La planificación y el cálculo de un pozo horizontal es diferente a la planificación de un pozo de perforación direccional normal de un ozo petrolero. En un pozo direccional normal, el objetivo generalmente se describe en términos de una desviación en un determinado TVD. El objetivo tiene tolerancias en el plano horizontal (norte y este). En un pozo horizontal, el objetivo es descrito más comúnmente por el TVD más o menos una tolerancia. El objetivo de salida suele ser más flexible que el objetivo de TVD. Si el pozo horizontal también tiene un objetivo de salida ajustado, es más difícil perforar.
Por ejemplo, la parte superior de una formación puede tener una profundidad vertical real de 4000 pies y la formación tiene 20 pies de espesor. La ubicación de un pozo horizontal en esta formación requerirá que el pozo sea horizontal a un TVD de 4.010 pies, más o menos diez pies. Se han perforado algunos pozos horizontales con una tolerancia objetivo de TVD de más o menos 1,5 pies. El pozo debe permanecer dentro de una zona vertical de tres pies. Como puede ver, las tolerancias objetivo para los pozos horizontales son mucho más pequeñas que las de los pozos direccionales de petróleo / gas típicos. En consecuencia, son un poco más difíciles de alcanzar y se debe tener más cuidado al perforar un pozo horizontal.
Pasos de cálculo de planificación de perforación direccional horizontal
Reuniendo datos
El primer paso en la planificación de un pozo horizontal es recopilar toda la información posible sobre el pozo y la formación a perforar. Se deben recopilar los datos disponibles de los pozos de compensación, incluso de los pozos verticales. Los elementos de interés son registros de pozos, registros de bits, registros de lodo, datos direccionales, informes diarios y cualquier otro dato que pueda ser útil. Incluso los pozos de compensación verticales pueden proporcionar información valiosa para perforar un pozo horizontal, incluidas las profundidades objetivo. Hay pocos pozos exploratorios horizontales, si es que hay alguno; por lo tanto, la información de pozos compensados siempre está disponible.
Indique el motivo de la perforación direccional horizontal
Debe definirse el motivo de la perforación del pozo horizontal. ¿Se está perforando el pozo horizontal para evitar la formación de conos de agua o gas o para intersectar fracturas verticales? Muchas veces, la razón para perforar el pozo horizontal impulsa la terminación que, a su vez, impulsa el programa de perforación. El tipo de terminación siempre debe tenerse en cuenta en la planificación de pozos horizontales.
Geología objetivo
La geología del objetivo es muy importante. Recuerde, los objetivos de TVD pueden ser muy pequeños y la inmersión en la cama es una consideración importante. Una caída del lecho de solo dos o tres grados puede hacer que el pozo horizontal caiga fuera del intervalo objetivo en solo una distancia corta. Además, la geología de una formación puede ser un poco más complicada de lo que se esperaba originalmente. La Figura 1 es un ejemplo de lo que puede suceder en un pozo horizontal de petróleo / gas. El lado izquierdo de la figura era el camino y la geología del pozo planeados. El lado derecho es la trayectoria y la geología reales del pozo. Las condiciones reales en la formación no coincidieron con las condiciones previstas. Como resultado, el operador terminó con un pozo horizontal deficiente. Conocer la geología exacta de la formación es extremadamente importante.
El cálculo o la planificación de una trayectoria de pozo horizontal direccional debe tener en cuenta todas las limitaciones geológicas en la perforación. También debe tener en cuenta el motivo de la perforación del pozo horizontal. Si el pozo se está perforando para evitar la formación de conos de agua, entonces el pozo se colocará cerca de la parte superior del intervalo de producción lejos del agua. La conificación de gas requeriría que el pozo se colocara cerca del fondo del intervalo de producción. Si el pozo se perfora para intersectar fracturas naturales, el pozo puede perforarse desde la parte superior del yacimiento al final de la curva de construcción hasta la parte inferior de la formación al final de la sección horizontal, como se muestra en la Figura 2.
También puede ser que la geología de las formaciones no se conozca con precisión. La planificación puede requerir que la formación sea perforada verticalmente y registrada y / o extraída antes de perforar horizontalmente. El pozo vertical o pozo piloto define el TVD objetivo y también proporciona información sobre los cambios litológicos dentro de la formación. Luego, el pozo se tapa, se desvía y se perfora horizontalmente en una posición más favorable.
