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Perforaciones Direccionales 2014

PERFORACIONES DIRECCIONALES

Los pozos direccionales pueden clasificarse de acuerdo a la forma que toma el ángulo de inclinación en:

Tipo Tangencial.En Forma de S:− Tipo “S”.− Tipo “S” Especial.Inclinados o de Alto Ángulo.Horizontales.Reentradas:− Verticales.− Direccionales.Multilaterales.

PERFORACION IIIPágina 1


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.

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.

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. Entre las características más resaltantes del equipo se pueden mencionar:

Una torre de perforación inclinada para perforar desde pozos verticales hasta pozos de 45º de desviación vertical. Brazo hidráulico para manejar tubulares que puede ser accionado desde el piso de la torre de perforación, eliminando el trabajo del encuellador de los taladros convencionales. Un bloque viajero, provisto de un sistema giratorio diseñado para enroscar y desenroscar la tubería, que se desliza a través de un sistema de rieles instalado en la estructura de torre. Sistema hidráulico especial para darle el torque apropiado a cada conexión de los tubulares.

Los equipos auxiliares del taladro permanecen fijos durante la perforación, lo que incrementa la vida útil de los mismos, por disminución el deterioro al que son sometidos durante la



mudanza entre pozo y pozo.Capacidad de movilización mediante un sistema de orugas, lo cual reduce los tiempo de mudanza.

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. Adicionalmente, se requiere un ensamblaje especial de la sarta de perforación para poder obtener los grados de inclinación máximo hasta el objetivo.

− Perforación Horizontal Vs. Perforación Vertical:

El pozo vertical atraviesa todo el espesor de la formación, mientras que en el horizontal la mecha penetra por el centro del espesor de la formación hasta la longitud que sea mecánicamente aconsejable.

−El ángulo de penetración del hoyo horizontal en la formación tiene que ver con la facilidad de meter y sacar la sarta de perforación del hoyo. A medida que la longitud del hoyo horizontal se prolonga, la longitud y el peso de la sarta que descansa sobre la parte inferior del hoyo son mayores. Esto crea más roce, más fricción, más esfuerzo de torsión y más esfuerzo de arrastre al extraer la sarta de perforación. Condiciones similares de esfuerzos se presentan durante la inserción y cementación del revestidor de terminación y durante la toma de registros o perfiles corrientes o integrantes de la sarta de perforación.

−En el hoyo vertical, el desplazamiento del flujo del gas y/o petróleo del yacimiento hacia el pozo es radial; la permeabilidad horizontal (KH) y permeabilidad vertical (KV) se miden en la dirección indicada en la figura.

Ventajas:

· Mejora la eficiencia de barrido.· Incrementa la productividad del yacimiento y mejora el recobro final del mismo, debido a que se incrementa el área de contacto entre el yacimiento y el pozo.· Reduce la conificación y/o adedamiento de los fluidos viscosos.

Desventajas:

· Altos costos de perforación, debido a que se incrementa el tiempo y el riesgo de problemas operacionales.· Las opciones de recompletación son limitadas especialmente cuando se trata de alto corte de agua y/o alta relación gas/petróleo.

Reentradas o “Reentries”:



Son pozos perforados desde pozos ya existentes, pudiéndose reperforar un nuevo hoyo utilizando parte de un pozo perforado previamente. Esta nueva sección puede ser reperforada con una sección vertical o direccional.

Multilaterales:Consisten básicamente en un hoyo primario y uno o más hoyos secundarios que parten del hoyo primario, cuyo objetivo principal es reducir el número de pozos que se perforan, además de optimizar la producción de las reservas. Según la geometría del yacimiento se pueden construir distintas configuraciones de pozos multilaterales para lograr drenar los yacimientos de manera más eficiente, entre ellas tenemos:

Hoyos de Diámetro Reducido o “Slim Hole”:Son pozos que se perforan con propósitos de hacer el trabajo economizando recursos y obteniendo más provecho, utilizando mecha de 7” o menos. La utilización de este método es muy efectiva en exploración y/o captura de información sobre los yacimientos.

Herramientas utilizadas.

