PERFORACION DIRECCIONAL
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Álvarez Álvar ez Lla Llano noss Sil Silen enee Ball Ba lles este tero ross Quic Quichu hu Ev Evaa Fra Franc ncie iesc scaa Delg De lgad adoo Al Alva vare rezz Ro Rodr drig igoo Ce Cesa sar r Maraz Gomez Armin Mira Mi rand ndaa Va Vasq sque uezz Is Isid idro ro Peña Pe ñara rand ndaa Pa Padi dill llaa Yl Ylce cenn Li Lisb sbet et Quin Qu inta tana na Pa Paco co Al Alfr fred edoo Soncko Quenaya Veronic icaa Maria
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La tecnología de la perforación direccional tuvo sus inicios en la década de los 20. En 1930 se perforo el primer pozo direccional controlado en Huntington Beach, California. En 1943 se perforo el primer pozo de alivio en Texas.
En 1954 el Ing. Enrique Mariaca inició la técnica de la perforación direccional destinada a optimizar y bajar costos, particularmente en serranías como Camiri dond donde e la co cons nstr truc ucci ción ón de cami camino noss y plan planch chad adas as sign signifific icab aba a gran grande dess inve invers rsio ione ness y pérd pérdid ida a de tiem tiempo po.. En Cami Camiriri dio dio exce excele lent ntes es resu result ltad ados os.. En 1967, el pozo Monteagudo-5 alcanza los 1770 mts de profundidad, se utilizó la técnica de la perforación direccional que mejoro con los adelantos de la época. Cuando se produjo el descontrol del Pozo MGD-7 (1968) después de variados intentos en los que se emplearon recursos técnicos y servicios de empresas espe espec ciali ializzadas, as, por por vari varios os meses, se decidi idió que que la ún únic ica a form orma de con ontr tro olar larlo era perforando pozos dire ireccion ionales les para int interceptar al pozo a cierta rta profundida idad y así poder ahogarlo con fluido pesado. Eso se hizo y según relataba el lng. residente de ese tiempo, Mario Femández, se ubicaron tres posiciones, de acue acuerd rdo o con la topog opogra rafífía a tan com omp plic licada ada de esas esas serra erran nías, ías, apro aproxximad imadam amen ente te a 1200, 900 y 500 metros de distancia del pozo MGD-7. Se perforaron simultáneamente dichos pozos dirigidos al mismo objetivo, los dos primeros no pudier ieron interceptarlo pasando a corta distancia, ia, pero el tercero sí, log logrando un éxito ito sin prec recedentes, puesto que desde ese luga lugarr se pudo bombear el flui luido que fina finalm lmen ente te ahog ahogó ó el pozo pozo..
Las razones para realizar una perforación direccional son las siguientes: Fallando objetivo (Missed Target). Pozo de trayectoria lateral (Sidetracking) y enderezamiento (Straightening). Buzamiento estructural (Structural Dip). Perforación a través de una falla (Fault Drilling). Para entrar en una formación en un punto particular o a un Angulo determinado. Para llegar a una localización inaccesible. Para perforar un yacimiento que esta bajo el agua. Perforación costa afuera. Para perforar a través de un domo salino. Pozos de alivio.
3.1. FALLANDO OBJETIVO (Missed Target). Si se ha de fallar en llegar a cierto objetivo con la trayectoria que se está llevando, la perforación direccional sirve para redireccionar el pozo hacia la formación productiva.
3.2. POZO DE TRAYECTORIA LATERAL (Sidetracking) Y ENDEREZAMIENTO (Straightening). La perforación direccional puede realizarse como una operación remedial, ya sea para dirigir el pozo por una trayectoria lateral para evitar un obstáculo (Tubería y herramientas abandonadas y cementadas y el pozo taponado) desviando el pozo a un lado de la obstrucción, o de llevar al pozo nuevamente a la vertical enderezando las cio desviad
3.3. BUZAMIENTO ESTRUCTURAL (Structural Dip). Si la estructura de la formación y su buzamiento va ha ser muy difícil de mantener vertical un pozo, puede ser más rápido y barato situar el taladro teniendo en cuenta la desviación que el pozo ha de tomar y permitirle orientarse naturalmente hacia el objetivo. El pozo puede ser orientado o direccionado en las últimas etapas para hacer más precisa su llegada al objetivo.
