Oilfield Review - Pozos Alcance Extendido

5/24/2018 Oilfield Review - Pozos Alcance Extendido

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Volumen 22, no.3

Extensin productiva de Brasil

Pozos de alcance extendido

Pruebas de pozos

Oilfield Review


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11-OR-0004-S


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La industria del petrleo y el gas est concentrando gran

parte de su atencin en los xitos que est registrando

Brasil en materia de exploracin y produccin en aguas

profundas, como lo atestiguan los 50 000 visitantes y

1 300 expositores que asistieron a la Conferencia y

Exposicin del Petrleo y el Gas de Ro de Janeiro, realizadaen septiembre de 2010. El Instituto Brasileo de Petrleo, Gas

y Biocombustibles (IBP) auspicia este evento bienal. Los obje-

tivos del IBP son la representacin efectiva de la industria,

la concientizacin de la poblacin acerca de la industria

del petrleo y el gas, la seguridad, el fomento del desarro-

llo tcnico y la proteccin del medio ambiente del pas.

Los participantes de la conferencia se mostraron muy

interesados en el descubrimiento de grandes volmenes de

reservas de petrleo en las aguas ultraprofundas de la ten-

dencia presalina (presalt trend) de Brasil. La importancia

de esta tendencia fue resaltada recientemente por el incre-

mento de la capitalizacin de Petrobras a travs de la venta

de nuevas acciones por valor de USD 67 000 millones, lo

que proporciona los recursos monetarios necesarios para la

consolidacin del plan de desarrollo del rea presalina.

El plan de negocios de la compaa, bajo la influencia

significativa del desarrollo de las reas prospectivas de la

regin postsalina, establece un objetivo de produccin de

620 000 m3/d [3.9 MMbbl/d] para el ao 2014. Una vez que

se establezca la produccin de los campos presalinos, esta

meta se elevar a 860 000 m3/d [5.4 MMbbl/d] en el ao

2020. Este nuevo objetivo duplica la produccin de Brasil,

cuyo nivel actual es de unos 320 000 m3

/d [2 MMbbl/d].El valor estimado de las inversiones de Petrobras para el

playpresalino a lo largo del quinquenio 2010-2014 es de

USD 30 900 millones.

La gran extensin delplaypresalino requerir varios

aos de perforacin y desarrollo, demandando innovaciones

en tecnologa y logstica, adems de la capacidad para

identificar y capitalizar las economas de escala. La situacin

es similar al desarrollo inicial de la cuenca de Campos,

llevado a cabo en la dcada de 1970. Hoy, la nacin se

encuentra mucho ms preparada tecnolgicamente gracias

a la experiencia adquirida por Petrobras, los otros opera-

dores y las compaas de servicios que participaron en elenorme desafo de explorar y producir petrleo en el rea

de aguas profundas y ultraprofundas frente al litoral del

sudeste de Brasil (vase Elplaypresalino de Brasil,

pgina 28).

Ms all de los desafos impresionantes que implican

las operaciones de perforacin en aguas ultraprofundas, la

tendencia presalina requiere nuevos procedimientos de

prospeccin. Los mtodos innovadores de adquisicin y pro-

cesamiento de datos ssmicos ahora permiten la generacin

de imgenes por debajo de 2 000 m [6 600 pies] de sal.

Un nuevo escenario posiciona a Brasil a la vanguardia de las operaciones de E&P en aguas profundas

La heterogeneidad comn a los yacimientos carbonatados

slo incrementa la dificultad asociada con la seleccin de

objetivos por debajo de la capa de sal. Los avances

introducidos en las tecnologas electromagnticas y

magnetotelricas estn ayudando a complementar la

interpretacin ssmica para definir la presencia de rasgos yformaciones salinas por debajo de la sal. Adems, se estn

desarrollando modelos geomecnicos para ayudar a los

perforadores a anticipar los efectos de la sal sobre el

pozo y luego asistir a los ingenieros de yacimientos en la

prediccin de los cambios producidos en el desempeo

del campo despus de iniciada la produccin.

Las oportunidades generadas por los descubrimientos

presalinos plantean una motivacin contundente para la

totalidad de la cadena del sector de bienes y servicios de

E&P. Brasil acaba de crear un parque industrial cuyo

propsito es agregar valor al petrleo a ser extrado delplay

presalino. La capacidad tecnolgica desarrollada por el

Centro de Investigaciones de Petrobras, combinada con los

nuevos centros de investigaciones de los grandes proveedo-

res de servicios entre los que se encuentran el Centro de

Investigaciones y Geoingeniera de Schlumberger en Brasil,

ahora en construccin permitir la integracin de los

conocimientos necesarios para superar los desafos de las

operaciones de exploracin y desarrollo del rea presalina.

Estamos convencidos de que las enormes vallas tecnol-

gicas, logsticas y financieras inherentes al desarrollo de

esta provincia extraordinaria sern superadas y sabemos

que los logros de Brasil en este mbito constituirn unpunto de referencia por el cual se medirn las operaciones

mundiales de exploracin y produccin de petrleo en

aguas ultraprofundas.

Joo Carlos de LucaPresidente del Instituto Brasileo de Petrleo, Gas y Biocombustibles

Ro de Janeiro, Brasil

Joo Carlos de Luca es presidente del Instituto Brasileo de Petrleo, Gas y

Biocombustibles. Su amplia carrera en la industria del petrleo y el gas incluy

las posiciones de gerente general para la cuenca de Campos, director gerente

de E&P, miembro del Directorio de Petrobras y asesor del Directorio

de Braspetro (Petrobras International). Ayud a fundar la subsidiaria brasilea

de YPF, fue miembro del directorio de YPF y posteriormente se convirti en

presidente de Repsol YPF Brasil. Adems, presidi el 17o Congreso Mundial

del Petrleo realizado en Ro de Janeiro en el ao 2002 y fue miembro de la

Junta Ejecutiva del Congreso Mundial del Petrleo. Joao es ingeniero civil con

ttulos acadmicos de la Universidad Federal de Paran, en Curitiba, Brasil.


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www.slb.com/oilfieldreview

Schlumberger

Oilfield Review

1 Un nuevo escenario posiciona a Brasil a la vanguardiade las operaciones de E&P en aguas profundas

Artculo de fondo aportado por Joo Carlos de Luca, presidente del Instituto Brasileo

de Petrleo, Gas y Biocombustibles.

4 Pozos de alcance extendido

Los pozos de gran longitud y alto ngulo permiten a los

operadores explotar reservas en algn momento consideradas

ms all de su alcance econmico. Para aprovechar al

mximo esta tecnologa, los operadores deben considerar

cada pozo de alcance extendido como un proyecto de

ingeniera nico que d cuenta de los objetivos de perfora-cin y terminacin desde las primeras etapas de planeacin

hasta la produccin inicial.

16 Robots al rescate

Los robots desempean una diversidad de roles en la

industria y la sociedad modernas. Su introduccin comercial,

acaecida en la dcada de 1950, fue seguida por un proceso

de aceptacin gradual en el mbito de la manufactura; no

obstante, recientemente, se ha experimentado un rpido

crecimiento tanto en las aplicaciones domsticas como en

las aplicaciones comerciales. Este artculo describe las

perspectivas histricas del campo de la robtica y analiza

el desarrollo de la robtica para ser utilizada en las fbricas,

los campos petroleros, el espacio exterior y el hogar.

Editor ejecutivoMark A. Andersen

Editor consultorLisa Stewart

Editores seniorMatt VarhaugRick von Flatern

EditoresVladislav GlyanchenkoTony Smithson

Michael James Moody

ColaboradoresRana Rottenberg

Ginger Oppenheimer

Diseo y produccin

Herring DesignSteve Freeman

IlustracionesChris Lockwood

Mike MessingerGeorge Stewart

ImpresinWetmore Printing Company

Curtis Weeks

Traduccin y produccinLynx Consulting, Inc.

E-mail: [email protected];http://www.linced.com

TraduccinAdriana Real

EdicinAntonio Jorge Torre

SubedicinNora Rosato

DiagramacinDiego Snchez

2

Dirigir lacorrespondencia editorial a:Oilfield Review1325 S. Dairy AshfordHouston, Texas 77077 EUA(1) 281-285-7847Facsmile: (1) 281-285-1537E-mail: [email protected]

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Enlaces de inters:

Schlumbergerwww.slb.com

Archivo del Oilfield Reviewwww.slb.com/oilfieldreview

Glosario del Oilfield Reviewwww.glossary.oilfield.slb.com


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Marzo de 2011Volumen 22

Nmero 3

57 Colaboradores

60 Nuevas publicaciones y prximamente en Oilfield Review

40 Objetos grandes en paquetes pequeos

La industria del petrleo y el gas est explorando laaplicacin de nanotecnologas para localizar y extraer

reservas de petrleo y gas. Este artculo introduce los

fundamentos de la nanotecnologa, describe sus aplicaciones

en la industria mdica, electrnica y cosmtica, y analiza

el potencial para los proyectos basados en nanomateriales

en la produccin de hidrocarburos.

28 El playpresalino de Brasil

La produccin proveniente de los yacimientos turbidticos

carbonatados y clsticos de la prolfica cuenca de Campos en

Brasil puede ser superada debido a la presencia de una ten-

dencia ms profunda, originada en las adyacencias. Se ha des-

cubierto un campo gigante por debajo de una capa evaportica

de gran espesor presente en la cuenca de Santos, y las campa-

as de perforacin llevadas a cabo en las cuencas vecinas estn

prolongando esta extensin productiva (play) hacia el norte.

52 El separador de prxima generacin:Un cambio de reglas

Las pruebas de pozos constituyen desde hace tiempo una

herramienta crtica de exploracin y desarrollo de petrleo ygas. Durante ms de 25 aos, los separadores utilizados para

estas operaciones esenciales se mantuvieron bsicamente

inalterados. Ahora, las innovaciones aplicadas a un estndar

antiguo prometen eliminar las costosas demoras, reducir el

riesgo ambiental y mejorar la precisin.

Abdulla I. Al-Kubaisy

Saudi AramcoRas Tanura, Arabia Saudita

Dilip M. KaleONGC Energy CentreNueva Delhi, India

Roland HampWoodside Energy, Ltd.Perth, Australia

George KingApache CorporationHouston, Texas, EUA

Richard WoodhouseConsultor independienteSurrey, Inglaterra

Consejo editorial

En la portada:

Las zonas de fractura de rumboeste-oeste presentes en el fondomarino trazan el trayecto de la derivcontinental, generando la separacientre Amrica del Sur y frica. El plpresalino de Brasil que incluye elcampo Jubarte (crculo rojo) de lacuenca de Campos es en gran pael resultado de esta separacin de lcontinentes. La embarcacin flotantde produccin, almacenamiento ydescarga (FPSO) P-57 de Petrobras,

recin inaugurada (inserto, extremosuperior izquierdo), prestar servicioese campo y servir como modelo padiseo y la construccin de las FPSOtinadas a la agrupacin presalinade la cuenca de Santos. (Fotografa,cortesa de Keppel Offshore & MarinMapa adaptado de Grothe PR: ETOPIce Surface Global Relief Model. BouColorado, EUA: Instituto Cooperativopara la Investigacin en CienciasAmbientales, 2009.)