Herramientas Deflectoras:Son las encargadas de dirigir el hoyo en la dirección predeterminada, dentro de las cuales tenemos:

−Mecha: constituye la herramienta básica del proceso de perforación, ya que permite cortar y penetrar las formaciones. En perforación direccional suelen utilizarse mechas 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 y la fuerza hidráulica generada erosiona una cavidad en la formación, lo que permite a la mecha dirigirse en esta dirección. Este método se utiliza normalmente en formaciones blandas.

−Cucharas Deflectoras (“Whipstocks”): son piezas de acero en forma de cuchara con una punta cincelada colocada en el hoyo para iniciar la desviación del hoyo. Pueden ser de tres tipos:

a) Cucharas removible: consta de una larga cuña de acero, cóncava de un lado para sostener y guiar la sarta de perforación, posee una punta de cincel para evitar el giro y de un tubo portamecha para recuperar la herramienta.b) Cuchara de circulación: su instalación es igual a la anterior, pero en este caso el fluido de perforación circula por un orificio en el fondo removiendo los ripios.c) Cuchara permanente tipo revestidor: queda permanentemente en el pozo y su principal aplicación es desviar a causa de una obstrucción colapso del revestidor o para reingresar a un pozo existente con un pez.

− Motores de Fondo: tienen la particularidad de eliminar la rotación de latubería, mediante una fuerza de torsión en el fondo, impulsada por el lodo deperforación. Pueden ser:

a) Tipo Turbina: es una unidad axial multietapa que demuestra ser muy eficientey confiable, especialmente en formaciones duras.b) De Desplazamiento Positivo: consta de un motor helicoidal de dos etapas,válvula de descarga, conjunto de bielas, conjuntos de cojinetes y ejes.



Herramientas de Medición:

Cuando se está perforando un pozo direccional, se deben tener los equipos de medición para determinar precisamente la dirección e inclinación del pozo. Estos equipos o instrumentos sirven para localizar posibles “patas de perro” o excesivas curvaturas.Las herramientas de medición son los equipos disponibles para conocer la inclinación y dirección del pozo en el subsuelo. Las más usadas son:

−Péndulo invertido o Totco: es uno de los más elementales y sencillos instrumentos con los que se puede detectar la desviación.−Toma sencilla o “Single Shot” y tomas múltiples o “Multishot”: son métodos magnéticos que requieren el uso de una barra no magnética (monel) y ofrecen la información simultánea del rumbo e inclinación del pozo. La información es obtenida después que la sección es perforada y arroja lecturas según la calibración de un cronómetro.



POZOS DIRECCIONALES TIPO "S"Este tipo de perforación se desvía cerca de la superficie, después de que ha logrado la desviación, se coloca y cementa la tubería de revestimiento superficial.

La perforación continúa a lo largo de este curso desviado, hasta que se alcanza el desplazamiento

lateral deseado; entonces el hoyo se regresa hacia la vertical y se coloca una sarta intermedia de

tubería de revestimiento. La perforación se reanuda en el agujero vertical y el agujero permanece

vertical hasta que se alcanza la profundidad total.

Este patrón es utilizado en pozos profundos, en áreas en las cuales las dificultades con gas, flujo

de agua salada, etc. Exigen la colocación de una tubería intermedia, también permite la separación

más precisa de los fondos de agujeros en zonas productoras múltiples.


http://2.bp.blogspot.com/__nRwW6ejU8U/S0l0gX6pbGI/AAAAAAAACeQ/JHtoXCAAo1Q/s1600-h/Pozo+direccional+tipo+S.jpg


CARACTERISTICAS DE LOS POZOS TIPO “S”

Un KOP a poca profundidad.

Una sección de construcción.

Una sección tangente.

Una sección de “Caída”.

VARIACIONES

Sección de construcción, tangente y caída hacia la vertical.

Sección de construcción, tangente, caída y mantenimiento de ángulo.

Sección de construcción, tangente y una caída continúa a través del reservorio.

APLICACIONES DE LOS POZOS TIPO “S”

Se puede interceptar múltiples zonas de interés.

Se reduce el ángulo de intersección en el reservorio.

Se realizan estos tipos de pozo cuando se tiene limitaciones con el objetivo.

Por requerimientos de espaciamientos de pozos.

Cuando se realizan pozos profundos con un pequeño desplazamiento horizontal.

DESVENTAJAS DE LOS POZOS TIPO “S”

Incremento del torque y el arrastre.