3.4. PERFORACION A TRAVES DE UNA FALLA (Fault Drilling). La perforación direccional puede ser usada para deflectar la trayectoria de un pozo y eliminar el peligro de perforar un pozo vertical a través de una falla abruptamente inclinada la cual podría torcer y cortar el revestimiento.
3.5. PARA ENTRAR EN UNA FORMACION EN UN PUNTO PARTICULAR O A UN ANGULO DETERMINADO. La perforación direccional hace posible penetrar una formación en un punto o ángulo particular, en forma que se pueda llegar a la máxima productividad del reservorio.
3.6. PARA LLEGAR A UNA LOCALIZACION INACCESIBLE. Se puede situar al taladro fuera del objetivo, para llegar posteriormente con perforación direccional, y así llegar a una localización sobre una formación productora de otra manera inaccesible (como debajo de una población, terreno montañoso o pantanoso, o cuando no se permite el acceso)
3.7. PARA PERFORAR UN YACIMIENTO QUE ESTA BAJO EL AGUA. Cuando una formación productiva queda bajo el agua, la perforación direccional permite que el pozo se perfore desde una superficie en tierra hacia el objetivo bajo el agua. Aunque la perforación direccional es costosa, lo es menos que la perforación costa afuera.
3.8. PERFORACION COSTA AFUERA. La perforación direccional se usa comúnmente en perforación costa afuera porque se pueden perforar varios pozos desde la misma plataforma. Esto simplifica las técnicas de producción y recolección, dos factores importantes que intervienen en la factibilidad económica y en los programas de perforación costa afuera.
Técnicas de perforación
Perfiles de pozo.
- Perfil de deflexión superficial. -Perfil de curva en S - Perfil de deflexión aguda
Etapas de la perforació n
- Kick Off. - Sección de levantamiento. -Sección de Angulo constante. - Disminución de ángulo.
Cucharas, motores y técnicas.
- Cucharas. - Motores de fondo. - Substitutos angulados. - Rotando y deslizando. Mediante boquilla desviadora.
5.1. PERFILES DE POZO. 5.1.1. Perfil de deflexión superficial (Shallow Deflection Profile). Llamado también Slant Well: Tipo J. El perfil de deflexión superficial está caracterizado por una deflexión superficial inicial. Cuando se logran la inclinación y el azimut deseados, se reviste el pozo para proteger la sección de levantamiento. Se mantiene el ángulo del pozo con el fin de llegar al objetivo. Este perfil es usado principalmente para perforación a profundidad moderada donde no se necesita revestimiento intermedio.. También se usa para perforar pozos más profundos que requieran un gran desplazamiento lateral. La mayoría de pozos direccionales se planean con este perfil.
Perfil tipo Slant o J r1>X3
θ =
3 − 1 1 − 3
−
1 3 − 1
∗
3 − 1 1 − 3
r1
θ = 180 −
3 − 1 1 − 3
−
1 3 − 1
∗
3 − 1 3 − 1
5.1. PERFILES DE POZO. 5.1.2. Perfil de curva en S. El perfil de curva en S se caracteriza también por una deflexión inicial a una profundidad superficial con un revestimiento aislando la sección de levantamiento. El ángulo de desviación se mantiene hasta que se ha perforado la mayor parte del desplazamiento lateral deseado. El ángulo del hueco se reduce o se regresa a la vertical con el fin de llegar al objetivo. Frecuentemente se sienta un revestimiento intermedio cuando se ha conseguido la reducción de ángulo necesaria. 5.1.3. Perfil de deflexión aguda. El perfil de deflexión aguda se caracteriza por una deflexión inicial mucho más abajo del revestimiento de superficie, luego se mantiene el ángulo con el fin de llegar al objetivo.
