REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN

IUPSM-MARACAIBO-SEDE LOS OLIVOS CATEDRA: PERFORACION I  

 

 

PERFORACION DIRECCIONAL Y HORIZONTAL

MARLIOVER SAN JUAN 26236307

   

 

Perforación direccional

Es la desviación intencional de un pozo respecto del trayecto que adoptaría naturalmente. Esta desviación se logra a través del uso de cuñas, configuraciones de arreglos de fondo de pozo (BHA), instrumentos para medir el trayecto del pozo en el espacio tridimensional, enlaces de datos para comunicar las mediciones obtenidas en el fondo del pozo a la superficie, motores de lodo, y componentes BHA y barrenas de perforación especiales, incluidos los sistemas rotativos direccionales, y las barrenas de perforación. El perforador de pozos direccionales también explota los parámetros de perforación, tales como el peso sobre la barrena y la velocidad rotativa, para desviar la barrena lejos del eje del pozo existente.

En algunos casos, tales como en la perforación de formaciones de inclinación pronunciada o cuando existe una desviación impredecible en las operaciones de perforación convencionales, pueden emplearse técnicas de perforación direccional para asegurar que el pozo se perfore verticalmente. Si bien este objetivo puede lograrse con muchas técnicas, el concepto general es simple: direccionar la barrena en la dirección en la que se quiere perforar.

La forma más común es a través del uso de una sección acodada cerca de la barrena en un motor de lodo direccional de fondo de pozo. La sección acodada dirige la barrena en una dirección diferente del eje del pozo cuando la sarta de perforación entera no está rotando. Mediante el bombeo de lodo a través del motor de lodo, la barrena gira en tanto que la sarta de perforación no rota, lo que permite que la barrena perfore en la dirección que señala.

Cuando se logra una dirección de pozo determinada, ésta se puede mantener mediante la rotación de la sarta de perforación entera (incluida la sección acodada) de modo que la barrena no perfora en una sola dirección lejos del eje del pozo, sino que cubre una cierta área y su dirección neta coincide con el pozo existente. Las herramientas rotativas direccionales permiten el direccionamiento durante la rotación, generalmente con velocidades de penetración más altas y, en última instancia, pozos más parejos. La perforación direccional es común en yacimientos de lutitas porque permite que los perforadores logren que el pozo contacte la roca prospectiva más productiva.

Perforación direccional

- Varios Pozos desde Estructuras Artificiales

La aplicación actual más común de los métodos de desviación es en la perforación costafuera, ya que permite perforar un número óptimo de pozos desde la misma plataforma o isla artificial. Esa operación simplifica notablemente las redes de recolección y los sistemas de producción, factores que gobiernan la viabilidad económica de la industria costafuera. - Perforación en Fallas Geológicas

Otra aplicación de la perforación direccional es en el control de fallas geológicas. El pozo se desvía a través de la falla o en paralelo con ella para obtener mayor producción. Se elimina así el riesgo de perforar pozos verticales a través de planos de fallas muy inclinados, lo que puede ocasionar el deslizamiento y el cizallamiento de las sartas revestidoras.

- Localizaciones Inaccesibles

Los mismos métodos se aplican cuando la localización inaccesible de un intervalo productor dicta la necesidad de situar el equipo de perforación a distancia, como ocurre cuando se desea obtener producción de intervalos situados bajo ríos, montañas, ciudades, etc. Estos ejemplos son apenas algunos de los muchos usos de la perforación direccional. Los nuevos métodos de recuperación de petróleo actualmente en desarrollo ampliarán la escala de aplicaciones a corto plazo.

Aplicación de la Perforación direccional

 - Desviación Lateral y Enderezamiento

Se usa primordialmente para solventar dos problemas: el de apartarse de una obstrucción desviando el pozo, o el de enderezar el pozo si éste se ha torcido. - Perforación de Domos Salinos

Los programas de perforación direccional también se usan para eludir los problemas de perforación de domos salinos. Para alcanzar los intervalos productores que frecuentemente están situados bajo el tope protuberante del domo, el pozo se perfora primero en paralelo con el domo y seguidamente se desvía para que penetre bajo la protuberancia. - Pozos de Alivio

Esta técnica se aplicó inicialmente para perforar pozos de alivio, a fin de poder bombear lodo y agua para controlar pozos desbocados 

Aplicación de la Perforación direccional

Aplicación de la Perforación direccional

- Tipo tangencial La desviación deseada es obtenida a una profundidad relativamente llana y esta desviación se mantiene constante hasta el objetivo. Este tipo de pozo presenta muchas ventajas tales como:

  Configuración de la curva sencilla a lo largo de un rumbo fijo. Ángulo de inclinación moderado. Generalmente puntos de arranques someros. Menor riesgo de pega.

- En Forma de “J” Este tipo de pozos es muy parecido al tipo tangencial, pero el hoyo comienza a desviarse más profundo y los ángulos de desviación son relativamente altos y se tiene una sección de construcción de ángulo permanente hasta el punto final.

