1
PERFORACIÓN DIRECCIONAL. Introducción. En el pasado la perforaci6n direccional se utilizó para solucionar problemas relacionados con herramientas o equipos dejados dentro del hoyo, mantener la verticalidad del pozo o para la perforación de un pozo de alivio para contrarrestar la presión de fondo en un reventón. Las técnicas de control direccional fueron mejorando, y hoy en día se cuenta con equipos especiales para determinar con más exactitud los parámetros que requieren mayor vigilancia para lograr el objetivo propuesto. Además, se han desarrollado nuevas técnicas para perforar el yacimiento completamente en forma horizontal y de esta forma obtener un incremento en la producción. Así mismo, al igual que las técnicas y equipos, los instrumentos de medición son más precisos y los cálculos se realizan por medio de computadoras, lo que permite obtener mejores resultados con un mínimo esfuerzo.
Definición. La perforación direccional es la técnica de la desviación de la trayectoria del pozo a lo largo de su curso hacía un objetivo que se encuentra en el subsuelo de cuya localización, a una distancia lateral y dirección vertical dada; esta definición es el concepto fundamental de la perforación direccional controlada tanto para una trayectoria de pozo mantenida tan cerca como sea posible de la vertical como para una desviación de la vertical planeada deliberadamente.
Objetivos. La perforación de pozos se efectúa para alcanzar los siguientes objetivos:
Aumentar el volumen de reservas recuperables.
Aumento de la rentabilidad.
Evitar atravesar formaciones difíciles (domos de sal, presiones anormales, etc).
Incrementar la tasa de producción de los pozos, (estadísticamente se a demostrado que un pozo horizontal o altamente inclinado produce entre 5 a 6 veces la producción de un pozo vertical).
Controlar severos problemas de conificación de agua y gas.
Aprovechar los diferentes mecanismos de producción de los yacimientos: segregación gravitacional, intrusión de agua, capa de gas, etc.
Reactivar pozos en yacimientos marginalmente económicos.
2
Explotar yacimientos de arenas de espesores menores de 20 pies, donde la perforación vertical es antieconómica.
Accesar reservas en yacimientos heterogéneos o de poca continuidad lateral.
Acelerar e incrementar el recobro final de los pozos.
Alcanzar yacimientos que se consideraban económicamente no explotables.
Reducir costos en perforación costa afuera.
Causas 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 ameriten un cambio de programa en la perforación. Las más comunes se describen a continuación.
Localizaciones inaccesibles. Los pozos direccionales muchas veces son perforados debido a que la localización
directamente sobre el reservorio es inaccesible por encontrarse algún tipo de instalación o edificaciones (parques, edificios, etc.), o donde las condiciones naturales del terreno (lagunas, ríos, montañas, etc.) hacen difícil su acceso; estas condiciones hacen necesario localizar el taladro a una distancia alejada y perforar un pozo direccional para alcanzar el objetivo.
Domos de sal y formaciones no deseadas. Los domos de sal son trampas naturales de acumulaciones de petróleo, localizado en estratos
debajo de la protuberancia lateral de cobertura dura. Existen varios problemas asociados con la perforación de un pozo a través de formaciones de sal, estos problemas pueden ser minimizados en parte utilizando un lodo saturado de sal; pero otra solución es perforar un pozo direccional para alcanzar el reservorio y de esta manera evitar perforar a través de la formación salina. Entre los problemas que pueden ocasionar los domos de sal podemos mencionar corrosión en las tuberías,
3 contaminación del lodo de perforación, etc. También existen formaciones no deseadas como estratos con características estratigráficas o estructurales antioperativas o con presiones anormales las cuales podemos evitar atravesar perforando un pozo direccional.
Formaciones con fallas. Los pozos direccionales también se perforan para evitar la perforación de pozos verticales a
través de un plano de falla, el cual podría deformar y cortar el casing, además, cuando se perforan originalmente hoyos verticales, son comunes desviaciones no deseadas las cuales frecuentemente se deben a formaciones falladas en el subsuelo. Usualmente es más fácil perforar un pozo direccional dentro de tales formaciones sin atravesar las líneas de falla.
