Perforacion Direccional Informe de Antonio

Unibol Guarani Y De Los Pueblos De Tierras Bajas

Ingeniería del Petróleo y Gas Natural

PERFORACION DIRECCIONAL ´´HISTORIA, ANTECEDENTES Y ORIGEN DE LA PERFORACION DIRECCIONAL´´

INTRODUCCION Cada año, más empresas inmersas en el negocio petrolero planean y utilizan pozos direccionales como parte de sus programas de perforación. Con el tiempo, los equipos y técnicas de perforación direccional se han ido perfeccionando generando así un proceso más eficiente, confiable y exacto cuya aplicabilidad se plantea más frecuente a corto, mediano y largo plazo. Para ello es necesario tener conocimientos básicos dentro del amplio tema de la perforación direccional, especialmente los referidos a las causas, características, tipos de pozos, herramientas utilizadas, métodos de cálculo y aplicaciones más comunes. Un aprendizaje completo respecto a este tema permite abrir un abanico de posibilidades al momento de planificar un pozo, así como innovar e implementar tecnología de punta que permita construir pozos no sólo a bajo costo y en menor tiempo, sino con los menores problemas operacionales posibles.

DEFINICION DE LA PERFORACION DIRECCIONAL: DIRECCIONAL: La perforación direccional tiene como propósito, la deflexión de un pozo de la vertical para seguir una trayectoria predeterminada hasta el objetivo. La necesidad

de

la

perforación

direccional

es

determinada por aspectos y ambientales. La perforación direccional controlada es el arte de dirigir un hoyo a lo largo de un curso predeterminado a un objetivo ubicado a una distancia dada de la línea vertical. Los principios de aplicación son básicamente los mismos, independientemente, si se utiliza para mantener el hoyo tan cerca como sea posible a la línea vertical, o desviarla deliberadamente de ésta.

HISTORIA DE LA PERFORACION DIRECCIONAL: Los primeros pozos de perforación direccional y equipamiento, para un grupo de personas llamados ¨perforadores direccionales¨. Mas tarde descubrieron petróleo y aceite en el Gplfo de

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México y en otros países también promovieron la expansión de la aplicación de la perforación direccional, Campos Offshore desarrollados han mostrado la mayoría de las actividades de perforación direccional. Fuertes presiones de la economía y el medio ambiente han incrementado el uso de la perforación direccional. En algunas zonas posibles no es tan alejado desarrollar un campo haciendo caminos en cada superficie localización y perforar cerca de un pozo vertical. En cambio, como en instalaciones offshore, las trayectorias deben construirse en base al numero de pozos que desea perforar. No solo es incrementar la perforación direccional, los programas de trayectoria están comenzando a aplicarse más y la perforaci ón direccional no ha ido común. En formaciones calientes en desarrollo. Los pozos direccionales están operando en granitos duros y rocas ígneas y metamórficas. Los tipos de radio de curvatura utilizados en la perforación direccional se clasifican en base a su longitud y son:

Largo: Utiliza una tasa de construcción de Angulo de 2° a 6° por cada 30 metros perforado. Medio: Se perfora con una tasa de construcción de ángulo de 8°.50° por cada 300 metros perforados.

Corto: Utiliza una tasa de construcción de mayor a 50° por 30 m perforados. Requiere el uso de herramientas de fondo especiales.

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ANTECEDENTES HISTORICOS DE LA PERFORACION: Fines de los años 20:

1ª aplicación de registros para pozos petroleros utilizando el inclinómetro de botella ácida.

Año 1929:

Inclinómetro direccional con aguja magnética.

Años 30s:

Perforación del 1er pozo direccional controlado. (Inicialmente con propósitos no éticos, para cruzar líneas de propiedad).

Año 1934:

Se usó la perforación direccional para matar un pozo descontrolado. Esto marco el Inicio de la PD controlada.

Antes 1950:

Registro Magnético de disparo simple. Registro después de la Perforación.

Años 1960’s:

Motor de Lodo. Herramienta versátil para iniciar desviación.

Años 1970’s:

Herramienta Dirigible. Registro mientras se perfora.

Años 1980’s:

MWD. Telemetría con pulsos de lodo- sin cable de registros. Motor Dirigible. LWD. Medición de datos con calidad de registro eléctrico.

Años 1988’s:

Perforación Horizontal. Perforación para recobro mejorado.

Años 1990’s:

Geo

Steering.

Direccionamiento

geológico

vs.

geométrico. Año 1999:

Perforación Rotativa Dirigible.