Tipos de pozos direccionales

- En Forma de “S” En este tipo de pozo la trayectoria está configurada por una zona de incremento de ángulo, otra tangencial y una de disminución de ángulo. Estos tipos de pozos pueden ser de dos formas:

Tipo “S” 

Constituido por una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial y una sección de caída de ángulo que llega a cero grados (0º).

“S” Especial 

Constituido por una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial intermedia, una sección de caída de ángulo diferente a cero grados (0º) y una sección de mantenimiento de ángulo al objetivo.

Tipos de pozos direccionales

- Inclinados o de Alto Ángulo 

Son pozos iniciados desde superficie con un ángulo de desviación predeterminado constante, para lo cual se utilizan taladros especiales inclinados. Los Taladros Inclinados son equipos cuya cabria puede moverse de 90º de la horizontal hasta un máximo de 45º.  - Horizontales

 Son pozos perforados horizontalmente o paralelos a los planos de estratificación de un yacimiento con la finalidad de tener mayor área de producción. También se denominan pozos horizontales aquellos con un ángulo de inclinación no menor de 86º respecto a la vertical. La longitud de la sección horizontal depende de la extensión del yacimiento y del área a drenar en el mismo. Según el radio de curvatura, existen cuatro tipos de pozos horizontales básicos, cada uno de los cuales poseen una técnica que va en función directa con la tasa de incremento de ángulo y del desplazamiento horizontal.

Tipos de pozos direccionales

Método tangencial (también denominado de “ángulo terminal”)

Este antiguo método se basa en la suposición de que el pozo mantiene la misma inclinación y el mismo rumbo entre estaciones, y es muy fácil de calcular. Sin embargo, es muy impreciso, especialmente en pozos de configuración Tipo I y III en los que indica menos desplazamiento vertical y más horizontal de los que hay en la realidad, y también en los de Tipo II. En los que indica más desplazamiento vertical y menos horizontal de los que realmente hay en el pozo. La falta de precisión de este método ha servido de estímulo para desarrollar medios más exactos.  Método de ángulo promedio

Se basa en la suposición de que el recinto del pozo es paralelo al promedio sencillo de los ángulos de inclinación y dirección entre dos estaciones. Este método que es mucho más difícil de justificar teóricamente es, sin embargo, lo suficientemente sencillo para usarlo en el campo, ya que los cálculos se pueden efectuar en una calculadora no programable.  Método de radio de curvatura

Este método se basa en la suposición de que el recinto del pozo es un arco parejo y esférico entre estaciones o puntos de estudio. Es teóricamente sensato y es muy preciso. Sin embargo, no es de fácil aplicación en el campo porque requiere el uso de una calculadora o computadora programable.  Método de curvatura mínima

Presupone que el pozo es un arco esférico con mínimo de curvatura: en otras palabras, que hay máximo radio de curvatura entre puntos o estaciones de observación. Aunque este método también comprende muchos cálculos complejos que requieren computadora programable, es el de mejor justificación teórica y por consiguiente el más aplicable a casi cualquier pozo.

métodos para la construcción direccional

- Profundidad desarrollada/PD (Measured depth/ MD)

Es la distancia medida a lo largo de la trayectoria real del pozo, desde el punto de referencia en la superficie, hasta el punto de registros direccionales. Esta profundidad siempre se conoce, ya sea contando la tubería o por el contador de profundidad de la línea de acero.

- Inclinación (Drift)

Es el ángulo (en grados) entre la vertical local, dada por el vector local de gravedad como lo indica una plomada, y la tangente al eje del pozo en un punto determinado. Por convención, 0° corresponde a la vertical y 90° a la horizontal.

Conceptos básicos

Azimuth (Dirección del pozo)  

El azimuth de un pozo en un punto determinado, es la dirección del pozo sobre el plano horizontal, medido como un ángulo en sentido de las manecillas del reloj, a partir del norte de referencia. Esta referencia puede ser el norte verdadero, el magnético o el de mapa. Todas las herramientas magnéticas proporcionan la lectura del azimuth con respecto al norte magnético. Sin embargo, las coordenadas calculadas posteriormente, están referidas al norte verdadero o al norte del mapa.

Rumbo

Es la intersección entre el estrato y un plano horizontal, medido desde el plano N-S.

Buzamiento

Es el ángulo entre el plano de estratificación de la formación y el plano horizontal, medido en un plano perpendicular al rumbo.

