PERFORACIÓN DIRECCIONAL

Introduction

• La perforación direccional se ha convertido en una herramienta muy importante para el desarrollo de los depósitos de aceite y gas.

• Probablemente el aspecto más importante de la perforación direccional controlada es que le permite a los productores de todo el mundo desarrollar depósitos que nuca podrían ser alcanzados económicamente de otra manera.

• Definición de perforación direccional

La perforación direccional controlada es la ciencia y arte de desviar unos agujeros a lo largo de un curso planeado, desde una localización de partida, ambos, definidos por un sistema de coordenadas.

• Un pozo direccional típico, comienza con un pozo vertical, de donde en algún punto se desvía de manera que la localización del fondo puede terminar a cientos de metros de distancia del punto de partida.

• Con el uso de la perforación direccional, se pueden perforar varios pozos desde una misma localización/plataforma.

• Desarrollo Histórico de la Perforación Direccional

• La perforación direccional inicialmente fué usada como operación correctiva, ya fuera para librar pescados, verticalizar agujeros desviados accidentalmente o para perforar pozos vecinos de alivio para controlar reventones.

• El interés en la perforación direccional controlada comenzó alrededor de 1929, después de la introducción de sistemas precisos de medición en los campos de Seminole, en Oklahoma.

• El primer pozo direccional se perforó en 1930 en Huntington Beach, California, pero no recibió reconocimiento favorable hasta 1934, donde se perforó un pozo direccional para intersectar un pozo descontrolado.

Aplicaciones de la Perforación Direccional

1.-Sidetracks

El sidetrack fué la primera técnica de perforación direccional para librar obstrucciones (pescados

2.-Localizaciones Inaccesibles

Las localizaciones inaccesibles, tal como objetivos localizados bajo ciudades, rios, o áreas sensitivamente ambientales hacen necsario localizar el equipo de perforación lejos del objetivo.

3.-Perforación en domos salinos

Se ha encontrado que los domos salinos son excelentes trampas naturales de hidrocarburos acumulados debajo de la tapa superior del domo. Se perfora un pozo direccional para alcanzar el yacimiento atrapado y así prevenir los problemas asociados con la perforación a través de estas estructuras.

4.-Control de fallas

El control de fallas es una aplicación para perforar un pozo direccional en formaciones subterráneas donde exista una falla sin cruzar la línea de ésta

5.-Múltiples pozos exploratorios desde un solo agujero

En este caso se perforan varios pozos exploratorios desde un solo agujero desviándose del pozo original a diferentes profundidades. Permite la exploración de localizaciones estructurales sin la necesidad de perforar otro pozo.

6.-Perforación terrestre hacia localizaciones marinas

Este tipo de perforación se desarrolla cuando un yacimiento que está localizado bajo grandes volúmens de agua se encuentra dentro del alcance de un equipo terrestre. La cabeza del pozo está en tierra mientras que el agujero se perfora direccionalmente bajo el agua para alcanzar el yacimiento. Esta técnica ahorra dinero por que los equipos terrestres son mucho más económicos que las plataformas marinas.

7.-Perforación costa afuera de pozos múltiples

El uso de esta técnica es el modo más económico para desarrollar campos costa afuera. Se perforan varios pozos direccionales desde una sola plataforma.

8.-Pozos de alivio

Los pozos de alivio son usados para matar pozos descontrolados interceptándolos. Se debe planear cuidadosamente un pozo direccional para localizar e interceptar el pozo fuera de control.

9.-Pozos horizontals

Los pozos horizontales sirven para interceptar horizontalmente una formación productora para mejorar su producción. Esta técnica incrementa el área superficial de una formación productora., especialmente cuando la permeabilidad efectiva del yacimiento es vertical.

10.-Pozos de alcance extendido

Los pozos de alcance extendido se perforan para alcanzar yacimientos que tienen un desplazamiento horizontal mayor a 5000 metros.