Oilfield Reviewes una publicacin tri-mestral de Schlumberger destinada a losprofesionales de la industria petrolera,cuyo objetivo consiste en brindar infor-macin acerca de los adelantos tcnicosrelacionados con la bsqueda y produc-cin de hidrocarburos. Oilfield Reviewsedistribuye entre los empleados y clientesde Schlumberger y se imprime en losEstados Unidos de Norteamrica.

A menos que se indique lo contrario, lassiglas que aparecen en esta publicacincorresponden al idioma ingls.

Cuando se menciona slo el lugar deresidencia de un colaborador, significaque forma parte del personal deSchlumberger.

2011 Schlumberger. Todos los dere-chos reservados. Ninguna parte de estapublicacin puede ser reproducida, archi-vada o transmitida en forma o medioalguno, ya sea electrnico o mecnico,fotocopiado o grabado, sin la debidaautorizacin escrita de Schlumberger.


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4 Oilfield Review

Pozos de alcance extendido

En los ltimos aos, la industria del petrleo y el gas ha perfeccionado su capacidad

para perforar pozos de alto ngulo cada vez ms largos, a lo largo de trayectos cada

vez ms complejos. Hoy, las longitudes horizontales de estos pozos de alcance

extendido se miden en kilmetros y en millas, y mltiples depsitos aislados se

vinculan con un solo pozo.

Bjarne Bennetzen

Maersk Oil Qatar ASDoha, Qatar

John Fuller

Gatwick, Inglaterra

Erhan Isevcan

Doha, Qatar

Tony Krepp

Richard Meehan

Nelson Mohammed

The Woodlands, Texas, EUA

Jean-Francois Poupeau

Houston, Texas

Kumud Sonowal

Zakum Development CompanyAbu Dhabi, Emiratos rabes Unidos

Traduccin del artculo publicado en Oilfield Review,Otoo de 2010: 22, no. 3.Copyright 2011 Schlumberger.

Por su colaboracin en la preparacin de este artculo,se agradece a Emma Jane Bloor y Mike Williams,Sugar Land, Texas.

DrillMAP, PowerDrive X5 y PowerDrive Xceed son marcasde Schlumberger.


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Volumen 22, no. 3

La tecnologa innovadora se caracteriza por sucapacidad para abrir nuevos horizontes. En elmundo de las operaciones de perforacin dealcance extendido, ese estndar es literal. En1997, BP estableci la pauta cuando perfor unaseccin horizontal de ms de 10 km [aproximada-mente 6 millas] en un pozo de su campo WytchFarm, en Inglaterra.1Desde entonces, la indus-tria ha superado reiteradas veces esa marca. En el

momento de la preparacin de este artculo, lalongitud horizontal rcord era superior a 10,9 km[6,8 millas] y la profundidad medida rcord era de12,3 km [7.6 millas], en un pozo del rea marinade Qatar.2

En pos de la explotacin de sus propias reser-vas aisladas, a travs de operaciones de perfora-cin de alcance extendido (ERD), los operadorespueden verse tentados a repetir lo que se hahecho antes. No obstante, dado que los cambiosaparentemente pequeos en los parmetros delos pozos ERD pueden producir impactos signifi-cativos sobre las opciones de terminacin, es

esencial que los ingenieros planifiquen cada pozode alcance extendido como un proyecto de inge-niera nico.

Por ejemplo, para facilitar la instalacin determinaciones inteligentes, es importante que elpozo posea un dimetro relativamente grande yun perfil suave. Los pozos inteligentes a menudocuentan con sartas de produccin con instrumen-tos instalados en la parte externa. Esos equipospueden daarse durante la instalacin si el espa-cio anular existente entre el tubular y las paredesde la tubera de revestimiento es demasiado

estrecho o irregular. Por el contrario, una termi-nacin menos compleja ofrece al operador el lujode poder rotar la tubera de revestimiento o apli-car grandes cargas para que sortee altos ngulos

y puntos estrechos, eliminando de ese modo lanecesidad de proveer un espacio anular extra enel programa de perforacin.

Un proceso de planeacin adecuado debeincluir medidas de seguimiento. A la hora de eje-cutar los planes de ERD, los ingenieros de perfo-racin experimentados a menudo llevan a cabooperaciones aparentemente familiares de unmodo no familiar. Para garantizar que todos los

involucrados realicen sus tareas segn las direc-trices estipuladas en materia de perforacin

ERD, es esencial el entrenamiento en las mejprcticas tanto para el personal de campo cpara el personal de oficina.

Gran parte del avance en materia de percin de secciones horizontales ms largas satribuido al mejoramiento de la tecnologa enreas: capacidades de direccionamiento mssibles y capacidades de obtencin de medicien tiempo real ms precisas. No obstante,

artculo se concentra en un tercer compondel avance de la industria: el desarrollo de mres prcticas y la importancia de conectalecciones aprendidas a partir de la ingeniertecnologa, el entrenamiento, la supervisinanlisis posterior a la operacin, con la percin del pozo de alcance extendido siguiente

1. Para obtener ms informacin sobre el campo WytcFarm, consulte: Allen F, Tooms P, Conran G, Lesso B yde Slijke P: Extended-Reach Drilling: Breaking the Barrier, Oilfield Review9, no. 4 (Invierno de 1997): 3

2. Sonowal K, Bennetzen B, Wong P y Isevcan E: HowContinuous Improvement Led to the Longest HorizonWell in the World, artculo SPE/IADC 119506, preseen la Conferencia y Exhibicin de Perforacin de lasIADC, msterdam, 17 al 19 de marzo de 2009.


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Definicin de pozos ERD

Un pozo ERD se define como aqul que posee unarelacin desviacin horizontal-profundidad verti-cal verdadera (HD/TVD) de ms de 2,0 (arriba).Esta relacin constituye una indicacin cruda dela complejidad del pozo: cuanto ms alta es la rela-cin, ms complejo es el pozo. Pero se trata sola-

mente de un indicador bsico de la dificultad queimplicar la perforacin y la terminacin del pozo.

Las operaciones de perforacin que apuntan aobjetivos localizados a una distancia horizontalsignificativa respecto de la localizacin superfi-cial, requieren algo ms que perforar en sentido

vertical, girar y perforar en sentido horizontal.Dependiendo de caractersticas de la formacintales como temperatura, presin y propiedades delas rocas, el personal de perforacin determina el

peso a aplicar sobre la barrena (WOB), las rpm dela sarta de perforacin, la densidad del lodo yotros parmetros. Todos estos parmetros sonajustados por la trayectoria planificada del pozo, ypor el incremento y la reduccin angular, y losgiros acimutales necesarios para lograrla. Estoltimo se ha convertido en un factor significativo

en la planeacin de pozos de alcance extendidoen los ltimos aos ya que la sofisticada tecnolo-ga de perforacin direccional y LWD permiti alos operadores utilizar trayectos de pozos 3Dmenores en nmero, pero ms complejos, paraoptimizar el desarrollo de los yacimientos.

Adems, los pozos de alcance extendido seclasifican en general como pozos con una TVDmuy profunda o muy somera (prxima pgina)ycada uno presenta sus propios desafos. Los pozos

muy largos, o de alcance ultra extendido, puedeser difciles de perforar y terminar porque eposible que experimenten grandes esfuerzos dtorsin y arrastre. Las presiones de circulacipueden ser elevadas para superar las prdidapor friccin a medida que el fluido de perforacies bombeado por la sarta de perforacin, y sustentar el espacio anular existente entre las paredes del pozo y la sarta de perforacin.

Los pozos con una TVD somera normalmentson perforados en formaciones no consolidadacon gradientes de fracturas relativamente bajoLa estrecha ventana entre el gradiente de presin de poro y el de fractura resultante cobra mimportancia a medida que el pozo se extiende esentido horizontal y las densidades de circulaciequivalentes (ECD) continan incrementndose

Adems, cuando la distancia existente entre eequipo de perforacin y la seccin yacimiento dinters es relativamente corta, es probable qulos pozos someros deban ser desviados de la vertcal formando un ngulo agudo. La trayectori

resultante puede generar problemas de torque flexin (buckling) en la columna de perforacin en los tubulares utilizados en la terminacin.4

Cuando un pozo de alcance extendido incluyuna TVD profunda, tambin puede estar limitadpor la tensin de la sarta de perforacin y lograndes esfuerzos laterales que introducen problemas de desgaste de la tubera de revestimient

y la columna de perforacin.Entre los subconjuntos de estos tipos de pozo

bsicos se encuentran los pozos de aguas profundas, los pozos 3D y aquellos pozos cuyo diseo est

restringido por las limitaciones del equipo de perforacin disponible. Los pozos de alcance extendido en aguas profundas son poco comunes porqunormalmente conviene ms desplazar un equipde perforacin flotante hacia la formacin objetivque perforar en sentido horizontal. No obstante, medida que declinan las tasas de produccin elas plataformas de produccin fijas de aguas profundas, es probable que los campos para los quoperan se conviertan en candidatos para la perforacin de pozos de alcance extendido, diseadopara la conexin con los yacimientos lejanos.

Cuando un pozo de alcance extendido d

aguas profundas constituye una opcin ms efectiva, los gradientes de fracturas bajos causadopor el reemplazo de miles de pies de estratos dsobrecarga por agua exacerban la necesidade manejar la densidad ECD ms exhaustivamente. Por otro lado, debido a la larga seccin

vertical existente entre el fondo marino y lsuperficie, el peso suspendido del aparejo mvdel equipo de perforacin es mayor, y la tenside la tubera se incrementa significativamente

>Extensin del alcance. La relacin desviacin horizontal-profundidad vertical verdadera (HD/TVD)se ha incrementado a un ritmo constante desde mediados de la dcada de 1970 ( extremo superior).

Tradicionalmente, un pozo cuya relacin HD/TVD es de 2,0 o mayor, se considera un pozo de alcanceextendido. Aqu, los pozos profundos con una desviacin horizontal considerable tambin se clasificancomo pozos de alcance extendido. Para el ao 2010, los operadores haban perforado numerosospozos con relaciones superiores a 4,0 (extremo inferior). El pozo BD-04A del campo Al-Shaheenestableci una desviacin horizontal rcord de 37 956 pies.

