Optimización de Perforación Frontal en desarrollo de túneles y galerías
PERFORACIÓN DIRECCIONAL
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PERFORACIÓN DIRECCIONAL De las experiencias derivadas de la desviación fortuita del hoyo durante la perforación, nació, progreso y se perfecciono la tecnología de imprimir controlada e intencionalmente el grado de inclinación, el rumbo y el desplazamiento lateral que finalmente debe tener el hoyo desviado con respecto a la vertical ideal para llegar al objetivo seleccionado. Los conceptos y practicas de hacer hoyos desviados intencionalmente comenzaron a tener aplicaciones técnicas en la decada de los años treinta. Nuevos diseños de herramientas desviadoras o guiabarrenas fijas o articulados permitieron obtener con mayor seguridad el ángulo de desviación requerida. Los elementos componentes de la sarta (barrena, lastrabarrena, estabilizadores, centralizadores, tuberia de perforación) y la selección de magnitud de los factores necesarios para la horadación (peso sobre las barrenas, revoluciones por minuto de la sarta, caudal de descarga, presión y velocidad ascendente del fluido de perforación) empezaron a ser combinados y ajustados debidamente, lo cual redundo en mantener el debido control de la trayectoria del hoyo.
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PERFORACIÓN DIRECCIONAL
De las experiencias derivadas de la desviación fortuita
del hoyo durante la perforación, nació, progreso y se
perfecciono la tecnología de imprimir controlada e
intencionalmente el grado de inclinación, el rumbo y el
desplazamiento lateral que finalmente debe tener el hoyo
desviado con respecto a la vertical ideal para llegar al
objetivo seleccionado. Los conceptos y practicas de hacer
hoyos desviados intencionalmente comenzaron a tener
aplicaciones técnicas en la decada de los años treinta.
Nuevos diseños de herramientas desviadoras o guiabarrenas
fijas o articulados permitieron obtener con mayor
seguridad el ángulo de desviación requerida.
Los elementos componentes de la sarta (barrena,
lastrabarrena, estabilizadores, centralizadores, tuberia
de perforación) y la selección de magnitud de los
factores necesarios para la horadación (peso sobre las
barrenas, revoluciones por minuto de la sarta, caudal de
descarga, presión y velocidad ascendente del fluido de
perforación) empezaron a ser combinados y ajustados
debidamente, lo cual redundo en mantener el debido
control de la trayectoria del hoyo.
Durante el proceso de desviación se realiza la
verificación y el control de la trayectoria del hoyo
mediante la utilización de instrumentos y/o registros
directos electrónicos que al instante relacionan el
comportamiento de cada uno de los factores que influyen y
permiten la desviación del hoyo. En la práctica, para
mostrar el rumbo, inclinación y desplazamiento lateral
del hoyo se hace un dibujo que incluye la profundidad
desviada medida, PDM, y la profundidad vertical
correspondiente. El refinamiento en el diseño y la
fabricación de equipos y herramientas para la desviación
de pozos en los últimos quince años, conjuntamente con
las modernas aplicaciones de la computación electrónica
en las operaciones petroleras, han contribuido
eficazmente a la perforación y terminación de pozos
direccionales, inclinados, y horizontales.
Dicho en otras palabras la perforación direccional
constituyó el primer paso para el desarrollo de la
técnica de la perforación horizontal. La perforación
direccional controlada es la técnica que permite la
desviación intencional de un pozo desde la dirección
vertical, siguiendo un determinado programa establecido
en términos de la profundidad y ubicación relativa del
objetivo, espaciamiento entre pozos, facilidades de
ubicación de la localización en el punto de superficie,
buzamiento y espesor del objetivo a interceptar.
Las operaciones de perforación direccional controlada
también se efectúan para franquear un obstáculo como
puede ser alguna herramienta atascada en el hoyo, la
realización de un desvío en el hoyo principal cuando las
características del objetivo no resultan de interés en la
perforación de pozos de alivio para controlar otro pozo.
Perforación de pozos direccionales con tubería de
revestimiento.
La perforacion de pozos con tubulares de gran diametro
elimina la necesidad de bajar la columna de perforacion
convencional que luego debe ser extraida para instalar la
tubería de revestimiento permanente. Ademas mitiga los
problemas de perdidas de circulacion, mejora el control
del pozo y reduce el tiempo de equipo de perforacion no
productivo, disminuyendo al mismo tiempo el riesgo de que
se produzcan desviaciones no programadas o atascamientos
de la tubería. Por toda esta tecnologia de usar la
tubería de revestimiento se reducen los costos de
construccion de pozos.
En la actualidad, es posible adosar una barrena de
perforacion rotativa convencional o una zapata de
perforacion especial al extremo de una sarta de
revestimiento para perforar pozos verticales. Para lograr
mayor flexibilidad, y para aquellas aplicaciones que
requieren control direccional, se puede desplegar, fijar
en su lugar y luego recuperar con cable un arreglo de
fondo de pozo (BHA) recuperable para perforacion.
