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perforacion direccional

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Fundamentos de Perforación Direccional
Ignacio Gorgone
Departamento de Diseño - MCA
2 Initials
11/21/2004
Contenido del Curso
• Introducción a la Perforación Direccional
• Cálculos Matemáticos: Trigonometría, etc
• Fundamentos de Planificación Direccional, Trayectorias.
• Registros Magnéticos, Correciones de Azimuth, Referencias, etc
• Herramientas Direccionales
• Herramientas de MWD & LWD
• Torque & Arrastre – Anticolisión
• Herramientas de Nueva Generación
• Visita al taller de D&M
3 Initials
11/21/2004
Introducción a la Perforación Direccional
• Desarrollo Histórico
• Definición de Perforación Direccional
• Necesidades de la Perforación Direccional
• Fundamentos Matemáticos
• Sistemas de Coordenadas
• Cálculo de Coordenadas
• Perfiles Direccionales
• Planeación de la Trayectoria Direccional
• Ejemplos de Planificación
4 Initials
11/21/2004
- Fines de los años 20:
1ª aplicación de registros para pozos petroleros utilizando el
inclinómetro de botella ácida.
- Año 1929:
Inclinómetro direccional con aguja magnética.
- Los años 30:
Perforación del 1er pozo direccional controlado.
(al comienzo, con propósitos no éticos, para cruzar líneas de
propiedad) en Huntinton Beach, California.
- Año 1934:
Se usó la perforación direccional para matar un pozo descontrolado.
Inicios de la PD controlada en Conroe, Texas.
Desarrollo Histórico
5 Initials
11/21/2004
< 1930: Registro Magnético de disparo
simple (Registro después de la perforación)
Eventos Significativos:
Años 1960’s: Motor de Lodo.
(herramienta versátil para iniciar desviación)
Años1970’s: Herramienta Dirigible.
(“Steering Tool” Registro con cable mientras
se perfora)
Año 1980: MWD.
(telemetría con pulsos de lodo- sin cable de
registros)
Años 1980’s: Motor Dirigible.
Años 1980’s: LWD.
(Medición de datos con calidad de registro eléctrico)
Año 1988: Perforación Horizontal.
(perforación para recobro mejorado)
Años 1990’s: Geo Steering.
(direccionamiento geológico vs geométrico)
Año 1999: Perforación Rotativa Dirigible
Años 2000?: Telemetría de mejor calidad
Mayor velocidad de transmisión de datos,
Registro de Pozos Multilaterales.......
6 Initials
11/21/2004
Eventos Importantes
Desarrollo de Mediciones
• 1930 Magnetic Single Shot
(después de la perforacion)
• 1970’s Herramientas Dirigibles
– Registros con cable
• 1980 MWD
• (Telemetria de pulso de lodo
• 1980’s LWD
• 1990’s GeoSteering
(Trayectoria geologica vs
geométrica)
Desarrollo de
Herramientas
• 1960’s Motores de Fondo
• 1980’s Motores Dirigible
• 1988 Perforacion Horizontal
• 1990’s Perforacion Geo-
steering
• 1999 Sistemas Rotatorios
Direccionales

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  • 1. Fundamentos de Perforación Direccional Ignacio Gorgone Departamento de Diseño - MCA
  • 2. 2 Initials 11/21/2004 Contenido del Curso • Introducción a la Perforación Direccional • Cálculos Matemáticos: Trigonometría, etc • Fundamentos de Planificación Direccional, Trayectorias. • Registros Magnéticos, Correciones de Azimuth, Referencias, etc • Herramientas Direccionales • Herramientas de MWD & LWD • Torque & Arrastre – Anticolisión • Herramientas de Nueva Generación • Visita al taller de D&M