Profundida

dv

erticalverdadera,

pies

Desviacin horizontal, pies

Operaciones mundiales de perforacin de pozos de alcance extendido

0

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

30 000

35 000

40 00040 00035 00030 00025 00020 00015 00010 0000 5 000

Profundidad

verticalverdade

ra,

pies

Desviacin horizontal, pies

0

5 000

10 000

15 000

20 00040 00035 00030 00025 00020 00015 00010 0000 5 000

Hasta 1975

Hasta 1980

Hasta 1985

Hasta 1990

Hasta 1995

Hasta 2000

Hasta 2005

Hasta 2010

Alcance corto

Alcance intermedio

Alcance extendido

Alcance ultra-extendido

Pozo ERD

4.0

3.0

2.0


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Volumen 22, no. 3

Esta tensin extra genera grandes esfuerzos late-rales, que pueden producir el desgaste de la tube-ra de revestimiento cuando la columna deperforacin se extrae del pozo a travs de seccio-nes de incrementos y reducciones angulares,durante las operaciones de rectificacin.5

Adems, las operaciones de aguas profundasafectan las propiedades de los fluidos de perfora-cin de una forma que puede incidir en el pro-ceso de limpieza del pozo. A medida que el lodo

viaja desde la superficie, se enfra significativa-mente por la accin del agua del fondo marinoque se encuentra prxima al punto de congela-miento. Luego, se calienta hasta alcanzar lastemperaturas de la formacin en la barrena,antes de readquirir la temperatura del fondomarino en la base del tubo ascendente. Este pro-ceso puede modificar la reologa del lodo de per-foracin, afectando su capacidad de transporte olas cargas ECD impuestas sobre el pozo. En lospozos de alcance extendido, las densidades dellodo deben controlarse cuidadosamente. sta esotra de las instancias en las que el margen de

error es menor en los pozos de alcance extendidoque en los pozos verticales.

Los pozos 3D complejos proliferaron en losltimos aos, acompaando el desarrollo y laadopcin de herramientas de perforacin rota-tiva direccional y MWD cada vez ms sofisticadaspor parte de la industria. Estos pozos se caracte-rizan por los numerosos y significativos cambiosde acimuts diseados para mantener el pozo enconformidad con sus objetivos.

Los pozos limitados en trminos de equipos deperforacin son los pozos perforados desde unida-des de perforacin con un grado inadecuado decarga en el gancho o capacidad de bombeo.6Muchosingenieros de perforacin tratan a estos pozos comouna categora ERD diferente porque las deficienciasdel equipo de perforacin los obliga a utilizar tecno-loga que de lo contrario no se requerira.

La fase de planeacin

Los pozos de alcance extendido se perforan pornumerosas razones: para contactar el mayor volu-men de yacimiento posible con el pozo, paraacceder a varios depsitos de hidrocarburos deamplia distribucin desde una sola localizacin,o para eliminar las operaciones de superficie delas reas ambientalmente sensibles. Determinadopor los problemas ambientales, uno de los pro-gramas ERD ms exitosos se llev a cabo en elcampo Wytch Farm de BP, situado en la costa surde Inglaterra. En 1993, el operador opt por acce-der a los depsitos marinos de petrleo situadospor debajo de Poole Harbour, mediante pozos de

largo alcance y alto ngulo perforados desde loca-lizaciones superficiales, estrechamente espacia-das en tierra firme. El primer pozo tena unalcance horizontal de 3,8 km [2,4 millas]. El pro-

yecto culmin en el ao 1999 con un pozo cuyoalcance horizontal fue de 10,9 km.

En la poca en que super la marca de 10 km,BP utilizaba equipos de 100 personas, que repre-sentaban a todas las entidades involucradas en lacampaa de perforacin. Antes de comenzar cada

pozo, el personal asignado se reuna para asitalleres de uno o dos das. Primero se les imaba cmo se relacionaban los objetivos globde la compaa con las metas, el diseo, el c

y la viabilidad comercial del pozo del caWytch Farm que estaban planificando. Luegingenieros especialistas en subsuelo, percin, perforacin direccional, lodo y terminnes, describan los detalles tcnicos y los pelpotenciales del pozo cuya perforacin estab

iniciarse.

7

A continuacin, los equipos se dividagrupos ms reducidos, de cinco a ocho persoque revisaban y establecan los tiempos prevpara cada fase del pozo, tal como la perfora

3. ECD es la densidad efectiva ejercida por un fluido ecirculacin contra la formacin. La densidad ECD secalcula como: d + P/(0.052D), donde des el densidadlodo en libras por galn (ppg), Pes cada de presinespacio anular entre la profundidad Dy la superficie(psi), y Des la profundidad vertical verdadera (pies)

4. Mims M y Krepp T: Drilling Design and ImplementatioExtended Reach and Complex Wells, 3a ed. Houston: Technology Group, 2007.

5. En las operaciones de rectificacin, se pasa unaherramienta de dimetro externo (OD) mayor que la

barrena a travs de una seccin del pozo perforadapreviamente, para incrementar el dimetro del pozo

6. La carga en el gancho es la fuerza total que baja elgancho del equipo de perforacin, al que est fijadoel equipamiento de perforacin incluidos el vstaperforacin, la mesa rotativa y la sarta de perforaciy desde el cual se baja o se extrae del pozo todo el rdel equipamiento.

7. Meader T, Allen F y Riley G: To the Limit and BeyonSecret of World-Class Extended-Reach DrillingPerformance at Wytch Farm, artculo IADC/SPE 592presentado en la Conferencia de Perforacin de lasIADC/SPE, Nueva Orlens, 23 al 25 de febrero de 200

>Tipos bsicos de pozos de alcance extendido. Los pozos de alcance extendido corresponden a dos categoras: pozos muy someros o pozos muy largos(extremo superior, lneas negras). Cada uno plantea sus propios desafos y ninguno aleg relaciones HD/TVD ms altas (lneas de guiones). Los perfiles dlos pozos de alcance extendido pueden ser clasificados como perfiles de pozos de seccin angular y seccin tangencial (o de ngulo sostenido); parte d

trayecto del pozo, que sigue a la seccin de incremento angular, donde el ngulo y la direccin se mantienen constantes) (B&H), catenarias, en forma deo complejos (extremo inferior). El perfil B&H se perfora con un ngulo constante una vez establecido la seccin tangencial a partir del punto de comienzode la desviacin. Los pozos B&H requieren un grado mnimo de perforacin y de control direccional. El perfil de pozo catenario constituye una variacindel trayecto de pozo B&H. Comienza con una tasa inicial ms baja de incremento angular (medida en grados por cada 100 pies perforados) que se acelera medida que se incrementa el ngulo del pozo. Este diseo se elige a menudo para reducir los problemas de torque. Los pozos catenarios poseen mayolongitud general (MD) y secciones tangenciales ms altas que los perfiles de los pozos B&H. El perfil de pozo en forma de S se caracteriza por una secci

tangencial con un ngulo ms alto que los pozos B&H, antes de la reduccin del ngulo para conformar un ngulo ms vertical al ingresar en el objetivo.Este enfoque permite reducir la incertidumbre a la hora de ajustar los datos TVD con los datos del levantamiento. Adems, permite reducir el tiempo deperforacin en zonas objetivo abrasivas, cuya estabilidad puede depender del tiempo, o cuando el manejo de la ECD se vuelve complicado. Los perfiles d

pozos complejos, caracterizados por una tercera dimensin, se generan mediante el agregado de uno o ms giros acimutales a los pozos de alto ngulo.Si bien son ms difciles de ejecutar que otros perfiles, los trayectos de pozos complejos permiten al operador penetrar ms objetivos con un solo pozo.

3,02,01,0

4,0

5,0

6,0

Profundidad

verticalverdadera

Desviacin horizontal

Punto de comienzo de la desviacin

Seccintangencial

Seccin de incremento angular

Giros acimutComplejo

EnformadeSB&H

Catenaria

Desviacin horizontal

Profundidad

verticalverdadera


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8 Oilfield Review

de una seccin o la bajada y la cementacin deuna sarta de revestimiento. Cada una de estasfases se divida luego en componentes mspequeos. Los grupos pequeos llevaban sus con-clusiones al equipo reunido y creaban un plan deperforacin integral a partir de las distintas pie-zas. A lo largo de toda la perforacin del pozo, elequipo meda el avance real y los objetivos enfuncin del plan, y dedicaba tiempo al anlisis de

las causas races de cualquier problema quehubiera ocurrido.8

Este grado de meticulosidad en el proceso deplaneacin y seguimiento es ideal para los pozoscomplejos y de alcance extendido, y los especia-listas a menudo citan el enfoque de BP como larazn de los xitos del campo Wytch Farm. Laclave para la ejecucin de planes adecuados deERD consiste en que sean detallados y especfi-

cos para cada pozo. Tambin es til formar y mantener un equipo con representantes de todas ladisciplinas relevantes, desde el comienzo del pro

yecto hasta su conclusin.El tiempo necesario para planificar adecua

damente un pozo de alcance extendido dependde numerosos factores, entre los que se encuentran la profundidad, longitud y complejidad depozo, la disponibilidad de equipos de perforacin

>Planeacin de pozos de alcance extendido. Los programas de ERD requieren la ejecucin de ciertos pasos importantes que comprenden variaspartes, para entregar al campo un programa de perforacin. La revisin de los datos de pozos vecinos (OWR) permite a los operadores la identificacinde aspectos clave del diseo de pozos ERD. Luego, se genera un diseo preliminar del pozo (PWD) para establecer la factibilidad, los riesgos, losrequerimientos de equipos, las necesidades de los contratistas, el alcance de los trabajos y una estimacin de costos para el proyecto. Un diseode pozo detallado (DWD) es un PWD refinado que incluye las especificaciones finales en materia de sarta de perforacin, tubera de revestimientoy equipo de perforacin, las licitaciones para los contratistas y una estimacin mejorada de costos. (Adaptado de Mims y Krepp, referencia 4.)

