¿QUÉ ES UNA SARTA DE PERFORACIÓN? La sarta de perforación es parte del equipo de perforación, formado por diferentes componentes unidos por medio de conexiones, que tienen por finalidad transmitir rotación y torque desde la mesa rotaria ó top drive, así como el transporte de fluido de perforación a la barrena. La sarta está sometida a diversos esfuerzos (tensión, compresión, presión interna y externa, fatiga, torsión, abrasión), los cuales deberán ser inferiores a su diseño. Los componentes son armados en forma secuencial para conformar el ensamble de fondo (BHA) y la tubería de perforación, a fin de cumplir con las siguientes funciones:
Proporcionar peso sobre la barrena (PSB) Conducir el fluido de perforación Dar verticalidad o direccionalidad al pozo Proteger la tubería del pandeo y de la torsión
Reducir desviaciones bruscas (“patas de perros”)
Asegurar que el pozo esté en buenas condiciones Reducir daño por vibración al equipo de perforación Servir como herramienta complementaria para bajar liner (TR corta y herramienta de pesca) Construir el pozo de acuerdo al programa operativo
COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACION
Unión giratoria (Swivel) Flecha (Kelly) Tubería de Perforación Lastra barrenas (Drill Collar) Tubería de Perforación Pesada (HW) Estabilizadores Accesorios, barrenas y motores de fondos Herramientas Direccionales Rotatorias
Unión giratoria (Swivel)
Es un componente mecánico del sistema rotatorio que tiene 3 funciones básicas: 1. Soportar el peso de la sarta de perforación. 2. Permitir que la sarta gire durante el proceso de perforación. 3. Proveer un sello hermético durante el bombeo de fluido a presión a través del interior de la sarta.
“Kelly” (Flecha) o Sistema de “Top Drive” (TDS)
No es exactamente parte de la tubería de perforación, pero transmite y absorbe torsión hacia y de la sarta de perforación, mientras soporta toda la carga de tensión de la sarta de perforación. Es un componente tubular tipo cuadrado o hexagonal que mide 40 pies (12 m) y forma el extremo superior de la sarta de perforación, también sirve como un conducto del fluido de perforación y además transmite la rotación a la sarta y a la barrena. barr ena. Las flecha de perforación comúnmente utilizadas son las hexagonales con diámetros de 3 ½”, 4 ¼ “ y 5 ¼” • Transmite rotación y peso sobre la barrena • Soporta el peso de la sarta de perforación • Conecta la unión giratoria (swivel) con el tramo superior de la sarta de perforación • Conduce el fulido de perforación des de la cabeza giratoria hacia la sarta de perforación
La Kelly se fabrica en longitudes de 40 a 54 pies y con sección transversal hexagonal (la más común), cuadrada o triangular.
El Top Drive
Es básicamente una combinación de mesa rotaria y Kelly. Está impulsado por un motor independiente y le imprime rotación a la sarta de perforación la cual está conectada en forma directa sin necesidad de una kelly o de mesa rotaria. Funciona como una Kelly con impulso rotacional propio Ventajas del Top Drive sobre el sistema de Kelly: 1. Permite circular mientras se repasa el hoyo hacia arriba 2. Se puede circular el pozo mientras se baja o se saca la
tubería en paradas (tramos dobles o triples) 3. El sistema de kelly sólo puede hacer lo anterior en tramos sencillos; o sea de 30 pies En rigor ni la Kelly ni el Top Drive son componentes de la Sarta de Perforación. Sin embargo, ellos proporcionan uno de los requerimientos esenciales para la perforación al triturar las rocas cual es la rotación.
TUBERÍA DE PERFORACIÓN (Drill pipe)
Transmite potencia por medio del movimiento rotatorio del piso del equipo de perforación a la barrena, y permite la circulación del lodo. Están sujetas a complejos esfuerzos, así como el resto de la sarta de perforación. La tubería de perforación nunca debe ser corrida en compresión o utilizada para peso en barrena, excepto en agujeros de alto ángulo u horizontales, en donde la estabilidad de la sarta y la ausencia de pandeo debe ser confirmada por medio del uso de un software de modelado.
