Existen una serie de herramientas necesarias para poder hacer un hoyo desviado, las cuales pueden clasificarse de la siguiente manera:
Resumen Visual de las Herramientas de Perforación Direccional
Basado en la clasificación de tu texto, estas son las funciones gráficas principales de cada grupo:
1. Herramientas Deflectoras (El "Cómo" se desvía)
Cucharas (Whipstocks): Se visualizan como una cuña de acero larga con una cara cóncava. Su función es forzar físicamente a la mecha a apartarse del eje vertical original, ya sea para un side-track (desvío lateral) o para salir del revestidor.
Motores de Fondo (Mud Motors): Aparecen justo arriba de la mecha. Se identifican por su sección de potencia (estator/rotor helicoidal) y la Camisa Desviada (Bent Housing), que es el "codo" que da el ángulo de ataque sin que rote toda la sarta desde superficie.
2. Herramientas de Medición (El "Hacia dónde" vamos)
MWD (Measurement While Drilling): Aunque el texto menciona inclinómetros y giroscopios, en la práctica moderna estas herramientas se alojan en collares no magnéticos (Monel) para enviar datos de inclinación, azimut y tool-face (cara de la herramienta) en tiempo real mediante pulsos de lodo.
3. Sistemas de Orientación Rotatoria (RSS)
Esta es la tecnología más avanzada descrita y se divide en dos principios mecánicos:
Push-the-bit (Empuje la broca): Utiliza "almohadillas" o pistones externos que presionan contra la pared del pozo para empujar la mecha en la dirección opuesta.
Point-the-bit (Apunte la broca): Tiene un eje interno que se dobla dentro de la herramienta, permitiendo que la mecha apunte hacia la nueva dirección mientras toda la sarta sigue rotando.
4. Herramientas Estándar y Auxiliares
Estabilizadores: Cruciales para mantener la rigidez y ayudar en la construcción o mantenimiento del ángulo.
Martillos y Amortiguadores: Dispositivos de protección para liberar la sarta en caso de pegamiento mecánico o para absorber vibraciones axiales que dañarían la mecha.
Comparativa de Métodos de Desvío
HERRAMIENTAS DEFLECTORAS
Son aquellas que se encargan de dirigir el hoyo en el sentido planificado y predeterminado. Entre ellas se pueden mencionar:
Mechas: Constituye la herramienta básica del proceso de perforación, ya que permite Cortar y penetrar las formaciones. Son de tamaño convencional, pudiendo tener una configuración de salida del fluido a través de sus orificios o jets, con uno o dos chorros de mayor diámetro que el tercero, o dos chorros ciegos y uno de gran tamaño, a través del cual sale el fluido de perforación a altas velocidades.
Cuchara Recuperable: Pieza en forma de cuchara que consta de una larga cuña invertida de acero, cóncava en un lado para sostener y guiar la sarta de perforación posee una punta de cincel en el extremo para evitar cualquier giro de la herramienta y un tubo porta mecha (drill collar) en el tope a fin de rescatar la herramienta.
Se utilizan para iniciar el cambio de inclinación y dirección de un hoyo. Generalmente para perforar al lado de tapones de cemento o cuando se requiere salirse lateralmente del hoyo.
Existe un tipo de cuchara recuperable llamada Cuchara de Circulación y es aquella en la cual su punta es de acero y su mecanismo de trabajo es a través dela percusión. Posee un orificio en la punta de la cuchara, el cual permite que el fluido de perforación circule en el fondo removiendo los ripios.
Cuchara Permanente (Whipstock): Son piezas de acero en forma de cuchara con una punta cincelada colocada en el hoyo para iniciar la desviación del hoyo. Este tipo de herramienta Queda permanentemente en el pozo, sirviendo de guía a cualquier trabajo requerido en él. Su principal aplicación es desviar a causa de una obstrucción colapso del revestidor o para reingresar a un pozo existente con un pez.
Uso de Cucharas Desviadoras / Whipstock como herramienta de perforación direccional
▶Whipstock como herramienta de perforación direccional. #PERFOTIPS
▶Después de perforar el pozo hasta el punto de inicio, la broca es
sacada del hoyo. Un whipstock, o cuchara desviada, es una cuña que se
fija en el hoyo, por lo general revestido. El borde màs grueso de la
cuña está en la parte inferior del hoyo. La sarta de perforación se hace
girar y la broca perfora la formación hasta la dirección
planificada. Forzando contra el lado del hoyo, se comienza a cortar del
hoyo original. Después de perforar por debajo del whipstock, la broca es
sacada del hoyo nuevamente. El ensamblaje de perforación se vuelve a
introducir. La desviación en la parte inferior del hoyo se desgastará y
se cortará a medida que las operaciones continúan
▶Los whipstocks se utilizan a menudo para desviar el pozo fuera del revestidor.
▶En lugar de una broca, se utiliza un molino que puede cortar metal. En
esta aplicación, el whipstock es dejado en sitio para guiar las
herramientas a través del corte realizado en el revestidor. La sarta de
perforación se doblará para permitir que el conjunto del fondo del pozo
rodee el orificio curvado.
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:
- Tipo Turbina: es una unidad axial multietapas, la cual permite crear transmisión de potencia o torque a la mecha, esto permite que la misma gire sin tener movimiento de la sarta de perforación.
- De Desplazamiento positivo (PDM): Consta de un motor helicoidal de dos o más etapas que consta adicionalmente con una válvula de descarga, un conjunto de bielas, cojinetes y ejes.
- Camisa Desviada (Bent Housing): Herramienta de mayor uso actualmente que permite controlar la inclinación de un pozo y su dirección sin necesidad de realizar un viaje de tubería. La combinación de una camisa desviada con un motor de fondo, por ejemplo, permite utilizar un principio de navegación para realizar las operaciones de construir ángulo, mantener y disminuir, así como orientar la cara de la herramienta a la dirección deseada, de allí el principio de deslizar y rotar (sliding and rotaring).
HERRAMIENTAS DE MEDICIÓN
Son aquellas necesarias para predeterminar la dirección e inclinación del pozo, así como la posición de la cara de la herramienta. Los tipos de herramientas de medición son:
Inclinómetros: Es el instrumento de medición direccional más sencillo, ya que sólo mide La inclinación del hoyo, se utilizan principalmente para controlar la verticalidad del mismo. El dispositivo de medición es un péndulo que no se ve afectado por cualquier otro fenómeno que la gravedad de la Tierra y se corren en el hoyo con guaya. Por lo general consisten en un disco de una pulgada que es golpeado por el péndulo al llegar en el asiento.
Single Shots Magnéticos (Registro de toma sencilla): Instrumentos magnéticos de toma sencilla, los cuales están diseñados para tener un único conjunto de mediciones (survey) simultáneas:
- La inclinación del pozo, en referencia al campo de gravedad de la Tierra.
- El azimut del hoyo, usando el campo magnético de la Tierra.
- La cara de la herramienta, cuando se usa en conjunto con un dispositivo de orientación. Usualmente es bajado con guaya, aunque puede ser lanzado dentro de la tubería y dado que es una lectura magnética, requiere instalarse dentro de una barra que proteja cualquier interferencia magnética (Monel).
Herramientas Giroscópicas:
Los Instrumentos giroscópicos pueden ser de toma sencilla o múltiple, que Se activa con el mismo temporizador que las herramientas magnéticas. Se utilizan generalmente para:
Orientar una herramienta de desviación en un casing (Side-tracks, pozos de Re-entrada)
Controlar la desviación de las tuberías conductoras en una plataforma de pozos múltiples.
Al final de las operaciones de perforación justo antes de su completación, para establecer la trayectoria final de un pozo desde la superficie hasta el fondo. La herramienta se corre con guaya en el interior del casing de producción.
HERRAMIENTAS STANDARDS Y AUXILIARES
Son aquellas que forman parte de la sarta de perforación y en la cual su utilidad y posición en la misma variará dependiendo del uso durante la perforación del pozo. Entre las más importantes se pueden mencionar:
Tubería de Perforación (Drill Pipes): Es el componente de la sarta que conecta el ensamblaje de fondo con la superficie, cada tubo de perforación tiene tres (3) partes principales: cuerpo, pin y caja tienen como función: transmitir la potencia generada por los equipos de rotación a la mecha, servir como canal de flujo para transportar los fluidos a alta presión, permitir que la sarta alcance la profundidad deseada. Se clasifican según la longitud, según la condición y según el grado del acero.
Porta Mechas (Drill Collars): Es un conjunto de tubos de acero o metal no magnéticos de Espesores significativos, colocados en el fondo de la sarta de perforación, encima de la mecha. Su función es proporcionar la rigidez y peso suficiente a la mecha para producir la carga axial requerida por la misma para una penetración más efectiva de la formación. Pueden ser de dos tipos: lisos y espirados.
Tubería Pesada (Heavy Weight): Son tubos de pared gruesa unidos entre sí por juntas extra largas; para facilitar su manejo tiene las mismas dimensiones de la tubería de perforación corriente y debido a su peso y forma, esta tubería puede mantenerse en compresión, salvo en pozos verticales de diámetro grande.
Martillo: Herramienta colocada en la sarta de perforación diseñada 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 en caso de atascamiento de tubería. Amortiguadores: Contribuyen a reducir la fatiga y las fallas en las conexiones de los drill collars. Ayudan a incrementar la vida útil de la mecha debido a la reducción de las fuerzas actuantes sobre ella, protegiendo la estructura de corte y los cojinetes. Reducen posibles daños a los equipos en superficie.
Ensanchadores de hoyo y escariadores (under reamers): Son herramientas diseñadas para agrandar un agujero ya perforado. Son activados hidráulicamente, se puede verificar su apertura al indicar Sobre tensión cuando se trata de introducir la herramienta en el revestidor. • Estabilizadores: Los estabilizadores se instalan en la sarta de perforación de acuerdo a la necesidad: aumentar, reducir o mantener el ángulo. Aunque existen varios tipos de estabilizadores para la perforación direccional.
Conectores de Orientación
Universales de Fondo de Hoyo (UBHO o Orienting subs): Son diseñadas para permitir la medición del tool-face de la herramienta De desviación. Por lo general son hechas de material no magnético de acero. Este dispositivo puede ser asegurado con tornillos (generalmente dos) que pasan a través del cuerpo del mismo, en una posición que permite relacionar la orientación de la herramienta de medición con la herramienta de cara del sistema de desviación.
Motores de Fondo
Los motores de fondo constituyen el último desarrollo en herramientas desviadoras. Son operados hidráulicamente por medio del lodo de perforación bombeado desde la superficie a través de la tubería de perforación. Pueden utilizarse para perforar tanto pozos verticales como direccionales. Entre las principales ventajas proporcionadas por el empleo de los motores de fondo podemos mencionar las siguientes:
- Proporcionan un mejor control de la desviación.
- Posibilidad de desviar en cualquier punto de la trayectoria de un pozo.
- Ayudan a reducir la fatiga de la tubería de perforación.
- Pueden proporcionar mayor velocidad de rotación en la barrena.
- Generan arcos de curvatura suaves durante la perforación.
- Se pueden obtener mejores ritmos de penetración.
Analizando las ventajas anteriores podemos concluir que el uso de motores de fondo, reduce los riesgos de pescados, hacer óptima la perforación y en consecuencia disminuye los costos totales de perforación.
El tipo y diámetro del motor a utilizar depende de los siguientes factores:
- Diámetro del agujero.
- Programa hidráulico.
- Ángulo del agujero al comenzar la operación de desviación.
- Accesorios (estabilizadores, las trabarrenas, codos, etc.).
La vida útil del motor depende en gran medida de las siguientes condiciones:
- Tipo de fluido.
- Altas temperaturas.
- Caídas de presión del motor.
- Peso sobre la barrena.
- Tipo de formación.