Revisin de datos de pozos vecinos (OWR)

Introduccin

Alcance del informe

Descripcin de los pozos revisados

Aprendizajes obtenidos a partir de la OWR

Campo y geologa

Informacin general del campo

Topes de formaciones

Litologa

Presin de poro

Gradiente de fractura

Temperatura

Diseos de pozos

Diseos de tuberas de revestimiento Elementos que determinan el diseo

Desempeo de perforacin

Desempeo en trminos de tiempo

ROP

Tiempo inactivo

Parmetros de perforacin

Tasas de flujo, rpm, prcticas utilizadas

Fluidos de perforacin

Sistemas de lodo

Problemas con el agujero

Perforacin direccional

Carreras del BHA

Desempeo de la perforacin direccional

Barrenas

Registro de la barrena

Comparacin de tipos

Torque y arrastre

Factores de friccin

Torque y arrastre de perforacin

Entubacin

Detalles de la evaluacin de formaciones

Evaluacin de formaciones durante la perforacin

Operaciones con cable, extraccin de ncleos

Atascamiento de herramientas, derrumbes, obturaciones

Cementacin

Diseo de la lechada

Centralizacin

Procedimientos utilizados

Peligros Prdidas, atascamiento de tuberas

Control del pozo

Estabilidad del pozo

H2S, CO2

Diseo preliminar del pozo (PWD)

Introduccin y resumen

Alcance del informe

Sinopsis

Informacin general del campo y de la geologa

Posicin del pozo ERD en el campo

Topes de formaciones

Litologa

Requerimiento del objetivo

Presin de poro

Presin de fractura

Temperatura

Informacin general del diseo del pozo

Localizacin en la superficie Diseo de la tubera de revestimiento

Diseo del trayecto del pozo


Factores de friccin

Secciones de pozo (171/2, 121/4, 81/2pulgadas)

Asuntos clave y prioridades

Estrategia direccional


Hidrulica

Torque y arrastre (T&D)

Requerimientos de potencia

Grficas de T&D e hidrulica

Tubera de revestimiento (133/8pulgadas y95/8pulgadas) y tubera de revestimiento corta (liner)

Procedimientos y equipos de operacin

Cementacin

Limpieza y terminacin

Grficas de riesgos de arrastre

Rodillos

Flexin

Especificaciones de equipos

Cabeza rotativa superior

Bombas

Malacate

Tamao de la columna de perforacin

Herramientas de perforacin

Referenciamiento con la industria

Comparacin con pozos ERD relevantes

Comparacin de las capacidades de los equipos de perforacinTiempo y costo

+/ 40% del tiempo, costo del PWD

Diseo detallado del pozo (DWD)

Informacin general del campo y de la geologa

Aspectos clave por seccin de pozo

Esquema del yacimiento

Presin de poro

Gradiente de fractura

Grficas de temperatura

Informacin general del diseo del pozo

Resumen del trayecto del pozo

Resumen de entubacin

Resumen de cementacin


Resumen de la barrena y del BHA

Secciones de pozo (171/2, 121/4, 81/2pulgadas) Asuntos clave

Informacin general de las soluciones

Descripcin detallada de los procedimientos

Notas especiales

Diagramas de T&D

Tubera de revestimiento (133/8pulgadas y95/8pulgadas) y tubera de revestimiento corta (liner

Asuntos clave



Notas especiales

Diagramas de T&D

Limpieza y terminacin

Asuntos clave



Notas especiales

Diagramas de T&D

Especificaciones de equipos

Especificaciones finales de equipos

Tamao de la columna de perforacin

Herramientas de perforacin

Tiempo y costo

+/ 20% del tiempo, costo del PWD


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Volumen 22, no. 3

la localizacin y la logstica. Pero muchos inge-nieros consideran que un perodo de planifica-cin razonable oscila entre 6 y 12 meses, contadosdesde el momento de la concepcin hasta elcomienzo de la perforacin (pgina anterior).

El manejo del riesgo a travs del empleo demtodos de referenciamiento, tecnologa, entre-namiento y desarrollo de una curva de aprendi-

zaje subyace cualquier proceso de planeacinintegral de cualquier programa de perforacin.No obstante, dado que ciertas medidas que sonapropiadas a la hora de perforar pozos convencio-nales pueden incrementar concretamente lasincertidumbres asociadas con las operacionesERD, tales medidas plantean desafos nicos a latoma de decisiones de los ingenieros.

Por ejemplo, los tamaos de pozos ms gran-des que lo necesario se incluyen a menudo en laseccin superior de los pozos verticales comoplan de contingencia para reducir el riesgo deperforacin. Su inclusin permite a los operado-

res colocar una sarta extra de tubera de revesti-miento para afrontar presiones o gradientes defracturas imprevistos o problemas de inestabili-dad del pozo sin reducir su tamao a travs delintervalo productivo.

No obstante, este procedimiento de contin-gencia puede resultar inoportuno en los pozos dealcance extendido por el efecto que puede produ-cir sobre los problemas de limpieza del pozo,tales como el atascamiento de la tubera. Quizs

la decisin ms prudente sea renunciar a la flexi-bilidad que proporciona el tamao ms grande dela parte ms somera del pozo para perforar pozosde menor dimetro interno (ID), en los que laeliminacin de los recortes y los detritos es mssencilla. Por otro lado, en ciertos tipos de forma-ciones, el control direccional puede resultar msdifcil en los pozos de gran dimetro.

Un pozo estableComo sucede con todas las operaciones de perfo-racin, la seleccin de la densidad del lodo, las

velocidades de bombeo y los fluidos de perfora-cin, est determinada por el gradiente de frac-tura de la formacin, la presin de poro y lasprdidas de presin por friccin en el espacioanular existente entre las paredes del pozo y lacolumna de perforacin. La inestabilidad delpozo, exacerbada cuando se exceden los lmitesimpuestos por estos parmetros, es una de lascausas principales de fallas de perforacin entodos los tipos de pozos. No obstante, la forma en

que los operadores encaran el problema decolapso o derrumbe del pozo difiere segn setrate de pozos convencionales o pozos ERD.

En los pozos verticales o desviados, el gra-diente de fractura de la roca habitualmente seincrementa a medida que aumenta la profundidad,con un ritmo ms rpido que el del incremento delas prdidas de presin por friccin. No obstante,cuando un pozo ERD se vuelve esencialmente hori-zontal y la profundidad no cambia, el gradiente defractura deja de incrementarse en tanto que lasdensidades ECD continan aumentando con la

longitud del pozo (arriba, a la izquierda).La lucha contra los efectos del incremento dela ECD es habitualmente una cuestin de reduc-cin de la densidad del lodo, la tasa de flujo o la

velocidad de penetracin (ROP). Por consi-guiente, a menudo la mejor opcin consiste enmodificar los factores que producen la friccin atravs del incremento del rea de flujo, lo quepuede realizarse mediante la perforacin de unpozo ms grande o la reduccin del tamao de lacolumna de perforacin. Ninguna es la solucinperfecta. Un pozo ensanchado puede conducir aproblemas asociados con la reduccin de la ROP.

El dimetro ms pequeo de la columna de perfo-racin puede hacer que se exceda la presin de lacolumna ascendente o los lmites de las bombas, opuede suceder que la sarta de perforacin se

vuelva demasiado flexible y se exacerben los pro-blemas de atascamiento/deslizamiento o de direc-cionamiento. El aumento del tamao del rea deflujo creada por la columna de perforacin mspequea o el pozo ms grande tambin puedegenerar dificultades en la limpieza del pozo.

Cualquiera sea el desafo, la minimizacila inestabilidad del pozo es clave para la saticin de los objetivos de ERD. En los pozos dengulo, la ventana de densidad del lodo, entcolapso y la prdida de lodo, suele ser estreesa limitacin se exacerba con las ECD ms que caracterizan a estos pozos. A raz de econdiciones, puede resultar difcil evitar la inbilidad del pozo. Los ingenieros de perfora

necesitan saber dnde la deformacin y el colconstituyen un riesgo, para poder planeamanejo adecuado de la estabilidad.

La ejecucin de un estudio de estabilidapozo previo a la perforacin permite identizonas con probabilidad de colapsar, proporcuna estimacin de la severidad de la amenaprovee recomendaciones acerca de las dendes del lodo para manejar la inestabilidadotro lado, el estudio identifica las zonas en rde inestabilidad no controlada que pueden rerir la reiteracin de la planeacin. Dependidel estado de los esfuerzos prevaleciente

colapso puede producirse en cualquiera delados, en la parte superior o en la parte inferiopozo. El estudio de estabilidad del pozo recola orientacin probable del colapso y con informacin los ingenieros pueden disear pdimientos ms efectivos de limpieza del pozo.

Algunos tipos de inestabilidad, tales comperforacin a lo largo del plano de estratificade las lutitas, pueden generar episodios incolables de colapso y resultan particularmentegrosos en los pozos ERD.9Atravesar fallas tames comn en esos pozos. Los ingenieros esti

los esfuerzos que actan sobre estos rasgomanera de poder modelar su estabilidad. El dio considera la interaccin entre el lodo deforacin y la lutita para prevenir o minimizimpacto de los incrementos de la presin de en la lutita, que pueden conducir a la degrcin del pozo dependiente del tiempo. Para estos y otros problemas, los especialistas tamutilizan un modelo geolgico durante el mlado de la estabilidad del pozo.

Los resultados del estudio se entregan avs del software de planeacin y manejo dperforacin DrillMAP. Esta herramienta pr

ciona una prediccin de la estabilidad del para el trayecto del pozo especfico, identificpeligros de perforacin y recomienda densid

8. Meader et al, referencia 7.

9. Tan CP, Rahman SS, Richards BG y Mody FK: IntegrApproach to Fluids Optimisation for Efficient ShaleInstability Management, artculo SPE 48875, presenen la Conferencia y Exhibicin Internacional de Petry Gas de China, Beijing, 2 al 6 de noviembre de 1998.

>TD limitada por la ECD. Las prdidas de presinpor friccin, experimentadas a medida que el fluidode perforacin fluye entre la sarta de perforaciny las paredes del pozo, son un elemento de la ECD(rojo). En los pozos verticales, la ECD se incrementaa un ritmo ms lento que el gradiente de fractura(azul). No obstante, en las secciones horizontales(verde), el gradiente de fractura permaneceinalterado, en tanto que la ECD se incrementa amedida que aumenta la longitud del pozo. En algnpunto del trayecto horizontal del pozo, asumiendoque la densidad del lodo, la tasa de flujo y la

reologa se mantienen constantes, la ECD excederal gradiente de fractura, la prdida de fluido sevolver inmanejable y la perforacin tendr quedetenerse.

Profundidad

verticalverdadera

Densidad

Lmite de la ECD


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de lodo y procedimientos operacionales paraminimizar la degradacin del pozo (pgina ante-rior, arriba).10

Rosneft SMNG (Sakhalinmorneftegaz) estabaexperimentando problemas de estabilidad en los

pozos de alcance extendido que accedan a la por-cin norte de la estructura de Odoptu-More, frentea la costa de la Isla de Sakhalin, en Rusia (pginaanterior, abajo). El campo fue desarrollado perfo-rando pozos de alcance extendido desde 1998.

En el ao 2003, el operador dej de perfcon motores de desplazamiento positivo paralizar sistemas de perforacin rotativa direcc(RSS). Para el ao 2006, se haban perforaterminado 21 pozos de alcance extendidorelaciones HD/TVD de hasta 4,1.

