que se obtienen las mejoras en la técnica de perforación direccional, constituyendo actualmente una tecnología de nivel avanzado y confiable.
La perforación horizontal es una derivación directa de la perforación direccional. Con la aplicación de esta técnica se puede perforar un pozo direccionalmente hasta lograr un rango entre 80° y 90° de desviación a la profundidad y dirección del objetivo a alcanzar a partir del cual se iniciará la sección horizontal. Si un pozo horizontal es perforado paralelamente al plano de la arena aumenta el área de contacto entre el pozo y la formación; esto puede implicar que éste no sea totalmente horizontal. En realidad existen muy pocos pozos horizontales debido a que los yacimientos regularmente presentan buzamiento. Esto se refleja en un incremento de la productividad del pozo con respecto a un pozo vertical. Veamos:
El pozo vertical atraviesa todo el espesor de la formación, mientras que en el horizontal la barrena 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 de terminación y durante la toma de registros o perfiles corrientes o integrantes de la sarta de perforación.
En general esta tecnología Son muy rentables para la producción de horizontes múltiples delgados, ya que los recintos hacen las veces de fracturas mecánicas extensas. En yacimientos donde hay un solo horizonte productor de gran espesor y con gran anisotropía vertical; En yacimientos donde el gradiente de fractura vertical es mayor que el horizontal y la fractura se genera horizontalmente. Cabe destacar que con el advenimiento de la cultura por el cuidado del medio ambiente, este tipo de pozos reducen considerablemente el impacto ambiental (menos locaciones, menos aparatos de bombeo, menor ruido, menor cantidad de líneas de transporte, menos caminos, entre otros.).
Perforación horizontal dirigida.
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).
Consideraciones en la perforación Horizontal.
Efecto del radio. Los pozos con radio corto y mediano obviamente requieren un desplazamiento horizontal mas corto y por lo tanto son perforados mas rapidamente que los pozos de radio largo, sin embargo dada su incapacidad de rotar la sarta sin exceder los limites de resistencia mecanica de la tubería, restringe la capacidad del perfil del pozo y tiene un impacto en el diseño de la sarta de fondo, en las propiedades del lodo y en la hidraulica.
Diseño de sarta de perforación invertida. Las principales consideraciones son: transmitir peso a la broca, reducir torque y arrastre y no exceder los límites de esfuerzo mecánico que puedan hacer falla la tubería.
Cabe destacar que los drillcollars que se situan encima de la broca solo son unas desventajas en secciones horizontales pues no añaden peso a la broca sino que incrementan el torque y el arrastre, por esto se les sitúa en la sección vertical del pozo, donde pueden incrementar el peso y reducir el torque y arrastre.
La tubería de transición (HWDP) se utiliza para la seccion de levantamiento del pozo, pues puede soportar las fuerzas de comprensión y las cargas axiales que doblarian la tubería convencional. Por la misma razon, se utiliza la HWDP para secciones horizontales cortas ya que por su diseño puede transferir pesos altos a la broca.
La tubería de perforación puede resistir fuerzas comprensionales moderadas en la sección horizontal y puede transmitir peso a la broca sin doblarse (lo cual sencillamente no seria posible en un pozo vertical). Esto es debido a la fuerza gravitatoria, la cual empuja la tubería contra el lado inferior de la pared del pozo, suministrando soporte y estabilidad. Al mismo tiempo, disminuirá el torque y el arrastre que producen los drillcollars. En esencia, este perfil invertido de la sarta maximiza el peso en la sección vertical, y minimiza el peso en la sección horizontal, así reduciendo el torque y el arrastre y poder seguir transmitiendo peso a la broca.
Fatiga en la tubería de perforación. Las solicitaciones del torque y arrastre en la tubería durante la perforación horizontal son mayores que cuando se perfora un pozo vertical. Algunos de los factores a considerar son: Mayores pesos al levantar, mayores cargas torsionales, altas fuerzas tensionales en la sección de levantamiento, rotación fuera de fondo de forma que Las tuberias de transición en la seccion de levantamiento esten en tension y no en comprensión y por ultimo severidad de las patas de perro.
Limpieza de hueco. En las secciones horizontales los cortes de la perforación tienden naturalmente a caer a la cara inferior del pozo, formando acumulaciones que restringen el movimiento de tubería aumentando el arrastre, lo cual puede llevar a una pega de tubería.