TECNOLOGÍA DE POZOS HORIZONTALES
La técnica de perforación horizontal se remonta a los
años 50, cuando se realizaron los primeros pozos
horizontales en Rusia, y no es hasta 1970 que se obtienen
las mejoras en la técnica de perforación direccional,
constituyendo actualmente una tecnología de nivel
avanzado y confiable.
La perforación horizontal es una derivación directa de
la perforación direccional. Con la aplicación de esta
técnica se puede perforar un pozo direccionalmente hasta
lograr un rango entre 80° y 90° de desviación a la
profundidad y dirección del objetivo a alcanzar a partir
del cual se iniciará la sección horizontal. Si un pozo
horizontal es perforado paralelamente al plano de la
arena aumenta el área de contacto entre el pozo y la
formación; esto puede implicar que éste no sea totalmente
horizontal. En realidad existen muy pocos pozos
horizontales debido a que los yacimientos regularmente
presentan buzamiento. Esto se refleja en un incremento de
la productividad del pozo con respecto a un pozo
vertical. Veamos:
• El pozo vertical atraviesa todo el espesor de la
formación, mientras que en el horizontal la barrena
penetra por el centro del espesor de la formación hasta
la longitud que sea mecánicamente aconsejable.
• El ángulo de penetración del hoyo horizontal en la
formación tiene que ver con la facilidad de meter y sacar
la sarta de perforación del hoyo.
• A medida que la longitud del hoyo horizontal se
prolonga, la longitud y el peso de la sarta que descansa
sobre la parte inferior del hoyo son mayores. Esto crea
más roce, más fricción, más esfuerzo de torsión y más
esfuerzo de arrastre al extraer la sarta de perforación.
• Condiciones similares de esfuerzos se presentan durante
la inserción y cementación del revestidor de terminación
y durante la toma de registros o perfiles corrientes o
integrantes de la sarta de perforación.
En general esta tecnología Son muy rentables para la
producción de horizontes múltiples delgados, ya que los
recintos hacen las veces de fracturas mecánicas extensas.
En yacimientos donde hay un solo horizonte productor de
gran espesor y con gran anisotropía vertical; En
yacimientos donde el gradiente de fractura vertical es
mayor que el horizontal y la fractura se genera
horizontalmente. Cabe destacar que con el advenimiento de
la cultura por el cuidado del medio ambiente, este tipo
de pozos reducen considerablemente el impacto ambiental
(menos locaciones, menos aparatos de bombeo, menor ruido,
menor cantidad de líneas de transporte, menos caminos,
entre otros.).
Perforación horizontal dirigida.
Cuando en un proyecto de contempla la colocación de
ductos de tuberías que han de cruzar zonas urbanas de
alto tránsito, pistas de aterrizaje con alto tráfico,
ríos con caudal permanente, sin perturbar las operaciones
normales puede sernos de gran ayuda el uso de la
perforación horizontal dirigida.
La perforación horizontal dirigida (direccional)
permite instalar un ducto por debajo de un obstáculo,
como un río o carretera, sin perturbar el entorno. Al
contrario de la técnica de perforación horizontal, la
trayectoria curva de una perforación horizontal dirigida
permite hacer pasar el ducto por debajo de obstáculos
desde la superficie, de manera que no se requiere
efectuar ninguna excavación importante.
Es ideal en suelos no pedregosos y bloques (arcilla,
limo y arena), puede ejecutarse asimismo con casi todo
tipo de rocas, permite instalar ductos que pueden
alcanzar 1.200 milímetros de diámetro, ofrece la
posibilidad de efectuar perforaciones que alcancen hasta
1.800 metros de longitud (lo que varía según las
condiciones del suelo y el diámetro requeridos).
Consideraciones en la perforación Horizontal.
Efecto del radio. Los pozos con radio corto y mediano
obviamente requieren un desplazamiento horizontal mas
corto y por lo tanto son perforados mas rapidamente que
los pozos de radio largo, sin embargo dada su incapacidad
de rotar la sarta sin exceder los limites de resistencia
mecanica de la tubería, restringe la capacidad del perfil
del pozo y tiene un impacto en el diseño de la sarta de
fondo, en las propiedades del lodo y en la hidraulica.
Diseño de sarta de perforación invertida. Las principales
consideraciones son: transmitir peso a la broca, reducir
torque y arrastre y no exceder los límites de esfuerzo
mecánico que puedan hacer falla la tubería.
Cabe destacar que los drillcollars que se situan
encima de la broca solo son unas desventajas en secciones
horizontales pues no añaden peso a la broca sino que
incrementan el torque y el arrastre, por esto se les
sitúa en la sección vertical del pozo, donde pueden
incrementar el peso y reducir el torque y arrastre.
La tubería de transición (HWDP) se utiliza para la
seccion de levantamiento del pozo, pues puede soportar
las fuerzas de comprensión y las cargas axiales que
doblarian la tubería convencional. Por la misma razon, se
utiliza la HWDP para secciones horizontales cortas ya que
por su diseño puede transferir pesos altos a la broca.