Años 2000:

Telemetría de mejor calidad, Mayor velocidad de transmisión de Datos, Pozos Multilaterales.

PERFORACION DIRECCIONAL EN LA ACTUALIDAD: En los últimos años la evolución de la perforación direccional ha dado paso a una serie de desarrollos tecnológicos de gran valor. La introducción de la planificación direccional ha dado pasó al desarrollo de herramientas de Medición de Estaciones que permiten conocer el posicionamiento de la trayectoria. Igualmente se han desarrollado herramientas de evaluación 3



de formación, las cuales en conjunto permite actualmente realizar evaluaciones bastantes completas de los Campos Petrolíferos.

Ventajas. • Posibilidad de obtener más producción por po zo. • Mayor producción comercial acumulada por yacimiento. • Fortalecimiento de la capacidad competitiva de la empresa en los mercados. • Aumento de ingresos con menos inversiones de costos y gastos de operaciones. • Permite reducir el área requerida p ara las localizaciones ya que desde un solo sitio se pueden perforar varios pozos. • Permite penetrar verticalmente el estrato petrolífero pero la capacidad productiva del pozo depende del espesor del estrato, además de otras características geológicas y petrofísicas.

Desventajas • Mayor planificación previa de la construcción del po zo. • Requiere un monitoreo y control constante de la dirección y la orientación del hoyo. • Mayor monitoreo de la litología de la zona perforada. • Costo más elevado respecto a un pozo vertical.

CAUSA QUE ORIGINAN LA PERFORACION DIRECCIONAL Existen varias razones que hacen que se programen pozos direccionales, estas pueden ser planificadas previamente o causadas por problemas en las perforaciones que ameriten un cambio de programa en la perforación. Las más comunes son las siguiente;

Localizaciones Inaccesibles Son aquellas áreas por perforar donde se encuentra algún tipo de instalaciones o edificaciones (parques, edificios, etc), o donde el terreno por sus condiciones naturales (lagunas, ríos, montañas, etc) hacen difícil su acceso.

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Domo de Sal Donde los yacimientos a desarrollar están bajo la fachada de un levantamiento de sal y por razones operacionales no se desea atravesar el domo.

Formaciones con Fallas Donde el yacimiento está dividido por varias fallas que se originan durante la compactación del mismo.

Múltiples pozos con una misma plataforma Desde la misma plataforma se pueden perforar varios pozos para reducir el costo de la construcción de plataformas individuales, minimizando los costos por instalación de facilidades de producción.

Pozos de Alivio Es

aquel

que

se

perfora

controlar

un

pozo

en

erupción.

Mediante

el

pozo

de

alivio

contrarresta

las

presiones

ocasionaron el reventón.

HERRAMIENTAS QUE SE UTILIZAN EN LA PERFORACION DIRECCIONAL TOP DRIVE Es un equipo que posee un motor eléctrico para transmitir rotación a un eje inferior a través de un sistema planetario de engranaje, y tiene además en su parte superior una unión giratoria que permite circular lodo hacia el interior del eje en

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para

se que



rotación. La velocidad de rotación puede ser controlada desde un panel de regulación de potencia eléctrica.

TUBERÍA DE PERFORACIÓN (DRILL PIPE) El componente de la sarta que conecta el ensamblaje de fondo con la superficie.

Funciones • Transmitir la potencia generada por los equipos de rotación a la barrena. • Servir como canal de flujo para trasportar los fluidos a alta presión. • Permitir que la sarta alcance la profundidad deseada.

Características Cada tubo de perforación tiene 3 partes principales • Cuerpo • Pin • Caja

TUBERÍA EXTRA-PESADA (HEAVY WEIGHT) Es un componente de peso intermedio entre la tubería y los lastrabarrenas para la sarta de perforación. Son tubos de pared gruesa unidos entre sí por juntas extra largas, para facilitar su manejo, tiene las mismas dimensiones de la tubería de perforación corriente, debido a su peso y forma, esta tubería puede mantenerse en compresión, salvo en pozos verticales de diámetro grande. Representa la zona de transición entre los lastrabarrenas y la tubería de perforación, para minimizar los cambios de rigidez entre los componentes de la sarta.

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AMORTIGUADORES:

LASTRABARRENAS DE PERFORACIÓN (DRILL COLLAR) Es un conjunto de tubos de acero o metal no magnéticos de espesores significativos, colocados en el fondo de la sarta de perforación, encima de la barrena. Proporciona la rigidez y peso suficiente a la mecha para producir la carga axial requerida por la barrena para una penetración más efectiva de la formación.