Riesgo de formación de ojos de llaves (Keyseating).

Riesgo de formación de canales.



Ejemplo de Calculo de Pozo Direccional Tipo S

Dado el siguiente Esquema y los datos abajo indicados, construyamos el Perfil Direccional Tipo "S" del Pozo.

COORDENADAS DE SUPERFICIE:N: 10.000 piesE: 30.000 pies

COORDENADAS DE FONDON: 7.432 piesE: 29.312 pies

PROFUNDIDAD AL INICIO DEL DESVIO (KOP) : 1480 pies --> V1

TASA DE INCREMENTO DE ANGULO: 2º /100'

TASA DE DISMINUCIÓN DE ANGULO: 2.5º/ 100' hasta6695' (0º) ---> V4

PUNTO DE INICIO DE DESCENSO DE ANGULO: 5300' --> V3

PROFUNDIDAD VERTICAL TOTAL (TVD) = 7.200 pies --> V5

SOLUCION:


http://2.bp.blogspot.com/-eFwAuReNEwQ/UUNBGeRFGFI/AAAAAAAAC4w/CJ7Ua05B0_I/s1600/TipoS.jpg




1.- Calculamos el Desplazamiento Horizontal (Dh), D4 en el Dibujo

Dh= RAIZ CUADRADA ((Coord Norte Sup - Coord Norte Fondo)^2 + (Coord Este Sup - Coord Este Fondo)^2)Dh= RAIZ CUADRADA ((10.000 - 7.432)^2 + (30.000-29.312)^2)

Dh= 2.654,56 pies = D4

2.- Calcular la Dirección del Pozo:

DIREC = ARCTg (Coordenada E/O / Coordenada N/S)

Donde:

COORDENADA N/S = 7.432' - 10.000' = -2568'COORDENADA E/O = 29.312' - 30.000' = -688'

DIREC = ARCTg (-688 / -2568) = 15º

Por ser negativas ambas coordenadas (Tercer Cuadrante), la dirección es S15ºO, o en valores de Azimuth = 195º.

3.- Cálcular los Radios de Curvatura.

R = 180 / (Pi * Tasa de Incremento)

Tenemos Dos Curvaturas segun Grafico --> R1 y R2

R1= 180 / (Pi*2º/100') = 2864,78'R2= 180 / (Pi*2,5º/100') = 2291,83'

4.- Ahora calculamos el Ángulo Máximo, para lo cual se tienen que tomar las siguientes consideraciones:

* Si R1 + R2 > D4 -->AngMax = ArcTg( (V4-V1) / (D4-R1-R2) ) - ArcCos( (R1+R2)/(V4-V1))*Sen ( (ArcTg (V4-V1)/(R1+R2-D4) )

* Si R1 + R2 < D4 --> AngMax = 180 - ArcTg( (V4-V1) / (D4-R1-R2) ) - ArcCos( (R1+R2)/(V4-V1))*Sen



( (ArcTg(V4-V1)/(R1+R2-D4) )

Entonces --> R1 + R2 = 2864.78 + 2291.83 = 5156,61' > D4 , por lo tanto usamos la primera consideración y reemplazamos los valores en la fórmula:

AngMax= ArcTg( (6695-1480)/(5156.61+2654.56) ) - ArcCos( ( (5156.61)/(6695-1480) ) * Sen( ArcTg(6695-1480) / (5156.61-2654,46) )

Angulo Máximo = 37.5º

Con este valor obtenemos la profundidad vertical al ángulo máximo (V2)

V2 = HA + AEDonde HA = KOP y AE = A'C según el Gráfico.

Si --> Sen(37.5º) = A'C / R1 --> A'C = R1*Sen(37.5) = 2864,78* 0.6087 = 1744'.

V2 = 1480 + 1744 = 3224' .

5.- Cálculo del Desplazamiento Horizontal al Ángulo Máximo (HC)

EC = AA' = R1 - R1*Cos(37.5º) = 2865'

6.- Profundidad Medida al Ángulo Máximo: HC

HC = HA + AC , Donde :HA = KOP ,yAC = (Pi* R1*AngMax)/180 = (3,14*2865*37.5)/180 = 1875'

HC = 1875 + 1480 = 3355'.