  • 3. 3 Initials 11/21/2004 Introducción a la Perforación Direccional • Desarrollo Histórico • Definición de Perforación Direccional • Necesidades de la Perforación Direccional • Fundamentos Matemáticos • Sistemas de Coordenadas • Cálculo de Coordenadas • Perfiles Direccionales • Planeación de la Trayectoria Direccional • Ejemplos de Planificación
  • 4. 4 Initials 11/21/2004 - Fines de los años 20: 1ª aplicación de registros para pozos petroleros utilizando el inclinómetro de botella ácida. - Año 1929: Inclinómetro direccional con aguja magnética. - Los años 30: Perforación del 1er pozo direccional controlado. (al comienzo, con propósitos no éticos, para cruzar líneas de propiedad) en Huntinton Beach, California. - Año 1934: Se usó la perforación direccional para matar un pozo descontrolado. Inicios de la PD controlada en Conroe, Texas. Desarrollo Histórico
  • 5. 5 Initials 11/21/2004 < 1930: Registro Magnético de disparo simple (Registro después de la perforación) Eventos Significativos: Años 1960’s: Motor de Lodo. (herramienta versátil para iniciar desviación) Años1970’s: Herramienta Dirigible. (“Steering Tool” Registro con cable mientras se perfora) Año 1980: MWD. (telemetría con pulsos de lodo- sin cable de registros) Años 1980’s: Motor Dirigible. Años 1980’s: LWD. (Medición de datos con calidad de registro eléctrico) Año 1988: Perforación Horizontal. (perforación para recobro mejorado) Años 1990’s: Geo Steering. (direccionamiento geológico vs geométrico) Año 1999: Perforación Rotativa Dirigible Años 2000?: Telemetría de mejor calidad Mayor velocidad de transmisión de datos, Registro de Pozos Multilaterales.......
  • 6. 6 Initials 11/21/2004 Eventos Importantes Desarrollo de Mediciones • 1930 Magnetic Single Shot (después de la perforacion) • 1970’s Herramientas Dirigibles – Registros con cable • 1980 MWD • (Telemetria de pulso de lodo • 1980’s LWD • 1990’s GeoSteering (Trayectoria geologica vs geométrica) Desarrollo de Herramientas • 1960’s Motores de Fondo • 1980’s Motores Dirigible • 1988 Perforacion Horizontal • 1990’s Perforacion Geo- steering • 1999 Sistemas Rotatorios Direccionales
  • 8. 8 Initials 11/21/2004 Perforación Direccional Es el esfuerzo de ingeniería para desviar un agujero a lo largo de una trayectoria planeada hacia un objetivo a cierta profundidad en el subsuelo cuya ubicación está a una distancia lateral dada y en una dirección definida, a partir de la posición superficial. Definición
  • 9. 9 Initials 11/21/2004 Aplicaciones De la Perforación Direccional
  • 10. 10 Initials 11/21/2004 Necesidad de perforar pozos dirigidos Perforación de domos de sal Control de fallas Localizaciones Inaccesibles Desviaciones Laterales
  • 11. 11 Initials 11/21/2004 Perforación de pozos de alivio Perforación Horizontal Pozos desde una misma locación Pozos Multi-Laterales Necesidad de perforar pozos dirigidos