La tubería de perforación puede resistir fuerzas
comprensionales moderadas en la sección horizontal y
puede transmitir peso a la broca sin doblarse (lo cual
sencillamente no seria posible en un pozo vertical). Esto
es debido a la fuerza gravitatoria, la cual empuja la
tubería contra el lado inferior de la pared del pozo,
suministrando soporte y estabilidad. Al mismo tiempo,
disminuirá el torque y el arrastre que producen los
drillcollars. En esencia, este perfil invertido de la
sarta maximiza el peso en la sección vertical, y minimiza
el peso en la sección horizontal, así reduciendo el
torque y el arrastre y poder seguir transmitiendo peso a
la broca.
Fatiga en la tubería de perforación. Las solicitaciones
del torque y arrastre en la tubería durante la
perforación horizontal son mayores que cuando se perfora
un pozo vertical. Algunos de los factores a considerar
son: Mayores pesos al levantar, mayores cargas
torsionales, altas fuerzas tensionales en la sección de
levantamiento, rotación fuera de fondo de forma que Las
tuberias de transición en la seccion de levantamiento
esten en tension y no en comprensión y por ultimo
severidad de las patas de perro.
Limpieza de hueco. En las secciones horizontales los
cortes de la perforación tienden naturalmente a caer a la
cara inferior del pozo, formando acumulaciones que
restringen el movimiento de tubería aumentando el
arrastre, lo cual puede llevar a una pega de tubería.
Uso de top drives. Para la perforación de pozos
horizontales el uso de top drives proporciona muchas
ventajas sobre los sistemas convencionales de kelly.
Entre sus ventajas destacan:
Mayor capacidad de levantamiento.
La capacidad de rotar cuando se esta viajando,
reduciendo carga y facilitando las maniobras.
La capacidad de circular cuando se esta sacando la
tubería, mejorando la limpieza del hueco.
La capacidad de rimar en ambas direcciones.
Revestimiento y cementaciòn. Respecto a estos dos
procesos se considera:
Se reducen las posibilidades para rotar y reciprocar
el revestimiento.
Las patas de perro severas y arrastre alto pueden
impedir que se baje un revestimiento.
Se necesita una centralización efectiva del
revestimiento para lograr una buena adherencia
anular y para evitar canalizacion del cemento.
Se corre el riesgo de mal desplazamiento del lodo,
lo cual podria contaminar el cemento.
Consideraciones respecto a la formación. Durante la
perforación horizontal las principales consideraciones
respecto a la formación son:
El efecto adverso en la direccion del pozo (si causa
desviación no deseada) causada por diferentes
perforabilidades, buzamientos, entre otros.
La estabilidad del hueco en formaciones frágiles e
inconsolidadas que puedan caer dentro del hueco.
Evaluación de la formación. En la perforación horizontal,
las principales consideraciones con respecto a la
evaluación de la formación son:
El uso de MWD (en tal forma solo habrá drillcollars
no magneticos en la seccion horizontal) y LWD.
Las herramientas de registro electrico, llevadas con
cable, normalmente no pueden recorrer la seccion
horizontal, deberan ser llevadas con tubería. Esto
es que se conectan dentro de la tubería con el cable
saliendo por una ventana en la tubería. La sarta se
baja hasta el fondo del pozo con las herramientas
conectadas con su cable, y el pozo podra ser
registrado a medida que se saca la tubería.
Comportamiento del gas/control del pozo. En la
perforación horizontal, las principales consideraciones
con respecto al gas y al control del pozo son:
No habra expansion del gas hasta que la burbuja
entre la seccion vertical. Por lo tanto la expansion
y la patada del pozo resultante desplazando lodo en
la superficie pueden ocurrir intempestivamente.
Los influjos de gas migraran y se acumularan en las
partes mas altas de la seccion horizontal (crestas y
excavaciones), las cuales requeriran altas
velocidades anulares para ser desplazadas, y bajas
ratas de bombeo cuando el gas llega a las seccion
vertical y comienza a expandirse viendose el
desplazamiento del lodo en superficie.
RAZONES 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 que
ameriten un cambio de programa en la perforación. Las más
comunes son las siguientes:
Localizaciones inaccesibles: Son aquellas áreas a
perforar donde se encuentra algún tipo de instalación o
edificación (parque, edificio), o donde el terreno por
condiciones naturales (lagunas, ríos, montañas) hacen
difícil su acceso; es decir, En casos de impedimentos
naturales o construcciones que no permiten ubicar en la
superficie el taladro directamente sobre el objetivo que
está a determinada profundidad en el subsuelo, se opta
por ubicarlo en un sitio y a distancia adecuada para
desde allí hacer el hoyo direccional hasta el objetivo.
• Cuando sucede un reventón incontrolable, generalmente
se ubican uno o dos taladros en la cercanía para llegar
con un hoyo direccional hasta la formación causante del
reventón y por medio del bombeo de fluido de perforación
contener el flujo desbordado. En las operaciones
costafuera un reventón es un contratiempo muy serio por
sus implicaciones de contaminación, peligro a la
navegación y dificultades inherentes a las operaciones de
restitución en un medio acuático donde a veces las
condiciones climatológicas adversas pueden empeorar la
situación.