SISTEMAS DE ORIENTACION ROTATORIA (RSS)
El sistema RSS proporciona control direccional 3D completo en un sistema de bucle cerrado. Junto con Downlink Commander, el sistema es capaz de una gama completa de aplicaciones y complejos caminos 3Ds de perforación direccional, incluyendo control vertical y horizontal, kick-off vertical y accionamiento de almoadillas guiadoras. Es una de las innovacios recientes mas influyentes de las perforaciones direccionales
El
sistema RSS permite perforar los pozos direccionalmente mientras la
sarta rota en forma continua. Las ventajas de este método son
el mejoramiento de la limpieza del pozo a través de la rotación, la
obtención de pozos más parejos y el control direccional más exacto. Para
direccionar el RSS, el perforador direccional transmite los
comandos desde la superficie utilizando las fluctuaciones de presión
de la columna de lodo. Hoy, los sistemas RSS híbridos utilizan patines
en el interior de la herramienta para presionar contra una camisa
interna que pivotea y direcciona la barrena en la dirección pretendida.
Estas herramientas pueden producir una DLS de hasta 18°/30 m.
Las
herramientas RSS híbridas permiten que los perforadores direccionales
se desvíen de la vertical a mayores profundi-dades y que asienten, o
vuelvan a posicionar el pozo en sentido horizontal, con más rapidez que
antes. Esta técnica incrementa la exposición del pozo al yacimiento
Los
sistemas de direccionamiento de avanzada utilizan un motor de lodo
adaptado al sistema en combinación con una herramienta RSS emplazada por
debajo del motor. Este diseño de BHA posibilita mayores revoluciones
por minuto en la barrena, un control mejorado del direccionamiento y una
mayor velocidad de penetración.
El
RSS es una evolución en la tecnología de perforación direccional que
supera los inconvenientes de los motores orientables y de los montajes
rotativos convencionales. Para iniciar un cambio en la trayectoria del
pozo con motores de fondo orientables, la rotación de perforación se
detiene en una posición tal que la curva en el motor apunta en la
dirección de la nueva trayectoria. Este modo, conocido como el modo deslizante,
generalmente crea mayores fuerzas de fricción en la sarta de
perforación. En la perforación de alcance extendido extremo (ERD), la
fuerza de fricción se acumula hasta el punto en el que no hay peso axial
disponible para superar el arrastre de la sarta de perforación contra
el pozo y, por lo tanto, no es posible realizar más perforaciones. Para
superar esta limitación en los ensamblajes de motor dirigibles, el RSS
se desarrolló a principios de la década de 1990 para responder a esta
necesidad de ERD. El primer RSS se usó en los pozos de alcance extendido
Wytch Farm (U.K.) de BP plc.
Los RSS permiten la rotación
continua de la sarta de perforación mientras se dirige la broca. Por lo
tanto, tienen una mejor tasa de penetración, en general, que los
montajes de motor orientables convencionales. Otros beneficios incluyen
una mejor limpieza del hoyo, menor torque y resistencia, y una mejor
calidad del hoyo. Los RSS son mucho más complejos mecánicamente y
electrónicamente y, por lo tanto, son más costosos de correr en
comparación con los sistemas de motor dirigibles convencionales. Esta
penalización económica tiende a limitar su uso a pozos de gran alcance
de gran alcance o a los muy complejos perfiles asociados con los pozos
de acuerdo a su diseño. Además, la tecnología sigue siendo muy nueva.
Como resultado, la generación actual de sistemas (2002) está escalando
una curva de aprendizaje muy pronunciada en lo que respecta a la
duración de la carrera, el rendimiento y la confiabilidad mecánica.
Hay dos conceptos de dirección en el RSS: POINT THE BIT (apunte la broca) y PUSH THE BIT (empuje la broca).
El sistema de POINT THE BIT usan
el mismo principio empleado en los sistemas de motor de fondo con caja
doblada. En los RSS, el alojamiento doblado está contenido dentro del
collar, por lo que puede orientarse en la dirección deseada durante la
rotación de la sarta de perforación. Los sistemas POINT THE BIT permiten el uso de una broca de calibre largo para reducir la espiral de orificios y perforar un pozo más recto.