Múltiples pozos con una misma plataforma. Desde una misma plataforma se pueden perforar varios pozos con la finalidad de reducir el
costo de la construcción de plataformas individuales y las instalaciones de facilidades de producción. Un hoyo puede ser taponado en cierta profundidad y usado como un punto de partida para perforar otros, esto permite la exploración de localizaciones estructurales sin perforar otro pozo completamente, esta forma de perforación también es aplicada en yacimientos costa afuera.
4
Pozo de alivio. El objetivo de un pozo direccional de alivio es interceptar el conducto de un pozo en
erupción y permitir su control; por medio del pozo de alivio se contrarresta las presiones que ocasionaron el reventón, bombeando lodo pesado dentro del reservorio para vencerlas y tener bajo control el pozo problemático.
Desvío de un hoyo perforado originalmente (Side Track). Fue la técnica original de perforación direccional, la desviación puede usarse para solucionar
una obstrucción en el conducto del pozo original (la presencia de un pez) o para explorar el alcance de la zona de producción en un determinado sector del campo. Estos pozos que fueron planificados verticales y por problemas operacionales durante su perforación, tuvieron que ser desviados seleccionando su punto de arranque (KOP) y perforando una sección de incremento y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, pudiendo atravesar o no el mismo objetivo. Esta operación puede hacerse también en pozos verticales como medida de rehabilitación.
5
Controlar la desviación en pozos verticales. Esta es una de las primeras aplicaciones para la perforación direccional, en localizaciones
donde la configuración geológica de los estrados atravesados causan la desviación del hoyo en operaciones regulares de perforación puede ser necesario enderezar dicho hoyo, en otras palabras, cuando la desviación se produce en un pozo que se supone vertical, se apela a varias técnicas direccionales para regresar al pozo a la posición vertical.
Pozos geotérmicos. Es muy aplicable en países industrializados donde la conservación de la energía es uno de los
temas de mayor importancia. Se usan como fuentes energéticas para calentar el agua. A medida que se hacen más escasos los recursos energéticos, el hombre intensifica la búsqueda de los mismos, mejorando las técnicas de perforación y hoy se pueden producir áreas que anteriormente presentaban dificultad.
Diferentes arenas múltiples. Su objetivo es atravesar un yacimiento de varias arenas con un mismo pozo, en esta
aplicación un pozo es perforado direccionalmente para interceptar varias arenas inclinadas lo que permite la completación del pozo utilizando un sistema de completación múltiple. El pozo debe
6 haber entrado al objetivo con un ángulo determinado para asegurar la penetración máxima del reservorio.
Desarrollo múltiple de un yacimiento. Cuando se requiere drenar el yacimiento lo más rápido posible o para establecer los límites
gas – petróleo o agua – petróleo, un yacimiento puede ser atravesado por diferentes conductos de hoyo desviados a partir de un punto del hoyo original.
Perforaciones costa afuera desde tierra También puede ser del resultado económico de perforar reservorios localizados debajo de
grandes cuerpos de agua los cuales están dentro del alcance de la perforación desde tierra, estos pozo son comenzados perforar localizando el taladro en tierra y perforando direccionalmente hacia el objetivo debajo del agua, consiguiendo grandes ahorros debido al menor costo de los taladros en tierra.
7
Pozo horizontal para el aprovechamiento de mayor espesor del yacimiento. La reducción de la producción de un campo se puede deber a muchos factores, incluyendo
conificación por agua o gas, o formaciones con buena permeabilidad vertical. Los ingenieros entonces pueden planear y perforar un hoyo de drenaje horizontal, el cual es un tipo de perforación direccional donde el yacimiento es atravesado por el pozo en forma horizontal, con lo cual incrementa el área de drenaje del mismo.