• Cuando por razones mecánicas insalvables se tiene que
abandonar la parte inferior del hoyo, se puede, en
ciertas ocasiones, aprovechar la parte superior del hoyo
para llegar al objetivo mediante la perforación
direccional y ahorrar tiempo, nuevas inversiones y
ciertos gastos.
• En el caso de la imposibilidad de reacondicionamiento
de un pozo productor viejo se puede intentar reterminarlo
en el intervalo original u otro horizonte superior o
inferior por medio de la perforación direccional.
• En el caso de que por sucesos geológicos no detectados,
como fallas, discordancias,
Adelgazamiento o ausencia de estratos, el objetivo no
fuese encontrado, la reinterpretación de datos podría
aconsejar desviar el hoyo intencionalmente. Lo vemos así:
Formaciones con fallas: donde el yacimiento esta
dividido por varias fallas que se originan durante la
compactación del mismo.
• Cuando existen Domos de sal, donde los yacimientos a
desarrollar están bajo la fachada de un levantamiento de
sal por razones operacionales no se desee atravesar el
domo.
• En el caso de tener que abandonar un pozo productor
agotado y cuando se advierte que sus condiciones internas
no ofrecen riesgos mecánicos, se podría optar por la
perforación desviada para profundizarlo e investigar las
posibilidades de otros objetivos.
• En tierra y costafuera, la perforación direccional
moderna se ha utilizado ventajosamente para que desde una
misma locación, plataforma acuática o isla artificial se
perforen varios pozos, que aunque se ven muy juntos en la
superficie, en el fondo mantienen el espaciamiento
reglamentario entre uno otro. Este conjunto de pozos dio
origen a la llamada macolla de pozos.
Múltiple pozo con una misma plataforma: desde la
plataforma se pueden perforar varios pozos para reducir
el costo de la construcción de plataformas individuales y
minimizar los costos por instalación de facilidades de
producción.
Pozo de alivio: es aquel que se perfora para
controlar un pozo en erupción. Mediante el pozo se
contrarresta las presiones que ocasionaron el reventón
Desarrollo múltiple de un yacimiento: cuando se
requiere drenar el yacimiento lo más rápido posible o
para establecer los límites de contacto gas/petróleo o
petróleo/agua.
Consideraciones Económicas y aplicaciones avanzadas de
pozos direccionales.
En la década de los años setenta, investigadores y
laboratorios privados y gubernamentales y las empresas
petroleras comenzaron en varios países a obtener buenas
respuestas a sus esfuerzos en la adopción de nuevos
conceptos económicos y aplicaciones avanzadas de los
pozos desviados. Razones: la posibilidad de obtener más
producción por pozo; mayor producción comercial acumulada
por yacimiento; fortalecimiento de la capacidad
competitiva de la empresa en los mercados y, por ende,
aumento de ingresos con menos inversiones, costos y
gastos de operaciones corriente arriba del negocio
petrolero.
La macolla de pozos permite reducir el área
requerida para las localizaciones ya que desde un solo
sitio se pueden perforar varios pozos. Además, se logran
economías en construcción de caminos, en instalaciones,
en utilización del transporte de carga y personal y
posteriormente se economiza en vigilancia e inspección de
pozos por estar éstos en un solo punto. La perforación
rotatoria normal permite penetrar verticalmente el
estrato petrolífero pero la capacidad productiva del pozo
depende del espesor del estrato, además de otras
características geológicas y petrofísicas.
Así que en igualdad de condiciones, la capacidad de
producción del pozo está muy relacionada con el espesor
del estrato, por lo que a más espesor más producción.
Planteada así la cuestión, la respuesta la dio la
perforación direccional o desviada como método para
penetrar más sección productiva en el mismo estrato.
Problemas asociados con la desviación.
Obviamente, el problema mas critico asociado con la
desviación es fallar en llegar al objetivo, pero pueden
resultar varios problemas operacionales y de perforación
que en ultimas pueden conllevar mayores costos en la
perforación de un pozo debido al tiempo extra requerido
para corregir el problema.
Patas de perro y ojos de llave. La desviación del hueco
se expresa en terminos de la inclinación con respecto a
la vertical. Cuando hay un cambio brusco de direccion, se
forma una pata de perro, este cambio brusco hace un curso
mas difícil para que la sarta lo siga. La rata a la cual
el angulo del hueco cambia es entonces mas importante en
determinar severidad de una pata de perro, si no se
corrigen las patas de perro pueden conducir a la
aparición de mas problemas posteriores como la formación
de ojos de llave y escalones, que a su vez pueden
resultar en problemas mas severos como pega de tubería y
fallas mecanicas en la tubería.
Escalones.
Pueden resultar de una sucesion de micro patas de perro
que se formen al preforar a través de estratificaciones
de formaciones duras y blandas alternadas. Las blandas se
ensanchan mientras que las duras conservan su diametro.
Esto crea un cambio irregular por el cual debe pasar la
sarta, y puede ocurrir que las herramientas de diametro
como el del hueco puedan pegarse, como los
estabilizadores al sacar la tubería.