Perfil de curva S r1 + r2>X4
θ =
4 − 1 1 + 2 − 4
−
1 + 2 4 − 1
∗
4 − 1 1 + 2 − 4
r1 + r2
θ = 180 −
4 − 1 4 − 1 + 2
−
1 + 2 4 − 1
∗
4 − 1 4 − 1 + 2
Perfil de curva S Modificada r1 + r2>X5
θ =
5 + 2 ∗ α − 1 1 + 2 − 5 + 2 ∗ 1 − α
−
1 + 2 5 + 2 ∗ α − 1
∗
5+ 2 ∗ α − 1 1 + 2 − 5 + 2 ∗ (1 − α)
r1 + r2
θ = 180 −
5 + 2 ∗ α − 1 5 + 2 ∗ 1 − α
− 1 + 2
−
1+2 5 + 2 ∗ α − 1
∗
5+2∗α −1 5 + 2 ∗ (1 − α) − (1 + 2)
5.2. ETAPAS DE LA PERFORACION. Se consideran cuatro etapas principales en la perforación de un pozo direccional: 5.2.1. Kick Off. Este es el punto al cual el pozo se aparta de la vertical. Esto se consigue por medio de varias técnicas de desviación como el uso de boquillas desviadoras, cucharas (whipstocks), motores y substitutos angulados (bent subs). 5.2.2. Sección de levantamiento. Después del Kick Off, la inclinación del pozo se aumenta hasta el ángulo deseado de deflexión. Esto generalmente se consigue mediante el uso de motores y de substitutos angulados (bent subs). Es muy importante que se eviten los cambios severos de ángulo y la creación de patas de perro. Se puede obtener control adicional mediante el uso de drillcollars rígidos, el diámetro, posición y espaciamiento de estabilizadores y el control de los parámetros de perforación ( WOB y RPM)
5.2. ETAPAS DE LA PERFORACION. 5.2.3. Sección de ángulo constante. Una vez se ha conseguido el ángulo de deflexión deseado en la sección de levantamiento, se debe mantener la trayectoria para llevar el pozo al objetivo. Se utilizan ensamblajes rígidos para perforar siguiendo la misma trayectoria, “encerrando” el curso y consiguiendo la rata de penetración óptima. 5.2.4. Disminución de ángulo. Esto puede requerirse si el pozo se está dirigiendo por encima del objetivo. Se puede reducir el ángulo variando la posición de los estabilizadores (Péndulo) y la rigidez de la sarta, permitiendo al efecto del péndulo reducir el ángulo. Reducir el peso en la broca también ayuda a reducir ángulo. Un ensamblaje direccional, que utilice un motor, puede ser usado para correcciones finales para asegurar que se va a alcanzar exitosamente el objetivo.
MÉTODOS DE DEFLEXIÓN Y HERRAMIENTAS DESVIADORAS
Fig. Desviador de pared recuperable
MÉTODOS DE DEFLEXIÓN Y HERRAMIENTAS DESVIADORAS Podemos clasificar las herramientas en tres grupos: Desviador de Pared (Whi stock). Chorro de Barrena (Jetting). Motores de Fondo (DHM) con codo desviador (Bent Sub, Bent Housing ).
Desviador de pared (WHISPTOCK)
Actualmente estas herramientas son utilizadas comúnmente en pozos multilaterales y pueden ser de tipo recuperable o permanente.
Desviador de pared recuperable
Constan de una cuña larga invertida de acero, cóncava, con el lado interior acanalado para guiar la barrena hacia el rumbo de inicio de desviación. Los ángulos para los cuales están diseñados estos desviadores, varían entre 1 y 5 grados; en su parte inferior tienen una especie de punta de cincel para evitar que giren cuando la barrena está trabajando. En la parte superior de la barrena, se instala un lastrabarrena o porta barrena, el cual permite recuperar el desviador . Estos desviadores son muy usados en equipos con bombas de lodo pequeñas, sidetracks en profundidad y pozos muy calientes.