La introduccin de los sistemas RSS proun mejoramiento sustancial en la ROP. No tante, su uso fue acompaado por el increm

del tiempo no productivo (NPT) generadoproblemas de limpieza del pozo, asociadoslas operaciones de rectificacin a travs de tas zonas de la seccin del pozo de 121/4pulgaEstos problemas se manifestaron como un exde torque y arrastre, picos de ECD, obturaci

y atascamiento de la tubera.El empleo de asistencia mecnica tal c

las operaciones de rectificacin en pozos demetro grande es prctica estndar cuando las ccidades de velocidad de bombeo y tasa de flujequipo de perforacin son limitadas. La no utcin del proceso de rectificacin en estas cond

nes se traduce normalmente en operacineficientes de limpieza del pozo y dificultadessiguientes con su entubacin. No obstante, ecaso de Odoptu-More, estas complicaciones suron por el volumen excesivo de retornos no tridos, consistentes en detritos de fangolita durafueron inducidos durante las operaciones de recacin (izquierda. extremo superior). A partianlisis de mltiples pasos de datos, derivadomediciones obtenidas durante la rectificacitiempo real, finalmente se observ que la fuenlos detritos estaban localizadas en las zonas rug

del pozo (izquierda. extremo inferior).En respuesta, el operador y los ingenieroSchlumberger desarrollaron un modelo mecnicsubsuelo (MEM), basado en la profundidad, esfico para cada pozo perforado. El equipo de tramodific el programa de entubacin para aen forma ms efectiva las zonas inestables c

A fin de complementar estos cambios, los psionales disearon adems una estrategia pnalizada de manejo de riesgos, basada ecomprensin de las causas races del NPTpozos previos. Esta estrategia abord de maintegral la formacin de rugosidad localiz

resultante de las maniobras y las operacionerectificacin. Adems, demostr su efectividala limitacin de la generacin y la expansinciada de los detritos provenientes de estas zo

Luego, los ingenieros utilizaron la hmienta de planeacin y manejo de la perforaDrillMAP para implementar una estratbasada en mtodos similares, utilizados en eldel Norte, el Golfo de Mxico y Amrica del

>Detritos del pozo debidos a la inestabilidad. Una revisin de los registrosde perforacin, realizada durante una investigacin de un pozo del campoOdoptu-More, indic que la mayor parte del tiempo problemtico relacionadocon el NPT se confinaba a rangos de profundidad relativamente cortos. Alintensificarse los problemas de limpieza del pozo, en estas reas localizadasse recuperaron varios metros cbicos de excedentes de retornos; fangolitadura con una estructura de grano fino, de 6 cm [2.4 pulgadas] de dimetro y2 cm [0.8 pulgada] de altura, como la que se muestra en esta foto.La morfologa de estos retornos no indic la existencia de un mecanismoclsico de falla por corte, asociado por lo general con una densidad de lodoinsuficiente. Dada su naturaleza localizada en el pozo y la capacidad paracorrelacionar estas zonas a travs de una porcin del campo, los ingenieros

teorizan que el mecanismo probable de falla se relaciona con la anisotropade la roca en s. (Adaptado de Mohammed et al, referencia 11.)

>Evidencia directa de lapsos de tiempo. En un pozo problemtico clave, la presencia de zonasrugosas localizadas, o cavernas, pudo inferirse directamente a partir de las anomalas de inclinaciny acimut observadas en los datos del levantamiento de alta resolucin y mltiples pasos, del pozode 121/4pulgadas. Estos datos continuos de desviacin e inclinacin (CDNI) fueron obtenidos con lasherramientas MWD corridas a travs de las secciones del pozo perforadas previamente. Los mltiplespasos de los datos CDNI se superponen para obtener las contracurvas y localizan claramente losdefectos de alineacin producidos por las excursiones de la herramienta de prospeccin, quealcanzan hasta 1.5 respecto del eje del pozo perforado. (Adaptado de Mohammed et al, referencia 11.)

Inclinacinyacimut,grados

Profundidad a lo largo del pozo, m

86

84

85

82

83

81

79

80

77

78

75

76

74

3 1003 000 3 010 3 020 3 030 3 040 3 050 3 060 3 070 3 080 3 090

Acimut de la perforacin

Acimut de la rectificacin 1

Acimut de la rectificacin 2

Inclinacin de la perforacin

Inclinacin de la rectificacin 1

Inclinacin de la rectificacin 2

La herramienta de prospeccin salede la caverna, en direccin ascendentey hacia la derecha

La herramienta de prospeccin ingresaen la caverna, en direccin descendentey hacia la izquierda


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12 Oilfield Review

Este plan clasifica los riesgos medidos de perfo-racin, referenciados a la profundidad, y especi-fica las medidas de control y contingencia aadoptar en funcin del MEM. Para cada pozo secrea una nueva versin de este protocolo y unnuevo MEM. Por otro lado, los ingenieros agrega-ron una funcin tcnica de soporte para la toma dedecisiones en tiempo real en el equipo de perfora-cin, para implementar la estrategia de manejo de

riesgos.11 Conforme continan las actividades dedesarrollo en la estructura Odoptu-More, se utili-zan datos continuos de direccin e inclinacin(CDNI) para proporcionar una advertencia antici-pada de la presencia de cavidades, y su condicin ylocalizacin precisas se utilizan para determinarel diseo de la tubera de revestimiento.

Empuje, traccin y torsin

A la hora de planificar un pozo de alcance exten-dido, los ingenieros deben considerar tambin lafsica de la longitud del pozo. En los pozos vertica-les, el torque, el arrastre y la flexin se ignoran en

esencia y se asume que la tubera se encuentraubicada en el centro del pozo. Las cargas genera-das por estos eventos pueden volverse tan grandesque la cabeza rotativa superior del equipo de per-foracin no puede rotar la tubera, y el malacate nopuede subirla o bajarla. Tambin puede sucederque las cargas sean suficientemente grandes demanera que, en caso de que la tubera se atasque,los esfuerzos realizados para liberarla produzcansu rotura, obligando al operador a abandonar elpozo, declarar la profundidad total (TD) prematu-ramente o perforar un pozo de re-entrada.

En los pozos de alcance extendido, la friccinjuega un rol ms significativo que en los pozos verti-cales. Esto se debe a que la columna de perforacin

y la tubera de revestimiento son forzadas contra loslados del pozo de alcance extendido (derecha).

La existencia y la magnitud del torque mec-nico (tal como el torque en la barrena y el torquefuera del fondo producido por friccin) y del arras-tre son una funcin de diversos factores clave: tensin y compresin en la sarta de perforacin

severidad de la pata de perro; tasa de incre-mento o reduccin angular o cambio de acimut

tamao del pozo y de la tubera

peso de la sarta de perforacin inclinacin

lubricidad; el efecto de los reductores de fric -cin en el fluido de perforacin.

El torque mecnico se genera cuando la sartade perforacin experimenta un fenmeno deatascamiento diferencial o interacta con capasde recortes o formaciones inestables.12La ejecu-cin de la seleccin de la barrena al comienzo delproceso de planeacin del pozo ayuda a evitar el

torque en la barrena, el cual es generado por suinteraccin con la formacin. El torque fuera delfondo, como indica el trmino, ocurre cuando serota la sarta de perforacin mientas se levantapor encima del fondo del pozo. Esto elimina elelemento de torque en la barrena de la medicin.El arrastre es una fuerza axial, afectada por losmismos factores que el torque, y se producecuando la tubera es desplazada hacia arriba o

hacia abajo en el pozo.Si bien todos los pozos pueden experimentar

atascamiento diferencial, los pozos de alcanceextendido son particularmente susceptibles aeste fenmeno y la recuperacin, luego de experi-mentarlo, es ms difcil que en los pozos conven-cionales. La solucin para el problema deinestabilidad de pozos de alto ngulo a menudoconsiste en incrementar la densidad del lodo.Esto hace que se perfore en condiciones de sobre-balance, lo que constituye la causa principal delatascamiento de la tubera. Adems, en compara-cin con los pozos verticales, los pozos de alcance

extendido habitualmente dejan secciones de yaci-

miento ms largas expuestas durante perodoms largos, con la sarta de perforacin y el arreglde fondo de pozo (BHA) sepultados en los recortes, en el lado bajo del pozo. Esto puede generauna condicin de obturacin que produce el atascamiento de la tubera.

Dado que el fenmeno de atascamiento diferencial puede incrementar considerablemente lfriccin general, es posible que intensifique lo

problemas secundarios de torque, arrastre flexin. Cuando el atascamiento diferencial tien

>Torque y arrastre. El torque es una medida de la resistencia a la rotacin, causada por la friccinentre la tubera de revestimiento o la sarta de perforacin y la pared del pozo. El arrastre es unamedida de la resistencia al movimiento ascendente o descendente. La magnitud del torque y delarrastre, observada en el tubular, es una funcin de la tensin o la compresin y del rea en contactocon el pozo. Cuando los tubulares estn centrados correctamente en un pozo vertical, el contactocon la pared del pozo es insignificante, y el torque y el arrastre son esencialmente nulos (izquierda).Durante una seccin de incremento angular, la columna de perforacin o la tubera de revestimientoexperimenta grados variables de torque y arrastre porque es presionada contra el lado superior de lapared del pozo y se encuentra en estado de compresin o tensin (centro). En la seccin tangencialdel pozo, los tubulares se encuentran en pleno contacto con la parte inferior del pozo y en cierto estadode compresin o tensin (derecha). La magnitud del torque y el arrastre, creados a lo largo de estaseccin del pozo, es bsicamente una funcin del peso de la tubera de revestimiento. La flexin seproduce cuando las fuerzas de compresin resultantes del arrastre pliegan la tubera contra la pareddel pozo, generando una configuracin sinusoidal (inserto, extremo superior). Con el tiempo, si lascargas continan creciendo, la tubera se curvar helicoidalmente (inserto, extremo inferior), y enese momento el movimiento descendente se detendr.