Pega de tubería. Las
sartas de tubería, de
revestimiento y hasta las herramientas de registros
pueden llegar a pegarse dentro del pozo por las
siguientes causas geometricas:
Ensamblajes muy rigidos que no se doblan al pasar
por una pata de perro.
Los drillcollars que se traban al pasar por un ojo
de llave.
De la misma manera, con los derrumbes que ocurren
mas fácilmente cuando hay patas de perro y ojos de
llave.
El revestimiento se puede pegar al tratar de pasar
por una pata de perro.
Las herramientas de registros electricos tambien se
pueden pegar en ojos de llave o en patas de perro.
Igualmente a todos estos problemas se le pueden sumar
el aumento de torque, arraste y fatiga de la tubería, y
problemas por revestimiento y cementacion.
TIPOS DE POZOS DIRECCIONALES
Los pozos direccionales pueden clasificarse de acuerdo
a la forma que toma el ángulo de inclinación en:
Tipo Tangencial:
La desviación deseada es obtenida a una profundidad
relativamente llana y esta desviación se mantiene
constante hasta el objetivo. Este tipo de pozo presenta
muchas ventajas tales como:
Configuración de la curva sencilla a lo largo de un
rumbo fijo.
Ángulo de inclinación moderado.
Generalmente puntos de arranques someros.
Menor riesgo de pega.
En Forma de “J”:
Este tipo de pozos es muy parecido al tipo
tangencial, pero el hoyo comienza a desviarse más
profundo y los ángulos de desviación son relativamente
altos y se tiene una sección de construcción de ángulo
permanente hasta el punto final.
En Forma de “S”:
En este tipo de pozo la trayectoria está configurada
por una zona de incremento de ángulo, otra tangencial y
una de disminución de ángulo. Estos tipos de pozos pueden
ser de dos formas:
Tipo “S”: constituido por una sección de aumento de
ángulo, una sección tangencial y una sección de caída de
ángulo que llega a cero grados (0º).
“S” Especial: constituido por una sección de aumento
de ángulo, una sección tangencial intermedia, una sección
de caída de ángulo diferente a cero grados (0º) y una
sección de mantenimiento de ángulo al objetivo.
Inclinados o de Alto Ángulo:
Son pozos iniciados desde superficie con un ángulo de
desviación predeterminado constante, para lo cual se
utilizan taladros especiales inclinados. Los Taladros
Inclinados son equipos cuya cabria puede moverse de 90º
de la horizontal hasta un máximo de 45º. Entre las
características más resaltantes del equipo se pueden
mencionar:
Una torre de perforación inclinada para perforar
desde pozos verticales hasta pozos de 45º de desviación
vertical.
Brazo hidráulico para manejar tubulares que puede
ser accionado desde el piso de la torre de perforación,
eliminando el trabajo del encuellador de los taladros
convencionales.
Un bloque viajero, provisto de un sistema giratorio
diseñado para enroscar y desenroscar la tubería, que se
desliza a través de un sistema de rieles instalado en la
estructura de torre.
Sistema hidráulico especial para darle el torque
apropiado a cada conexión de los tubulares.
Los equipos auxiliares del taladro permanecen fijos
durante la perforación, lo que incrementa la vida útil de
los mismos, por disminución el deterioro al que son
sometidos durante la mudanza entre pozo y pozo.
Capacidad de movilización mediante un sistema de
orugas, lo cual reduce los tiempo de mudanza.
Horizontales:
Son pozos perforados horizontalmente o paralelos a los
planos de estratificación de un yacimiento con la
finalidad de tener mayor área de producción. También se
denominan pozos horizontales aquellos con un ángulo de
inclinación no menor de 86º respecto a la vertical. La
longitud de la sección horizontal depende de la extensión
del yacimiento y del área a drenar en el mismo.
Adicionalmente, se requiere un ensamblaje especial de la
sarta de perforación para poder obtener los grados de
inclinación máximo hasta el objetivo.
Según el radio de curvatura, existen cuatro tipos de
pozos horizontales básicos, cada uno de los cuales poseen
una técnica que va en función directa con la tasa de
incremento de ángulo y del desplazamiento horizontal.
Clasificación de los pozos horizontales
Radio Ultracorto: El radio de curvatura en esta técnica
de perforación horizontal varía de 1 a 2 pies, y el
ángulo de construcción entre 45° y 60° por pie, con
sección horizontal entre 100 a 200 pies.
Ventajas:
Son efectivos en formaciones suaves y fáciles de
penetrar como arenas de crudos pesados y bitumen.
Desarrollo del campo mediante pozos verticales
múltiples.
Realización de pozos horizontales múltiples a través
de varias capas originadas desde un pozo vertical.
Desventajas:
Requiere equipo especializado.
Necesita que se agrande el hoyo en la cercanía
lateral del objetivo de perforación.
Es imposible correr registros en la sección
horizontal, y no pueden tomarse núcleo debido a lo severo
del radio de curvatura.
La longitud de drenaje del pozo, generalmente es
menor de 300 pies.