Tubería de Perforación Extra pesada (Heavy Weight Drill Pipe)
Ellas hacen la transición entre la tubería de perforación y las lastra barrenas (drill collars), evitando así, un cambio abrupto en las áreas seccionales cruzadas. También son utilizadas con lastra barrenas para proveer peso en barrena, especialmente en agujeros de 6” o 8½” en donde el efecto de pandeo de la HWDP debido a la compresión, es mínimo. La HWDP reduce la inflexibilidad del BHA, también son mas fáciles/rápidas de manejar que las DC’s y mas importante aun, reducen la posibilidad de atrapamiento diferencial. Esta tubería se fabrica con un mayor espesor de pared y uniones especiales extra largas con relación a la tubería de perforación normal.
Funciones:
Elemento de transición de esfuerzos entre la tubería de perforación (TP) y los lastra barrenas (DC), lo que evita la fatiga de la primera. Previene el pandeo de la TP Puede trabajarse en compresión sin sufrir daño en las conexiones Empleada extensamente en Perforación Direccional A veces utilizada como reemplazo de lastrabarrenas Mantiene la tubería de perforación rotando en tensión Usada para proporcionar peso sobre la barrena en condiciones especiales.
Lastra Barrenas (DC)
Proveen el peso en barrena, manteniendo la sección de la tubería de perforación en tensión, durante la perforación. El punto neutral que debe estar localizado en la parte superior de la sección de lastra barrenas: 75 a 85% (máximo), debe estar disponible para ponerse bajo compresión (Peso Disponible en Barrena). Son tubos de espesor de pared gruesa que se utilizan para proporcionar peso a la barrena y rigidez a la sarta de perforación. Se fabrican con diámetros interiores y exteriores uniformes y con roscas de sello. De acuerdo a estudios la selección de los lastra barrenas se encuentran en función del diámetro del agujero y tipo de formación (Blandas ó Duras). Los lastra barrenas tienen las siguientes funciones en la sarta de perforación:
Protegen la sarta de perforación de la flexión y la torsión Controlan la dirección y la inclinación de los pozos. Permiten perforar pozos verticales y pozos direccionales.
Reducen las “patas de perro”, ojos de llave (desviaciones bruscas)
Aseguran que la siguiente tubería de revestimiento sea bajada exitosamente Mejoran el desempeño de la barrena. Reducen la perforación irregular, tubería pegada y vibración de la sarta. Usadas como herramientas para los aparejos de pruebas de formación y en operaciones de terminación del pozo.
Lastrabarrenas ranurados en espiral Estos lastr barrenas reducen el riesgo de pegaduras por presión diferencial del ensamble de fondo Se pierde cerca del 4% peso al maquinarles las ranuras. Lastrabarrenas antimagnéticos El propósito del lastrabarrena antimagnético es el de reducir la interferencia del campo magnético de los componentes del conjunto de fondo arriba y debajo de la brújula del inclinómetro direccional con el campo magnético terrestre. El lastrabarrena antimagnético logra esto, desplazando la fuente de estos campos lejos de la brújula del inclinómetro.
Martillos (Herramienta de percusión en la sarta)
El Principal propósito de correr un martillo de perforación es proporcionar una acción de golpeteo inmediato cuando la sarta esta pegada. Existen diversas ventajas por tener un martillo como parte de la sarta de perforación. Cuando la sarta esta pegada, el martillo esta disponible
inmediatamente, esto disminuye costosas operaciones de desviación ó pesca, y en consecuencia ahorrara tiempo, equipo y dinero. (Nota al expositor: buscar una breve explicación de martillo mecanico e hidráulico)
Escariadores de Rodillos
Los escariadores de rodillo pueden ser utilizados para la estabilización de la sarta de perforación, en donde sea difícil mantener la medición del agujero y en formaciones duras y profundas, en donde la torsión representa un problema. Los escariadores de rodillo no estabilizan tan bien como los estabilizadores integrales con cuchillas. Se experimentan más caminatas, especialmente cuando un escariador de rodillos es usado cerca de la barrena. Utilizado con un ensamble de armado, muchas veces incrementan la velocidad de armado. El tipo de cortadores, dependerá del tipo de formación. El mismo cuerpo de escariador de rodillo puede ser utilizado para diferentes aplicaciones.