Recuerde, se está gastando mucho dinero para perforar el pozo horizontalmente. Si los datos geológicos son inadecuados, las posibilidades de un pozo horizontal comercialmente viable disminuyen significativamente.
Cálculo del asiento del Revestidor para perforación horizontal direccional
Una vez que se han definido las restricciones objetivo, se debe planificar el pozo. Revise los datos de compensación para determinar dónde se debe colocar el revestidor( profundidad de configuración de la carcasa ). Decide qué tamaño de broca Será necesario perforar la sección horizontal. En muchos pozos horizontales, el revestimiento se coloca a través de la curva de construcción para eliminar cualquier problema potencial con formaciones por encima de la zona productiva. Sin embargo, la carcasa colocada a través de la curva de construcción no es un requisito. Depende de la estabilidad de las formaciones por encima de la zona productiva y del método de terminación. El pozo horizontal de petróleo / gas tarda más en perforar que un pozo vertical. Las formaciones por encima de la zona productiva pueden deteriorarse con el tiempo. Aunque estas formaciones pueden no ser un problema en un pozo vertical, pueden comenzar a ser un problema debido al mayor tiempo de perforación en un pozo horizontal. Cada pozo debe considerarse individualmente.
¿Agujero abierto o terminación del revestimiento?
Si el pozo de perforación horizontal de petróleo / gas se va a completar a cielo abierto o con un revestimiento de LINER ranurado , es posible que sea necesario revestir las formaciones productoras de agua por encima de la zona productiva. Se pueden revestir antes de perforar la sección horizontal o después de perforar la sección horizontal. El revestimiento de la sección después de perforar la parte horizontal requerirá la instalación de un empacador de revestimiento externo para aislarlo y cementarlo por encima del empaquetador. En terminaciones de pozo abierto, la formación por encima de la zona productiva puede no ser estable durante un largo período de tiempo. Por ejemplo, se perforará un pozo horizontal en una formación de piedra caliza. La calizaes lo suficientemente estable para permitir la terminación de un pozo abierto. Sin embargo, la sección de lutita inmediatamente por encima de la piedra caliza puede no ser estable y tendrá que revestirse.
Cálculos de perforación direccional horizontal
La planificación de la velocidad de construcción debe tener en cuenta una serie de consideraciones.
- En primer lugar, las construcciones de radio largo requieren mucho tiempo, son más caras y es más difícil alcanzar el objetivo TVD deseado a menos que se realicen con un sistema orientable. La Figura 3 muestra cómo cambiará el TVD del pozo cuando la tasa de construcción real sea ± 10% de la tasa de construcción planificada. El radio largo no se usa muy a menudo en pozos terrestres. El radio largo es el método de elección en la mayoría de las aplicaciones costa afuera porque se puede usar cuando la salida del pozo horizontal necesita estar más lejos de la ubicación de la superficie.
- En segundo lugar, las tasas de construcción de radio corto facilitan alcanzar el objetivo, pero las tensiones de flexión en los tubos y las restricciones que rodean una curva limitan las alternativas de perforación y terminación. Además, la construcción de radio corto producirá la longitud de pozo horizontal más corta. El radio corto se usa con más frecuencia cuando se desvía del pozo existente.
- En tercer lugar, el radio medio es un compromiso entre el radio largo y el corto. Utiliza equipos casi convencionales, permite alcanzar intervalos objetivo más pequeños, no es relativamente costoso y permite la mayoría de las opciones de finalización. El radio medio es la opción preferida para la mayoría de las perforaciones horizontales de pozos de petróleo / gas.
Recuerde: cada método tiene sus aplicaciones.
Tasa de acumulación
La tasa de construcción real generalmente se basa en la preferencia o en los puntos de inicio disponibles. Por lo general, se utilizan tasas de construcción más altas en orificios de diámetro más pequeño y tasas de construcción más bajas en orificios de diámetro más grande. El límite de severidad de la pata de perro para prevenir la fatiga de una tubería de perforación de 4½ pulgadas es de aproximadamente 18º / 100 pies; mientras que el límite para la tubería de perforación de 3½ pulgadas es de 24º / 100 pies. Por encima de estos límites, la fatiga puede ser un problema; sin embargo, la tubería de perforación aún se puede rotar con severidades de pata de perro más altas. Además, las herramientas utilizadas para construir la inclinación no se pueden construir tan rápido en un orificio de gran diámetro como en un orificio de diámetro pequeño.