7.- Desplazamiento al Final de la Sección Tangencial: DB

DB= EC + D´B , Donde: Tg(AngMax) = D'B / (V3-V2)D'B = (V3-V2)*Tg(AngMax)

D´B = (5300 - 3224) * Tg(37.5) = 1593' .

8.- Determinar la Profundidad Medida al final de la Sección Tangencial: HB



HB= HC + CBPara ello necesitamos obtener el valor de CBCosAngMax= CD' / CB, al despejar --> CB= CD' / CosAngMaxSi CD' = V3 - V2 = 5300' - 3224' = 2076'

Reemplazando --> CB= 2076' / Cos(37.5) = 2617'

Entonces -> HB = 3355' + 2617' = 5972'

9.- Profundidad Medida al Final del Descenso de Angulo: HF --> HF = HB + BF

Para Calcular BF = (Pi* R2 * AngMax) / 180 = (3.14 * 2292 * 37.5) / 180 = 1500'

Reemplazando --> HF = 5972' + 1500' = 7472'.

10.- Finalmente obtenemos la Profundidad Medida Total: HZ ( HZ= HF + FZ )

Para Calcular FZ = V5 - V4 = 7200' - 6695' = 505'

Reemplazando--> FZ = 7472 + 505 = 7977' .



POZOS DIRECCIONALES TIPO "J"Existen básicamente cuatro tipos de perfiles de desviación de pozos:

a) Pozo tipo J – Construir y Mantener (Build and Hold – Type Slant)

b) Pozo tipo S – En forma de S (S – Shaped)

c) Pozo tipo KOP Profundo y Construir (Deep kick-off and Build)

d) Pozos Horizontales.



Es planificado de manera que el ángulo de desviación inicial se obtenga a una profundidad no muy

grande y de ese punto al ángulo se mantiene como una línea recta hacia el objetivo. Una vez

obtenidos estos requisitos, se coloca la tubería de revestimiento superficial a través de la sección

desviada y se cementa.

Este programa se puede aplicar en dos programas de profundidad precisa. En perforación de

profundidad moderada en áreas en las que no se requiere tubería de revestimiento intermedia y

donde la roca que contiene el petróleo está en una sola zona.

Para pozos profundos, que requieran un desplazamiento lateral grande, en estos pozos la sarta de

tubería de revestimiento intermedia, se coloca a través de la sección curva hasta la profundidad

requerida. El ángulo inicial y la dirección se mantienen entones debajo de la tubería de

revestimiento hasta la profundidad total.

CARACTERISTICAS DE LOS POZOS TIPO “J”

Presenta un KOP a poca profundidad.

Una sección de construcción (que puede tener más de un BUR).

Una sección tangente.

APLICACIONES DE LOS POZOS TIPO “J“

Pozos profundos con un amplio desplazamiento horizontal.

Pozos moderadamente profundos con un desplazamiento horizontal moderado, donde no se

requiere de una cañería intermedia.



EJEMPLO

El Diseñador de Pozos tiene que planificar un punto de Partida (KOP= Kick off Point, en Inglés) para el Pozo, incluyendole una sección de construcción de ángulo para iniciar el desvío del pozo, bien sea para "by-pasear" domo salino o para alguna otra finalidad de la perforación Direccional. Se pretende en este caso de ejemplo, lograr una sección curva de1500 ft de desplazamiento horizontal programada a una TVD objetivo de 10,000 ft. Calculemos la Profundidad Medida (MD) y la Tasa de Construcción de angulo.

Con las dos siguientes formulas podemos calcular: Radio de Curvatura (Rb) y la Longitud de Hoyo (L):

solución: Dibujar un Diagrama con la Geometría

planificada del Pozo.


http://1.bp.blogspot.com/__nRwW6ejU8U/S0lw5pgPIPI/AAAAAAAACeI/L-TnUhEFNa8/s1600-h/Pozo+tipo+J.jpg


/Donde:Rb = radio de curvatura en pies (ft)q = Tasa de Construcción en Grados/ pie θ = Angulo de Construccióm

DATOS:Total TVD = 10.000 ftTVD en Sección de Construcción = 10.000' – 7.000' = 3.000 ftDesplazamiento Horizontal = 1500 ft

Del Diagrama podemos observar:

Rb = 1500 + Rb x cos (θ)1500 = Rb x (1- cos (θ)) (Ec.01)