  • 13. 13 Initials 11/21/2004 • Resolución de Triángulos – Relación de ángulos • Teorema de Pitágoras • Trigonometría • Conversión de Grados a Decimales Fundamentos Matemáticos
  • 14. 14 Initials 11/21/2004 Conversion de Grados a Decimales Los ángulos pueden ser representados en dos formas: 1. Grados, Minutos y Segundos ( 67°26’40”) 2. Grados Decimales (67.44°) 1 Minuto = 60 segundos (60”) 1 Grado = 60 minutos (60’) 1 Grado = 3600 segundos (3600”) Fundamentos Matemáticos
  • 15. 15 Initials 11/21/2004 Conversión de ángulos Formula: Grado Decimal = Grados + Minutos/60 + Segundos/3600 Grados = Numero Entero (26.72) Grados = 26 Minutos = Porcion Decimal de 26.72 (0.72) x 60 Minutos = 0.72 x 60 = 43.2’ Minutos = 43’ Segundos = Porcion Decimal 43.2 (0.2) x 60 Segundos = 0.2 x 60 Segundos = 12”
  • 17. 17 Initials 11/21/2004 Sistemas de Coordenadas Coordenadas Geográficas Latitud •Paralelos – Son líneas imaginarias •180 líneas de latitud paralelas al Ecuador • Ecuador es una linea equidistante Longitud •Meridianos – Son líneas imaginarias • 360 líneas de longitud transversales • Cada una de ellas va del Polo Norte al Sur Cada línea de Latitud & Longitud representa 1grado Cada grado es dividido en 60 minutos y Cada Minuto es dividido en 60 segundos
  • 19. 19 Initials 11/21/2004 Proyecciones de Mapas Geográficos Los mapas geográficos son creados al proyectar la superficie curva de la Tierra sobre una superficie plana. El resultado de la proyección sobre el mapa es un un sistema de grilla o de retícula sobre la superficie plana
  • 20. 20 Initials 11/21/2004 Proyecciones de Mapas Geográficos Métodos
  • 21. 21 Initials 11/21/2004 Nivel de Referencia Geodésica (Datum) Es un modelo matemático que define el tamaño y la forma de una superficie determinada de la Tierra. Con este modelo, se puede conocer la posición exacta de un punto sobre la tierra Especifica la geometría de un elipsoide
  • 23. 23 Initials 11/21/2004 Sistemas de Coordenadas Proyección Universal Transversal de Mercator (UTM) • Se deriva de la proyección del elipsoide terrestre sobre un cilindro envolvente • El cilindro es transversal (rotado 90 grados) • Sistema UTM: es dividido en 60 zonas • Cada zona tiene 6 grados de ancho • Cada zona cubre la distacia total desde el paralelo Norte 84º hasta el Sur 80º Las zonas estan numeradas de 1 a 60
  • 24. 24 Initials 11/21/2004 Sistemas de Coordenadas Distacia Este-Oeste (“Este”) •Distancia de una locación con respecto a un punto de Referencia. •La línea de referencia esta 500 Km al Oeste del Meridiano Central •El “Este” tiene un rango de: 200,000 metros a 800,000 metros
  • 25. 25 Initials 11/21/2004 Distacia Norte-Sur (“Norte”) Para el Hemisferio Norte: • Distancia de una locación con respecto al Ecuador. La distancia es medida positivamente desde 0,000,000 metros en el Ecuador La coordenada Norte del punto “A” será: N: 6,391,520 m Sistemas de Coordenadas
  • 26. 26 Initials 11/21/2004 Distacia Norte-Sur (“Norte”) Para el Hemisferio Sur: • Distancia de una locación con respecto al Ecuador. El Ecuador tiene un valor de 10,000,000 m La coordenada Norte del punto “C” sería: • 10,000,0000 m (Ecuador) – 5,000,100 m O sea, N: 4,999,900 m Sistemas de Coordenadas