Uso de top drives. Para la perforación de pozos horizontales el uso de top drives proporciona muchas ventajas sobre los sistemas convencionales de kelly. Entre sus ventajas destacan:
Mayor capacidad de levantamiento.
La capacidad de rotar cuando se esta viajando, reduciendo carga y facilitando las maniobras.
La capacidad de circular cuando se esta sacando la tubería, mejorando la limpieza del hueco.
La capacidad de rimar en ambas direcciones.
Revestimiento y cementaciòn. Respecto a estos dos procesos se considera:
Se reducen las posibilidades para rotar y reciprocar el revestimiento.
Las patas de perro severas y arrastre alto pueden impedir que se baje un revestimiento.
Se necesita una centralización efectiva del revestimiento para lograr una buena adherencia anular y para evitar canalizacion del cemento.
Se corre el riesgo de mal desplazamiento del lodo, lo cual podria contaminar el cemento.
Consideraciones respecto a la formación. Durante la perforación horizontal las principales consideraciones respecto a la formación son:
El efecto adverso en la direccion del pozo (si causa desviación no deseada) causada por diferentes perforabilidades, buzamientos, entre otros.
La estabilidad del hueco en formaciones frágiles e inconsolidadas que puedan caer dentro del hueco.
Evaluación de la formación. En la perforación horizontal, las principales consideraciones con respecto a la evaluación de la formación son:
El uso de MWD (en tal forma solo habrá drillcollars no magneticos en la seccion horizontal) y LWD.
Las herramientas de registro electrico, llevadas con cable, normalmente no pueden recorrer la seccion horizontal, deberan ser llevadas con tubería. Esto es que se conectan dentro de la tubería con el cable saliendo por una ventana en la tubería. La sarta se baja hasta el fondo del pozo con las herramientas conectadas con su cable, y el pozo podra ser registrado a medida que se saca la tubería.
Comportamiento del gas/control del pozo. En la perforación horizontal, las principales consideraciones con respecto al gas y al control del pozo son:
No habra expansion del gas hasta que la burbuja entre la seccion vertical. Por lo tanto la expansion y la patada del pozo resultante desplazando lodo en la superficie pueden ocurrir intempestivamente.
Los influjos de gas migraran y se acumularan en las partes mas altas de la seccion horizontal (crestas y excavaciones), las cuales requeriran altas velocidades anulares para ser desplazadas, y bajas ratas de bombeo cuando el gas llega a las seccion vertical y comienza a expandirse viendose el desplazamiento del lodo en superficie.
Razones que originan la perforación direccional
Existen varias razones que hacen que se programen pozos direccionales, estas pueden ser planificadas previamente o por presentarse problemas en las operaciones que ameriten un cambio de programa en la perforación. Las más comunes son las siguientes:
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; es decir, En casos de impedimentos naturales o construcciones que no permiten ubicar en la superficie el taladro directamente sobre el objetivo que está a determinada profundidad en el subsuelo, se opta por ubicarlo en un sitio y a distancia adecuada para desde allí hacer el hoyo direccional hasta el objetivo.
Cuando sucede un reventón incontrolable, generalmente se ubican uno o dos taladros en la cercanía para llegar con un hoyo direccional hasta la formación causante del reventón y por medio del bombeo de fluido de perforación contener el flujo desbordado. En las operaciones costafuera un reventón es un contratiempo muy serio por sus implicaciones de contaminación, peligro a la navegación y dificultades inherentes a las operaciones de restitución en un medio acuático donde a veces las condiciones climatológicas adversas pueden empeorar la situación.
Cuando por razones mecánicas insalvables se tiene que abandonar la parte inferior del hoyo, se puede, en ciertas ocasiones, aprovechar la parte superior del hoyo para llegar al objetivo mediante la perforación direccional y ahorrar tiempo, nuevas inversiones y ciertos gastos.
En el caso de la imposibilidad de reacondicionamiento de un pozo productor viejo se puede intentar reterminarlo en el intervalo original u otro horizonte superior o inferior por medio de la perforación direccional.
En el caso de que por sucesos geológicos no detectados, como fallas, discordancias,
Adelgazamiento o ausencia de estratos, el objetivo no fuese encontrado, la reinterpretación de datos podría aconsejar desviar el hoyo intencionalmente. Lo vemos así:
Formaciones con fallas: donde el yacimiento esta dividido por varias fallas que se originan durante la compactación del mismo.
Cuando existen Domos 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.