Aparejo de Fondo (BHA)
El aparejo de fondo (Bottom Hole Assembly, BHA) debe proporcionar peso suficiente sobre la barrena y también debe tener el peso (W) y el tamaño suficiente para estabilizar la barrena y evitar las vibraciones. El BHA debe proveer una correcta inclinación y dirección mientras se perfora. El peso (W) de los lastrabarrenas suministran un efecto de giro flotante para mantener la rotación de la barrena y evitar el efecto de brincoteo y vibraciones entre la barrena y la tubería de perforación. Las vibraciones verticales, axiales y torsionales de la sarta de perforación deben ser absorbidas antes de que estos las puedan transferir a la barrena y viceversa. Tipos Principales de Arreglos para Aparejos de Fondo Tipo 1. Es la configuración más simple y está compuesta por lastra barrenas y tubería de trabajo (TP). El peso sobre la barrena se aplica con los lastra barrenas (DC) y el punto neutro es localizado en los lastra barrenas. Tipo 2. Esta configuración utiliza tubería pesada (Heavy Weight) por arriba de los lastra barrenas, como transición entre lastra barrenas y tubería de trabajo. En este arreglo, el peso sobre barrena también se aplica con los lastra barrenas y el punto neutro es localizado dentro de la longitud de los mismos. Tipo 3. Esta configuración utiliza lastrabarrenas únicamente para lograr el control direccional, mantener la verticalidad del pozo o reducir la vibración de la sarta de perforación. El peso sobre la barrena se aplica con los lastrabarrenas y la tubería pesada y el punto neutro se localiza en la tubería pesada. Esta configuración permite manejar el aparejo de fondo en forma rápida y sencilla,
reduce la posibilidad de pegadura por presión diferencial y fallas en las conexiones de los lastrabarrenas. Este arreglo es el más recomendado en la perforación direccional moderna.
Barrenas (Mencionarlas pero no explicarlas porque otro equipo va a exponer de puras barrenas) Estabilizadores
Los aparejos de fondo originan fuerzas en la barrena que varían de acuerdo con las condiciones de operación (PSB) y a las características de la formación. Estas fuerzas gobiernan el ángulo de inclinación del pozo. Para mantener bajo control estas fuerzas generadas en la barrena, y consecuentemente la inclinación del pozo, se utilizan las fuerzas laterales ejercidas por los estabilizadores al hacer contacto con las paredes del pozo. Por lo tanto, la manipulación de la posición y el número de estabilizadores (puntos de tangencia o contacto) es fundamental para un buen control del ángulo del pozo. Razones para el uso de estabilizadores: 1. Se usan como el método fundamental para controlar el comportamiento direccional de la mayoría de las herramientas de fondo. 2. Ayudan a concentrar el peso de la herramienta de fondo sobre la barrena.
3. Reducen al mínimo el doblamiento y las vibraciones que causan el desgaste de los conexiones y dañan los componentes de la herramienta de fondo tales comoMWD. 4. Reducen el torque de perforación al evitar que haya contacto del lastrabarrena con las paredes del pozo y los mantiene concéntricos dentro del pozo. 5. Ayudan a evitar el que la tubería se pegue por presión diferencial y evita la formación de “ojos de llave”.
