República Bolivariana de Venezuela. Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño. Ingeniería en Petróleo. Perforación II.
Realizado por: Fabiana López C.I 27.057.316
Maracaibo, 14 de Marzo del 2019.
Índice 1. Fundamentos de las Perforación direccional 2. Registros direccionales 2.2. Métodos de Cálculos. 3. Herramientas Direccionales y métodos de deflexión. 4. Registros durante la perforación. 5. Principios de Anticolisión. 6. Torques y Arrastres. 7. Modelos operacionales recurrentes según tipo de pozo direccional. 8. Modelos matemáticos direccionales.
1. Fundamentos de la Perforación Direccional. Perforación direccional es el conjunto de métodos, técnicas y maniobras con herramientas dedicadas a este fin, para desviar intencional y controladamente, la trayectoria de un pozo petrolífero, con la intención de guiarlo de manera segura a alcanzar un objetivo geológico previamente establecido. La perforación direccional de un pozo petrolero, ya sea debido a problemas de perforación o a consideraciones económicas, tiene muchas aplicaciones. El desarrollo de campos costa afuera ha absorbido la mayoría de las actividades de perforación direccional .En varias ocasiones se han descubiertos campos debajo de zonas urbanas y la única manera de desarrollarlos de manera económica ha sido perforando direccionalmente. 2. Registros direccionales La mayoría de las herramientas de registros miden la inclinación y dirección del pozo a una profundidad determinada. La medición de la ’’Dirección’’ de un pozo se puede expresar en varios formatos los dos más usado en perforación y registros direccionales son: Cuadrante y Azimuth. Por ejemplo, el método del cuadrante expresa la dirección de la siguiente forma: N 45° O ó S 38° O ó N 63° O etc. Esta es la manera como se leería una brújula magnética estándar. Y el método del azimuth expresa las direcciones como: 45° ó 142° ó 297° etc. Este método toma la dirección y la expresa como si se tomara una circunferencia y se mide de 0° -360°, medida en el sentido de las agujas del reloj desde el norte como referencia. El azimuth es más lógico y fácilmente manejable en los cálculos; por lo tanto, es el método recomendado por INTEQ. Por otro lado: -Los registros Multishot y Singleshot: suministran información de la trayectoria del pozo en hoyos abiertos sin revestir, son afectados por los campos magnéticos, por lo que requieren la utilización de Moneles o Barras antimagnéticas, para aislar la herramienta de la interferencia magnética. Estos registros son altamente precisos siendo sus componentes de lectura tres magnetómetros y tres acelerómetros. Los registros proveen al cliente de datos de inclinación, dirección y desplazamiento de la vertical en cualquier punto del pozo a registrar. Los datos de sondeos definitivos proporcionados por los registros, se generan ya corregidos de la interferencia magnética recibida del conjunto de perforación. Las herramientas de dirección de NOV Russell Sub-Surface brindan información precisa y confiable sobre un número determinado de parámetros, tales como: tiempo, profundidad, inclinación, azimut corregido por interferencia magnética, azimut sin corrección, ángulo dip del campo magnético terrestre, dirección de la
broca con respecto a la gravedad, temperatura de la sonda y producción de datos de cada sensor. -Gyroflex: es una herramienta electrónica de medición, que se utiliza para la toma de registros de navegación Direccional en un pozo determinado. El giroscopio está compuesto por una masa giratoria suspendida en el espacio por un sistema de balancines. Este sistema no es afectado por los campos magnéticos. La herramienta Gyroflex Navigator ofrece la última tecnología en “Gyro flexibility” mediante un sistema North seeking, el cual le permite su orientación hacia el Norte, sin la necesidad de utilizar puntos de referencias en la superficie, disminuyendo así la posibilidad de errores humanos. Una construcción modular permite una alta flexibilidad de operación, pudiendo ser utilizado en diferentes servicios tales como: -Orientaciones de pozos. -Registros Gyro Multishot en hoyos entubados, en tiempo real. -Registros Gyro Multishot en hoyos abiertos, en tiempo real. -Registros Gyro Multishot lanzado a través de la tubería de perforación. -El Gyroflex puede correrse en dos modalidades Utilizando una unidad de guaya 5 1/16”, mono conductora, la cual permite conectar el giroscopio con los equipos de superficie (PC, Software), obteniendo así la data de la trayectoria en tiempo real. Lanzando en caída libre la herramienta por la tubería de perforación, antes de realizar el viaje bajo esta modalidad es necesaria la instalación de un módulo de memoria para almacenaje de datos y un set de baterías para darle autonomía al equipo. 2.2. Métodos de cálculos. El método normal para determinar la trayectoria de un pozo es establecer las coordenadas con algún tipo de instrumento de medición para determinar la inclinación y la dirección a diferentes profundidades (estaciones) y, con esto, calcular la trayectoria. Es muy importante saber que los valores de inclinación y dirección pueden obtenerse a profundidades preseleccionadas. -Método de Radio de Curvatura: en este método se utilizan los ángulos medidos en las dos estaciones de registro consecutivas, generando una curva espacial con la cual se representa la trayectoria que describe el pozo. Se asume que el curso del agujero representa la trayectoria de una curva suave que pasa a través de las estaciones de registro, representada por una serie de segmentos circulares o esféricos. -Método de la mínima curvatura: utiliza los ángulos obtenidos en dos estaciones de registro consecutivas. El método considera un plano oblicuo, con el cual describe una trayectoria de arco circular suave con el cual se representa el curso del pozo.