PUNTO DE ARRANQUE (KOP) SECCIÓN DE INCREMENTO DE ANGULO
SECCIÓN DE NAVEGACIÓN
TIPOS DE POZOS DIRECCIONALES. Los pozos direccionales se clasifican dependiendo de su Objetivo operacional y de la trayectoria y de su ángulo de inclinación, su clasificación más común es la siguiente: Según su objetivo Operacional:
* Pozo Side Track. Son pozos que fueron planificados verticales y problemas operacionales durante su perforación, tuvieron que ser desviados seleccionando su punto de arranque (KOP) y perforando una sección de incremento y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, pudiendo atravesar o no el mismo objetivo. Esta operación puede hacerse también en pozos verticales como medida de rehabilitación.
8
* Pozo de Reentrada (Reentry). Son pozos que anteriormente eran verticales y posteriormente por problemas operacionales de producción, seleccionando su punto de arranque (KOP), se les perfora una sección de incremento y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, atravesando y produciendo la misma arena que estaba produciendo anteriormente como vertical.
* Pozo Grass Root. Son pozos que anteriormente eran verticales y posteriormente por problemas operacionales de producción, seleccionando su punto de arranque (KOP), el cual está a 50 pies por debajo de la zapata del revestidor superficial; se recupera el revestidor intermedio y se le perfora una sección de incremento y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, pudiendo atravesar o no el mismo objetivo.
9
Según su Trayectoria y ángulo de Inclinación.
* Tipo Tangencial (Tipo J). En este tipo de pozo la desviación deseada es obtenida a una profundidad relativamente somera y dicha inclinación inicial se mantiene constante hasta la profundidad total, este tipo de desviación es aplicable en arenas de poca profundidad, donde el valor del ángulo de desviación no será muy grande y no se requiere revestimiento intermedio, hasta después de perforado el hoyo completo.
* Tipo “S”.
Este tipo de pozo es perforado con una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial y una sección de caída de ángulo a cero grado también llamada sección de verticalización, en estos pozos, en algunos casos, se baja el revestidor de producción y luego se perfora la sección de caída del ángulo.
10 * Tipo “S” Especial.
Este tipo de pozo es perforado con una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial intermedia, una sección de caída de ángulo (diferente de cero grado) y una sección de mantenimiento de ángulo hasta el objetivo. Se puede decir que es una combinación del pozo tipo “S” y el tangencial.
2.2.4. Pozos Inclinados Es un pozo que es perforado inclinado desde la superficie con un ángulo de desviación predeterminado y constante, para su perforación se utiliza taladros especiales inclinados en los cuales la cabria puede moverse de 90 desde la horizontal hasta un máximo de 45 .
11
2.2.8. Pozo Horizontal. Un pozo horizontal es aquel que es perforado paralelamente a la zona ó arena productora con la finalidad de tener mayor área de producción. Su clasificación está demarcada por la técnica o método utilizado para realizar el giro de perforación vertical a horizontal y cada uno de estos tipos posee una técnica que va en función directa con la tasa de incremento de ángulo y por supuesto en el desplazamiento horizontal; la clasificación es la siguiente: Radio largo, Radio medio, Radio Corto, Radio Ultra corto y Multi lateral.
Conceptos Básicos. Profundidad medida (MD, Messuare Depth): Es la profundidad medida del pozo, hecha con la medición de la sarta de perforación, desde la localización en superficie a cualquier punto a lo largo de la profundidad total del pozo.
Profundidad vertical verdadera (TVD, True Vertical Depth): Es la distancia vertical desde la superficie a cualquier punto dado en el hoyo.
Desplazamiento o Desviación: Es la distancia horizontal desde el eje vertical del cabezal del pozo hasta cualquier punto del hoyo.
12
Punto inicial de desvío o Punto de arranque (KOP, Kick Off Point): La profundidad donde un pozo es primeramente desviado desde su orientación casi vertical para el inicio del ángulo de la porción de construcción de un pozo direccional u horizontal.
Ángulo de Inclinación: El ángulo en grados tomado en uno o varios puntos de variación entre la vertical y la línea central del conducto del hoyo; algunas veces llamado inclinación o ángulo de desviación.
Tasa de aumento: Es el grado de aumento del ángulo de inclinación sobre una longitud específica.
Dirección u Orientación: Es el ángulo partiendo del eje Norte-Sur (hacia el Este u Oeste) en la escala de 90º.
