Elaborado porIng. Luis Mendoza.

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Última Tecnología en Perforación Direccional.

PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL

La introducción de la tecnología rotativa direccional eliminó varias de las desventajas de los métodos de perforación direccional previos. Debido a que un sistema rotativo direccional perfora direccionalmente con rotación continua desde la superficie, no existe la necesidad de deslizar la herramienta, a diferencia de las perforaciones realizadas con motores direccionales. La rotación continua transfiere el peso el peso a la mecha en forma más eficaz, lo que aumenta la velocidad de penetración. La rotación también mejora la limpieza del agujero porque agita el fluido y los recortes de perforación, permitiendo que fluyan fuera del pozo en vez de acumularse formando un colchón de recortes. Los sistemas rotativos direccionales de avanzada han sido concebidos para mejorar la circulación de los fluidos y la eliminación de los recortes. A su vez, la eliminación eficaz de los recortes reduce la posibilidad de que el arreglo de fondo de pozo (BHA) se atasque o se obture.

PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL

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PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL

La rotación continua y el mejoramiento de la limpieza del pozo reducen la posibilidad de atascamiento mecánico y diferencial de la columna de perforación. Ningún componente fijo contacta la tubería de revestimiento o el pozo. Además, la tecnología rotativa direccional mejora el control direccional en tres dimensiones. El resultado neto es un pozo más suave, más limpio y más largo, perforado en forma más rápida y con menos problemas de atascamiento de las tuberías y de limpieza del pozo. Cuanto mejor es la calidad del pozo resultante, menos complicadas resulta la evaluación de formaciones y la bajada de la tubería de revestimiento. Además, se reduce el riesgo de atascamiento.

PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL

Comparación de la calidad del pozo utilizando un motor accionado por el lodo de perforación y el sistema rotativo direccional. El motor accionado por el lodo de perforación tiende a producir un pozo irregular agrandado, o en espiral (extremo superior). El pozo perforado por el sistema rotativo (extremo inferior) es uniforme y está en calibre.

PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL

Esta amplia variedad de ventajas ha convertido a los sistemas rotativos direccionales en una parte esencial de muchos programas de perforación. Las compañías de Exploración y Producción diseñan trayectorias de pozos desafiantes, en forma rutinaria, para intersectar objetivos distintos o múltiples y maximizar la producción de petróleo y gas. Otros diseños comunes que enfrenta la perforación rotativa direccional incluyen los yacimientos compartimentalizados, los yacimientos de aguas profundas, los desarrollos con restricciones ambientales, las plataformas o las localizaciones de perforaciones distantes, e incluso ciertos campos marginales en los que el éxito económico depende de la ubicación precisa de un pozo de alta calidad. Durante las operaciones, la robusta tecnología de adquisición de registros durante la perforación “LWD”, puede ayudar a las compañías a refinar las trayectorias para sacar provecho de las capacidades de ubicación de pozos de los sistemas rotativos direccionales. El éxito de la perforación requiere herramientas de fondo de pozo que toleren ambientes de alto impacto, altas temperaturas y rocas abrasivas, con frecuencia durante el incremento angular y la perforación de pozos de alcance extendido.

SISTEMAS DE TECNOLOGÍA DE PERFORACIÓN ROTATORIA

Son herramientas que tienen la capacidad de perforar tridimensionalmente durante la rotación continua de la sarta sin la necesidad de perforación orientada (realizar deslizamiento ) y que no requieren detener la perforación para orientar la cara de la herramienta (tool face) para ajustar la trayectoria al plan.

Existen en el mercado varias herramientas que realizan este tipo de perforación, entre las cuales se tienen:

• Power Drive• Revolution• Auto Trak• Auto Trak X-Extreme

POWER DRIVE

El sistema Power Drive es un sistema compacto y poco complicado desde el punto de vista mecánico, que comprende una unidad sesgada y una unidad de control.