Tipos de Estabilizadores y Aplicaciones
Tipo Recomendado de Estabilizadores · El estabilizador integral con cuchillas es el tipo preferido de estabilizador. · A pesar de que los estabilizadores integrales con cuchillas son generalmente preferidos, los estabilizadores con aletas soldadas pueden ser utilizadas para agujeros superficiales o conductores, dependiendo de la formación. Generalmente las formaciones blandas y en cualquiera de los casos, por encima del punto de desviación para pozos direccionales. · Los estabilizadores reemplazables de manga solo se deben usar en áreas del mundo en donde la logística es un verdadero problema (consideraciones económicas). Su desventaja principal es que restringen la circulación de flujo en un agujero pequeño. La posición, tamaño (completa, por
debajo o Estabilizador Medido Ajustable) y cantidad de estabilizadores en el ensamble de fondo, son determinados por los requerimientos de la perforación direccional. En la sección vertical su propósito es el de mantener el ángulo de desviación lo mas bajo posible. Nota: · El estabilizador cerca de la barrena puede ser reemplazado por un escariador de rodillos de tamaño complete, en caso de que se experimente torsión excesiva. · No coloque un estabilizador en la transición desde las lastra barrenas hasta el HWDP. · El uso de estabilizadores dentro de la tubería de revestimiento debe ser evitado lo mas posible (o ser limitado a un espacio de tiempo corto), Ej. Mientras se limpia el cemento.
Criterios de Estabilidad en la Sarta de Perforación. (Introduccion a los efectos) Durante el proceso de perforación existen fuerzas que gobiernan el ángulo de inclinación del pozo, las cuales se originan por la sarta de perforación sobre la barrena y que de acuerdo a las condiciones de operación (peso sobre barrena) y condiciones de la formación varían. Dichas fuerzas son la fuerza de gravedad y el peso que se le aplica a la barrena. La primera provoca un efecto de péndulo sobre la barrena y con ello la barrena tiende a incrementar el ángulo, mientras que la segunda un pandeo o deflexión y con ello un decremento en el ángulo. Por otro lado si se desea mantener el ángulo es necesario que ambas fuerzas se neutralicen. La resultante de estas fuerzas depende de la distancia de la barrena al punto donde la sarta hace contacto (flexión) con las paredes del agujero o la tubería de revestimiento a este punto se le conoce como punto de tangencia. Para poder mantener estas fuerzas bajo control, se utilizan fuerzas laterales las cuales nos proporciona el uso de los estabilizadores. Por lo tanto el manipular correctamente la posición y el número de estabilizadores en la sarta es fundamental para un buen control del ángulo del pozo
SARTAS CON ENSAMBLES ROTATORIOS Consiste en la barrena y una combinación de estabilizadores, DC y otras herramientas especializadas ubicadas por debajo de la tubería de perforación, donde la tendencia de desviación es causada por la flexión de los DC. La Fuerza Resultante aplicada sobre la barrena se descompone en: Fp (Fuerza Pendular) y, Fb (Fuerza de Construcción). Teóricamente,
Fp> Fb, la inclinación caerá. Fp
Los estabilizadores sirven de puntos de apoyo permitiendo desviar la dirección de la fuerza aplicada sobre la mecha.
De acuerdo a la posición que se tenga de los estabilizadores sobre la sarta de perforación pueden producirse tres efectos que ayudan en la construcción del pozo con respecto a la dirección que requiere. Principios Básicos del Control Direccional en Perforación 1. El Principio de Fulcrum – Se usa para construir el ángulo (incrementar la inclinación del agujero) 2. El Principio de Estabilización – Se usa para mantener el ángulo y la dirección 3. El Principio del Péndulo – Se usa para hacer caer (reducir) el ángulo.