Conceptos básicos

- Mechas: son de tamaño convencional con uno o dos chorros de mayor diámetro que el tercero, o dos chorros ciegos y uno especial, a través del cual sale el fluido de perforación a altas velocidades, también puede ser utilizada una mecha bicono con un chorro sobresaliente. La fuerza hidráulica generada erosiona una cavidad en la formación, lo que permite a la mecha dirigirse en esta dirección. Este es un método utilizado normalmente en formaciones blandas y semiblandas

 - Cucharas deflectoras (guiasonda): son piezas de acero en forma de cuchara con la punta cincelada

 - Cuchara removible: se usa para iniciar el cambio de inclinación y rumbo del pozo, para perforar al lado

de tapones de cemento o para enderezar pozos desviadores. Consta de una larga cuña invertida de acero, cóncava en un lado para sostener y guiar la sarta de perforación. Posee una punta de cincel en el extremo para evitar el giro de la herramienta y de un tubo portamecha en el tope para rescatar la herramienta

Herramientas direccionales

- Estabilizador: un cuerpo estabilizador es sustentado giratoriamente por el sub estabilizador, donde el cuerpo estabilizador permanece sustancialmente estacionario en relación con el pozo de sondeo a medida que gira la sarta de perforación. Al menos una pala estabilizadora es sustentada por el cuerpo estabilizador, siendo la pala estabilizadora extensible radialmente desde el estabilizador para encajarse con la pared lateral del pozo de sondeo. Cada pala estabilizadora es extensible y retirable desde el cuerpo estabilizador independientemente de las demás. Cada una de las palas va guiada por ranuras de fondo inclinado y desplazada a lo largo del fondo por un motor eléctrico. Los motores son alimentados por baterías que se cargan por acoplamiento inductivo con bobinas de carga sustentadas por el sub estabilizador. El movimiento de las palas se controla por telemetría desde la superficie o por un sistema mwd (mediciones durante la perforación).

Herramientas direccionales

Los motores de fondo constituyen el último desarrollo en herramientas desviadoras. Son operados hidráulicamente por medio del lodo de perforación bombeado desde la superficie a través de la tubería de perforación. Pueden utilizarse para perforar tanto pozos verticales como direccionales. Entre las principales ventajas proporcionadas por el empleo de los motores de fondo podemos mencionar las siguientes:

1. Proporcionan un mejor control de la desviación.

2. Posibilidad de desviar en cualquier punto de la trayectoria de un pozo.

3. Ayudan a reducir la fatiga de la tubería de perforación.

4. Pueden proporcionar mayor velocidad de rotación en la barrena.

5. Generan arcos de curvatura suaves durante la perforación.

6. Se pueden obtener mejores ritmos de penetración.

Motor de fondo

Son pozos perforados horizontalmente o paralelos a los planos de estratificación de un yacimiento con la finalidad de tener mayor área de producción. También se denominan pozos horizontales aquellos con un ángulo de inclinación no menor de 86º respecto a la vertical. La longitud de la sección horizontal depende de la extensión del yacimiento y del área a drenar en el mismo. Adicionalmente, se requiere un ensamblaje especial de la sarta de perforación para poder obtener los grados de inclinación máximo hasta el objetivo. Según el radio de curvatura, existen cuatro tipos de pozos horizontales básicos, cada uno de los cuales poseen una técnica que va en función directa con la tasa de incremento de ángulo y del desplazamiento horizontal.

Pozos horizontales

- Radio Ultracorto: El radio de curvatura en esta técnica de perforación horizontal varía de 1 a 2 pies, y el ángulo de construcción entre 45° y 60° por pie, con sección Horizontal entre 100 a 200 pies.

- Radio Corto: En esta técnica el radio de curvatura varía de 20 a 40 pies con variaciones del ángulo de construcción de 2° a 5° por pies, con una sección horizontal de 100 a 800 pies de longitud.

- Radio Medio: El radio de curvatura varía de 300 a 800 pies, con un ángulo deconstrucción de 6° a 20° por cada 100 pies. La sección horizontal varía de 2000 a 4000 pies de longitud.

- Radio Largo: El radio de curvatura varía de 1000 a 3000 pies y el ángulo deconstrucción entre 2° y 6° por cada 100 pies. La sección horizontal varía entre 1000 y 4000 pies de longitud.

Tipos de pozos horizontales

La mayoría de yacimientos de petróleo y gas son mucho más amplios que sus dimensiones horizontales en su vertical. El perforar un pozo que intersecta dicho depósito en paralelo a su plano, es decir, la perforación horizontal, necesita perforar una mayor longitud que con una perforación vertical convencional.

La consecución de los objetivos técnicos a través de técnicas de perforación horizontal, tiene un precio. Un pozo horizontal puede llegar a costar hasta 300 por ciento más para perforarlo y comenzar la extracción que un pozo vertical convencional.

Debido a su alto costo, la perforación horizontal se limita actualmente a situaciones en las que los pozos verticales no serían tan rentables por otros costes independientes de la perforación. En un depósito de petróleo que tiene una buena permeabilidad de matriz en todas las direcciones, sin peligros por bolsas de gas o agua, la perforación de pozos horizontales probablemente serían poco rentables, ya que una buena extracción vertical podría lograr aprovechar mejor el pozo por un menor precio. Pero cuando la permeabilidad de matriz es baja en la roca del yacimiento (especialmente en el plano horizontal), o cuando existan el peligro de gas o agua que puedan interferir con la extracción, la perforación horizontal se convierte en una opción económicamente viable. 

Perforación horizontal

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