La unidad sesgada, ubicada directamente detrás de la mecha, aplica una fuerza sobre la mecha en una dirección controlada mientras que la columna gira. La unidad de control, que se encuentra detrás de la unidad sesgada, contiene dispositivos electrónicos, sensores y un mecanismo de control que proporcionan la magnitud y la dirección promedio de las cargas del lado de la mecha, necesaria para alcanzar la trayectoria deseada.

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POWER DRIVE

La unidad sesgada tiene tres patines externos articulados, que son activados por el flujo de lodo existente entre el interior y el exterior de la unidad sesgada. La válvula de tres vías de disco rotativo acciona los patines al dirigir el lodo en forma sucesiva a la cámara del pistón de cada patín, a medida que rota para alinearse con el punto de empuje deseado en el pozo, que es el punto opuesto a la trayectoria deseada. Una vez que un patín pasa el punto de empuje, la válvula rotativa corta el suministro de lodo y el mismo se escapa a través de una compuerta especialmente diseñada para la filtración del lodo. Cada patín se extiende no más de 1 cm durante cada revolución de la unidad sesgada. Un eje conecta la válvula rotativa con la unidad de control para regular la posición del punto de empuje. Si el ángulo del eje se encuentra geoestacionario con respecto a la roca, la mecha será empujada constantemente en una dirección, que es la dirección opuesta al punto de empuje. Si no se necesita modificar la dirección, el sistema se opera en un modo neutral, donde cada patín se extiende de a uno por vez, de manera que los patines empujan en todas las direcciones y sus movimientos se cancelan entre si.

POWER DRIVE

La unidad de control mantiene la posición angular propia del eje de impulso relativo a la formación. La unidad de control está montada sobre cojinetes que le permitan rotar libremente alrededor del eje de la sarta de perforación. Por medio de su propio sistema de activación, se puede dirigir a la unidad de control para que mantenga un ángulo de giro determinado, o ángulo de orientación de la herramienta con respecto a la roca de formación. Los sensores del acelerómetro y magnetómetro de tres ejes proporcionan información relativa a la inclinación y al azimut de la mecha, además de la posición angular del eje de impulso. Dentro de la unidad de control se encuentra unos impulsores de turbina de rotación contraria, montados sobre ambos extremos de la misma, que desarrollan el torque estabilizador necesario por medio de imanes permanentes de gran potencia, cuya acción se suma a la de las bobinas de torsión ubicadas en la unidad de control.

La herramienta se puede adecuar a las necesidades especificas de la superficie y se puede programar previamente de acuerdo con las variaciones esperadas de inclinación y dirección. Si fuera necesario modificar las instrucciones, una secuencia de pulsos en el fluido de perforación transmiten las nuevas instrucciones al fondo del pozo. El funcionamiento del sistema Power Drive puede ser monitoreado por medio de herramientas MWD y de los sensores instalados en la unidad de control, esta información será transmitida a la superficie por medio del sistema de comunicación Power Pulse.

POWER DRIVE

Los sensores adicionales que se encuentran en la unidad de control registran la velocidad instantánea de la columna de perforación con respecto a la formación, con lo cual se obtiene información útil acerca del comportamiento de la columna de sensores térmicos y de la vibración también están incluidos dentro de la unidad de control para registrar datos adicionales sobre las condiciones de fondo.

La computadora instalada a bordo muestra y registra información relativa a las condiciones de perforación, que se transmite en forma inmediata a la superficie por medio del sistema MWD o bien se recupera posteriormente. Esta información ha ayudado a diagnosticar problemas de perforación y, junto con los registros MWD, registros de lodo y de la formación, resulta de gran importancia para optimizar las operaciones futuras.

Sistema Rotatorio - Revolution

Perforación con Sistema Rotatorio

• Ensamblaje tridimensionalmente durante la rotación continua de lasarta.

• No hay necesidad de perforación orientada (Realizar deslizamiento).

• No se requiere parar la perforación para orientar la cara de laherramienta (Tool Face) para ajustar la trayectoria al plan.

Beneficios – rotación continua

• Rotación Continua

– Baja la probabilidad de pegar la tubería de perforación.

– Mejora la limpieza del hoyo.