DESVIADOR DE PARED PERMANENTE Estos desviadores se colocan en agujeros ademados (donde existan obstrucciones por colapso de la T.R.) o en agujeros descubiertos que contengan un medio donde asentarlo (un tapón de apoyo o un pescado con media junta de seguridad). Comúnmente, se coloca con un conjunto compuesto por un molino, un orientador y tubería extrapesada. Una vez orientada la herramienta se le aplica peso y se rompe el pasador que une el desviador con el molino, girando lentamente la sarta de molienda. Este tipo de desviador es muy utilizado sobre todo en pozos con accidentes mecánicos. Un arreglo típico con herramienta desviadora de pared, se muestra a continuación: Desviador de pared + Trepano piloto + Estabilizador + 1 junta de tubería de perforación + Substituto de orientación + 1 portarnechas no-magnético
APLICACIONES GENERALES En general una apertura de ventana se realiza para: 1. Rehabilitar pozos que han sido abandonados debido a obstrucciones ó “pescado”.
2. Perforar alrededor de la tubería de revestimiento colapsada ó dañada. 3. Corregir la dirección del pozo. 4. Recompletación de un pozo donde las perforaciones están taponadas y las técnicas convencionales son insuficientes para restaurar la producción. 5. La aplicación más importante en la actualidad es para perforar re-entrada en los pozos, es decir, perforar pozos multilaterales para incluir otras zonas productoras
DESVIADOR DE PARED
CHORRO DE BARRENA Esta técnica es utilizada para desviar el pozo en formaciones suaves y friables, aunque con resultados erráticos y generando patas de perro severas. Una barrena convencional se usa para desviar pozos en el tipo de formaciones mencionadas. Esto se logra
taponando dos de las toberas y dejando la tercera libre o con una de diámetro muy grande. Esta última se orienta en la dirección a la cual se desea desviar, después se ponen en funcionamiento las bombas, moviendo hacia arriba y hacia abajo la tubería de perforación. La acción del chorro lava materialmente la formación. Una vez fijado el curso apropiado, se gira la sarta y la barrena tiende a seguir el camino de menor resistencia formado por la sección deslavada . Se deben generar velocidades de
circulación de aproximadamente 500 pies/seg.
Ventajas del uso de la Barrena a Chorro No hay desalineación en el BHA. Entonces los errores de medición son mínimos comparados con los motores de fondo con arreglo de substituto de deflexión. Las mediciones de dirección pueden tomarse mas cerca al trepano que usando motor de fondo. No existe torque cuando se circula el chorro. La cara de la herramienta (tool face) puede ser orientada con más precisión que usando motores de fondo. Un pozo de calibre completo puede ser perforado desde el inicio. Desventajas del uso de la Barrena a Chorro La técnica se limita a formaciones suaves y friables. Resultados erráticos y con severas patas de perro, que no son controladas. En equipos pequeños la capacidad de las bombas puede no ser suficiente para crear el lavado de la formación.
CHORRO DE BARRENA
Un arreglo típico de fondo de pozo, con barrena a chorro : Trepano +Substituto de trepano + Substituto de orientación + MWD + Portamechas no magnético + Estabilizador + Portamechas + Estabilizador.
MÉTODOS DE DEFLEXIÓN Y HERRAMIENTAS DESVIADORAS
MOTORES DE FONDO (PDM) O TURBINAS.
Constituyen el desarrollo más avanzado en herramientas desviadoras. Son operados hidráulicamente por medio del lodo de perforación bombeado desde la superficie a través de las tuberías de perforación.
MOTORES DE FONDO (PDM) O TURBINAS. ventajas : Proporcionan un mejor control de la desviación. Posibilidad de desviar en cualquier punto de la trayectoria de un pozo. Ayudan a reducir la fatiga de la tubería de perforación. Pueden proporcionar mayor velocidad de rotación en la barrena. Generan arcos de curvatura suaves durante la perforación. Se pueden obtener mejores ritmos de penetración.
MOTORES DE FONDO (PDM) O TURBINAS. El tipo y diámetro del motor a utilizar depende delos siguientes factores:
Diámetro del agujero. Programa hidráulico. Ángulo del agujero al comenzar la operación de desviación. Accesorios (estabilizadores, lastrabarrenas, codos, etc.).La vida útil del motor depende en gran medida delas siguientes condiciones: Tipo de fluido. Altas temperaturas. Caídas de presión en el motor. Peso sobre barrena. Tipo de formación.
MOTORES DE FONDO (PDM) O TURBINAS. Los motores de fondo pueden ser de turbina o helicoidales. En la Figura 12 se muestra un diagrama de un motor dirigible, el cual es la herramienta más utilizada para perforar pozos direccionales y se caracteriza por tener la versatilidad de poder perforar tanto en el modo rotatorio, como deslizando.