  • 28. 28 Initials 11/21/2004 Ejemplo de Reporte Direccional Canon 10 Plan Proposal Report Date: November 13, 2004 Survey / DLS Computation Method: MinimumCurvature/Lubinski Client: PemexExploracionyProduccion Vertical Section Azimuth: 16.260° Field: Canon Field Vertical Section Origin: N0.000ft,E0.000ft Structure / Slot: Canon 10 / Canon 10 TVD Reference Datum: RKB Well: Canon 10 TVD Reference Elevation: 133.1 ft relative to MSL Borehole: Canon 10 Sea Bed / Ground Level Elevation: 118.110 ft relative to MSL UWI/API#: Magnetic Declination: 5.977° Survey Name / Date: Canon 10 Plan / November 12, 2004 Total Field Strength: 46224.017 nT Tort / AHD / DDI / ERD ratio: 40.000° / 1575.89 ft / 4.811 / 0.160 Magnetic Dip: 55.296° Grid Coordinate System: NAD27 UTM Zone 14N Declination Date: April 25, 2002 Location Lat/Long: N 26 8 28.039, W 98 28 19.018 Magnetic Declination Model: BGGM2004 Location Grid N/E Y/X: N 2891256.240 m, E 552784.190 m North Reference: TrueNorth Grid Convergence Angle: +0.23265583° Total Corr Mag North -> True North: +5.977° Grid Scale Factor: 0.99963440 Local Coordinates Referenced To: WellHead
  • 29. 29 Initials 11/21/2004 Coordenadas Legales & Locales • Coordenas Legal: Definido por una entidad gubernamental / estatal de la región • El propósito es de adaptar las coordenadas de un país o región a un sistema Global de Coordenadas (Datun Geodésico)
  • 30. 30 Initials 11/21/2004 Coordenadas Legales & Locales • Todo DD utiliza un sistema local de coordenadas • Tiene su origen y referencia a partir de un sistema de coordenada legal • Vertical Reference Datum ( Posicionamiento Vertical), Nivel del Mar (MSL), Elevacion del Terreno
  • 33. 33 Initials 11/21/2004 Azimuth de un punto referido al Cuadrante El plano geográfico o “Vista en Planta” tiene 4 Cuadrantes: NE,SE,SW,NW • Para cada Cuadrante la dirección de una línea es medida por el ángulo que ella forma con el eje Norte – Sur • Los grados son escritos entre las letras de los cuadrantes para indicar la dirección. Ver figuras.
  • 34. 34 Initials 11/21/2004 Coordenadas Rectangulares Indica las distancias Norte-Sur & Este-Oeste de un punto ubicado en el plano geográfico, con los ejes pasando por un punto origen dado tal como la localización superficial. En este ejemplo: Target: 2035 ft S & 1574 ft W de la locación surperficial (0,0). Sus coordenadas son: (-2035, -1574)
  • 35. 35 Initials 11/21/2004 Coordenadas Polares Permiten localizar un punto en el plano geográfico indicando la distancia desde dicho punto hasta el origen y la direccion de la línea que los conecta. En este ejemplo: Target: 2,572.68 ft @ 217.6º azimuth
  • 36. 36 Initials 11/21/2004 Dirección expresada como Azimuth (0º a 360º) y en forma del Cuadrante rectangular (N,S xxº E,W)
  • 37. 37 Initials 11/21/2004 Planificación de la Trayectoria Direccional Qué se necesita? • Coordenadas de Superficie • TVD • Coordenadas de Fondo Profundidad Vertical (TVD)?