En el caso de tener que abandonar un pozo productor agotado y cuando se advierte que sus condiciones internas no ofrecen riesgos mecánicos, se podría optar por la perforación desviada para profundizarlo e investigar las posibilidades de otros objetivos.
En tierra y costafuera, la perforación direccional moderna se ha utilizado ventajosamente para que desde una misma locación, plataforma acuática o isla artificial se perforen varios pozos, que aunque se ven muy juntos en la superficie, en el fondo mantienen el espaciamiento reglamentario entre uno otro. Este conjunto de pozos dio origen a la llamada macolla de pozos.
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.
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
Desarrollo múltiple de un yacimiento: cuando se requiere drenar el yacimiento lo más rápido posible o para establecer los límites de contacto gas/petróleo o petróleo/agua.
Consideraciones Económicas y aplicaciones avanzadas de pozos direccionales.
En la década de los años setenta, investigadores y laboratorios privados y gubernamentales y las empresas petroleras comenzaron en varios países a obtener buenas respuestas a sus esfuerzos en la adopción de nuevos conceptos económicos y aplicaciones avanzadas de los pozos desviados. Razones: la posibilidad de obtener más producción por pozo; mayor producción comercial acumulada por yacimiento; fortalecimiento de la capacidad competitiva de la empresa en los mercados y, por ende, aumento de ingresos con menos inversiones, costos y gastos de operaciones corriente arriba del negocio petrolero.
La macolla de pozos permite reducir el área requerida para las localizaciones ya que desde un solo sitio se pueden perforar varios pozos. Además, se logran economías en construcción de caminos, en instalaciones, en utilización del transporte de carga y personal y posteriormente se economiza en vigilancia e inspección de pozos por estar éstos en un solo punto. La perforación rotatoria normal permite penetrar verticalmente el estrato petrolífero pero la capacidad productiva del pozo depende del espesor del estrato, además de otras características geológicas y petrofísicas.
Así que en igualdad de condiciones, la capacidad de producción del pozo está muy relacionada con el espesor del estrato, por lo que a más espesor más producción. Planteada así la cuestión, la respuesta la dio la perforación direccional o desviada como método para penetrar más sección productiva en el mismo estrato.
Problemas asociados con la desviación.
Obviamente, el problema mas critico asociado con la desviación es fallar en llegar al objetivo, pero pueden resultar varios problemas operacionales y de perforación que en ultimas pueden conllevar mayores costos en la perforación de un pozo debido al tiempo extra requerido para corregir el problema.
Patas de perro y ojos de llave. La desviación del hueco se expresa en terminos de la inclinación con respecto a la vertical. Cuando hay un cambio brusco de direccion, se forma una pata de perro, este cambio brusco hace un curso mas difícil para que la sarta lo siga. La rata a la cual el angulo del hueco cambia es entonces mas importante en determinar severidad de una pata de perro, si no se corrigen las patas de perro pueden conducir a la aparición de mas problemas posteriores como la formación de ojos de llave y escalones, que a su vez pueden resultar en problemas mas severos como pega de tubería y fallas mecanicas en la tubería.
Escalones. Pueden resultar de una sucesion de micro patas de perro que se formen al preforar a través de estratificaciones de formaciones duras y blandas alternadas. Las blandas se ensanchan mientras que las duras conservan su diametro. Esto crea un cambio irregular por el cual debe pasar la sarta, y puede ocurrir que las herramientas de diametro como el del hueco puedan pegarse, como los estabilizadores al sacar la tubería.
Pega de tubería. Las sartas de tubería, de revestimiento y hasta las herramientas de registros pueden llegar a pegarse dentro del pozo por las siguientes causas geometricas:
Ensamblajes muy rigidos que no se doblan al pasar por una pata de perro.
Los drillcollars que se traban al pasar por un ojo de llave.
De la misma manera, con los derrumbes que ocurren mas fácilmente cuando hay patas de perro y ojos de llave.
El revestimiento se puede pegar al tratar de pasar por una pata de perro.
Las herramientas de registros electricos tambien se pueden pegar en ojos de llave o en patas de perro.
Igualmente a todos estos problemas se le pueden sumar el aumento de torque, arraste y fatiga de la tubería, y problemas por revestimiento y cementacion.
TIPOS DE POZOS DIRECCIONALES
Los pozos direccionales pueden clasificarse de acuerdo a la forma que toma el ángulo de inclinación en:
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.
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 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. Adicionalmente, se requiere un ensamblaje especial de la sarta de perforación para poder obtener los grados de inclinación máximo hasta el objetivo.