Tensiny compresin

de la sarta

Rotacin

Tensin ycompresinde la sarta

Peso de la tubera

Rotacin

Fuerza de contacto

TorqueArrastre axial

Tensin y compresin de la sarta

TorqueArrastre axial

Fuerza de contacto

Rotacin


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Volumen 22, no. 3

lugar en un pozo de alcance extendido, la capaci-dad del perforador para liberar la tubera sereduce por el alto ngulo del pozo, lo que limita lacantidad de peso o tensin que se transmite alBHA. Habitualmente, en un pozo convencional, latubera puede considerarse atascada en formapermanente si con 667 000 N (150 000 lbf) desobretraccin no puede ser movida. En un pozo dealcance extendido, la incapacidad para transmitir

peso o tensin puede llevar ese valor a 89 000 N(20 000 lbf).13El problema se intensifica en pre-sencia de grandes fuerzas de arrastre, ya quepuede resultar imposible ejercer una fuerzaascendente suficiente como para emplazar y acti-

var los percusores de perforacin.14

Dado que los pozos de alcance extendido son tansusceptibles a los efectos de la friccin, los ingenie-ros de planeacin deben simular todas las operacio-nes importantes para garantizar su factibilidad y elhecho de que las cargas se encuentren dentro delmites aceptables. Esto requiere el empleo de pro-gramas de modelado del torque y el arrastre.

Los modelos de torque y arrastre utilizan unfactor de friccin adimensional que da cuenta deuna serie de elementos que impactan el movi-miento de la tubera, a saber: la lubricidad del sistema de lodo

la rigidez de la tubera

las capas de recortes

la interaccin entre el estabilizador y el centralizador

el atascamiento diferencial

los efectos de pistn hidrulico

las hendiduras (canaletas).

Con la rigidez de la tubera se intenta darcuenta de los esfuerzos laterales adicionales ejer-cidos sobre la tubera, en lugar de un modelo detubera blanda, que asume que el tubular se ade-cua al perfil del pozo. Los estabilizadores y los cen-tralizadores son dispositivos mecnicos, fijados a

la sarta de perforacin o a la tubera de revesti-miento, para mantenerlos en el centro del pozo.Los efectos de tipo pistn hidrulico son causadospor el desplazamiento de la tubera a travs de losfluidos presentes en el pozo, de forma que se creangolpes de presin. Las hendiduras (canaletas) seproducen cuando la columna de perforacingenera un canal angosto en uno de los lados delpozo, en una seccin de incremento angular, dereduccin angular o de cambio de direccin. El

BHA de mayor dimetro no puede ser retrotratravs de este canal angosto y, cuando los operres pretenden desplazar la sarta de perforahacia la superficie, ste se asienta.

Las variaciones pequeas, producidas efactores de friccin, pueden incidir significamente en los clculos del torque y el arrastrecambios introducidos en parmetros tales cla densidad del lodo, el trayecto del poz

seleccin de la profundidad de entubacindiseo de la sarta de perforacin o de la tubde revestimiento, pueden causar estas varines durante la perforacin. Por consiguientcrucial que durante la planeacin de un pozalcance extendido, se considere una gama cuada de factores de friccin. Los ingenierolizan los anlisis de riesgos de torque y arrapara determinar los resultados posibles cuanfactor de friccin vara (arriba).

11. Mohammed N, Chernov M, Manalac-Trn E y KaydalovY: Focused Risk-Management Brings a Step-ChangeImprovement in Drilling Performance at SakhalinsOdoptu ERD Development, artculo SPE 102818,presentado en la Conferencia y Exhibicin Tcnica delPetrleo y el Gas de Rusia de la SPE, Mosc, 3 al 6 de

octubre de 2006.12. El atascamiento diferencial se produce cuando la sarta

de perforacin no puede ser movida (rotada o invertida),a lo largo del eje del pozo. El atascamiento diferencial

tiene lugar habitualmente cuando se ejercen fuerzas decontacto altas, causadas por las presiones bajas delyacimiento, las presiones altas del yacimiento, o ambas,sobre un rea suficientemente grande de la sarta deperforacin. La fuerza de atascamiento es un productode la presin diferencial, existente entre el pozo y elyacimiento, por el rea sobre la que acta esa presindiferencial. Esto significa que una presin diferencialrelativamente baja, aplicada sobre un rea de trabajogrande, puede ser tan efectiva para el atascamiento dela tubera como una presin diferencial alta aplicadasobre un rea pequea.

13. Mims and Krepp, referencia 4.

14. Los percusores (tijeras) de perforacin son dispositivos

mecnicos utilizados en el fondo del pozo para liberarla tubera atascada, a travs de la transmisin de unacarga de impacto a otro componente del fondo delpozo. El perforador emplaza y activa los percusoresde perforacin, tirando lentamente de la sarta deperforacin mientras el arreglo BHA queda atascadoen su lugar. Dado que la parte superior de la sarta deperforacin se desplaza hacia arriba, se estira yalmacena energa. Cuando los percusores alcanzansu punto de activacin, una seccin del percusor sedesplaza sbitamente en sentido axial respecto de unasegunda seccin, y los percusores suben rpidamentede manera similar al movimiento del extremo de unresorte estirado cuando se lo suelta. Esta seccin enmovimiento golpea en un resalto de acero, impartiendouna carga de impacto.

>Anlisis del riesgo de arrastre. Las variaciones secundarias de los factores de friccin pueden teun impacto significativo sobre el torque y el arrastre en los pozos de alcance extendido. Durante la etde planeacin, es esencial que se analicen los factores de friccin para determinar la sensibilidad a lavariaciones en la densidad del lodo, el trayecto del pozo, los perfiles del pozo o la configuracin de lasarta de perforacin. Este ejemplo corresponde a una tubera de revestimiento flotante de 9 5/8pulgadacorrida en un pozo con un factor de friccin previsto de 0.50 en agujero descubierto. La tensinsuperficial al bajar la herramienta (slackoff) es equivalente a la lectura esperada de un indicadorde peso ubicado en la superficie, a medida que la tubera de revestimiento se baja en el pozo.Las curvas rojas representan diversos factores de friccin, que oscilan entre 0.30 y 0.70. En este

caso, si el factor de friccin es slo levemente mayor que 0.50, el peso de la tubera de revestimiense volver negativo, lo que significa que la combinacin de la friccin con la flotabilidad de la tubede revestimiento en los fluidos del pozo ser mayor que el peso de la tubera de revestimiento.Esto impedir que la tubera de revestimiento llegue al fondo. La de la tubera de revestimiento flotes una tcnica en la que el fluido de perforacin es reemplazado por aire en aquella parte de la

tubera de revestimiento que corresponde a la seccin tangencial. Esto incrementa la flotabilidad la tubera de revestimiento, lo que reduce el torque y el arrastre mediante la reduccin de la fuerza

de contacto entre sta y la pared del pozo. Si bien esto elimina la opcin de circular, puede aligeratubera de revestimiento suficientemente como para que sea rotada, lo que hace posible contrarrelos efectos del torque y el arrastre.

Profundidad

,m

Tensin superficial al bajar la herramienta, 1 000 lbf

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

5 000

5 500

6 000

6 500

7 000

7 500

8 000

8 50014012010080604020020406080100

0,70 0,60 0,50 0,40 0,30

Seccin de pozo entubado


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14 Oilfield Review

Profundidadmedida,

pies

Torque fuera del fondo, 1 000 pies.lbf

0

5 000

10 000

15 000

20 000

Torque fuera de fondo y torque de perforacin, medidos

Cargas ECD y tamao promedio del pozo

25 000

30 000

35 000

40 000

45 000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Profundidadmedida,

pies

ECD, lbm/galn estadounidense

0

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

30 000

35 000

40 000

45 0009 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Torque fuera de fondo medido

Torque de perforacin medido

Lmite del equipo de superficie

Tamao del agujero descubierto: 8,5 pulgadas



Densidad medida del lodo

ECD calculada por MOQ

450 psi por encima de la presin de poroen el taln

, Eliminacin del factor limitante. A partir deuna revisin del campo Al-Shaheen, MOQ dedujque la longitud de las secciones horizontalesen el campo estaba limitada por la capacidadde torque de las conexiones de la columna deperforacin y las cargas ECD, ms que por lacapacidad de la cabeza rotativa superior o delequipo de perforacin (extremo superior). Paraestablecer su longitud rcord en el pozo BD-04Ael operador utiliz una columna de perforacinde 5 pulgadas con conexiones de alto torque.

A 23 600 pies, se agreg una seccin de columnade perforacin de 4 pulgadas por encima delBHA. Luego, a 28 000 pies, el aditivo lubricantedel lodo de perforacin se increment de 2% a3%. Como resultado, el torque de perforacinse redujo, pasando de un promedio proyectado(no mostrado) de 26 000 pies.lbf [35 000 N.m]a un promedio medido, oscilante entre 14 000 y21 000 pies.lbf [19 000 y 28 000 N.m]. Los factoresde friccin de 0.20-0,24 se redujeron a 0,18-0,21.Al mismo tiempo, el incremento del rea deflujo creada por la seccin de la columna deperforacin de dimetro ms reducido porencima del BHA redujo la ECD, de 15,2 a14,3 lbm/galn estadounidense [1 797 a1 714 kg/m3] (extremo inferior). (Adaptado

de Sonowal et al, referencia 2.)

La flexin tambin puede convertirse en udesafo significativo durante la perforacin dpozos de alcance extendido. Este fenmeno pocconocido es el resultado del arrastre acumuladque aplica fuerzas de compresin sobre la sarta dperforacin o la tubera de revestimiento y pro

voca un cambio de comportamiento en la sarta. Lflexin tambin se produce en el BHA, pero especialmente desde la aparicin de los sistemas RSSla capacidad para manejarlo ha mejorado.

Como sucede con todos los problemas de lopozos de ERD, la posibilidad de que se produzca efenmeno de flexin debe ser considerada durantla planeacin del pozo. A la hora de seleccionar lotubulares, planificar las tasas de giro e incrementangular, y disear los espacios anulares en las secciones inferiores del pozo, los ingenieros debeestar particularmente al tanto de la posibilidad dque se registre el fenmeno de flexin.

Otras de las medidas proactivas para ayudar evitar el fenmeno de flexin implica mantenela sarta de perforacin rgida, evitando al mismtiempo el agregado de peso que puede exacerba

los problemas de torque y arrastre. Dado que lrigidez de la tubera es una funcin de su radioen los pozos de alcance extendido se ha utilizaduna columna de perforacin de dimetro mgrande para combatir la flexin. No obstante, eimportante considerar el impacto de las prdidade presin por friccin resultantes sobre la ECD


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Volumen 22, no. 3

torque y el arrastre indic que las cargas en lanueva TD excederan las capacidades de lacabeza rotativa superior y de la sarta de perfora-cin. Al mismo tiempo, las ECD seran inacepta-blemente altas con la columna de perforacinexistente de 5 pulgadas y las propiedades tradi-cionales del lodo.