  • 38. 38 Initials 11/21/2004 Vista de Planta o Proyección Horizontal • Es la proyección de la trayectoria de un pozo sobre un plano horizontal que pasa por el fondo del pozo Proyección 3D de un pozo en el plano Horizontal Planificación de la Trayectoria Direccional
  • 39. 39 Initials 11/21/2004 Vista en Planta o Proyección Horizontal Planificación de la Trayectoria Direccional
  • 40. 40 Initials 11/21/2004 Planificación de la Trayectoria Direccional Vista en Planta o Proyección Horizontal
  • 41. 41 Initials 11/21/2004 Proyeccion Vertical: La trayectoria del pozo es proyectada sobre un plano vertical de referencia que pasa por el origen en la dirección del objetivo, llamdo Plano de la Sección Vertical • Seccion Vertical: Es la distancia de la proyección de cada punto de la trayectoria sobre el plano vertical de referencia hasta el eje vertical que pasa por el origen Planificación de la Trayectoria Direccional Seec. Vertical
  • 42. 42 Initials 11/21/2004 Proyección Vertical: TVD = 7,800 ft VS = 3,800 ft Vista en Planta: Plano de Sección Vertical: 52 deg Planificación de la Trayectoria Direccional
  • 45. 45 Initials 11/21/2004 Perfiles Direccionales Zona Vertical: Inclinación = 0º Pozo Desviado (Slant): Tipo “J” Zona de construcción angular Zona tangente o de mantenimiento del ángulo
  • 46. 46 Initials 11/21/2004 Pozo de trayectoria Tipo “S” Zona vertical: Inclinación = 0º Zona de construcción angular Zona tangente, sostenimiento del ángulo Zona de caída angular Perfiles Direccionales
  • 47. 47 Initials 11/21/2004 Zona vertical: Inclinacion = 0º Zona de construcción angular Zona tangente ó de ángulo constante Segunda zona de construcción angular hasta 90 grados Zona Horizontal Pozo con Perfil Horizontal Perfiles Direccionales
  • 49. 49 Initials 11/21/2004 Planificación – Definición de Términos 1. KOP = Kick off Point = Punto de Inicio 2. Build Up Rate = BUR = Tasa de construcción de ángulo 3. Target TVD = Profundidad Vertical del Objetivo 4. Distancia del Target 5. Dirección del Target Radio de Costrucción BUR = 180/? x 100/Rc BUR = 5729.6/Rc
  • 50. 50 Initials 11/21/2004 Ejemplo de Planificación Direccional Cálculo manual para un pozo tipo “J” 1. KOP @ 6,925 pies 2. BUR = 3°/100 pies 3. Target TVD = 10,500 pies 4. Distancia del Target: 2,500 pies 5. Dirección del Target: S 28° E 1. Max ángulo del Pozo 2. TVD fin (EOB) Contrucción 3. MD del fin de Construcción 4. MD del objetivo 5. Dirección del plano de la Sección Vertical
  • 51. 51 Initials 11/21/2004 Ejemplo de Planificación Graficar la ubicación del Objetivo: Intersección del TVD y la distancia Calcular y dibujar la linea de Rc (Rc = Radio de Curvatura) Formula: BUR
  • 52. 52 Initials 11/21/2004 Dibujar la seccion de construcción: Utilizar compas desde el punto O. Dibujar medio arco Dibujar la linea tangente Desde el punto C (target) tangente al Arco dibujado. Ejemplo de Planificación
  • 53. 53 Initials 11/21/2004 Marcar el punto EOB: Línea perpendicular desde el punto tangente hasta O Marcar la Máxima Inclinación Dibujar una línea vertical desde EOB. Ejemplo de Planificación
  • 54. 54 Initials 11/21/2004 Calcular la Maxima Inclinación: usar fórmulas de Trigonometría Se definen dos triángulos rectángulos de los cuales se pueden calcular los ángulos ß y a Ejemplo de Planificación
  • 55. 55 Initials 11/21/2004 Para calcular el ángulo a: Se deben conocer las distancias OD & DC Para calcular el ángulo ß: Se debe conocer OC por Pitágoras Ejemplo de Planificación
  • 56. 56 Initials 11/21/2004 Se calcula entonces la máxima inclinación ?: sabiendo que: ? + a + ß = 180 Se calcula la TVD del punto “EOB”(ó B): Que es una linea recta dibujada desde la superficie hasta EOB Ejemplo de Planificación
  • 57. 57 Initials 11/21/2004 Calcular la distancia al Target MD: Se nececita BC à Pitagoras Calcular la distancia medida,MD hasta “EOB” Formula: ?MD = (?Inc/BUR) x 100 Ejemplo de Planificación
  • 58. 58 Initials 11/21/2004 Resultados: • Máximo ángulo de inclinación: 41.83° • TVD al final de la etapa de construcción: 8185.51 pies • Profundidad Medida al fin de la etapa de construcción: 8304.33 pies • Profundidad Medida hasta el Objetivo (Target): 11,383.50 pies Ejemplo de Planificación