HERRAMIENTAS DESVIADORAS O DEFLECTORAS Un requisito primordial para la perforación direccional es tener las herramientas desviadoras apropiadas, junto con barrenas y otras herramientas auxiliares. Una herramienta deflectora es un dispositivo mecánico que se coloca en el hoyo para hacer que se desvíe de su curso. La selección de esta herramienta depende de varios factores, pero principalmente del tipo de formación en el punto de inicio de la desviación del hoyo. Antes de empezar cualquier desviación, el lodo debe acondicionarse y el hoyo debe estar limpio de ripios. Generalmente, pasan varias horas desde el momento que se saca la columna de lodo desde el fondo del hoyo hasta que se mete la herramienta de desviación y se fija en su posición.

MOTOR 7



El motor se mueve con el flujo del lodo de perforación por la sarta, eliminando así la necesidad de girar la sarta. Posee un estator que tiene una cavidad en espiral recubierta de un elastómero con una sección transversal elíptica a través de toda su longitud. El rotor, que es un elemento de acero, sinusoidal que corre dentro del estator. Posee una serie de cuñas que empujan el rotor de un lado de la elipse al otro en forma progresiva recurrente a través de la longitud de la cavidad. Con la finalidad de que el motor sinusoidal se mueva a través de la elipse y se adapte a la cavidad helicoidal (espiral) del estator el rotor debe girar, dando por resultado una fuerza de rotación que se usa para girar la barrena. Una vez que se ha introducido la herramienta al hoyo y se ha orientado, se pone a funcionar el motor con la torsión del fluido de perforación, entonces la mecha se asienta en el fondo. Como la herramienta es un motor de desplazamiento positivo, la torsión de perforación es proporcional a la pérdida de presión a través de la herramienta. La presión en la superficie aumentará a medida que se le aplica más peso a la mecha o barrena. Un peso excesivo puede atascar el motor; por lo tanto, la perforación con el motor helicoidal es función de coordinar la presión disponible de la bomba con el peso sobre la Barrena.

Ventajas del Uso del Motor 

Torque / Rotación definido por la relación de los lóbulos (lobe).



Revolución directamente proporcional a la tasa de flujo.



Suficientemente lento para utilizar mechas Ticónicas.



Torque variable con peso sobre la barrena.



Bajo requerimiento de Potencia con las Bombas del Taladro / 150 psi por etapa.

Desventajas del Uso del Motor 

Cuenta con vida útil y potencia muy limitada.



Significativamente muy afectado por alta Temperatura (300 ºF).



Alto torque a expensas de velocidad.



El pobre balance radial afecta el MWD y Barrena.

TURBINA 8



La turbina contiene rotores y estatores en forma de aspas. Los estatores están conectados al casco de la herramienta y se mantienen estacionarios. Para hacerlo funcionar, el fluido de perforación comienza a circular por la sarta de perforación. Las aspas en cada uno de los estatores estacionarios guían el lodo hacia las aspas de los rotores a un ángulo.

Ventajas del Uso de Turbina 

Muy alta potencia.



Herramienta de principio muy confiable.



Perfecto balance radial.



Muy larga vida.



La potencia no depende de Elastómeros.



Las Turbinas tienen excelente resistencia al calor.



Velocidad y torque son manipulables desde la superficie.

Desventajas del Uso de la Turbina 

No tiene aplicación con barrenas tricónicas.



Alta potencia a expensa del flujo.



Poca aplicación en hoyos superficiales.



Son difíciles y costosas de desarrollar.

DESVIACIONES Existen ocasiones en las que es necesario abandonar o desviar la porción inferior del pozo. Existen muchos motivos para efectuar una desviación; la tubería de revestimiento puede estar dañada o pudo haberse caído, basura también pudo haberse caído dentro del pozo, la zona de producción puede haberse dañado en el pozo original, o puede ser necesario llegar a hasta otra zona de drenaje menos profunda. Si es necesario que se abra otra ventana en la tubería de revestimiento, primero se debe circular cemento de vuelta hacia el punto inmediatamente superior al punto de arranque del desvío, luego el cemento es acondicionado de nuevo hasta el punto de arranque del desvío. El punto de 9



arranque del desvío se puede lograr con un sub ponderado y un motor de fondo de hoyo, en una combinación whipstock (desviador guía barrena, guía sondas). Una vez que la ventana ha sido cortada y apropiadamente removida. El diseño apropiado de un ensamblaje de fondo de hoyo es crucial. Si se mantiene el ángulo actual del pozo, un ensamblaje de hoyo empacado debe ser introducido, (péndulo) estabilizadores se ubican sobre la barrena en puntos clave. Si el pozo va a ser horizontal y el ángulo deseado aún no se ha alcanzado, un ensamblaje tipo fulcro es insertado con estabilizadores cerca de la barrena. Varios cambios de ángulo pueden llevarse a cabo durante el curso de la perforación antes que la profundidad y el objetivo hayan sido alcanzados. Dependiendo del tipo de terminación a ser realizada, la nueva sección del hoyo puede ser registrada, el revestidor auxiliar insertado y el nuevo intervalo puede ahora ser perforado y la producción puede continuar.