*PRINCIPIO DEL EFECTO FULCRUM El efecto fulcro es la deflexión que existe entre dos puntos de apoyo. Este efecto se lleva a cabo armando una sarta donde el estabilizador este justo arriba de la barrena actuara como fulcro. En los pozos direccionales con más de 13° el lastrabarrena por arriba del estabilizador tiende a pandearse hacia el lado bajo del agujero y con ello se forzara a la barrena hacia el lado alto y con ello se incrementa el ángulo. Otros factores que afectan la tasa de construcción de ángulo: •Parámetros de Perforación: •Un incremento en el peso sobre la barrena incrementará la velocidad de construcción
angular •Un incremento en la velocidad de rotación reducirá la tasa de aumento del ángulo •Un aumento en el caudal en la bomba (gasto) en formaciones blandas disminuirá la tasa
de construcción angular debido a la tendencia al lavado por erosión. •Tipo de Formación y el ángulo del echado de los estratos.
•Inclinación del pozo.
ARREGLO DE SARTA TIPO FULCROM
Usa un estabilizador justo por encima de la barrena. Durante la rotación en fondo, suficiente peso es aplicado para que los tubulares inmediatos se curven. Este arco causa que la mecha empuje hacia el tope del hoy, resultando en un incremento de ángulo a medida que se perfora.
IMAGEN: Un ensamblaje con un Estabilizador Cercano a la Barrena y de pleno calibre, seguido por 40’ – 120’ de lastra barrena antes del primer Estabilizador de Sarta, o aún sin estabilizador de sarta, va a desarrollar un ángulo cuando se aplica el peso sobre la barrena.
Un ensamble típico de incremento de ángulo cuenta con un estabilizador a 1 o 1.5m por arriba de la barrena. Como se muestra en la figura 84 la mejor respuesta en un ensamble a incrementar el ángulo se lleva a cabo con los arreglos 5 y 6. Para agujeros con inclinaciones menores a 8°, el arreglo 4 proporciona mayor fuerza de pandeo y con ello una mayor respuesta al incremento de ángulo que los arreglos 5 y 6. Mientras que para agujeros mayores a 8° la mayor respuesta al incremento de ángulo se obtiene con el arreglo 5 y 6. Los arreglos 4, 5 y 6 proporcionan incrementos de ángulo entre 2° y 5° cada 30 metros. Los arreglos 2 y 3 permiten incrementos medios de 1° a 3° cada 30 metros. El arreglo uno genera incrementos moderados y en ocasiones es usado para mantener el ángulo del pozo. Es importante mencionar que el ritmo de incremento del ángulo depende del aumento del peso sobre la barrena y del diámetro de lastrabarrenas; entre más pequeño sea con respecto al diámetro del agujero existe mayor espacio para flexionar el lastra barrena y con ello el incremento de la fuerza de pandeo. Se aplica cuando se desea aumentar el ángulo de inclinación Entre más flexible y más larga la distancia entre barrena y primer estabilizador, mayor será la velocidad de incremento de ángulo cuando se aplique peso sobre barrena.
Fig.84 Arreglos de sarta tipo fulcro. EJEMPLO Por ejemplo en un pozo de 17 ½” utilizando collares de perforación de 9 ½” si el primer
estabilizador de la sarta se coloca a 90 pies de la barrena el ensamble puede desarrollar de 2.0 a 3.5 grados por 100 pies. Al reducir la distancia se disminuirá la tasa de construcción angular así: Distancia NBS – Estabilizador de Sarta Desviación en grados esperada (grados / 100 pies) 60 pies 1.5 – 2.5 45 pies 0.5 – 1.5 30 pies 0.5 – 1.0 Nota: En pozos de diámetros más pequeños utilizando lastra barrena más pequeños la tasa de incremento angular será mayor.
PRINCIPIO DEL EFECTO PÉNDULO este efecto es ocasionado por la acción de la fuerza de gravedad, de esta misma manera este efecto puede aprovecharse colocando por arriba de la barrena uno o dos estabilizadores sobre una sección de lastrabarrenas. El efecto que tienen los estabilizadores es ser el punto de tangencia con esto evitar los efectos de flexión en los lastrabarrenas que generan las fuerzas laterales de pandeo y por ende la barrena de acuerdo a la distancia que se coloquen tiende a decrementar el ángulo de construcción del pozo. Como su nombre lo indica en un ensamble de péndulo la barrena va a tratar de llegar a la vertical debido al efecto de péndulo. Este ensamble se diseña colocando un Estabilizador de Sarta entre 15 y 60 pies distante de la barrena y no colocando un NBS ni de pleno calibre ni de calibre reducido. Si los lastra barrena entre el estabilizador y la barrena hacen contacto con la pared del pozo la longitud del péndulo se va a reducir y si se coloca demasiado peso sobre la barrena el ensamble de péndulo de hecho podría empezar a construir ángulo; por lo tanto, se requiere de una selección cuidadosa de parámetros.