El modelado indic que estas ECD y estos esfuer-zos de torsin podran alcanzar niveles acepta-

bles, si se utilizaba una sarta de perforacin cnica(tapered) de 4 por 5 pulgadas. El modelo determinadems que una sarta cnica generara una presinde bombeo ms alta y reducira la tasa de flujo en laTD, y que la longitud de la seccin de 4 pulgadas erael factor de limitacin en el equilibrio del conflicto.El diseo final, que concili los esfuerzos de torsin

y arrastre, los componentes hidrulicos y los mode-los de ECD, incluy 2 133 m [7 000 pies] de columnade perforacin de 4 pulgadas y 4 572 m [15 000 pies]de columna de perforacin de 5 pulgadas conconexiones de alto torque agregadas a la parte supe-rior de la sarta de perforacin (pgina anterior).

La seccin del pozo de 81/2pulgadas fue perforadaen dos carreras. En la primera se utiliz un sistemaRSS de tipo empuje de la barrena PowerDrive X5para alcanzar 10 326 m [33 877 pies], con un pro-ceso de monitoreo del torque de perforacin, queindic un factor de friccin oscilante entre 0.18 y0.21. Durante esa primera carrera, los niveles deladitivo lubricante se incrementaron de 2% a 3%para reducir el torque y la severidad del atasca-miento/deslizamiento y, por consiguiente, las

vibraciones, lo que permiti al perforador mante-ner la ROP sin daar el BHA. El torque de perfo-

racin alcanz su punto mximo en el lmite de lacabeza rotativa superior de 36 000-39 000 pies.lbf[49 000-53 000 N.m]. Luego, el operador levantla columna de perforacin de 4 pulgadas parareducir el torque y las cargas ECD.

La segunda carrera que se realiz con unasarta de perforacin cnica de 4 por 5 pulgadasde inmediato gener un grado suficiente de tor-que y mejoras de la ECD para permitir perforarhasta una TD final de 12 290 m [40 320 pies] deMD. Esto incluy un giro acimutal de 35.

Adems, se utiliz un sistema RSS de tipo direc-cionamiento de la barrena PowerDrive Xceed

porque requiere menor cada de presin a lolargo de la herramienta que el diseo del sistemade empuje de la barrena. Tambin se incluy enel clculo un rea de flujo ms grande del sistemabarrena-boquilla para mejorar la presin de bom-beo y la tasa de flujo en la barrena.

El operador logr esta longitud rcord, con elnfasis puesto en el manejo de la ECD y la adopcin

15. Sonowal et al, referencia 2.

La desviacin a lo largo del pozo es la distanciahorizontal medida, desde la superficie hasta el fondodel pozo, si se eliminan los cambios de acimut y sedesenrolla el pozo.

Adems, existen otras medidas disponibles, talescomo herramientas especiales de fondo de pozoque reducen los esfuerzos de torsin y arrastre oque facilitan ms la transferencia de la carga.

Una solucin modelo

El Bloque 5 del campo Al-Shaheen, situado en elrea marina de Qatar, se caracteriza por la bajaproductividad de sus pozos verticales, y su desa-

rrollo con pozos convencionales requerira ungran nmero de plataformas. Por otro lado, lasreservas hidrocarburferas del campo son areal-mente extensivas. Estos factores lo convierten enun prospecto particularmente adecuado para unaestrategia de ERD, pero el operador, Maersk OilQatar AS (MOQ), deba superar primero los pro-blemas de torque y ECD que amenazaban conlimitar las longitudes del alcance horizontal.

MOQ apunt como objetivos a las formacionescarbonatadas Kharaib B y Shuaiba, de edad CretcicoInferior, y a la formacin de areniscas Nahr Umr. Laformacin Kharaib B corresponde a una capa carbo-

natada lateralmente uniforme, de aproximada-mente 24 m [80 pies] de espesor, con un objetivoprospectivo de 8 m [25 pies] de espesor. La forma-cin Shuaiba exhibe cambios de facies laterales ycontrastes de permeabilidad y posee un espesor deaproximadamente 60 m [200 pies] con un objetivoprospectivo de unos 6 m [20 pies] de espesor. Laformacin Nahr Umr corresponde a una secuenciade areniscas de 20 pies de espesor con objetivosprospectivos compuestos por areniscas de un espe-sor permeable de 1.5 m [5 pies] o menor.

En 1994, el operador perfor una seccin hori-

zontal de 3,1 km [1,9 milla], que bati rcords, uti-lizando motores de desplazamiento positivo yestabilizadores de calibre ajustable. Mediante laadopcin de nueva tecnologa no bien estuvo dis-ponible, la compaa mejor ese logro. En mayode 2008, MOQ termin una seccin horizontalrcord de 10,9 km [6,8 millas], con una profundi-dad medida de 12,3 km [7,6 millas], que en esemomento fue la desviacin a lo largo del pozo demayor longitud del mundo: 11,6 km [37 956 pies o7,2 millas].15

La profundidad medida original del pozo iba aser de 8,8 km [5,5 millas], pero el operador opt

por extenderla para evaluar el flanco oriental eincrementar la exposicin del yacimiento, utili-zando un solo pozo. No obstante, el modelado del

de medidas para controlar el factor de fricdurante la fase de planeacin del pozo. Las simciones indicaron que si las tasas de prdida de clacin inducidas por la ECD se mantenan en niaceptables, el pozo podra haber sido perfohasta aproximadamente 13 400 m [44 000 ppunto en el cual habra alcanzado el lmite deque de la cabeza rotativa superior.

Perforacin en cursoOriginalmente, la construccin de pozos hortales largos era una decisin econmica; se logms zona productiva expuesta por el costo dpozo o bien se explotaban numerosas formacipor el costo de una sola localizacin de super

Al actuar como tneles de disparos de gran ditro y penetracin profunda, los pozos horizontambin constituyen una respuesta para el dede lograr tasas de flujo econmicas desde fociones compactas y de escaso espesor.

Pero, dado que la industria ha aprendiperforar pozos ms all de los lmites alguna

impuestos por el torque, el arrastre, la ECD capacidades del equipo de perforacin, la pracin de pozos ERD se ha vuelto atractivamotivos ajenos a los aspectos econmicos. Cqued demostrado en el campo Wytch FarmInglaterra, los pozos horizontales de gran lotud constituyen adems alternativas ambiemente aceptables. Las formaciones a las quepozos apuntan como objetivos se encuendebajo del rea ecolgicamente sensible de PHarbour. Mediante el emplazamiento de las lizaciones de superficie en tierra firme a c

distancia de la lnea de costa y la ejecucin doperaciones de perforacin muy por debajo dedel puerto, el curso de agua y sus adyacencias indiatas permanecieron aislados de la actividadoperador. Esta eleccin de perforacin permitiel rea permaneciera visualmente atractiva y rela amenaza de contaminacin ecolgica.

Hoy, el mundo se encuentra ante un dilLos seres humanos han tomado conciencia fragilidad del medio ambiente y a la vez esa glizacin ha elevado el estndar de vida de millde personas. Pero el precio de esa prosperidala generacin de una demanda insaciable de

bustibles a base de hidrocarburos, lo que ems perforaciones. La aplicacin de prcticaERD para acceder a ms depsitos, a la vez quperforan menos pozos desde un nmero menolocalizaciones de superficie, es una medidaest utilizando la industria del sector petrolerexploracin y produccin para ayudar a concestas realidades en conflicto.


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Robots al rescate

Otrora tema de ciencia ficcin, los robots evolucionaron para convertirse en unarama especializada de la ingeniera y la tecnologa. Estas mquinas se encuentran

en una diversidad de aplicaciones, que abarcan desde la exploracin del espacio

hasta la ayuda domstica. Al liberar a la humanidad de peligros y tareas tediosas,

los robots estn haciendo que lo improbable se torne posible.

Geoff Downton

Stonehouse, Inglaterra

Steve Gmez

Sugar Land, Texas, EUA

Mark Haci

Eric Maidla

Houston, Texas

Charles Royce

Oceaneering International, Inc.

Houston, Texas

Traduccin del artculo publicado en Oilfield Review,Otoo de 2010: 22, no. 3.

Copyright 2011 Schlumberger.Por su colaboracin en la preparacin de este artculo,se agradece a Michael Tempel, Cambridge, Massachusetts,EUA; Charlie Vaida, iRobot Corporation, Bedford,Massachusetts; y a Summer Wood, OceaneeringInternational, Inc., Houston.

SLIDER es una marca de Schlumberger.

AESOP y da Vinci son marcas de Intuitive Surgical, Inc.Aware 2, Genghis, iRobot, PackBot y Roomba son marcasde iRobot Corporation.

Google es una marca de Google, Inc.

Al revelarse la tragedia de la plataformaDeepwater Horizon, millones de personas per-manecieron paralizadas frente a sus videos y tele-

visores, observando las transmisiones en vivorealizadas desde vehculos operados en formaremota (teledirigidos) (ROV), ubicados en elfondo del ocano. Ms all de las capacidadeshumanas a profundidades de agua mayoresque las correspondientes al rango de los submari-nos inhabitables estos hroes robticos ejecu-taron tareas increblemente intrincadas.

No obstante, la robtica abarca mucho msque las operaciones ocenicas remotas. En lasociedad moderna, los robots ejecutan una diver-sidad de funciones, liberando a los seres huma-

nos de tareas repetitivas y cotidianas, por unlado, a la vez que realizan trabajos peligrosos quetrascienden las capacidades humanas, por elotro. Los robots industriales se utilizan en unaamplia gama de roles, principalmente en lasfbricas. Los robots de servicio operan en los qui-rfanos de los hospitales, en los campos de bata-lla, en el espacio exterior y en los hogares, ytambin en los campos petroleros. Este artculoofrece un relato del campo de la robtica y pre-senta alguna de sus diversas aplicaciones.

Mquinas amenazantes

En la Inglaterra de comienzos de la dcada de1800, la Revolucin Industrial produjo cambiosprofundos que modificaron el paisaje fabril. Unode los subproductos de los cambios producidosen los mtodos de manufactura fue el desplaza-miento de los trabajadores manuales tradiciona-les. En la industria textil, este fenmeno resultespecialmente pronunciado ya que grandesnmeros de trabajadores no calificados fueronreemplazados por telares automatizados.

Lamentablemente, estos trabajadores contaban con pocas alternativas laborales y, en uestado de desesperacin, un grupo se amotin

atac al presunto enemigo: el telar mecanizadoEste movimiento extrajo su nombre del joven NeLudd quien, si bien no form parte de estrevuelta, en un arrebato de ira haba destrozadlos bastidores 30 aos antes. Las acciones de loludistaso luditastuvieron una vida corta yque fueron reprimidas rpidamente por la inter

vencin militar pero se estableci un odio profundo entre el hombre y la mquina. El conceptde robots y robtica se desarroll en el contextde esta relacin confrontada.