Radio Corto: En esta técnica el radio de curvatura
varía de 20 a 40 pies con variaciones del ángulo de
construcción de 2° a 5° por pies, con una sección
horizontal de 100 a 800 pies de longitud.
Ventajas:
Más precisión para drenar el yacimiento que el de
radio medio y largo.
Atractivo en yacimientos pequeños.
Se emplea desde un pozo convencional (Reentry).
Posibilidad de tocar contacto entre fluidos.
Se pueden aislar zonas problemáticas inmediatas a la
zona productora
Desventajas
Requiere de un motor de fondo con una articulación
ensamblada.
La longitud de drenaje en el pozo, generalmente es
menor que 300 pies.
Se completa únicamente a hoyo abierto.
No pueden tomarse núcleos, ni perfilarse; en vista
del radio de curvatura presente.
Radio Medio: El radio de curvatura varía de 300 a 800
pies, con un ángulo de construcción de 6° a 20° por cada
100 pies. La sección horizontal varía de 2000 a 4000 pies
de longitud.
Ventajas:
Menor torque y arrastre que en pozos de radio corto.
Para drenar el yacimiento puede perforarse
horizontalmente hasta una longitud de 300 pies.
Existe la posibilidad de sacar núcleos
convencionales.
Puede ser normalmente completado.
Puede acomodarse normalmente el tamaño de la
herramienta (MWD); la cual tiene un acceso desde 1 ¾” de
diámetro hasta 4 ¾”.
Desventajas:
No aplicable para formaciones superficiales y
delgadas
Equipo especial de perforación requerido.
Radio Largo: El radio de curvatura varía de 1000 a 3000
pies y el ángulo de construcción entre 2° y 6° por cada
100 pies. La sección horizontal varía entre 1000 y 4000
pies de longitud.
Ventajas:
Fácil para perforar usando un equipo de perforación
convencional y revestidor estándar.
Los costos por día de los servicios, frecuentemente
son más bajos que los de radio medio y corto.
Permite perforar longitudes horizontales de
aproximadamente 5000 pies, con un promedio de 3500 pies.
Existe un mayor acomodo para la completación.
Se puede acomodar fácilmente el juego completo de
herramientas de perfilaje.
Desventajas:
Frecuentemente se requiere de un tope en el manejo
del sistema, largas bombas y grandes cantidades de lodo.
El riesgo a hueco abierto es mayor; ya que la
tubería de perforación puede pegarse y causar daño al
yacimiento mientras se perfora.
Es menos preciso para determinar la profundidad
vertical verdadera (TVD), porque el comienzo de la
perforación (superficie), queda muy lejos
(horizontalmente) de la sección horizontal perforada.
Es mucho más costoso en revestidores, cemento y
fluidos.
Radio corto, medio y largo
Multilaterales:
Consisten básicamente en un hoyo primario y uno o más
hoyos secundarios que parten del hoyo primario, cuyo
objetivo principal es reducir el número de pozos que se
perforan, además de optimizar la producción de las
reservas. Según la geometría del yacimiento se puede
construir distintas configuraciones de pozos
multilaterales para lograr drenar los yacimientos de
manera más eficiente, entre ellas tenemos:
Hoyos de Diámetro Reducido o “Slim Hole”: Son pozos
que se perforan con propósitos de hacer el trabajo
economizando recursos y obteniendo más provecho,
utilizando mecha de 7” o menos. La utilización de este
método es muy efectiva en exploración y/o captura de
información sobre los yacimientos.
Hasta la fecha no se ha encontrado una manera de
clasificar al tipo de pozo multilateral ya que la forma y
variedad está solo limitada a nuestra imaginación y a las
características de nuestros reservorios. Así podemos
tener:
Reentradas o “Reentries”:
Son pozos perforados desde pozos ya existentes,
pudiéndose reperforar un nuevo hoyo utilizando parte de
un pozo perforado previamente. Esta nueva sección puede
ser reperforada con una sección vertical o direccional.
HERRAMIENTAS UTILIZADAS EN LA PERFORACIÓN DE POZOS
DIRECCIONALES
Herramientas Deflectoras: Son las encargadas de
dirigir el hoyo en la dirección predeterminada, dentro de
las cuales tenemos:
Mecha: constituye la herramienta básica del proceso
de perforación, ya que permite cortar y penetrar las
formaciones. En perforación direccional suelen utilizarse
mechas de tamaño convencional 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 y la fuerza hidráulica generada
erosiona una cavidad en la formación, lo que permite a la
mecha dirigirse en esta dirección. Este método se utiliza
normalmente en formaciones blandas.
Cucharas Deflectoras (“Whipstocks”): son piezas de
acero en forma de cuchara con una punta cincelada
colocada en el hoyo para iniciar la desviación del hoyo.