De esta manera se asume que la trayectoria del pozo queda conformada por arcos circulares suaves que unen a cada una de las estaciones de registro. El método considera un plano oblicuo, con el cual describe una trayectoria de arco circular suave con el cual se representa el curso del pozo. - Método tangencial: Los cálculos están basados en el ángulo de inclinación y la dirección del ángulo de desviación (azimutal) al menor de dos puntos de monitoreo (survey). La distancia del curos es toma como una línea recta. Se asume que la línea recta tenga el mismo ángulo de desviación y dirección que el punto inferior de registro. El método tangencial utiliza solamente la inclinación y dirección del último punto de medición asumiendo que las paredes del pozo son tangenciales a estos ángulos. -Método de ángulo promedio: Este método utiliza el promedio de las mediciones de inclinación y azimuth de los dos puntos superior e inferior tomados como referencia a lo largo del pozo. Por lo tanto la trayectoria del pozo es calculado usando simples funciones trigonométricas ya que se combina el promedio de los dos pares de ángulo (inclinación y azimuth) y la variación de la profundidad medida asumiendo de esta manera que el hueco es paralelo al rumbo calculado. 3. Herramientas direccionales y métodos de deflexión Herramientas direccionales: -Mechas: Son de tamaño direccional 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, también puede ser utilizada una mecha bicono con un chorro sobresaliente. -Cuchara deflectora: Son piezas de acero en forma de cuchara con la punta cincelada. -Cuchara removible: Se usa para iniciar el cambio de inclinación y rumbo del pozo, para perforar al lado de tapones de cemento o para enderezar pozos desviadores. -Estabilizador: Un cuerpo estabilizador es sustentado giratoriamente por el sub estabilizador, donde el cuerpo estabilizador permanece sustancialmente estacionario en relación con el pozo de sondeo a medida que gira la sarta de perforación. -Motores de fondo: Estos 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: -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 tapas, válvula de descarga, conjunto de bielas, conjunto de cojinetes y ejes.