Efecto péndulo
ARREGLO DE SARTA TIPO PENDULO
Los estabilizadores por encima de la barrena son removidos y un DC adicional es agregado, dándole flexibilidad al BHA. Los estabilizadores superiores, propiamente ubicados, mantienen los tubulares alejados de la parte baja del hoyo. La gravedad actúa en el tubular más bajo y la mecha, causando que el hoyo pierda inclinación.
Un ensamblaje pendular se utiliza para tumbar ángulo. En este caso, un estabilizador está ubicado a 30', 45' o 60 pies de la broca, produciendo un efecto péndulo o de breve movimiento vertical. El propósito del estabilizador es impedir que el collar toque las paredes del pozo causando un punto de tangencia entre la broca y el estabilizador. Un aumento en la longitud efectiva del ensamblaje de fondo (la longitud debajo del punto de tangencia), resulta en un aumento en el peso. La fuerza, Fs, es determinada por ese peso y se incrementa excediendo la fuerza, FB, debido a la flexión. Existen diseños de sartas que proporcionan una regla práctica para aparejos de fondo que se usan comúnmente para reducir el ángulo de inclinación. Estos arreglos son conocidos como arreglos tipo péndulo.
Los arreglos 5 y 6 proporcionan la mejor respuesta al incremento de ángulo. En este tipo de arreglos cuando la inclinación es alta, el número de puntos de contacto entre la barrena y el primer estabilizador se incrementa causando una reducción en la fuerza de péndulo y por lo tanto una menor respuesta a reducir el ángulo del pozo arreglos 1 al 4. Este ensamblaje contiene dos estabilizadores y se forma retirando el cercano a la broca y manteniéndolos en la parte superior del mismo. Mientras los estabilizadores se ubiquen lejos de la broca, la gravedad actúa sobre la misma. Los lastrabarrenas situados en la parte inferior del ensamblaje tienden a presionar hacia la parte inferior del hueco, provocando disminución en el ángulo.
EL PRINCIPIO DE ESTABILIZACIÓN – Si hay tres estabilizadores colocados en la sarta de tal forma que el espaciamiento entre ellos sea corto, la herramienta de fondo va a resistirse a seguir una curva y forzará la barrena a perforar en una trayectoria relativamente recta. Las Herramientas de Fondo con este tipo de configuración se llaman “Ensambles Empacados”.
El ensamble empacado estándar es: Barrena – FG NBS – lastra barrena corto – FG Stab. – lastra barrena estándar – FG Stab – lastra barrena estándar. Otros ensambles empacados son:
Barrena – FG NBS – lastra barrena corto – UG Stab. – lastra barrena – FG Stab – lastra barrena – FG stab. Barrena – FG NBS – FG Estabilizador de Sarta - lastra barrena – FG Stab. – FG Stab. lastra barrena
Los estabilizadores son colocados en puntos específicos para control la sarta de perforación y minimizar la desviación del hoyo.
Aumentos en la rigidez del BHA por adición de estabilizadores impide la curvatura de la sarta forzando a la mecha a perforar de forma tangencial. Este tipo de ensamblaje es usado para mantener ángulo.
EMPACADA Para Mantener Ángulo (Tipo Packed) Contienen de tres a cinco estabilizadores espaciados adecuadamente. La rigidez del BHA se incrementa conforme se agregan más estabilizadores, evitando que el ensamblaje de fondo se doble o incline y la barrena mantenga la trayectoria planificada. Muestra una configuración típica.