Usando Relaciones Trigonometricas tenemos que:3000 = Rb x sin (θ) — (Ec.02)

Si dividimos Ec.02 / Ec.01, se tiene que:

– (Ec.03)

Elevando la Ec.03 al cuadrado:

– (Ec.04)

Organizando la Ec.04 se obtiene que:


http://www.drillingformulas.com/wp-content/uploads/2011/01/L.jpg


– Ec.05

Según la Relación Trigon´metrica:

Por lo tanto se puede cambiar la Ecuacion 05 de la siguiente forma:

, obteniendo la ecuación de abajo:

– (Ec.06)

Usando una relacion polinomica organizamos la ecuación de la siguiente forma:

Usando estas ecuaciones se pueden obtener dos posibilidades: cos (θ) = 3/5 ó cos (θ) = 1Por lo que se necesita chequear cual sería la respuesta correcta:cos (θ) = 1 no es real porque θ = 0 grados. Por lo tanto, cos (θ) = 3/5 es la respuesta correcta para este caso .

Usando la Ec.01, se puede obtener Rb:1500 = Rb x (1- cos (θ)) – Ec.011500 = Rb x (1- cos (53.13))1500 = Rb x (1 – 3/5)Rb = 3750 ft

Ahora se puede obtener la longitud de la sección de construcción con la ecuación de abajo:

La Profundidad Medidad (MD) total desde el taladro hasta el final de la seccion de construcción es :

MD Totall = 7000' + 3477,35' = 10.477.35 ft



Ahora determinaremos la Tasa de Construcción:

si , entonces--->

Despejando q se tiene que: q= 180/(3,14*3750)

Para reportar en grados/100', se multiplica el resultado por 100 pies, obteniendose el siguiente valor:q = 1.65 grados/100 piesq = 1.65 °/100'

RESULTADOS:

MD del Pozo = 10.477,35 ft Tasa de Incremento de Angulo: q = 1,65°/100'

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Método tangencial

El método más simple utilizado por años ha sido el método tangencial. La derivación original se desconoce. El desarrollo matemático utiliza la inclinación y dirección en una estación de registro direccional A2 (Fig. 12.17) y supone que los ángulos proyectados permanecen constantes sobre todo el tramo de trayectoria precedente DM2 a A2. Los ángulos en A1 no se toman en cuenta. Se puede demostrar que la coordenada de latitud Norte/Sur L, puede ser calculada utilizando la siguiente ecuación para cada tramo DM



Método de ángulo promedio o del promedio angular

Se ha reconocido que el método tangencial provoca un error por no considerar la inclinación y la dirección previas. El método de ángulo considera el promedio de los ángulos , , 1 1 a e y 2 2 a ,e sobre un incremento de longitud D2 para calcular L2, M2, y D2. Las siguientes ecuaciones son las relaciones de promedio angular y de ángulo promedio


http://1.bp.blogspot.com/-XljFxtsaZCE/UUNYddz5AcI/AAAAAAAAOPM/iUwijjR346Y/s1600/gr%C3%A1fica_Petrolera_4.jpg


Determinar las coordenadas de la trayectoria para los puntos de

Medición corregidos mostrados en la tabla 12.3.

Solución

Utilizando paso a paso el procedimiento de la tabla 12.2, se obtuvieron los resultados finales de la tabla 12.1 con los resultados finales


http://4.bp.blogspot.com/-_lqsuEnlbK0/UUNZKOW-dqI/AAAAAAAAOPc/OcgwpUWGv10/s1600/gr%C3%A1fica_Petrolera_6.jpg

http://4.bp.blogspot.com/-1W6k4UdrSVU/UUNY9Uix85I/AAAAAAAAOPU/dUlxKB8wWlw/s1600/gr%C3%A1fica_Petrolera_5.jpg


Método de curvatura mínima El método de curvatura mínima utiliza los ángulos en A1 y A2, y supone un pozo curvado sobre el tramo o sección D2 y no en línea recta, tal como se muestra en la Fig. 12.18.


http://1.bp.blogspot.com/-ZEsWAa2juUY/UUNceXnVFgI/AAAAAAAAOQM/E3BDFL371_A/s1600/gr%C3%A1fica_Petrolera_10.jpg

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