Pueden ser de tres tipos:
a) Cucharas removible: consta de una larga cuña de
acero, cóncava de un lado para sostener y guiar la sarta
de perforación, posee una punta de cincel para evitar el
giro y de un tubo portamecha para recuperar la
herramienta.
b) Cuchara de circulación: su instalación es igual a
la anterior, pero en este caso el fluido de perforación
circula por un orificio en el fondo removiendo los
ripios.
c) Cuchara permanente tipo revestidor: queda
permanentemente en el pozo y su principal aplicación es
desviar a causa de una obstrucción colapso del revestidor
o para reingresar a un pozo existente con un pez.
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.
a) De Desplazamiento Positivo: consta de un motor
helicoidal de dos etapas, válvula de descarga,
conjunto de bielas, conjuntos de cojinetes y ejes.
Herramientas de Medición:
Cuando se está perforando un pozo direccional, se deben
tener los equipos de medición para determinar
precisamente la dirección e inclinación del pozo. Estos
equipos o instrumentos sirven para localizar posibles
“patas de perro” o excesivas curvaturas. Las herramientas
de medición son los equipos disponibles para conocer la
inclinación y dirección del pozo en el subsuelo. Las más
usadas son:
Péndulo invertido o Totco: es uno de los más
elementales y sencillos instrumentos con los que se puede
detectar la desviación.
Toma sencilla o “Single Shot” y toma múltiple o
“Multishot”: son métodos magnéticos que requieren el uso
de una barra no magnética (monel) y ofrecen la
información simultánea del rumbo e inclinación del pozo.
La información es obtenida después que la sección es
perforada y arroja lecturas según la calibración de un
cronómetro.
Monel: es una herramienta que corrige los efectos
del campo magnético de la Tierra y el material metálico
de la sarta de perforación en la obtención de los datos
tanto del MWD y el LWD. Está hecho de una aleación que
permite despreciar la interferencia magnética y así la
herramienta MWD pueda brindar datos confiables de azimuth
e inclinación.
Martillo (Jar): están diseñados para desarrollar un
impacto tanto en las subidas como en las bajadas del BHA.
Son empleados para pozos direccionales para que la
tubería pueda liberarse en caso de hoyos ajustados o que
este atascada.
Herramienta Double Pin: es una herramienta cuyas
conexiones son PIN x PIN, para unir juntas cuyos extremos
son caja.
Estabilizador: Son necesarios para un BHA
direccional. Los que están cercanos a la mecha tienen
conexiones BOX x BOX., y los que se colocan en el resto
de la sarta tienen conexionen PIN x BOX. Poseen espiral
hacia la derecha Se emplean para controlar la desviación
del hoyo, reducir el riesgo de pegas diferenciales y dog
legs (patas de perro).
HEL (Hostil Environment Logging): herramienta que
permite cuantificar la profundidad de la perforación.
Instala el MWD (Measuring While Drilling: Midiendo
mientras se perfora). Esta herramienta permite ubicar la
trayectoria de la sarta de perforación y por ende la del
pozo en construcción debido a que proporciona los datos
de Profundidad, Inclinación respecto a la vertical y
azimut (inclinación respecto al plano horizontal), con lo
cual se construyen los SURVEY’s, importantes datos que
registran la secuencia del Pozo y permiten hacer una
comparación respecto a la trayectoria planificada.
En esta junta también cuando se requiera su corrida, se
ubica el registro BAP (Bore Annular Pressure), que
permite calcular las presiones en tiempo real en el hoyo
anular, y con ello monitorear la limpieza del hoyo y así
optimizar una alta ROP sin alterar la estabilidad del
revoque.
MFR (Multiply Frecuency Resistivity): lleva
instalada la herramienta LWD (logging while drilling:
Registrando Mientras se perfora), la cual permite
registrar cada una de las profundidades y obtener datos
para cada una de ellas. Este es un servicio primordial
que permite obtener data en tiempo real de la litología y
fluidos presentes mientras se está perforando. Ello
permitirá el estudio de las características geológicas
presentes, y conllevará a la toma de decisiones, sobre
todo a la hora de fijar los topes y bases de cada una de
las formaciones, marcadores y arenas.
La principal desventaja de estos equipos es la
imposibilidad de realizar mediciones en tiempo real. A
comienzos de los años 90 se desarrollaron las primeras
herramientas direccionales de medición durante la
perforación MWD (Measuring While Drilling), que son
equipos adaptados a la sarta de perforación.
La medición del sistema MWD proporciona los parámetros
inclinación y dirección del pozo, los cuales se
determinan mediante u conjunto de acelerómetros,
magnetómetros y giroscopios instalados en la herramienta.
También es posible incorporar un emisor-receptor de rayos
gamma a fin de permitir en tiempo real, la correlación y
evaluación de las formaciones atravesadas.
A partir de la inclinación y la dirección tomada en
cada intervalo de la perforación o estación direccional y
considerando la profundidad medida, la cual es
equivalente a la longitud total de la sarta de
perforación dentro del hoyo, se determinan los valores
de: Profundidad Vertical Verdadera (TVD), Coordenadas
Rectangulares de Fondo, Severidad de la Pata de Perro y
Desplazamiento Horizontal (VS) que se presentan en el
reporte direccional del pozo.