Métodos de deflexión -Desviación con chorro: *Se usa en formaciones suaves. *Una gran tobera de la barrena se orienta en la dirección deseada. *Ensamblaje flexible con estabilizador cercano a la barrena. *Erosiona a la formación creando cavidades o ¨bolsillos¨. -Desviación con cuchara en agujero abierto: * Se usa en formaciones medias a duras. * Barrena y estabilizador cercano a la barrena fijado con pin al desviador y llevados al fondo. * El desviador se afianza en el fondo y se corta el sujetador colocando peso sobre la barrena. * Se perfora un agujero piloto más pequeño que el agujero principal. -Desviación con motores de fondo, PDM: * Potencia hidráulica convertida en potencia dinámica para impulsar barrena. * La sarta se mantiene estacionaria solo se desliza para avanzar. * El acople curvo arriba del motor provee la fuerza lateral a la barrena. * Muy eficiente si se le compara con otros aparatos de desviación. 4. Registros durante la perforación -LWD: La herramienta LWD (loggig while drilling registro durante la perforación), se utiliza para registrar el pozo mientras se está perforando, de este modo se obtiene perforación a tiempo real. Esta herramienta es relativamente nueva la cual inicio su comercialización en la década de los ochenta, ha incrementado su utilización alrededor del mundo con mucho éxito, a tal grado que su uso es cada día más común, haciendo posible la optimización de la perforación en diversos aspectos. -MWD: Fueron desarrolladas a comienzo de la década 1970, para medir las propiedades relacionadas con la perforación tales como la inclinación y el azimuth, que son esenciales en las operaciones de perforación direccional. La tecnología del MWD, está relacionada primordialmente para dirigir eficazmente la posición del pozo, esto resulta crucial para permitir que los perforadores direccionales ajusten la trayectoria de los pozos para dar cabida a la información geológica nueva provenientes de los registros LWD en tiempo real. 5. Principios anticolisión La colisión con pozos vecinos puede ser cuando se perforan varios pozos a partir de una misma localización superficial, lo cual es especialmente cierto en el caso de plataformas marinas que tienen pozos adyacentes en producción y una colisión podría resultar en una situación extremadamente peligrosa. La planeación
anticolisión comienza con una toma de registros de desviación exactos del pozo en cuestión y con la recolección de todos los pozos vecinos, así como un juego completo de los programas de pozos a perforar en el futuro, en la misma localización o plataforma. 6. Torque y arrastre -Arrastre: Es una fuerza mecánica, generada por la interacción entre un cuerpo rígido y un fluido. Para que exista arrastre el cuerpo debe estar en contacto con el fluido, debe haber un movimiento relativo entre el fluido y el sólido. -Torque: El torque que se presenta en la perforación, es la fuerza mecánica generada por el Top Drive/Mesa Rotatoria, necesaria o aplicada para hacer rotar la sarta de perforación para vencer las fuerzas presentes a lo largo de la trayectoria del pozo. 7. Modelos operacionales recurrentes según el tipo de pozo direccional * Transmisión de peso al trepano. * Tendencia de desviación. * Overpull excesivo. * Slack coff (asentamiento). * Limpieza de pozo. * Key seat (canales u ojo de llave. * Baja ROP. * Fallas en motor de fondo. *Transmisión de peso al trepano: En pozos inclinados el peso que se puede aplicar puede ser proveniente del BHA Y DEL HWDP. El peso del BHA es reducido porque solo una fracción del peso es transmitido en dirección del trepano y el resto se pierde contra la cara baja del pozo. *Tendencia de desviación: puede ser debido a: -Factores geológicos: Se debe al buzamiento que presentan los estratos o a fallas o discontinuidades. -Factores mecánicos: Se deben a cuestiones relacionadas con la perforación, como el tipo de herramienta y la forma en la que se perfora. *Mala limpieza del pozo: Recortes de perforación que se asientan en el lado bajo del hueco y forman un lecho de recortes. -Martillar hacia abajo hacia abajo con carga máxima de viaje y aplicar torque con precaución. -Aplicar baja presión de bomba (300-400psi). -Limpiar el hueco para evitar recurrencia. *Ojo de llave y/o pata de perro: si el pozo está desviado o si hay cambios bruscos de dirección, la herramienta tensionada se encontrará recostada sobre la pared en las zonas de cambio brusco suelen llamarse ’’patas de perro’’. *Fallas en motor de fondo:
-El motor de fondo se bloquea cuando el rotor deja de moverse. Usualmente esta situación ocurre con altos diferenciales de presión. De cualquier forma, si el motor no está funcionando correctamente se trancará debido a una pequeña cantidad de presión diferencial. -Cuando se rota con un buen motor de fondo no se observan fluctuaciones en el valor de la presión, lo contrario si el motor está fallando, en ese caso se mostrarán fluctuaciones en la presión del Stand Piper lo cual quitará la capacidad de mantener una presión constante. -Si no hay cambios de formación ni en los parámetros de perforación, la reducción de la ROP puede ser causada por fallas en las herramientas de fondo. Por otra parte, si las herramientas están severamente dañadas, no se podrá perforar ni siquiera un Pie. 8. Modelos matemáticos direccionales. La trayectoria tipo “Slant” consta de una sección vertical, seguida de una sección curva donde el ángulo de inclinación se incrementa hasta alcanzar el deseado, el cual es mantenido (sección tangente o sección de mantener) hasta alcanzar el objetivo. a) Rotatura de curvatura: c) Donde:
b) Ángulo máxima de inclinación: d) Longitud de arco:
e) Donde:
f) Profundidad total desarrollada:
g) Profundidad vertical al final de la curva: