La
planificación de un pozo direccional se realiza como un paso previo a la
perforación del mismo. Es responsabilidad del Diseñador Direccional,
quien generalmente trabaja en conjunto con el Ingeniero de Perforación,
Geólogos y Direccionales del proyecto.
Normalmente,
la compañía operadora suministra las coordenadas de superficie y una o
más coordenadas de fondo (Objetivos) que seutilizan para iniciar el
plan.
Introducción a la Planificación.
El
proceso de planificación del pozo comienza con geólogos e ingenieros de
yacimientos que deciden el mejor lugar para el pozo. Es posible que
solo necesiten determinar un solo objetivo, que a menudo será una
tolerancia de aproximadamente 330 pies (100 m) alrededor de cierto punto
objetivo. En este caso, el ángulo en el cual el pozo ingresa al
objetivo puede tener varios grados de desviación del plan, ya que un
plan requiere golpear solo un objetivo. Por otro lado, podría ser
necesario que el pozo penetre en múltiples objetivos, siendo el objetivo
final cada vez más complejo. Esto requiere lo que se conoce como
"geosteering", un proceso que se discutirá más adelante en la serie de
perforación direccional. Por lo tanto, el ingeniero de perforación debe
examinar las ubicaciones potenciales de la superficie (si hay más de una
disponible) y diseñar una ruta de pozo que cumpla con todos los
requisitos necesarios al menor costo posible. El costo se puede
minimizar de manera más efectiva cuando hay un cierto grado de
flexibilidad en lo que respecta a la ubicación de la superficie.
La construcción de un pozo direccional requiere la siguiente información:
- Coordenadas de superficie y del objetivo (UTM, Lambert o Geográfica).
- Tamaño y Forma del Objetivo(s).
- Coordenadas de Referencia Local (para pozos multilaterales).
- Inclinación requerida del pozo cuando se entre al horizonte del objetivo.
- Litología pronosticada (incluye tipos de formación, TVD del tope de las formaciones, dirección de buzamiento de la formación).
- Trépanos propuestos y Datos del BHA a usar
- Programa de Revestimiento y Tipos de Fluidos de Perforación.
- Detalles de todos los problemas potenciales que pueden afectar la planificación del pozo direccional o los requerimientos de los levantamientos.
- Un listado de registros de levantamientos de todos los pozos cercanos que pueden causar un riesgo de colisión.
El primer paso en la planeación de cualquier pozo direccional es diseñar la trayectoria del agujero para alcanzar un objetivo dado.
El diseño inicial debe proponer los diferentes tipos de
trayectoria que pueden ser perforados económicamente.
El
segundo, o diseño final debe incluir los efectos de las
condiciones geológicas sobre los aparejos de fondo (BHA's)
que serán utilizados y otros factores que pudieran influenciar
la trayectoria final del agujero. Por lo tanto, podemos decir
que la selección del tipo de trayectoria dependerá
principalmente de los siguientes factores:
- Características de la estructura geológica
- Espaciamiento entre pozos
- Profundidad vertical
- Desplazamiento horizontal del objetivo.
Perfiles direccionales de pozos
Los perfiles de pozos se pueden dividir simplemente en dos grupos, que son diseño 2D y diseño 3D.
Diseño de perfil de pozo 2D
El plan de pozo de diseño en 2-D es un perfil cuyas inclinaciones se cambian para alcanzar el objetivo requerido, pero no tiene ni cambia ligeramente el acimut. El ejemplo de los perfiles de pozos 2-D se muestra en la figura 1-4.
Los perfiles de pozos se pueden dividir simplemente en dos grupos, que son diseño 2D y diseño 3D.
Diseño de perfil de pozo 2D
El plan de pozo de diseño en 2-D es un perfil cuyas inclinaciones se cambian para alcanzar el objetivo requerido, pero no tiene ni cambia ligeramente el acimut. El ejemplo de los perfiles de pozos 2-D se muestra en la figura 1-4.
Diseño de perfil de pozo tridimensional
El diseño del pozo 3-D tiene cambios tanto en inclinación como en acimut. El ejemplo de los perfiles de pozos tridimensionales se ilustra en la figura 5.
La imagen al principio de la presentación (Jones et al, 2008) proporciona un ejemplo de un perfil de pozo planificado, desde una vista plana y una vista vertical. Este es un pozo direccional relativamente simple, diseñado para alcanzar dos objetivos, como se muestra en los cuadros en la vista en planta.
El diseño del pozo 3-D tiene cambios tanto en inclinación como en acimut. El ejemplo de los perfiles de pozos tridimensionales se ilustra en la figura 5.
La imagen al principio de la presentación (Jones et al, 2008) proporciona un ejemplo de un perfil de pozo planificado, desde una vista plana y una vista vertical. Este es un pozo direccional relativamente simple, diseñado para alcanzar dos objetivos, como se muestra en los cuadros en la vista en planta.
El
tipo más fácil de perfil de pozo direccional es el llamado "perfil en
forma de J", que es una construcción y sujeción al objetivo. El objetivo
en este caso es un área, en lugar de un solo punto, y el pozo no
necesita por lo tanto golpear el centro del objetivo. Aunque es posible
alcanzar objetivos pequeños, este aumento en la precisión conlleva un
mayor costo financiero. En la Figura 6, el objetivo inferior será
alcanzado en el borde más cercano a la ubicación de la superficie.
Este método tiene varias ventajas:
Optar por el borde más cercano permite que el pozo se construya con una inclinación más baja y, por lo tanto, no se necesita perforar tanto agujero.
Si el pozo no logra construir el ángulo a una velocidad lo suficientemente rápida, entonces podría terminar perdiendo su objetivo. Sin embargo, una tasa de construcción más alta no tiene un efecto negativo en la ROP de perforación. Por otro lado, reducir el ángulo para alcanzar el objetivo significará comprometer la velocidad de perforación. Esto se debe al hecho de que disminuir el ángulo generalmente requiere eliminar el peso de la broca. Sin embargo, esto no se aplica a todas las herramientas: algunas, como las herramientas rotativas orientables, están exentas de este problema, aunque tienen un costo financiero más alto. A menos que la operación de perforación ya tenga un alto costo diario, las herramientas orientables rotativas normalmente no se utilizarían para corregir un problema direccional. Si se apunta al borde bajo, el trabajo de corrección direccional no tendrá un impacto negativo en la velocidad de perforación.
Otros factores deben tenerse en cuenta al planificar una trayectoria correcta.
Cada
vez que el pozo cambia de dirección, la tubería de perforación debe
doblarse alrededor de esa curva, y si el pozo está curvado cuando aún
está cerca de la superficie, esta curva causará una tensión adicional de
la tubería de perforación cuanto más profunda sea el pozo y más peso se
ponga en la tubería de perforación. Esta fuerza lateral adicional puede
causar numerosos problemas, incluida la fatiga del metal o el desgaste
de la tubería, e incluso puede hacer que la tubería se atasque por
completo.
TERMINOLOGIA BASICA
Perforación Direccional
Perforar en localizaciones inaccesibles: son aquellas áreas donde se encuentra algún tipo de instalación, edificación, comunidades, zonas urbanas o por condiciones naturales (lagunas, ríos, montañas, etc).Profundidad Medida (MD): es la distancia o longitud del hoyo. Representa la distancia de la trayectoria del pozo o la medición de la tubería en el hoyo.
Profundidad Vertical Verdadera (“True Vertical Depth”): es la proyección de la profundidad medida en la vertical. Representa la distancia vertical de cualquier punto del hoyo al sistema de referencia.
Desvío: es la distancia horizontal de cualquier punto del hoyo al eje vertical de referencia, también se le conoce como desplazamiento o desviación horizontal.
Punto de arranque (“Kickoff Point, KOP”): es la profundidad del hoyo en la cual se coloca la herramienta de deflexión inicial y se comienza el desvío.
Ángulo de inclinación: es el ángulo formado del pozo con respecto a la vertical.
Tasa de incremento o disminución de ángulo: es la cantidad de grados por unidad de longitud necesarios para incrementar o disminuir el ángulo.
Dirección u orientación: ángulo fuera del Norte o Sur (hacia el Este u Oeste), que muestra la orientación y el desplazamiento.
Azimuth: ángulo desde el Norte, en dirección de las agujas del reloj, de la desviación del hoyo.
Sección aumentada: sección del hoyo, después del KOP, donde el ángulo de inclinación aumenta.
Sección tangencial: sección del hoyo donde el ángulo de inclinación y dirección permanecen constante.
Sección de descenso: sección del hoyo donde el ángulo de inclinación disminuye.
Giro: es el movimiento necesario desde la superficie para obtener un cambio de dirección u orientación.
Registro: es la medición por medio de instrumentos, del ángulo de inclinación y dirección en cierto punto del hoyo.
Coordenadas: son las distancias en las direcciones N-S y E-O de un punto dado.
Rumbo: es la intersección entre el estrato y un plano horizontal, medido desde el plano N-S.
Buzamiento: es el ángulo entre el plano de estratificación de la formación y el plano horizontal, medido en un plano perpendicular al rumbo.
“ Pata de Perro”: cualquier cambio severo de ángulo y trayectoria del pozo.
Severidad de “Pata de Perro”: es la tasa de cambio del ángulo entre dos secciones, expresado en grados por unidad de longitud.Objetivo (Target): es un punto fijo del subsuelo que corresponde a la formación que debe ser penetrada por el pozo.
TIPOS DE POZOS DIRECCIONALES
Los pozos direccionales se clasifican dependiendo de su Objetivo operacional Y de la trayectoria y de su ángulo de inclinación, su clasificación más común es la siguiente:Según su objetivo Operacional:Pozo Side Track. Son pozos que fueron planificados verticales y problemas operacionales durante su perforación, tuvieron que ser desviados seleccionando su punto de arranque (KOP) y perforando. Una sección de incremento y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, pudiendo atravesar o no el mismo objetivo. Esta operación puede hacerse también en pozos verticales como medida de rehabilitación.Pozo de Reentrada (Reentry). Son pozos que anteriormente eran verticales y posteriormente por problemas operacionales de producción, seleccionando su punto de arranque (KOP), se les perfora una sección de incremento y de mantenimiento de ángulo, Transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, atravesando y produciendo la misma arena que estaba produciendo anteriormente como vertical.Pozo Grass Root. Son pozos que anteriormente eran verticales y posteriormente por problemas operacionales de producción, seleccionando su punto de arranque (KOP), el cual está a 50 pies por debajo de la zapata del revestidor superficial; se recupera el revestidor intermedio y se le perfora una sección de incremento y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, pudiendo atravesar o no el mismo objetivo.Según su Trayectoria y ángulo de Inclinación.Tipo Tangencial (Tipo J). En este tipo de pozo la desviación deseada es obtenida a una profundidad Relativamente somera y dicha inclinación inicial se mantiene constante hasta la profundidad total, este tipo de desviación es aplicable en arenas de poca profundidad, donde el valor del ángulo de desviación no será muy grande y no se requiere revestimiento intermedio, hasta después de perforado el hoyo completo.Tipo “S”.Este tipo de pozo es perforado con una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial y una sección de caída de ángulo a cero grado también llamada sección de verticalización, en estos pozos, en algunos casos, se baja el revestidor de producción y luego se perfora la sección de caída del ángulo.
Tipo “S” Especial. Este tipo de pozo es perforado con una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial intermedia, una sección de caída de ángulo (diferente de cero grado) y una sección de mantenimiento de ángulo hasta el objetivo. Se puede decir que es una combinación del pozo tipo “S” y el tangencial.
Pozos Inclinados . Es un pozo que es perforado inclinado desde la superficie con un ángulo de desviación predeterminado y constante, para su perforación se utiliza taladros especiales inclinados en los cuales la cabria puede moverse de 90° desde la horizontal hasta un máximo de 45°.Pozo Horizontal. Un pozo horizontal es aquel que es perforado paralelamente a la zona ó arena productora con la finalidad de tener mayor área de producción. Su clasificación está demarcada por la técnica o método utilizado para realizar el giro de perforación vertical a horizontal y cada uno de estos tipos posee una técnica que va en función directa con la tasa de incremento de ángulo y por supuesto en el desplazamiento horizontal; la clasificación es la siguiente: Radio largo, Radio medio, Radio Corto, Radio Ultra corto y Multilateral.
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.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.Radio Medio: El radio de curvatura varía de 300 a 800 pies, con un ángulo deconstrucción de 6° a 20° por cada 100 pies. La sección horizontal varía de 2000 a 4000 pies de longitud.Radio Largo: El radio de curvatura varía de 1000 a 3000 pies y el ángulo deconstrucción entre 2° y 6° por cada 100 pies. La sección horizontal varía entre 1000 y 4000 pies de longitud
Tasa de cambio de dirección
La tasa de cambio de dirección se mide en ángulo de cambio direccional por cada 100 pies (o 30 m) de orificio perforado. Esto se conoce como la gravedad dogleg, ya que la flexión de la pierna de un perro es un significante de un agujero doblado. Se debe evitar una alta severidad de dogleg en un punto poco profundo del agujero, ya que causa grandes fuerzas entre la tubería y la pared del agujero.
Planificación de la Perforación de Pozos Petroleros
Por Elvis Ulloque
La planificación y control de la perforación de pozos es un proceso
sistemático y ordenado. Este proceso requiere que algunos aspectos de
varias ramas de la ingeniería como tener conocimiento en Geología,
Yacimiento, Mecánica, Química, Calidad, Seguridad, Costos, Informática y
Logística.
Las etapas a seguir durante el diseño de pozos están bien identificadas y
son las mismas que deben ser controladas y supervisadas durante la
perforación.
Debido a que este proceso es general, puede aplicarse para el diseño y
control de cualquier tipo de pozos sean estos exploratorios de avanzada o
desarrollo. El único requerimiento consiste en aplicar la tecnología
adecuada en cada etapa. La planificación de la perforación de un pozo,
requiere de los siguientes aspectos:
1.- Propuesta Técnica (Geología, Tipo de Yacimiento y de pozo)
2.- Ingeniería Conceptual, Básica y Detalle (Visión, Definición y Diseño
básico y detallado de la arquitectura del pozo. También Rig Selection)
3.- Análisis de Operación, Mantenimiento y Construcción.
4.- Estimación de costo (Materiales, equipos y servicios)
5.- Análisis de Rentabilidad (Costos y análisis de riesgo)
6.- Ejecución y Postmorten (Tiempo plan vs Real. Estadísticas y planes de acciones)
Tipos de Perforación Direccional
Tipo I. El pozo se planea de modo que la desviación inicial se obtenga a poca profundidad. El ángulo de inclinación se mantiene constante hasta llegar al objetivo. Esta configuración se usa principalmente para pozos de profundidad moderada, en regiones en las que la producción está en un solo intervalo y en las que no se requieren sartas intermedias de revestimiento. Se usa también para perforar pozos más profundos en los que se requiere mucho desplazamiento lateral.
Tipo II. Es el pozo de configuración en “S”. La desviación se inicia también cerca de la superficie. La inclinación se mantiene, lo mismo que en el Tipo I. hasta que se logra casi todo el desplazamiento lateral. Seguidamente se reduce el ángulo de desviación hasta volver el pozo a la vertical para llevar al objetivo. Esta configuración, que puede traer consigo algunos problemas, se usa principalmente para perforar pozos con intervalos productores múltiples, o en los que hay limitaciones impuestas por el tamaño y la localización del objetivo.Tipo III. La desviación se comienza bien debajo de la superficie y el ángulo promedio de inclinación se mantiene hasta llegar al objetivo. Esta configuración es especialmente apropiada para situaciones tales como las de perforación de fallas o de domos salinos, o en cualquier situación en las que se requiera reperforar o reubicar la sección inferior del pozo.Tipo Horizontal, Multilateral, y de Alcance extendido. La productividad de los pozos horizontales llega a ser mayor que la de uno vertical. Comunican una mayor área de la formación productora, atraviesan fracturas naturales, reducen las caídas de presión y retrasan los avances de los contactos agua-petróleo o gas-petróleo. En la Figura 1, se puede observar un esquemático de los 4 tipos de perforaciones direccionales mencionadas anteriormente.
Teoría del Péndulo, del Fulcro y Agujero Estabilizador en la Perforación Direccional
MARCELO MADRID
https://www.portaldelpetroleo.com
El principio del Péndulo
Este principio básico se aplica para disminuir el ángulo de inclinación cuando se perforan pozos de configuración Tipo II. El efecto pendular se produce removiendo el estabilizador puesto encima de la barrena, pero dejando el estabilizador superior. El resultado es que el estabilizador remanente, mantiene el lastrabarrenas del fondo apartado del lado bajo de la pared del pozo, la fuerza de gravedad actúa sobre la barrena y sobre el lastrabarrenas del fondo y tiende a hacerlos volver a la vertical. Pero, como quiera que la barrena está comprimida contra el lado bajo del hoyo por el peso del lastrabarrenas del fondo y puede perforar lateralmente o de frente el ángulo del pozo disminuye a medida que la barrena avanza el pozo por consiguiente se endereza.Principio de Fulcro
El incremento subsiguiente de la curvatura para obtener el ángulo predeterminado de inclinación se obtiene aplicando el principio del fulcro. Este es escariador o un estabilizador que se inserta en la sarta de perforación inmediatamente arriba de la barrena. Cuando se aplica el peso debido al estabilizador ejerce efecto de palanca en la sarta y hace que aumente el ángulo del pozo. Para acción adicional de palanca arriba del punto de fulcro se puede usar un sub de extensión.Principio de Estabilización
Cuando se logra el ángulo prescrito de inclinación, éste se debe mantener hasta la profundidad total, o hasta que el pozo deba retornarse a la vertical. La estabilización requiere conjuntos rígidos de fondo de pozo y estricta atención a la combinación de velocidad rotatoria y peso sobre la barrena. Un conjunto rígido de uso común es el conjunto empacado estándar que consta de escariador o estabilizador puesto justamente encima de la barrena y de otro escariador situado arriba del lastrabarrenas grande del fondo. Este conjunto es muy rígido. Los lastrabarrenas que se usan son lo suficientemente pequeños para pescarlos, pero lo bastante grandes para evitar que la barrena se desvíe a la derecha o a la izquierda del rumbo requerido.
Motores de Fondo para Perforación Direccional
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:
SEGUIR LEYENDO EN
Perforación Direccional, Tipos de Perforación, Propósitos y Motor de Fondo
Perforación Direccional: Componentes de Trayectoria, Planificación de Propuesta y Métodos de Cálculo
En
un artículo anterior, se trato el tema inicial de perforación
direccional, componentes y propósitos de la misma. En esta segunda parte
se tratará t...
ARTICULOS RECOMENDADOS
The target of this article is to show the directional well trajectory calculations methods required for all well profile design planning including build, hold &
The purpose of this article is to understand how to perform various directional drilling survey calculation methods and terminology and we will provide a simple
Ellipsoid is the name of the volume obtained when an ellipse is rotated about one of its axes. Specifically, an oblate spheroid is an ellipse