- Un orificio de 8½ pulgadas está limitado a tasas de construcción de 15 a 18º / 100 pies, dependiendo de la configuración de motor que se esté utilizando. Hay herramientas de radio intermedio disponibles que pueden construir hasta 50º / 100 '.
- Un orificio de 6 pulgadas está limitado a una velocidad de construcción de aproximadamente 25º / 100 pies, aunque ahora se encuentran disponibles algunas herramientas de radio corto para velocidades de construcción más altas.
- La velocidad máxima de construcción para un orificio de 12¼ pulgadas será de aproximadamente 12 a 14º / 100 pies. Siempre hay excepciones a los números anteriores.
En su cálculo de perforación direccional horizontal, el operador debe decidir qué tasa de construcción utilizar. Generalmente, las tasas de construcción más altas producirán menos tiempo de perforación y, por lo tanto, menos costos. La tasa de construcción también puede estar determinada por problemas de pozo o profundidades de fraguado de la tubería de revestimiento. En cualquier caso, el operador selecciona la velocidad de construcción o el punto de inicio. Si se selecciona el punto de inicio, se calcula la tasa de construcción y viceversa.
En la mayoría de las aplicaciones costa afuera, el operador debe hacer los cálculos necesarios para perforar un pozo direccional con el fin de llegar a la parte del reservorio donde se debe ubicar la horizontal. Por lo tanto, la mayoría de los pozos de petróleo y gas de perforación horizontal en alta mar se perforan direccionalmente con el cálculo de un radio largo o tasas de construcción más bajas.
Cuando los requisitos del objetivo son pequeños, puede ser necesario realizar algunos ajustes en la curva de construcción para alcanzar el objetivo previsto. Hoy en día, la tasa de construcción de la mayoría de los conjuntos de motores es predecible entre un diez y un quince por ciento. Con experiencia previa en un área específica, las tasas de construcción son aún más predecibles. En áreas con poca experiencia en la perforación de pozos horizontales, no es raro planificar el pozo con una sección tangente, orientación fraccionada o aterrizaje suave. Una sección tangente es una porción corta de la curva de construcción perforada con una inclinación relativamente constante como se muestra en la Figura 4. Por ejemplo, el pozo puede generar una inclinación de 12º / 100 pies a 45º. Luego, se perfora una sección de 100 pies a 45º antes de continuar aumentando la inclinación a 12º / 100 pies.
Sección tangente
La sección tangente permite diferencias entre las tasas de construcción planificadas y reales. Si la tasa de construcción real es menor que la tasa de construcción planificada, el pozo llega a 90º de profundidad. Si es mayor que la tasa planificada, el pozo alcanzará 90º demasiado poco profundo como se muestra en la Figura 3. La sección tangente se puede usar para compensar las diferencias. Si la velocidad de construcción es mayor de lo anticipado, la sección tangente se puede alargar para consumir más TVD. Por el contrario, si la tasa de construcción es menor que la anticipada, la sección tangente se acorta, lo que proporciona más TVD para trabajar.
En un momento, era muy común planificar una sección tangente para un pozo horizontal de radio medio, pero no son tan comunes como solían ser. Las secciones tangentes no son necesarias para pozos con grandes objetivos de TVD. Una sección tangente no se usa en áreas donde la tasa de construcción de un ensamblaje de motor se ha demostrado a través de experiencias pasadas. Las secciones tangentes cuestan dinero si la sarta de perforación ( componentes de la sarta de perforación ) tiene que dispararse para perforar la sección tangente, y deben evitarse si es posible. A menos que la curva de construcción se esté perforando con un conjunto de motor de lodo de perforación de fondo de pozo orientable, perforar la sección tangente requiere dos viajes. En el primer viaje, el ensamblaje de construcción de ángulo se saca del agujero y se ejecuta un ensamblaje para perforar la sección tangente. Al final de la sección tangente, se tira del ensamblaje y se ejecuta el ensamblaje de construcciones de ángulo para continuar construyendo la inclinación.