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.
Clasificación de los pozos horizontales
Radio Ultracorto: El radio de curvatura en esta técnica de perforación horizontal varía de 1 a 2 pies, y el ángulo de construcción entre 45° y 60° por pie, con sección horizontal entre 100 a 200 pies.
Ventajas:
Son efectivos en formaciones suaves y fáciles de penetrar como arenas de crudos pesados y bitumen.
Desarrollo del campo mediante pozos verticales múltiples.
Realización de pozos horizontales múltiples a través de varias capas originadas desde un pozo vertical.
Desventajas:
Requiere equipo especializado.
Necesita que se agrande el hoyo en la cercanía lateral del objetivo de perforación.
Es imposible correr registros en la sección horizontal, y no pueden tomarse núcleo debido a lo severo del radio de curvatura.
La longitud de drenaje del pozo, generalmente es menor de 300 pies.
Radio Corto: En esta técnica el radio de curvatura varía de 20 a 40 pies con variaciones del ángulo de construcción de 2° a 5° por pies, con una sección horizontal de 100 a 800 pies de longitud.
Ventajas:
Más precisión para drenar el yacimiento que el de radio medio y largo.
Atractivo en yacimientos pequeños.
Se emplea desde un pozo convencional (Reentry).
Posibilidad de tocar contacto entre fluidos.
Se pueden aislar zonas problemáticas inmediatas a la zona productora
Desventajas
Requiere de un motor de fondo con una articulación ensamblada.
La longitud de drenaje en el pozo, generalmente es menor que 300 pies.
Se completa únicamente a hoyo abierto.
No pueden tomarse núcleos, ni perfilarse; en vista del radio de curvatura presente.
Radio Medio: El radio de curvatura varía de 300 a 800 pies, con un ángulo de construcción de 6° a 20° por cada 100 pies. La sección horizontal varía de 2000 a 4000 pies de longitud.
Ventajas:
Menor torque y arrastre que en pozos de radio corto.
Para drenar el yacimiento puede perforarse horizontalmente hasta una longitud de 300 pies.
Existe la posibilidad de sacar núcleos convencionales.
Puede ser normalmente completado.
Puede acomodarse normalmente el tamaño de la herramienta (MWD); la cual tiene un acceso desde 1 ¾" de diámetro hasta 4 ¾".
Desventajas:
No aplicable para formaciones superficiales y delgadas
Equipo especial de perforación requerido.
Radio Largo: El radio de curvatura varía de 1000 a 3000 pies y el ángulo de construcción entre 2° y 6° por cada 100 pies. La sección horizontal varía entre 1000 y 4000 pies de longitud.
Ventajas:
Fácil para perforar usando un equipo de perforación convencional y revestidor estándar.
Los costos por día de los servicios, frecuentemente son más bajos que los de radio medio y corto.
Permite perforar longitudes horizontales de aproximadamente 5000 pies, con un promedio de 3500 pies.
Existe un mayor acomodo para la completación.
Se puede acomodar fácilmente el juego completo de herramientas de perfilaje.
Desventajas:
Frecuentemente se requiere de un tope en el manejo del sistema, largas bombas y grandes cantidades de lodo.
El riesgo a hueco abierto es mayor; ya que la tubería de perforación puede pegarse y causar daño al yacimiento mientras se perfora.
Es menos preciso para determinar la profundidad vertical verdadera (TVD), porque el comienzo de la perforación (superficie), queda muy lejos (horizontalmente) de la sección horizontal perforada.
Es mucho más costoso en revestidores, cemento y fluidos.
Radio corto, medio y largo
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 yacimiento se puede 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.
Hasta la fecha no se ha encontrado una manera de clasificar al tipo de pozo multilateral ya que la forma y variedad está solo limitada a nuestra imaginación y a las características de nuestros reservorios. Así podemos tener:
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.
Herramientas utilizadas en la perforación de pozos direccionales
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.
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.
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 toma múltiple 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.
Monel: es una herramienta que corrige los efectos del campo magnético de la Tierra y el material metálico de la sarta de perforación en la obtención de los datos tanto del MWD y el LWD. Está hecho de una aleación que permite despreciar la interferencia magnética y así la herramienta MWD pueda brindar datos confiables de azimuth e inclinación.
Martillo (Jar): están diseñados para desarrollar un impacto tanto en las subidas como en las bajadas del BHA. Son empleados para pozos direccionales para que la tubería pueda liberarse en caso de hoyos ajustados o que este atascada.