Azimut: Es el ángulo partiendo del Norte hacia el Este, sobre el plano horizontal, medido con un ángulo (0 a 360°) en sentido de las agujas del reloj.
Pata de perro (Dog Leg): Es cualquier cambio de ángulo real entre las secciones, expresadas en grado sobre una longitud específica.
Severidad de Dog Leg: Severidad de la pata de perro, Una medida de la cantidad del cambio en la inclinación y/o dirección de un conducto de hoyo, usualmente expresado en grados por 100 pies.
Objetivo: Es un punto fijo del subsuelo en una formación que debe ser penetrada con el hoyo desviado.
Ángulo de ataque de la mecha: El ángulo entre la línea central del conducto del hoyo en la mecha y la línea central de la mecha.
Ángulo de caída: Rata de cambio (grados /100 pie) del ángulo de inclinación en la sección del conducto del pozo donde la inclinación va decrecido hacia la vertical.
Ángulo de construcción: Rata de cambio (grados /100 pies) del ángulo de inclinación en la sección del hoyo donde la inclinación es incrementada desde la vertical.
13
Ángulo de Tool Face: El ángulo entre la vertical y la orientación de la porción doblada de una herramienta de perforación direccional medido en un plano perpendicular al conducto del hoyo.
BHA: Bottom Hole Asemmbly, Ensamblaje de fondo. Ensamblaje compuesto por la mecha, estabilizadores, Reamers, Drill Collars, Subs, etc. usados en el fondo de una sarta de perforación.
Sección de Caída: La sección del conducto del pozo en la cual el ángulo de inclinación disminuye.
Sección de Construcción: La sección del conducto del hoyo en la cual el ángulo de inclinación aumenta.
Curva de construcción: La porción de un hoyo horizontal en el cual el pozo es desviado de la vertical con un ángulo de inclinación. Este intervalo frecuentemente contiene sección tangenciales rectas y otras características. La construcción de curva se extiende desde el KOP hasta el final de la curva.
Curvatura del Hoyo: Se refiere al cambio de inclinación y desviación del conducto del hoyo.
Desviación por Mecha de Jetting: Un método de cambio de ángulo de inclinación y dirección dirección del conducto del pozo usando la acción de “lavado” de un Jet o boquilla en un lado de la mecha.
Final de la curva: El final de la profundidad medida en un pozo horizontal del punto donde finaliza la porción corvada de la curva construida y la secció n recta “horizontal” comienza.
Fuerza de doblez: Cuando los tubos de perforación se doblan, cada sección de cruce es sometida a un momento flector generando una fuerza tensional en un lado y una fuerza de compresión en el otro. Como los tubos de perforación rotan estas fuerzas se revierten y como consecuencia causa la fatiga del metal.
14
Herramientas de desviación: Herramientas y equipos de perforación usados para cambiar la inclinación y dirección de un conducto de pozo perforado.
Hoyo curvo: Conducto del hoyo el cual ha sido inevitablemente desviado del hoyo derecho. Hoyo direccional: Conducto de hoyo perforado intencionalmente en una trayectoria planeada diferente a la vertical; conductos de hoyo perforados con métodos de perforación direccional controlada.
Hoyo inclinado: Hoyo no vertical; usualmente referido a conductos de hoyo inclinados intencionalmente en una dirección específica.
Keyseat (Ojo de llave): Una condición donde el conducto del hoyo es desgastado y extendido hacia un lado y con un diámetro más pequeño que los Drill Collars y la mecha; causado usualmente por las juntas en los Drill Pipe.
Ledge (Escalón): Un lomo o borde en el lado del conducto del pozo. Un ledge puede ser creado con la mecha casi sin rotar en el fondo. Otros ledges corren cuando formaciones consolidadas están expuestas a derrumbes de pared en las formaciones no consolidadas más suaves.
Window: Una apertura elíptica cortada en un lado de la sarta de Casing con cortadores desviados hacia el lado por un Whipstock de acero.
Wipstock: Una pieza de acero con larga cuña y forma de canal con un Collars en su rosca superior a través de la cual los Sub y los tubos de perforación pueden pasar, la cara del whipstock pone un ángulo de desviación de la mecha.