Evitar la sección tangente
Se puede evitar una sección tangente haciendo funcionar un conjunto de motor direccional capaz de generar las tasas de construcción deseadas. Cuando se construye una curva con un conjunto de motor orientable, está diseñado para construir a una velocidad mayor que la prevista. A medida que aumenta la inclinación, el conjunto se puede girar para perforar pequeñas secciones tangentes en la curva de construcción según sea necesario. Esto normalmente se denomina orientación fraccionada como se ilustra en la Figura 4. No se realiza ningún viaje para cambiar el conjunto, lo que resulta en ahorros de costos. Desafortunadamente, las tasas de construcción más altas no se pueden obtener con un sistema direccional o un sistema de perforación rotativo direccional . Algunos conjuntos de motor se pueden girar en el extremo inferior del radio medio.
Si la velocidad de construcción del motor de radio medio se ha demostrado a través de la experiencia pasada en el área, se puede eliminar una sección tangente. La mayoría de los operadores arrancarán un poco más alto de lo necesario para alcanzar el objetivo de TVD. El ensamblaje avanza con una inclinación del edificio cercana pero ligeramente por delante de la velocidad planificada. Mientras se perfora la curva de construcción, el motor se puede orientar alternativamente hacia la izquierda y hacia la derecha para eliminar parte de la velocidad de construcción. Si la cara de la herramienta no apunta hacia el lado alto, la velocidad de construcción será menor aunque la severidad del dogleg sea la misma. Sin embargo, cambia la dirección del pozo. Es por eso que el motor debe orientarse alternativamente hacia la izquierda y hacia la derecha.El cambio de dirección causado por la perforación con la cara de la herramienta hacia la izquierda del lado alto se cancelará al orientar la cara de la herramienta hacia la derecha y perforar una longitud de agujero comparable. La cantidad de orificio perforado con la cara de la herramienta orientada hacia la izquierda y la derecha del lado alto debe calcularse en función del ajuste de la cara de la herramienta.
Toma la decisión
El operador debe decidir si colocar o no una sección tangente en la curva de construcción. Esa decisión debe basarse en la experiencia pasada con el equipo que se utiliza y las tolerancias objetivo. La sección tangente es un enfoque más conservador, pero también es más costosa si se deben realizar viajes adicionales para perforar la sección tangente Si la sección de construcción se puede perforar con un conjunto de motor direccional o direccional giratorio, la sección tangente es una de las alternativas más económicas .
Aterrizaje suave
Otra alternativa es utilizar lo que se denomina aterrizaje suave. La figura 5 ilustra un aterrizaje suave. Se utiliza una tasa de construcción más alta en los primeros 70 o a 75 o . Luego, se ejecuta un sistema direccional en el pozo y la última porción del pozo se perfora a una tasa menor. El aterrizaje suave producirá mayores salidas ya que la salida es significativa por encima de los 70 o .
El equipo necesario para la planificación y los cálculos de perforación direccional horizontal
Como debería ser evidente a estas alturas, el cálculo y la planificación de perforación horizontal direccional es un proyecto multidisciplinario. La planificación horizontal debe incluir personal de
- Geología
- Perforación
- Reservorio
- Producción y
- Empresas de servicios
El efecto de la geología en la perforación horizontal de pozos de petróleo / gas ya se ha discutido. El personal de producción y del yacimiento debe participar en la planificación. Puede haber ciertas partes del yacimiento donde el pozo horizontal será más efectivo. ¿Cuáles son las presiones dentro de la sección que será penetrada por el pozo horizontal? ¿Qué tipo de daño de formación se puede esperar del fluido de perforación? ¿El pozo horizontal requerirá estimulación para producir de manera efectiva? ¿Deberá producirse el pozo utilizando el levantamiento artificial y qué volúmenes se pueden esperar? Hay muchas preguntas que deben responderse antes de que se pueda finalizar el plan de perforación y los grupos de yacimiento y producción tendrán que ayudar a responder estas preguntas.
El personal de la empresa de servicios debe participar en la fase de planificación. Tienen más experiencia que nadie con sus equipos y pueden ayudar al operador durante la fase de planificación. Es mejor conocer los límites del equipo antes de que comiencen las operaciones de perforación. Esto incluye el equipo usado para perforar el pozo y el equipo usado en la terminación del pozo de petróleo / gas de perforación horizontal. Se ha dicho muchas veces que "no planificar es lo mismo que planificar para fracasar". En la perforación horizontal, esto es ciertamente cierto. La planificación y los cálculos son uno de los pasos más importantes en la perforación de un pozo horizontal direccional.