Herramienta Double Pin: es una herramienta cuyas conexiones son PIN x PIN, para unir juntas cuyos extremos son caja.
Estabilizador: Son necesarios para un BHA direccional. Los que están cercanos a la mecha tienen conexiones BOX x BOX., y los que se colocan en el resto de la sarta tienen conexionen PIN x BOX. Poseen espiral hacia la derecha Se emplean para controlar la desviación del hoyo, reducir el riesgo de pegas diferenciales y dog legs (patas de perro).
HEL (Hostil Environment Logging): herramienta que permite cuantificar la profundidad de la perforación. Instala el MWD (Measuring While Drilling: Midiendo mientras se perfora). Esta herramienta permite ubicar la trayectoria de la sarta de perforación y por ende la del pozo en construcción debido a que proporciona los datos de Profundidad, Inclinación respecto a la vertical y azimut (inclinación respecto al plano horizontal), con lo cual se construyen los SURVEY's, importantes datos que registran la secuencia del Pozo y permiten hacer una comparación respecto a la trayectoria planificada.
En esta junta también cuando se requiera su corrida, se ubica el registro BAP (Bore Annular Pressure), que permite calcular las presiones en tiempo real en el hoyo anular, y con ello monitorear la limpieza del hoyo y así optimizar una alta ROP sin alterar la estabilidad del revoque.
MFR (Multiply Frecuency Resistivity): lleva instalada la herramienta LWD (logging while drilling: Registrando Mientras se perfora), la cual permite registrar cada una de las profundidades y obtener datos para cada una de ellas. Este es un servicio primordial que permite obtener data en tiempo real de la litología y fluidos presentes mientras se está perforando. Ello permitirá el estudio de las características geológicas presentes, y conllevará a la toma de decisiones, sobre todo a la hora de fijar los topes y bases de cada una de las formaciones, marcadores y arenas.
La principal desventaja de estos equipos es la imposibilidad de realizar mediciones en tiempo real. A comienzos de los años 90 se desarrollaron las primeras herramientas direccionales de medición durante la perforación MWD (Measuring While Drilling), que son equipos adaptados a la sarta de perforación.
La medición del sistema MWD proporciona los parámetros inclinación y dirección del pozo, los cuales se determinan mediante u conjunto de aceler metros, magnetómetros y giroscopios instalados en la herramienta. También es posible incorporar un emisor-receptor de rayos gamma a fin de permitir en tiempo real, la correlación y evaluación de las formaciones atravesadas.
A partir de la inclinación y la dirección tomada en cada intervalo de la perforación o estación direccional y considerando la profundidad medida, la cual es equivalente a la longitud total de la sarta de perforación dentro del hoyo, se determinan los valores de: Profundidad Vertical Verdadera (TVD), Coordenadas Rectangulares de Fondo, Severidad de la Pata de Perro y Desplazamiento Horizontal (VS) que se presentan en el reporte direccional del pozo.
Actualmente se emplean los sistemas de registros durante la perforación LWD (Logging While Drilling). Esta modalidad permite la medición de la Resistividad, Registros de Densidad-Neutrón y Espectroscopía Natural de Rayos Gamma, adicionalmente a todos los parámetros que se incluyen en el reporte direccional.
Las herramientas MWD y LWD también proporcionan información mecánica sobre la sarta de perforación como lo son Torque, Tasa de Penetración, Peso sobre la Mecha y Dirección de la misma, que pueden contribuir a una mejor interpretación de las condiciones de operación, también en tiempo real.
Los equipos MWD y LWD se instalan en portamechas especialmente diseñadas para contener el conjunto de sensores y material electrónico. Éstos se ubican lo más cerca posible de la mecha (evitando interferencias) para hacer más eficientes las mediciones. Las señales son transmitidas a la superficie a través de pulsos electrónicos que viajan en el fluido de perforación y son descodificados por un equipo receptor instalado en la superficie.
INTRODUCCIÓN
Al igual que en otras operaciones de perforación, en perforación direccional también existe la necesidad de obtener un rendimiento efectivo en costos. Según datos de importantes compañías, el costo de perforación representa aprox. el 40%de los costos de descubrimiento y desarrollo. Los sistemas rotativos direccionales, desarrollados inicialmente para perforar pozos de alcance extendido, también resultan efectivos en costos en aplicaciones de perforación convencional, ya que permiten reducir el tiempo de perforación en forma considerable. Los avances realizados tanto en la tasa de penetración como en la confiabilidad de estas herramientas han impulsado su difusión en el mundo entero.