Efecto de Empacado. Para tener este efecto es necesario incrementar el área de la sección trasversal de un lastrabarrenas, esto incrementa su rigidez hasta 8 veces para esto es necesario usar combinaciones de lastrabarrenas y estabilizadores más grandes y pesados; con ello se minimiza el efecto de pandeo eliminando así los efectos anteriormente mencionados. Los estabilizadores en realidad tienen la función de incrementar o reducir paulatinamente el ángulo de inclinación del pozo, evitando un cambio repentino de ángulo
Los ensambles que manejan este principio son conocidos como sartas empacadas. La siguiente figura muestra los ensambles típicos usados para mantener ángulo:
Los arreglos 1 y 2 tienen la característica de mantener el ángulo de incremento mientras que los arreglos 4 y 5 mantienen la reducción del ángulo del pozo. El arreglo número 3 mantiene el incremento de ángulo de pozos menores a 10° y mayores a este mantiene su reducción de ángulo
SARTAS CON HERRAMIENTAS DIRECCIONALES SISTEMAS DIRECCIONALES ROTATORIOS Una herramienta diseñada para perforar direccionalmente con rotación continua desde la superficie, eliminando la necesidad de deslizar con motor direccional.
Empujar la barrena (Push the Bit), método donde se imparte una fuerza lateral a la barrena en una dirección constante, donde la desviación se logra por la acción de corte lateral de la mecha. Consiste en aplicar una fuerza, generada dentro de la herramienta, que permita modificar la dirección de la barrena en la trayectoria deseada (poseen un ¨shaft interior¨ que produce la desviación en la trayectoria de la barrena). Las barrenas utilizadas con estos sistemas poseen calibres de mayor longitud para aumentar a estabilidad y mejorar la calidad del pozo
Apuntar la barrena (Point the Bit), método que desvía ligeramente la barrena del eje axial al BHA y del hoyo. Similar al procedimiento de deslizar con motor direccional. Consiste en aplicar una fuerza lateral de empuje sobre la pared del pozo para lograr dirigir la barrena en la dirección deseada. Las barrenas utilizadas con estos sistemas normalmente requieren un área de calibre inferior a los bits utilizados en aplicaciones de motores. Esta reducción de la superficie lateral ofrece una mayor capacidad de respuesta de dirección cuando la fuerza lateral se aplica.
Ventajas •
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Mejor limpieza de pozo. (La rotación continua de la sarta de perforación permite mejoras en el transporte de recortes de perforación) Pozos menos tortuosos. (disminuye el promedio de DLS generados, entregando pozos mas lisos y suaves) Menor torque y arrastre en la sarta. ROP Mayor y Constante.
Puede ser utilizado en aplicaciones con altas RPM - Reduce el riesgo de quedarse atascado - Fácil instalación del casing - Reducción de la posibilidad de colisión con pozos verticales adyacentes - Reducción del costo de la perforación
Un sistema rotativo orientable es una nueva forma de tecnología de perforación utilizados en la perforación direccional y vertical. Se emplea el uso de equipos especializados de fondo de pozo para reemplazar a las herramientas convencionales de dirección tales como los DHM+MWD. Generalmente programados por el ingeniero MWD o perforador direccional que transmite comandos utilizando equipos de superficie (normalmente utilizando las fluctuaciones de presión en la columna de lodo). En otras palabras, una herramienta diseñada para perforar direccionalmente con rotación continua de la superficie, eliminando la necesidad de deslizar un motor direccional. Las ventajas de esta tecnología son muchas, en especial para los principales grupos de usuarios: geólogos (geosteering) y perforadores.
NAVEGABLES – MOTORES DE FONDO Los Ensamblajes Rotarios se utilizan sólo ocasionalmente, sin embargo, un ensamblaje direccional con motor en el modo de rotario se comporta de igual manera.