Cómo planificar el cálculo de la perforación direccional horizontal
Al planificar cualquier perfil de pozo direccional (Verifique el cálculo de la trayectoria del pozo ), se requiere cierta información. La perforación horizontal no es diferente. Como se mencionó anteriormente, el objetivo crítico para un pozo horizontal suele ser un objetivo TVD y la salida rara vez es tan crítica a menos que se perfore desde una plataforma o plataforma. Con una plataforma o plataforma, el pozo debe llegar primero a la parte del yacimiento donde se colocará el pozo horizontal de petróleo / gas. En ese caso, la parte superior del pozo se perfora como un pozo direccional normal y la parte inferior se perfora como un pozo horizontal normal de petróleo / gas.
Además, en aplicaciones costa afuera, el azimut requerido para llegar a la porción del reservorio donde se ubicará la horizontal generalmente no es el mismo que el azimut de la horizontal; aunque, lo mismo puede suceder cuando se perfora un pozo horizontal en tierra. La construcción final también incluirá un turno. Generalmente, la planificación del perfil de perforación direccional es un proceso de prueba y error si se utilizan las ecuaciones de este artículo. Sin embargo, existen muchos buenos programas de computadora que pueden hacer una planificación tridimensional. Está más allá del alcance de este artículo.
En la perforación horizontal, se debe especificar el punto de inicio o la tasa de construcción para planificar y hacer el cálculo del pozo de petróleo / gas horizontal direccional. Por lo general, la inclinación de la sección horizontal está determinada por el espesor y el hundimiento del lecho. El ejemplo 1 ilustra la planificación de un pozo horizontal.
Primer ejemplo
Dado:
- Un pozo horizontal con un objetivo TVD de 4.800 pies
- La velocidad de construcción es de 12º / 100 pies
- Sección tangente a 60º
- La sección tangente será de 50 pies de TVD.
Determinar:
Calcule el punto de inicio de este pozo horizontal de petróleo / gas
Solución:
La primera acción debe ser hacer un dibujo del pozo como se muestra en la Figura 6. Una vez que se ha dibujado un dibujo, determine la información que está disponible y qué se puede calcular. Primero, el TVD de la sección tangente se dio como 50 pies. Todo lo que queda para calcular el punto de inicio es el TVD de 0 a 60 grados y de 60 a 90 grados. Estos se pueden calcular utilizando las ecuaciones de radio de curvatura o la tabla de acumulación de 12 grados que se proporciona al final del artículo.
TVD 0 a 60 grados
I 2 -I 1
Δ MD = ———-
B r
Δ MD = (60-0) / (12/100) = 500 pies
(180) Δ MD (sin I 2 - sin I 1 )
Δ TVD = ——————————–
π (I 2 - I 1 )
Δ TVD = 180 x 500 x (sin 60 - sin 0) / π (60-0) = 413,5 pies
TVD de 60 a 90 grados
I 2 -I 1
Δ MD = ———-
B r
Δ MD = (90-60) / (12/100) = 250 pies
(180) Δ MD (sin I 2 - sin I 1 )
Δ TVD = ——————————–
π (I 2 - I 1 )
Δ TVD = 180 x 250x (sin 90 - sin 60) / π (90 - 60) = 63,97 pies
Dado que el TVD de la sección tangente es de 50 pies, el punto de inicio se puede calcular restando el TVD de cada sección del TVD objetivo:
Punto de inicio = Objetivo TVD - TVD 0 a 60 - Tangente TVD - TVD 60 a 90
Punto de inicio = 4.800 - 413,50 - 50 - 63,97 = 4.272,53 pies
Segundo ejemplo considerando los baños en la cama
Cuando se tienen en cuenta los hundimientos del lecho , el cálculo y la planificación del pozo de petróleo / gas de perforación direccional horizontal pueden ser más complicados. La inclinación de la sección horizontal estará en función del hundimiento aparente del lecho en el plano en el que se perfora el pozo. No es la inmersión de la cama perpendicular al golpe de la cama. Generalmente, el buzamiento aparente se puede obtener del departamento de geología. La inclinación de la sección horizontal también depende de la posición de la sección horizontal dentro de la formación de producción.
Si el pozo se va a perforar de arriba a abajo como se muestra en la Figura 2, la inclinación de la sección horizontal será diferente de la aparente inmersión del lecho. El segundo ejemplo ilustra cómo calcular el punto de inicio y la inclinación horizontal con la perforación por inmersión en el lecho desde la parte superior hasta la parte inferior de la formación en producción.
Dado:
- El buzamiento aparente de formación en el plano horizontal es de 5º
- El pozo es para perforar inmersión.
- La velocidad de construcción es de 14º / 100 pies
- El espesor de la cama es de 50 pies
- El TVD del objetivo directamente debajo de la superficie es de 4.000 pies.
- Quiere perforar desde la parte superior de la formación hasta el fondo de la formación en 2,000 pies de sección horizontal
Determinar:
- La inclinación de la sección horizontal.
- El punto de partida.
Solución:
Es mejor hacer un dibujo como se representa en la Figura 7 para simplificar el cálculo de la perforación direccional horizontal. Esta figura no está dibujada a escala para que se puedan ver las diferencias en los ángulos. Tenga en cuenta que el TVD donde el pozo horizontal ingresa a la formación productora no es el mismo que el TVD de la formación productora en la ubicación de la superficie. Se debe calcular el TVD donde el pozo ingresa a la formación.
Determine la inclinación de la sección horizontal con base en el buzamiento del lecho de 5º y la perforación de arriba hacia abajo de la formación productora. En la Figura 7, se puede ver que la inclinación de la sección horizontal debe ser menor a 85 grados.
Un triángulo rectángulo se puede ver como se describe con los puntos "ABC". El ángulo “A” es la diferencia entre el buzamiento del lecho y la inclinación del pozo. La longitud de la hipotenusa es la longitud de la sección horizontal que es de 2,000 pies. El lado “BC” es el espesor de la formación que es de 50 pies. El seno se puede utilizar para determinar el ángulo "A".
BC
A = sen -1 x —–
AC
A = sen -1 x 50/2000 = 1,43 o
La inclinación de la sección horizontal sería:
90 - 5 - 1,43 = 83,57º
Se utilizan cinco grados como inclinación del lecho porque la inclinación se mide desde la vertical y la inclinación del lecho se mide desde la horizontal.
La verdadera profundidad vertical del objetivo cambiará a medida que el pozo se aleje de la ubicación de la superficie. El triángulo rectángulo "ADE" representa la diferencia en TVD y DEP. El lado "AE" es la salida y el lado "DE" es el TVD aumentado hacia el objetivo. El lado “AE” es la salida que se necesita para llegar a 83,57º. Se puede calcular utilizando las ecuaciones de radio de curvatura o interpolando en los gráficos de construcción.
I 2 -I 1
Δ MD = ———-
B r
Δ MD = (83,57-0) / (14/100) = 596,93 pies
(180) Δ MD (cos I 1 - cos I 2 )
Δ DEP = ——————————–
π (I 2 - I 1 )
Δ DEP = 180 x 596,93 x (cos 0 - cos 83,57) / π (83,57 - 0) = 363,42 pies
El ángulo "A" en el triángulo rectángulo todavía está relacionado con el buzamiento y tiene cinco grados. Como se conoce un lado y un ángulo, la longitud del lado "DE" se puede determinar en función de la tangente del ángulo "A".
DE
tan A = ——
AE
DE = tan A x AE
DE = bronceado 5 x 363,42 = 31,80 pies
Entonces, la profundidad del objetivo será 31.80 pies más profunda que la profundidad del objetivo en la ubicación de la superficie. Por lo tanto, la profundidad objetivo es de 4031,80 pies. El cambio en TVD necesario para pasar de vertical a 83,57 grados se puede calcular utilizando los cálculos del radio de curvatura de la siguiente manera:
(180) Δ MD (sin I 2 - sin I 1 )
Δ TVD = ——————————–
π (I 2 - I 1 )
Δ TVD = 180 x 596,93 x (sin 83,57 - sin 0) / π (83,57-0) = 406,68 pies
El punto de inicio se puede calcular de la siguiente manera:
Punto de inicio = TVD Target - TVD 0 a 83.57
Punto de inicio = 4.031,80 - 406,68 = 3.625,12 pies