Actualmente se emplean los sistemas de registros
durante la perforación LWD (Logging While Drilling). Esta
modalidad permite la medición de la Resistividad,
Registros de Densidad-Neutrón y Espectroscopía Natural de
Rayos Gamma, adicionalmente a todos los parámetros que se
incluyen en el reporte direccional.
Las herramientas MWD y LWD también proporcionan
información mecánica sobre la sarta de perforación como
lo son Torque, Tasa de Penetración, Peso sobre la Mecha
y Dirección de la misma, que pueden contribuir a una
mejor interpretación de las condiciones de operación,
también en tiempo real.
Los equipos MWD y LWD se instalan en portamechas
especialmente diseñadas para contener el conjunto de
sensores y material electrónico. Éstos se ubican lo más
cerca posible de la mecha (evitando interferencias) para
hacer más eficientes las mediciones. Las señales son
transmitidas a la superficie a través de pulsos
electrónicos que viajan en el fluido de perforación y son
descodificados por un equipo receptor instalado en la
superficie.
INTRODUCCIÓN
Al igual que en otras operaciones de perforación, en
perforación direccional también existe la necesidad de
obtener un rendimiento efectivo en costos. Según datos de
importantes compañías, el costo de perforación representa
aprox. el 40%de los costos de descubrimiento y
desarrollo. Los sistemas rotativos direccionales,
desarrollados inicialmente para perforar pozos de alcance
extendido, también resultan efectivos en costos en
aplicaciones de perforación convencional, ya que permiten
reducir el tiempo de perforación en forma considerable.
Los avances realizados tanto en la tasa de penetración
como en la confiabilidad de estas herramientas han
impulsado su difusión en el mundo entero.
Existen ciertas situaciones que requieren el uso de
tecnología de perforación de avanzada. La geología local
puede determinar una trayectoria complicada para un pozo,
tal como perforar alrededor de domos salinos o láminas de
sal. Se podría incrementar el drenaje o la producción del
yacimiento desde un pozo en particular, si el mismo
penetrara varios bloques de fallas o se construyera en
forma horizontal para interceptar fracturas o maximizar
la superficie del hueco que se encuentra dentro del
yacimiento. Un pozo con múltiples tramos laterales, por
lo general, drena varios compartimientos del yacimiento.
En los campos maduros, los compartimientos pequeños
también pueden ser producidos en forma económica si los
pozos direccionales se encuentran ubicados de manera
adecuada.
Resulta evidente, que sin la tecnología de avanzada de
la perforación direccional, no sería físicamente posible
perforar un pozo determinado, ya que el mismo sería
perforado en una locación poco adecuada o resultaría más
costoso o más riesgoso. Los sistemas rotativos
direccionales permiten planificar geometrías de pozos
complejas, incluyendo pozos horizontales y de alcance
extendido. Posibilitan la rotación continua de la columna
de perforación mientras se dirige la trayectoria del
pozo, con lo cual se elimina el problemático modo de
deslizamiento, propio de los motores direccionales
convencionales.
CONCLUSIÓN.
Existen varias razones para utilizar las perforaciones
horizontales a través de reservorios, principalmente
debido a caracteristicas de la fomacion y con el fin de
maximizar la producción del pozo, y por ende reducir el
tiempo del equipo de perforación, podemos nombrar las mas
importantes:
La producción de formaciones muy delgadas, la cual es
muy poco económica en pozos verticales, un pozo
horizontal tendra un area de contacto mayor con el
reservorio, así incrementando el indice de productividad.
Producción de reservorios donde la permeabilidad
vertical excede la permeabilidad horizontal.
Proporciona mayor información sobre el reservorio y la
formación.
Llega a zonas aisladas en reservorios irregulares
ademas de penetrar fracturas verticales.
Incrementa la producción en reservorios de baja presión
o baja permeabilidad.
La perforación direccional es muy ventajosa a la hora
de circunstancias como casos de impedimentos naturales
que no permiten ubicar en la superficie el taladro
directamente sobre la zona destinada para la perforación
en el subsuelo, se opta por ubicarlo en otro lugar a una
distancia adecuada para desde allí hacer el hoyo
direccional hasta la zona, igualmente tiene ventaja
cuando sucede un reventón incontrolable. En las
operaciones costafuera un reventón es un contratiempo muy
serio por sus implicaciones de contaminación, peligro a
la navegación y dificultades inherentes a las operaciones
de restitución en un medio acuático donde a veces las
condiciones climatológicas adversas pueden empeorar la
situación.
Dentro de sus desventajas se encuentran las formaciones
de pata de perro y ojos de llaves, producidas por el
cambio brusco de direccion durante el proceso de
perforación, y por atravesar formaciones duras y
blandas., pueden ocasionarse pegas de tuberias, se fatiga
la tubería, aumenta el torque y el arrastre.
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MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
DE LA FUERZA ARMADA
NÚCLEO BARINAS
Barinas, Julio de 2010
PERFORACIÓN DIRECCIONAL
Bachilleres:
Álvarez José. C.I 19.492.680González Johan C.I
10.732.602Larrarte Marybeth C.I
19.429.610Uzcategui Yorwin C.I
19.492.602