– Mejor control de ECD’s.– Mejor transferencia de peso a la barrena – incremento en la tasa de

Penetración.

– Mejoramiento en la información de las Herramientas de Evaluación de Formación (LWD).

• No se requiere realizar deslizamientos

– Minimiza la probabilidad del efecto pandeo sinosoidal.– Menos arrastre por geometría del hoyo.

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Beneficios – Confiabilidad en el posicionamiento del Hoyo

• Orientación en la barrena a lo requerido, sin detener la perforación– Mejor confiabilidad en el control direccional

– Hoyo en calibre• Mejor resolución en la lectura de los registros.

• Mejora la bajada de revestidores.• Garantiza una excelente cementación.

RevolutionTM

Información Técnica

Revolution

• Sistema de “apuntar la Mecha” (Point the bit system).• Tasa de desviación controlada en superficie.

• Ingeniería para hoyos de 6” – 6 ¾” primero, ahora herramientas para hoyos de 8 3/8” – 12 ¼”.

• Pequeño y compacto, transportable por aire.

– Desplegué rápido• Sistema hidráulico “limpio” para larga vida.

• No hay componentes móviles que estén expuestos al lodo• Sensores cerca a la mecha o barrena.

• Soporta Alta temperatura y altas presiones.

Revolution Rotary Steerable System

• Tres componentes principales– Modulo de Electrónica y Batería

– Unidad Mecánica

– Estabilizador “Pivot”

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Revolution – mecanismo de orientación

• Sistema hidráulico mueve el mecanismo de manejo excéntricamente dentro de la camisa deorientación.

• La bomba proporciona la fuerza motriz para desviar el eje en la dirección programada.• El mecanismo de manejo se deflecta en la dirección opuesta a lo requerido para la

desviación del hoyo.• Guías no-rotativas previenen que la camisa gire. Si la camisa empieza a rotar el sistema

hidráulico re-direcciona para que se mantenga en la orientación deseada.• Si la manga de orientación comienza a rotar, el sistema de navegación dirige la hidráulica

para mantener la orientación deseada.

Revolution 4-3/4 – unidad Mecánica

Material de Fabricación: Incónela Alloy 718

Revolution – principio de orientación

• Camisa de orientación no-rotativa.

• Rotación del eje central manejala bomba hidráulica.

• Bomba provee fuerza motrizpara desviar el eje en eldirección la programada.

• Modulo electrónico proveecontrol con sistema cerrado.“Closed Loop”.

• Sensores internos monitoreanla orientación, desviación y larotación de la herramienta.

Información en cabina de perforación

Calidad de agujero con tecnología “Apuntar la Barrena”

• Herramienta operando en “Apuntar la barrena” produce significativamente mejores resultados.

• Hoyo excelente en calibre.

• Hoyo liso.

• Pata de Perro de 15 grados obtenidos durante pruebas.

Revolution – Principio de Orientación

• Sistema hidráulico autónomo ( cerrado) , “Limpio” para larga vida.

• El aceite hidráulico es filtrado en la herramienta.

• Pistones múltiples hidráulicos .

• El manifold que contiene los pistones no rota, lo cual minimiza los ciclos de uso de los pistones. Alargando la vida.

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Unidad de Control

Sensores de Inclinación y dirección (10 pies de la mecha o barrena).

Control del microprocesador para las solenoides de la unidad mecánica.

Modulo de batería inteligente.

Memoria para función de la data de la herramienta.

Comunicación bi-direccional.

Revolution 6.75” – Especificaciones

• Tamaño de barrena = 8 3/8” hasta 9 7/8”.

• Tasa de desviación = 0 – 10 grados/30 m.

• Tasa de rotación de la la tubería = 80 – 250 rpm.

• Tasa de flujo = 1000 gpm máximo.

• Peso sobre la barrena = 50.000 libras máximo.

• Presión máximo = 25.000 psi.

• Tiempo de programación de deflexión y toolface – dos minutos.

• Temperatura operando = 150 grados C operando (165 grados ºC máximo).

• Over pull =125 klbs (se puede rehusar) 350 klbs (debe ser inspeccionado).