El sistema push-the-bit utiliza
el principio de aplicar fuerza lateral a la broca, empujándola contra
la pared del pozo para lograr la trayectoria deseada. La fuerza puede
ser presión hidráulica o en forma de fuerzas mecánicas. En general, un
RSS de puntería o de empuje permite al operador esperar una velocidad
de construcción máxima de aproximadamente 6 a 8 ° / 100 pies para la
herramienta de tamaño de hoyo de 8½ pulgadas.
Desarrollos futuros
Es
probable que en el futuro cercano se introduzcan sistemas de control de
fondo de pozo completamente automatizados. Sin embargo, esos avances no
implicarán la eliminación de los perforadores direccionales del proceso
ya que siempre será necesaria su experiencia para supervisar el alcance
de las operaciones de perforación direccional. El futuro promete ser
rápido y tec-nológicamente innovador en lo que respecta a este nicho
altamente espe-cializado de la industria del petróleo y el gas.
I. Herramientas Deflectoras
Son las encargadas de dirigir el hoyo en el sentido planificado.
Cuchara Recuperable: Pieza de acero en forma de cuchara con una larga cuña invertida. Se usa para iniciar el cambio de inclinación y dirección, generalmente al lado de tapones de cemento o para salirse lateralmente del hoyo. Posee un orificio en la punta que permite la circulación del fluido para remover ripios.
Cuchara Permanente (Whipstock): Pieza de acero en forma de cuchara con punta cincelada que se fija permanentemente en el pozo. Sirve de guía para desviar el hoyo debido a obstrucciones, colapso del revestidor o para reingresar a un pozo existente con un pez. Se menciona su uso con un molino para cortar el revestidor.
Motores de Fondo: Eliminan la rotación de la tubería desde la superficie, usando la fuerza del lodo para generar torsión en el fondo. Se mencionan tres tipos relacionados con la desviación:
Tipo Turbina: Unidad axial multietapas.
De Desplazamiento Positivo (PDM): Motor helicoidal de dos o más etapas.
Camisa Desviada (Bent Housing): Herramienta que permite controlar inclinación y dirección sin viaje de tubería, usando el principio de deslizar y rotar.
II. Herramientas de Medición
Necesarias para predeterminar la dirección, inclinación y posición de la cara de la herramienta.
Inclinómetros: El instrumento más sencillo, mide solo la inclinación para controlar la verticalidad. Funciona con un péndulo y se corre con guaya.
Single Shots Magnéticos: Diseñados para una única toma simultánea de mediciones: inclinación (gravedad terrestre), azimut (campo magnético) y cara de la herramienta. Requieren una barra no magnética (Monel).
Herramientas Giroscópicas: Pueden ser de toma sencilla o múltiple. Se usan para orientar herramientas de desviación en casing, controlar desviación de conductores en plataformas múltiples, o establecer la trayectoria final antes de la completación. Se corren con guaya dentro del casing.
III. Sistemas de Orientación Rotatoria (RSS)
Proporcionan control direccional 3D completo mientras la sarta rota continuamente. Se controlan desde superficie mediante fluctuaciones de presión del lodo. Se mencionan dos conceptos de dirección:
POINT THE BIT (Apunte la broca): Usa el principio de caja doblada (como los motores de fondo), pero contenida dentro del collar, permitiendo orientar la dirección mientras la sarta rota. Permite usar brocas de calibre largo.
PUSH THE BIT (Empuje la broca): Aplica fuerza lateral a la broca, empujándola contra la pared del pozo usando presión hidráulica o fuerzas mecánicas para lograr la trayectoria.
IV. Herramientas Estándar, Auxiliares y Conectores
Elementos que forman parte de la sarta o ayudan en la operación direccional.
Porta Mechas (Drill Collars): Tubos de acero o metal no magnético que dan rigidez y peso a la mecha.
Martillo: Diseñado para dar impactos arriba o abajo para liberar la tubería en hoyos ajustados o atascamientos.
Estabilizadores: Se instalan para aumentar, reducir o mantener el ángulo.
Conectores de Orientación Universales de Fondo de Hoyo (UBHO o Orienting subs): Hechos de material no magnético, permiten relacionar la orientación de la herramienta de medición con la cara del sistema de desviación.