Existen ciertas situaciones que requieren el uso de tecnología de perforación de avanzada. La geología local puede determinar una trayectoria complicada para un pozo, tal como perforar alrededor de domos salinos o láminas de sal. Se podría incrementar el drenaje o la producción del yacimiento desde un pozo en particular, si el mismo penetrara varios bloques de fallas o se construyera en forma horizontal para interceptar fracturas o maximizar la superficie del hueco que se encuentra dentro del yacimiento. Un pozo con múltiples tramos laterales, por lo general, drena varios compartimientos del yacimiento. En los campos maduros, los compartimientos pequeños también pueden ser producidos en forma económica si los pozos direccionales se encuentran ubicados de manera adecuada.
Resulta evidente, que sin la tecnología de avanzada de la perforación direccional, no sería físicamente posible perforar un pozo determinado, ya que el mismo sería perforado en una locación poco adecuada o resultaría más costoso o más riesgoso. Los sistemas rotativos direccionales permiten planificar geometrías de pozos complejas, incluyendo pozos horizontales y de alcance extendido. Posibilitan la rotación continua de la columna de perforación mientras se dirige la trayectoria del pozo, con lo cual se elimina el problemático modo de deslizamiento, propio de los motores direccionales convencionales.
CONCLUSIÓN.
Existen varias razones para utilizar las perforaciones horizontales a través de reservorios, principalmente debido a caracteristicas de la fomacion y con el fin de maximizar la producción del pozo, y por ende reducir el tiempo del equipo de perforación, podemos nombrar las mas importantes:
La producción de formaciones muy delgadas, la cual es muy poco económica en pozos verticales, un pozo horizontal tendra un area de contacto mayor con el reservorio, así incrementando el indice de productividad.
Producción de reservorios donde la permeabilidad vertical excede la permeabilidad horizontal.
Proporciona mayor información sobre el reservorio y la formación.
Llega a zonas aisladas en reservorios irregulares ademas de penetrar fracturas verticales.
Incrementa la producción en reservorios de baja presión o baja permeabilidad.
La perforación direccional es muy ventajosa a la hora de circunstancias como casos de impedimentos naturales que no permiten ubicar en la superficie el taladro directamente sobre la zona destinada para la perforación en el subsuelo, se opta por ubicarlo en otro lugar a una distancia adecuada para desde allí hacer el hoyo direccional hasta la zona, igualmente tiene ventaja cuando sucede un reventón incontrolable. En las operaciones costafuera un reventón es un contratiempo muy serio por sus implicaciones de contaminación, peligro a la navegación y dificultades inherentes a las operaciones de restitución en un medio acuático donde a veces las condiciones climatológicas adversas pueden empeorar la situación.
Dentro de sus desventajas se encuentran las formaciones de pata de perro y ojos de llaves, producidas por el cambio brusco de direccion durante el proceso de perforación, y por atravesar formaciones duras y blandas., pueden ocasionarse pegas de tuberias, se fatiga la tubería, aumenta el torque y el arrastre.
Bibliografía
http://www.slb.com/media/services/resources/oilfieldreview/spanish00/sum00/p20_31.pdf
www.oilfield.slb.com/media/resources/oilfieldreview/spanish00/sum00/p20_31.pdf
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El abecé del petróleo y del gas.
Molina, Patricio; "Trabajo práctico para Técnicas Energéticas: Perforación Direccional".
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
DE LA FUERZA ARMADA
NÚCLEO BARINAS
Bachilleres:Álvarez José. C.I 19.492.680González Johan C.I 10.732.602Larrarte Marybeth C.I 19.429.610Uzcategui Yorwin C.I 19.492.602Velásquez Claismary C.I 19.517.162Profesor: Ing. Juan Fonseca Sección H, VII semestre Ing. Petróleo Sección H PERFORACIÓN DIRECCIONAL
Bachilleres:
Álvarez José. C.I 19.492.680
González Johan C.I 10.732.602
Larrarte Marybeth C.I 19.429.610
Uzcategui Yorwin C.I 19.492.602
Velásquez Claismary C.I 19.517.162
Profesor:
Ing. Juan Fonseca
Sección H, VII semestre
Ing. Petróleo
Sección H
PERFORACIÓN DIRECCIONAL
Barinas, Julio de 2010