Poder rotacional generado por un rotor y un estator, los cuales poseen lóbulos helicoidales enlazados para formar cavidades helicoidales selladas. (Principio de Moineau) El flujo de fluido a través de estas cavidades fuerza el rotor a girar. El rotor viaja en un movimiento alrededor del eje de la herramienta el cual está conectado a una articulación flexible que transmite el torque a la mecha sin afectar el efecto de las cargas axiales y laterales sobre la misma.
Un motor direccional, típicamente configurado con una curvatura en su estructura y dos o más estabilizadores, permite ser operado bajo dos modalidades: Perforación rotacional. La sarta completa rota y el efecto de la curvatura del motor es anulado hasta el punto de nuestro interés. En esta modalidad el ensamblaje de fondo se convierte en un ensamblaje direccional convencional, donde la tendencia es determinada por el diámetro y posición de los estabilizadores y rigidez del sistema.
Perforar “deslizando”, o en Modo Orientado. Consiste en
orientar inicialmente la mecha en la dirección a perforar, al circular lodo por el motor hace rotar la mecha, más no la sarta. De esta manera y en combinación de los estabilizadores, al aplicar peso sobre la mecha el hoyo es construido en la dirección orientada. Un motor de fondo es una herramienta cilíndrica dentro de la sarta de perforación que se conecta a la barrena para perforar un pozo y tiene la capacidad de dirigirlo hacia una cierta dirección. Los motores de fondo pueden trabajar (en la mayoría de los casos) con cualquier tipo de fluido de perforación (base agua o aceite), lodos con aditivos e incluso con materiales obturantes, fluidos espumosos o aireados, aunque los fluidos con alto contenido de sólidos reducen en forma significativa la vida de la herramienta, dañando el empaque del estator (sistema de potencia).
Estos 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.b) De Desplazamiento Positivo: consta de un motor helicoidal de dos etapas, válvula de descarga, conjunto de bielas, conjuntos de cojinetes y ejes. Componentes de un motor de fondo: Las partes del motor de fondo corresponden a la secciones de: •Poder (potencia) •Transmisión •Ajuste en superficie •Cojinetes.
HERRAMIENTAS RELACIONADAS CON MOTORES DE FONDO MWD Las primeras herramientas MWD fueron desarrolladas a comienzos de la década de 1970 para medir las propiedades relacionadas con la perforación, tales como la inclinación y el azimut, que son esenciales en las operaciones de perforación direccional. Importantes mediciones adicionales, tales como el esfuerzo de torsión, el pesosobre la barrena (WOB, por sus siglas en ingles) y la temperatura, permiten a los perforadores y a los ingenieros de perforación vigilar rutinariamente (monitorear) los parámetros de desempeño de la perforación en el fondodel pozo, en tiempo real, en lugar de inferirlos a partir de las mediciones de superficie.La tecnologíaMWD, está relacionada primordialmente para dirigir eficazmente la posición del pozo, esto resulta crucial para permitir que los perforadores direccionales ajusten las trayectorias de los pozospara dar cabida a la información geológica nueva proveniente de los registro LWD en tiempo real. LWD Las herramientas LWD, en forma general están compuestas básicamente por:a) Sección se sensores : toma los registros.b) Sección de Interfaces (modelo de control): codifica los registro y manda a la sección de transmisiónc) Sección de Transmisión: envía los datos a superficie.d) Equipo de superficie: se interpretan los datos y leen en software a tiempo real. Desventajas de los MDF. • Se requiere una extrema precisión para orientar correctamente la sección curva debido
a la elasticidad torsional de la columna de perforación. • Mayor problema → tendencia de la columna no rotativa a sufrir aprisionamientos → la tubería principal se apoya sobre el lado inferior del pozo y produce
velocidades desparejas alrededor de la tubería. • La falta de rotación de la tubería disminuye la capacidad de remover los recortes sobre el lado inferior del pozo, se puede formar un “colchón” de recortes. • Menor potencia disponible para mover la mecha. Esto, junto con la fricción por el
deslizamiento, reduce la tasa de penetración (ROP)