• Caída de presión en la Mecha = No hay limitaciones.

Revolution 8.25” – Especificaciones

• Tamaño de barrena = 12 ¼”.

• Tasa de desviación = 0 – 7.5 grados/30 m.

• Tasa de rotación de tubería = 60 – 250 rpm.

• Tasa de flujo = 1500 gpm máximo.

• Peso sobre la Barrena = 90.000 libras máximo.

• Presión máxima = 20.000 psi.

• Tiempo de programación de deflexión y toolface – dos minutos.

• Temperatura operando = 150 grados ºC operando.

• Over pull = 250 klbs (se puede rehusar) 1.000.000 mlbs (debe ser inspeccionada).

• Caída de presión en la barrena = No hay limitaciones.

• Sistema para Hoyos de 17 ½” esta actualmente en prueba en bloque de cemento.

Programa de Pruebas

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Equipo de Perforación en bloque de concreto

Bloque de prueba de concreto

•Bloque de concreto 80’ de largo.•Fuerzas compresivas entre 10000 hasta 40000 PSI.

Bloque de prueba - saliendo

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Calidad de agujero con tecnología “Empujar la Barrena”

• Estas Pruebas fueron hechas usando la herramienta en modo “Empujar la barrena”

• Hoyos perforados producen espiral significativo.

• Tortuosidad del hoyo obtuvo mala limpieza.

“Empujar la Barrena” & “Apuntar la B”

Ventajas del Sistema Rotatoria - Revolution

• No contiene pistones o aletas móviles en el exterior de la herramienta.

• No contiene piezas móviles expuestas al fluido de perforación.

• Sistema hidráulico totalmente cerrado y presión compensada.

• Unidad de control totalmente integrada a la herramientas de MWD / LWD.

• Capacidad de trabajar en ambientes altas temperaturas – 150 grados ºC

operativo & 165 grados ºC.

• Capacidad para trabajar con altas presiones – 25000 psi.

• Diseño modular compacto.

• No se requiere restricción de flujo en la barrena.

• Calibre interno abierto, la caída de presión a través de la herramienta no es

significativa.

Barrenas para el Sistema Revolution RSS

•Requerimientos:

– Idealmente el tipo de barrenas PDC.

– Gauge Activo Corto.

– Gauge Pasivo Largo.

– Un Gauge Pasivo Largo por Debajo del calibre del Hoyo.– Seccion del Shank Lo mas Corto Posible.

•Oportunidades:

– Sin restricciones en la estructura de corte.

– Los requerimientos de Torque no es problema si se compara con motores.

– Mejor hidraulica.

– Mejor ROP.

Largo del Gauge

• Gauge Activo– Tan Corto como sea posible ( < 1”)

• Suficiente solo para asegurar que la mecha corte circularmente la seccion del hoyo y no se desgaste prematuramente.

• Gauge Pasivo en Calibre ( entre 1-1/2” – 2”)– Lo mas largo posible

• No debe restringir a el eje de la estructura de corte de quedartangencialmente en el eje del hoyo cuando perfora

• Gauge Pasivo Por debajo del Calibre ( hasta 3”)– Largo Suficiente para prevenir que la barrena gire excentricamente

causando un hoyo sobre calibre– Suficientemente bajo calibre para permitir que el eje de la estructura

de corte se mantenga tangencial al eje del hoyo mientras perfora– Debera estar cerca de cubrir completamente la circunferencia

Largo de la Barrena

• Largo de Fabricación de la Mecha o Barrena

– El Largo de la Mecha o Barrena y la distancia entrelos elementos del calibre es crucial para eldesempeño del Revolution.

– Debe ser los suficientemente corta para que lasposiciones relativas de la Mecha o Barrena - PivotStabiliser - Bias Unit" se mantengan optimas enterminos de no crear un sobre calibre del hoyo.

– Un Incremento en el largo de la barrena disminuira laventaja mecanica de la herramienta y su rendimeintodireccional.