11.-Pozos multilaterales

Los pozos multilaterales tiene varios agujeros que corren lateralmente saliendo desde un solo pozo original

12.-Pozos de radio corto, mediano y largo

Los pozos de radio corto, normalmente reentradas de pozos verticales viejos, tienen curvas con un radio de 44 m. o menos, que no pueden perforarse con motores convencionales. Se utilizan para aislar zonas de producción con alta/baja presión o arenas con agua sin la necesidad de asentar/cementar un liner. Este tipo de perforación es deseable cuando el inicio de desviación se realiza abajo de formaciones problemáticas.

Perfiles de Pozos Direccionales

El perfil de un pozo direccional es la trayectoria del pozo planeado desde la superficie hasta la profundidad final de perforación proyectando el agujero en dos planos graficados.

• Definiciones

• Para un mejor entendimiento del concepto de la perforación direccional, es necesario comprender algunos términos, entre ellos se encuentran los siguientes.

KOP, Inclinación y EOB Mtto. de Angulo, Secc. Tangencial y Comienzo del Decremento • Fin del decremento y desplazamiento del objetivo

• Localización del Target Y DOR

• Profundida Vertical Verdadera, TVD

• Profundidad Medida, MD

• Desplazamiento horizontal, HD

• Sección Vertical, Vs

• Azimuth

• Cuadrante

• Coordenedas Rectangulares

• Azimuth

• Tipos de Perfiles de Pozos Direccionales

En general, existen cuatro tipos de Pozos Direccionales, estos son:

Pozos Verticales

Pozos Tipo “S”

PozosTipo J

Pozos Horizontales

HERRAMIENTAS UTILIZADAS EN SARTAS DIRECCIONALES

INTRODUCCIÓN

Antes de la introducción de los motores de fondo, se utilizaban otras técnicas para desviar un pozo, como cucharas, y barrenas desviadoras (jetting). Las herramientas y tecnología direccional ha evolucionado tremendamente en los últimos 20 años. Para desviar un pozo se emplea una amplia variedad de herramientas, entre las cuales, podemos mencionar las siguientes.

Motores de Fondo

• Un motor de fondo es una herramienta cilíndrica donde se conecta la barrena para perforar un agujero y tiene la capacidad de dirigirlo hacia una cierta dirección. Se compone de varias secciones. Un sustituto superior, la sección de potencia, la sección de transmisión, la sección de baleros y flecha impulsora y el cuerpo y cuerdas. A continuación se verán las tres partes principales.

Sección de Potencia

Esta sección consta de un rotor, fabricado en acero inoxidable y un estator, que consiste en un tubo de acero con un elastómetro (hule) moldeado dentro de él. El rotor y el estator tienen perfiles helicoidales similares llamados lóbulos, pero el rotor tiene un lóbulo menos que el estator. Hay diferentes combinaciones de rotor-estator. A esta combinación se le llama relación. Las relaciones más comunes son 3:4, 4:5 y 7:8. Normalmente, entre mas grande es el número de lóbulos, mayor es el torque generado por el motor. Al hacer pasar un fluido a través de la sección de potencia, el rotor gira y a su vez, hace girar la barrena.

Sección de Transmisión

Esta sección está acoplada a la parte inferior del rotor. Transmite la velocidad rotacional y torque generado por la sección de potencia hacia los baleros y la flecha impulsora.La rotación es transmitida a través de la flecha impulsora. La sección transmisora contiene la junta ajustable, que es donde se gradúa la deflexión del motor de fondo. Esta varía desde 0° hasta 3°.

Sección de Baleros

Esta sección transmite el impulso de perforación y la potencia rotacional de la flecha impulsora hasta la barrena. Consiste en una flecha de acero forjado soportada por baleros que absorben las cargas axiales y radiales. Los baleros axiales tienen múltiples pistas para balines lubricados por lodo.

Drill Collars

Los drill collars son herramientas tubulares rígidas y pesadas. Se utilizan en la parte inferior de la sarta de perforación para proveer de peso y rigidez a la barrena. Los hay lisos y espirales. Se fabrican en diferentes materiales, pero los más comunes son de acero. Los hay también de una aleación de metales, que los hacen antimagnéticos.