MÉTODOS DE DEFLEXIÓN Y HERRAMIENTAS DESVIADORAS Motores de Fondo (PDM) o Turbinas con Codos Desviadores (Bent Sub). La técnica más común para cambiar la dirección de un pozo es colocar un codo desviador directamente sobre un motor de fondo (PDM) o Turbina. La conexión macho (PIN) del codo desviador ofrece ángulos de 1o a 3o. El codo desviador permite la deflexión del motor de fondo a través de aplicarle peso, sobre una de los lados del pozo. A medida que la perforación avanza, el trepano es forzado a seguir la curva generada. El ángulo de curvatura (severidad de la pata de perro) depende del ángulo del cuerpo del codo desviador (Bent Sub) y del diámetro externo (OD) del motor de fondo, codo desviador y portamechas en relación al diámetro del agujero.
MÉTODOS DE DEFLEXIÓN Y HERRAMIENTAS DESVIADORAS Este tipo de arreglo no debe rotar a medida que se construye el pozo direccional.
MÉTODOS DE DEFLEXIÓN Y HERRAMIENTAS DESVIADORAS
Motor de Desplazamiento Positivo Dirigibles (Bent Housing).
El más común de los motores dirigibles es el llamado codo desviador ajustable (BentHousing). Los motores no tienen una punta articulada recta. El ángulo que genera esta junta articulada se llama "ángulo de la junta articulada" (Bent housing angle) y usualmente es de 1,5 o.
MÉTODOS DE DEFLEXIÓN Y HERRAMIENTAS DESVIADORAS Motores de Fondo (PDM) o Turbinas con Codos Desviadores (Bent Sub). Un arreglo de fondo de pozo típico es el siguiente: Trepano + Motor de Fondo + Codo Desviador + Substituto de Orientación (UBHO) + Portarmechas No-Magnético + Tuberías Pesadas + Tuberías de Perforación.
Motor de Desplazamiento Positivo Dirigibles (Bent Housing).
Motor de Desplazamiento Positivo Dirigibles (Bent Housing).
):
Perforación sin rotación de superficie donde el DHM proporciona toda la rotación al trepano. Usado para la construcción del tramo direccional del pozo.
Perforación con rotación de superficie mas la rotación transmitida por el motor de fondo. Usado para la construcción del tramo tangente del pozo
Hoy en día los avances de la tecnología nos permiten poder contar con motores de fondo capaces de poder cambiar la dirección de su desplazamiento por si solos, sin necesidad de sacar la herramienta para cambiar un codo desviador o ajustar el codo articulado para una nueva inclinación.
Fuerza opuesta a la del trepano, aplicada a las paredes del pozo (a través de aletas - ads) haciendo que el tre ano adquiera la dirección hacia donde necesitamos dirigir el pozo.
SISTEMA ROTARY ESTEERING
SISTEMA ROTARY ESTEERING
CODOS DESVIADORES Y JUNTAS ARTICULADAS Los codos desviadores se colocan en la parte superior de un motor de fondo y son elementos de tubería de doble piñón, el cual se conecta de manera normal a la sarta a través de su extremo superior y el extremo inferior está maquinado con un ángulo de desviación fuera deleje del cuerpo. Estos elementos le proporcionan un ángulo a la sarta para poder perforar, generalmente a bajos ritmos de incremento. Solo pueden ser utilizados en el modo sin rotar(deslizando).
ENSAMBLE DE FONDO Un ensamble de fondo es conformado por barrena, el estabilizador, escariadores, Drill Collars, subs y herramientas especiales. El uso de este ensamble limita la perforación direccional y normalmente es utilizado para secciones verticales del agujero donde la desviación no es un problema.
DEFLEXIÓN POR TOBERA El método de desviación de un pozo por medio de Tobera (JETTING) era el método más común utilizado en formaciones suaves.
Este método se ha utilizado con éxito a las profundidades de 8000 pies (2400m)
la economía de este método y la habilidad de otras herramientas de perforación direccional limitan su uso.