La palabrarobotapareci por primera vez e

una obra de ciencia ficcin de 1921, R.U.R. (RobotUniversales de Rossum), del dramaturgo checKarel Capek. Proveniente del vocablo eslavo rabotaque significa servidumbre, y robota, que significtrabajo forzado o tedioso, el trmino robot srefiere a un trabajador aplicado. Los robots dCapek fueron relegados a tareas domsticas, liberando a la humanidad del trabajo tedioso y dehasto. Pero, al final, los robots se rebelaron y sconvirtieron en opresores de los hombres. A partide esta aparicin inoportuna, surgi un gnerliterario en el que los robots eran caracterizadofrecuentemente como enemigos ms que com

asistentes, que reflejaban quizs los temores de loanteriores ludistas.

Aproximadamente 20 aos despus, IsaaAsimov, uno de los primeros maestros de la ciencia ficcin, introdujo el concepto de tica robtica con sus Tres Leyes de la Robtica. 1sta sreconoce en general como la primera vez en quse utiliz el trmino robtica, que ahora se hconvertido en una rama aceptada de la ciencia la ingeniera. En las novelas de Asimov, los robot


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antropomrficos sensibles eran casi humanospero carecan de emociones. Estos robots difie-ren considerablemente de las mquinas robti-cas de la sociedad moderna que, aunque siguencareciendo de emociones, han abandonado laspginas de las obras de ciencia ficcin para intro-ducirse en fbricas, granjas, campos petroleros,hogares y una diversidad de otros ambientes.

De la ficcin a la industria

No existe consenso absoluto acerca de lo queconstituye un robot. Segn la mayora de las defi-niciones, se trata de una mquina guiada por con-

troles automticos que a menudo reemplaza elesfuerzo humano. Con este concepto en mente,surgi un candidato probable para el primerrobot como sucede con muchos inventos pornecesidad, si bien es difcil conferir el ttulo deprimero cuando las definiciones son un tantoborrosas y existen intereses encontrados en rela-cin con dicho ttulo.

A comienzos de la dcada de 1940, durante elProyecto Manhattan, era imposible manipular enforma directa los materiales radioactivos objetode estudio. Los cientficos desarrollaron un tele-manipulador que permita que los operadoresejecutaran tareas rudimentarias en forma remota

y con una relativa seguridad.2Si bien el disposi-tivo podra atribuirse el carcter de primero,pues fue parte del proyecto ultra secreto de desa-rrollo de la primera bomba atmica, no estaba alalcance del pblico general y era desconocidopara ste.

Hoy en da, el rol de la telerrobtica en la indus-

tria nuclear se encuentra bien consolidado; lasmquinas robticas manejan cada una de las par-tes del ciclo de vida del combustible. Esto incluyeel transporte, el almacenamiento, el aprovisiona-miento de combustible y la recuperacin de las

varillas de combustible y, por ltimo, el desman-telamiento. Las centrales nucleares cuentan conrobots para una segunda lnea de defensa, dise-

ada para desmantelar y remover los robots primera lnea en caso de que queden atascen el reactor.

El primer dispositivo robtico comercial gralmente reconocido fue un invento de GeDevol y Joseph Engelberger, quienes en el1956 ofrecieron a la venta el manipulador Unimdefinido por el Instituto de Robtica de Amcomo un manipulador industrial. Unimate erbrazo hidrulico controlado electrnicampara la ejecucin de tareas preprogramadasfue vendido en primer trmino a General Mot

1. Las Tres Leyes de la Robtica de Asimov son las

siguientes:Un robot no puede daar a un ser humano o, por suinaccin, dejar que un ser humano sufra dao.

Un robot debe obedecer las rdenes que le son dadpor un ser humano, excepto si estas rdenes entranconflicto con la Primera Ley.

Un robot debe proteger su propia existencia mientradicha proteccin no entre en conflicto con la Primeo la Segunda Ley.

2. Murphy RR: Introduction to AI Robotics. Cambridge,Massachusetts, EUA: The MIT Press, 2000. Fotografutilizada con la autorizacin de OceaneeringInternational, Inc.

Fotografa utilizada con autorizacin de Oceaneering International


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General Electric (arriba).3Los manipuladores indus-triales y los vehculos guiados automatizados sonlas dos tecnologas robticas ms comunes queevolucionaron para ser utilizadas en el mbitoindustrial. En el ao 2000, los procesos de manipu-lacin de materiales y los manipuladores utiliza-dos para las operaciones de soldadura ocupabantres cuartas partes de las aplicaciones de losrobots industriales en EUA.

Anteriormente, la tendencia en materia deaplicaciones industriales de la robtica se centren la produccin en serie, concepto que habracomplacido a Henry Ford, a quien se le atribuye

el desarrollo del mtodo de montaje en cadena dela produccin automotriz. Los cuatro principiosde la produccin en serie de Ford piezas inter-cambiables, flujo continuo, reduccin de residuos

y la divisin del trabajo resultan adecuadospara los robots. La divisin del trabajo permiteque un trabajador de la lnea de montaje se con-centre en la ejecucin optimizada de una tareaen lugar de tener que ejecutar mltiples tareas,

posiblemente con menos eficiencia. Segn ellegado de Ford, no debera sorprender que laindustria automotriz mundial emplee ms robotsque todas las otras industrias juntas.

La introduccin exitosa de los robots industriales en la fabricacin de automviles prontfue imitada por otras industrias. La introduccigeneralizada de los robots en los lugares de trabajo trajo aparejado el hecho de que los fabricantes comenzaran a demandar una importantpersonalizacin para los productos. Esta necesdad de personalizacin, a diferencia de la unifomidad que caracteriza a la cadena de montaje, fu

percibida por los especialistas de la industria robtica como un revs en relacin con la aceptacide los robots en ciertas industrias. La dificultaasociada con los procesos de reorganizacin reprogramacin sum otras deficiencias indeseadas. No obstante, en la dcada pasada se experment un resurgimiento de los robots en el sectomanufacturero, especialmente en Asia, dondJapn lidera la bsqueda de la robotizacin. Hoy eda, existe ms de un milln de robots industriales operando en todo el mundo (abajo).4

No obstante, las fbricas de ningn modrepresentan el nico lugar para los robots. L

exploracin automatizada del espacio constituyun rea ideal para el empleo de la robtica. En loprimeros das de la exploracin del espacio, se asuma que los vuelos espaciales tenan que ser tripulados para ejecutar las tareas necesarias para lejecucin del viaje. Pero esto no result ser as. Lnica incursin en la superficie de un planeta diferente del nuestro, es decir la incursin en Martefue la de las naves robticasSojourner, en 1997,

Spirit y Opportunityen 2004 (prxima pginaLas naves espaciales robticas automatizadaVoyager 1y Voyager 2, se destacan por ser los n

cos dispositivos hechos por el hombre que partieron desde nuestro sistema solar.Estos viajeros del espacio, aunque no so

autnomos, fueron diseados para detectar s

>El primer robot comercial. El robot industrial Unimate poda manipularpiezas de 226 kg [500 lbm] de peso. Este robot remova las piezas fundidasen caliente de las prensas y las apilaba para que fueran utilizadasposteriormente. Tambin se utiliz para colocar bastidores de automvilessoldados. (Copyright de la fotografa, Joseph Engelberger.)

>Desarrollo de los robots industriales. El clima econmico mundial produjo la suspensin de las nuevas instalaciones de robots industriales en el ao 2009no obstante, ese ao, las existencias estimadas de robots industriales operacionales alcanzaron un milln de unidades (izquierda). Entre el ao 2006 y elao 2009, Japn estuvo a la cabeza de todos los pases en la bsqueda de la robotizacin industrial (derecha). (Adaptado de la Federacin Internacionalde Robtica, referencia 4.)

1 200

1 000

800

600

400

200

0

Nmerod

eunidades,

1000

1973 1983 1990 1995 2000

Existencias operacionales mundiales de robots industrializados

estimado

pronosticado

2005 2009 20133

66

454

605

750

923

1 0251 100

40 000

35 000

30 000

25 000

20 000

15 000

10 000

5 000

0

Nmerodeunidades

Japn Alemania Amricadel Norte

2006

2007

Coreadel Sur

China Italia

Los mercados ms grandes para los robots industriales entre 2006 y 2009

estimado

2008

2009


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entorno y ejecutar tareas sobre la base de susresultados. La distancia y el tiempo existentesentre la emisin y la recepcin de los comandostornan impracticable el proceso de controlremoto. En consecuencia, la intervencin de loscientficos que trabajan en el rea astronutica fueesencial en muchos de los desarrollos registradosen el campo de la inteligencia artificial (AI).Las lecciones aprendidas con la nave Sojourner

fueron aplicadas en las misiones espaciales poste-riores, y la tecnologa de programacin AI bsicamejor el tiempo de respuesta y la reaccin de lasnaves robticas en el entorno de Marte.

Sin embargo, para la mayora de las personas, laexperiencia ms comn con la robtica no est rela-cionada con la exploracin del espacio sino con losrobots de servicio. Esta rama de la robtica com-prende una amplia gama de aplicaciones domsti-cas, mdicas, militares y de otro tipo. Un desarrollopromisorio, dentro de esta categora, es la provi-sin de asistencia para los seres humanos minus-

vlidos fsicos. La relacin interdependiente

entre los seres humanos y las mquinas, a dife-rencia de la oposicin directa que prevaleca pre-

viamente, est abriendo el mundo para muchosseres que padecen limitaciones fsicas.

Robtica de ltima generacin

Si bien no se dispone de una definicin universal-mente aceptada, de acuerdo con la norma ISO 8373de la Organizacin Internacional para la Norma-lizacin, un robot se define como un aparato mani-pulador programable en tres o ms ejes, controladoautomticamente, reprogramable y multifuncio-

nal, que puede estar fijado en un lugar o ser mvil,y cuya finalidad es la utilizacin en aplicaciones deautomatizacin industrial.

Si se tiene en cuenta la definicin de la normaISO 8373, los robots corresponden a diversas catego-ras basadas en su nivel de complejidad. La msbsica es la teleoperacin, en la que un operadorhumano controla a un robot desde cierta distancia.Dado que el operador es remoto, se requiere algntipo de interfaz. Los ROV y los primeros telemanipu-ladores corresponden a esta categora.

Un diseo ms avanzado, la telepresencia, essimilar a la teleoperacin pero procura superar

algunas de las deficiencias de sta. La relacinmaestro-esclavo de las operaciones remotas amenudo produce fatiga cognitiva en el manipula-dor humano. ste es bsicamente el resultado deque las actualizaciones de la informacin sonmucho ms lentas de lo que espera o puede proce-sar el cerebro humano. La telepresencia a menudoincorpora la realidad virtual, un medio de inmer-sin, para reducir la fatiga cognitiva. La simula-cin de las acciones de un robot mediante

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Oilfield Review - Pozos Alcance Extendido

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