EQUIPO DE MEDICIÓN MWD (Meassurement While Drilling) Es un sistema de telemetría de pulso positivo compuesto por tres sub-partes integradas. Estas partes son: 

Ensamblaje del Pulser en el Fondo del Hoyo.



Ensamblaje de los Instrumentos de la Probeta en el Fondo del Hoyo



Sistemas de Superficie.

CROSS OVER Son herramientas diseñadas para unir las partes de perforación que tienen diseño de roscas diferentes y se colocan normalmente entre la tubería y los lastrabarrenas pero también puede n colocarse en otros puntos. Un cross over tiene roscas diferente macho y hembra.

ESTABILIZADORES En la perforación direccional se hace uso de los estabilizadores para controlar o modificar el ángulo de inclinación del pozo de acuerdo con lo deseado. Los estabilizadores se instalan en la sarta de perforación de acuerdo con la necesidad; aumentar, reducir, mantener el ángulo. Aunque existen varios tipos de estabilizadores para la perforación direccional básicamente son utilizados dos tipos.

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ESCARIADORES 

Mantiene el hoyo en pleno calibre.



Se emplea como ensanchador cuando se perfora en formaciones duras



Limpieza del hoyo.

MARTILLO Herramienta colocada en la sarta de perforación para ser utilizada en caso de atascamiento de la tubería.

Características 

Mecánicos, hidráulicos.



Permanecen en el pozo durante un largo periodo

de perforación continua, aún en condiciones difíciles. 

Diferentes diámetros.



Se ajustan en la superficie o en el pozo.



Pueden golpear hacia arriba o abajo.



Calibración modificable.



Unión flexible (articulación limitada).

AMORTIGUADORES 

Contribuyen a reducir la fatiga y las fallas en las conexiones de los lastrabarrenas.



Ayudan a incrementar la vida útil de la mecha debido a la reducción de las fuerzas actuante sobre ellas, protegiendo la estructura de corte y los cojinetes.



Reducen posibles daños a los equipos en superficie.

VÁLVULA FLOTADORA Es una válvula tipo “CHECK” que impide el contraflujo del lodo de perforación.

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BARRENAS Elemento cortante o herramienta que perfora el hoyo en las operaciones de perforación

TIPO DE POZO DIRECCIONAL Tipo tangencial. La desviación deseada es obtenida a una profundidad relativamente

somera,

manteniéndose

prácticamente

constante hasta alcanzar la profundidad final. Se aplica especialmente en aquellos pozos que permiten explotar arenas de poca profundidad donde el ángulo de desviaci ón es pequeño y no se necesita un revestidor intermedio. También, puede usarse para hoyos más profundos que requieran un desplazamiento lateral grande. En estos hoyos profundos, la sarta del revestidor intermedio se coloca a través de la sección curva hasta la profundidad requerida. El ángulo inicial y la dirección se mantienen entonces debajo de la tubería de revestimiento hasta la profundidad total. Las aplicaciones prácticas respecto a otros tipos de hoyos direccionales se sustentan en puntos de arranques (KOP) a profundidades someras, ángulo de inclinación moderado y configuración de curva

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sencilla a lo largo de un rumbo fijo. Estas características disminuyen potencialmente el riesgo de pega de tuberías. Pozo direccional tipo “s”

Este tipo de pozo direccional se caracteriza por presentar una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial y una de disminución de ángulo hasta alcanzar la verticalidad. Se emplea en hoyos profundos en áreas en las cuales las dificultades con gas, flujo de agua, etc., exigen la colocación de una tubería de revestimiento intermedia.

Pozo direccional tipo “s” especial

Presentan las mismas secciones que un pozo direccional tipo “S” a diferencia que en la sección de caída del ángulo no se alcanza la verticalidad y se perfora la arena objetivo manteniendo cierto ángulo de desviación.

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Perforacion Direccional Informe de Antonio

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