Especificaciones de Mecha o Barrena Para RSS 12 ¼”

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Diametro Tipo Intervalo TFA Flujo Presion H.S.I

(plg) (pies) (plg ^2) (GPM) (psi) (hp/plg^2)

12 1/4 PDC 4880 - 10000 1,841 550 - 600 2800 - 3200 0.4 - 0.5

12 1/4 PDC 10000 - 13902 1,841 500 - 550 2900 - 3400 0.3 - 0.4

8 1/2 PDC 13903 - 15538 0,863 450 - 500 2800 - 3300 1.3 - 1.7

Diseño de Hidráulica

Grafica comparativa método Convencional Vs. RSS Revolution

AUTO TRAK

AUTO TRAK

Es un revolucionario sistema de tecnología de Perforación rotatoriaque transmite una eficiencia superior en conjunto con una precisiónen la geo navegación y una capacidad de alcance ultra extendida.

El Auto Trak combina las ventajas de rotación continua con loavanzado sistema de geo navegación.

AUTO TRACK

Es una unidad automatizada que controlala inclinación, la dirección (azimuth) asícomo la rotación de la sarta deperforación.La dirección de navegación es definida porpresión distribuida selectivamente através de una combinación de controleselectrónicos y presión hidráulica en trescojinetes estabilizados que se encuentransobre la manga. Alguna desviaciónproveniente del pozo programado en sutrayectoria es automáticamentecorregida a través de un control cerrado(closed-loop) sin la necesidad deinterrumpir la rotación de la sarta deperforación.

El Ensamblaje de Fondo (BHA), estáconformado por una barrena dediamantes policristalino (PDC)especialmente diseñada para realizar uncorte más agresivo, una computadoraque compara los datos de inclinación,dirección y vibración de la herramienta(MWD) Mediciones Mientras se Perfora,para luego controlar la navegación y asímantener el ensamblaje en curso, estacomputadora también se comunica con lasuperficie, recibiendo comandos yconfigurando su implantación, sensoresde inclinación cerca de la barrena alineanel monitor a la barrena y continuamenteenvían mediciones al control cerrado(closed-loop).

AUTO TRACK

AUTO TRACK

La herramienta hoyo abajo continuamentetransmite información procesada ensistema status y posición direccional, elcomputador en superficie recibe estainformación y muestra la data en tiemporeal en perforación dinámica, la trayectoriadel pozo, curso de navegación y lalocalización del fondo del hoyo.La sarta permite la evaluación de laformación y geo navegación permitiendorecibir y mostrar en superficie los registrosde resistividad, gamma ray y presión.Basada en la información que se reciba ensuperficie, el operador del Auto Trackpuede redirigir la herramienta en el fondo,cambiar el curso y transmitir diferentessets de datos para mejor alcance de losobjetivos del proyecto.

AUTO TRACK

Esta herramienta supera problemasasociados con sistemas de motoresnavegables que producen hoyos en espiral,debido a la curvatura que poseen estosmotores, hacen que se perfore en hoyoscon sobre medidas, estas obstruccionescausan fricción el cual puede limitar elalcance del hoyo y hacen más dificil correrrevestidores y completaciones.El Auto Track también permite que larotación nunca sea interrumpida ya quepermite ajustar la trayectoriaconstantemente a diferencia de losmotores navegables en el cual se debeparar la rotación para orientar la sarta ogirar el pozo.

AUTO TRACKOtros beneficios producidos por la herramienta:• Menos torque.• Menor arrastre.• Mejor limpieza.• Permitir el uso de barrenas PDC y mejorar la eficiencia de perforación.• Reducir la fricción de la sarta de perforación.• Mantener los cortes de las rocas (ripios) suspendidos.• Menor tiempo de perforación.

AVANCES EN EL AUTO TRACKAuto Track X- Extreme.

Para incrementar la rotación de 250 a 400 rpm al sistema Auto Track se le ha incorporado un motor de fondo en el BHA el cual se llama Auto Track X- Extreme.Este sistema permite:

• Incrementar la rata de penetración.• Alcance extendido más lejos.• Reduce el desgaste de la sarta de perforación y revestidores.

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