Drill Collars Cortos

Los drill collars cortos son una versión más pequeña de los drill collars normales. Se pueden fabricar de cortes de estos últimos. La utilidad mas común con fines direccionales es la de aportar mayor longitud entre los dos puntos de contacto de la geometría de la sarta de perforación (como se verá mas adelante) y cuando el drill collar es antimagnético, se usa para aislar las herramientas magnéticas de fuentes de interferencia de la misma índole.

Válvula Contra Presión

Esta herramienta es un sustituto normalmente corto (60 a 90 cm.), que sirve para alojar un cartucho con una válvula tipo “check”, que permite el flujo hacia abajo, pero no de regreso (flujo a

la inversa). Esto es de suma importancia cuando el pozo aporta fluidos y la válvula les impide el paso hacia el interior de la sarta de perforación.

Porta Barrena Lisa y Estabilizada

Este es un sustituto con caja en los dos extremos que normalmente se conecta a la barrena. Está fabricada de tal manera que se puede alojar un cartucho de válvula contra presión.

Tuberia de Perforacion Pesada (TP HW)

Este es un miembro de la sarta de perforación con mediano peso y dimensiones similares a la tubería de perforación para un manejo más fácil. El tubo de pared pesada está acoplada a juntas de herramienta extra-largas. La TP HW es menos rígida que los drill collars y la superficie de contacto con las paredes del pozo, es mucho menor, reduciendo así el riesgo de una pegadura. También permite la perforación con altas revoluciones y puede correrse en pozos con cambios en inclinación y dirección reduciendo los problemas de conexiones y fatiga. Hoy en día, la tendencia en el diseño de las sartas de perforación apunta hacia la utilización de menos Drill Collars y más TP HW, para darle peso a la barrena .

Estabilizadores

Los estabilizadores son una parte indispensable en la mayoría de las sartas direccionales, con y sin motor de fondo. Los principales objetivos del uso de los estabilizadores, es el control de la desviación del pozo, la reducción del riesgo de una pegadura por diferencial y la estabilización del agujero, rimando ojos de llave y severidades causadas por los cambios en inclinación y rumbo del pozo.

Orientador (UBHO)

También llamado sustituto de orientación el UBHO (Universal Bore Hole Orientator) es un sustituto recto con un piñon y caja en los extremos. Está fabricado para alojar en su interior una camisa llamada “pata de mula”, la cual tiene acoplada una cuña donde asienta una herramienta medidora (MWD, giroscópico, sinleshot, etc). Esta cuña se alinea con la dirección de la deflexión del motor de fondo y se ajusta con opresores para impedir su giro, una vez que se está perforando.

Herramienta MWD

Las herramientas MWD (Measurement While Drilling), Medición Mientras se Perfora, se utilizan para obtener información del pozo en tiempo real, tal como la inclinación, rumbo, temperatura del lodo y orientación de la cara de herramienta (del motor de fondo). Po ser una herramienta magnética, se debe alojar dentro de un drill collar antimgnético. Se compone de módulos mecánicos y electrónicos y normalmente se sitúa arriba del motor de fondo. La herramienta se compone de tres principales secciones, que son:

Pulser

Este módulo tiene componentes mecánicos que mediante la obstrucción y liberación parcial del flujo del lodo, transmite hasta la superficie la información del pozo.

Módulo electrónico

Este módulo tiene componentes electrónicos que con la ayuda de acelerómetros y magnetómetros se encargan de medir la inclinación y rumbo del pozo, así como la orientación de la cara de herramienta.

Módulo de baterías

Este módulo contiene las baterías para proveer de energía a la herramienta completa. Las baterías normalmente son de Litio y pueden trabajar durante periodos prolongados, (Hasta 240 Hrs.) a altas temperaturas (Hasta 130° C)

Tipos de sartas direccionales rotatorias

Hay ocasiones en que se diseñan sartas de perforación en pozos direccionales sin incluir un motor de fondo en ellas. El diseño depende de la posición y diámetro de los estabilizadores integrados en la sarta y del comportamiento que se espera de ellas. Existen tres principales tipos de sartas direccionales. Ellas son:

-Sarta para construir ángulo.

-Sarta para mantener ángulo

-Sarta para decrementar ángulo