Este documento describe conceptos básicos de perforación direccional. Explica que la perforación direccional controla la dirección y desviación de un pozo hacia un objetivo subterráneo predeterminado. También describe el progreso histórico de la perforación direccional desde los años 80 hasta la actualidad, así como las herramientas, limitaciones y tipos de pozos direccionales.

1. CONCEPTOS BASICOS
DIRECCIONAL

2. Introducción a la Perforación Direccional
• La Perforación Direccional se define como la práctica de controlar la
dirección y la desviación de un pozo hacia un objetivo subterraneo
predeterminado.

3. Progreso en la Perforación Direccional
1980’s
S-Wells
Relativamente
Simple
Actualidad
Complejos
Multilaterales
Horizontales

4. Progreso en la Perforación
Direccional
Finales de
1970
Actualida
d
Finales
de 1980
Single Shot/
Steering Tool
Bent Sub
Straight
Motor
MWD
Steerable
Bent
Housing
Motor
LWD/MW
D
Performance
Motors
Near Bit
Inc/Gamma
Rotary
Steerable

5. Herramientas de Perforación Direccional
•Herramientas de Perforación
•Sistemas de Medición en Superficie
•Servicios de Surveying/orientation
•Steerable motors
•Instrumented motors for geosteering applications
ABI y GR
•Rotary Steerable

6. Limitaciones de la Perforación
Direccional• Doglegs (Maximum well curvature)
• Establece el cliente, desempeño del motor, componentes del BHA
• Torque Reactivo (Rotación de la sarta en contrasentido del Reloj)
• Dificulta el mantenimiento o fijacion del Tool Face del ensamble
• Drag (Arrastre por Friccion entre el hoyo y el BHA)
• Aumenta con la profundidad y la inclinacion
• Hidraulica (Presión de Circulación)
• La maxima presión operativa del rig y el equipo, ECD
• Limpieza del Hoyo (Caracteristicas del Fluido y el ambiente del Flujo)
• Remoción de Cortes
• Peso sobre la Barrena / Weight on Bit (Carga aplicada a la Barrena durante la perforación)
• Regulación de la presión diferencial para la optima ROP y vida de la barrena
• Estabilidad del Hoyo (Habilidad fisica del hoyo para mantenerse abierto)
• Caracteristicas Fisicas de la Formacion, fallas mobiles etc

7. Tipos de Pozos Direccionales
• Caracterizados por el
perfil del pozo
• Verticales
(Controlados)
• Slant / Inclinados
• Build and Hold (J-
Well / tipo J)
• Build, Hold and Drop
(S-Well/ tipo S)
• Horizontales
• Extended Reach

8. Tipos de Pozos Direccionales
• Tipo S-Curve

9. Tipos de Pozos Direccionales
• Pozos Horizontales
• Short Radius / Radio Corto
• 2°-3°/Foot Build Rates
• Equipo Especializado
• Flexible Collars - Tubing
• Medium Radius / Radio Medio
• 10°-22°/100’ Build Rates
• Ensambles de Double Bend
• Long Radius / Radio Largo
• 1.5°-6°/100’ Build Rates
• Ensambles Navegables
• Shorter radius well = less lateral
section
Short Radius
45' 200'
Medium Radius
300' 2,000'
Long Radius
1,400' 4,000'

10. Aplicaciones de la Perforación
Direccional• Multiples pozos desde una estructura offshore
• Control de la verticalidad de pozos
• Pozos de Alivio (Relief wells)

11. Aplicaciones de la Perforación
Direccional• Extended-Reach Drilling / Rango Extendido
• Remplazo de pozos submarinos y desarrollo de yacimientos offshore desde
menos plataformas
• Desarrollo de Campos Costaneros desde Tierra Adentro
• Reduccion del impacto ambiental
al desarrollar campos desde emplanadas o clusters / pads

12. Aplicaciones de la Perforación
Direccional
• Sidetracking
• Localizaciones Inaccesibles

13. Aplicaciones de la Perforación
Direccional• Perforación bajo Balance / Underbalanced Drilling
• Cuando la presión Hidrostática o la de circulación
hoyo abajo ejercida por el fluido de perforación es
mantenida por debajo de la presión de poro de la
formación.
• Beneficios
• Minimiza el daño a la formacion.
• Reduce los incidentes de pérdidas de circulación y
de pegas diferencial o atasco de tuberia
• Aumenta la ROP mientras extende la vida de la
mecha (Bit)
• Reduce o elimina la necesidad de costosos
programas de estimulación
• El pozo puede ser producido mientras de perfora
(IPR)

14. Metodos para Deflectar un Hoyo
• Operaciones con Whipstock
• Aún en uso
• Jetting / Chorros
• Raramente usado hoy dia, pero valido y barato, en formaciones blandas
• Ensambles Convencionales de Perforación Rotaria
• Build, Drop, Hold / Construir, tumbar y Mantener Angulo
• Ensambles Navegables / Steerable Assemblies (Mud Motors)
• De mayor uso, rápido y preciso
• Rotary Steerable
• Rotación continua de la sarta mientras se orienta y perfora

15. Operaciones con Whipstock

16. Operaciones con Whipstock
• Mill & Melon Stabilizer
• El Mill corta y abre la
ventana en el casing
• El Melon Stabilizer
amplia la abertura del
hoyo

17. Operaciones con Whipstock
• Whipstock en el catwalk antes de
ser izado a la boca del pozo

18. Operaciones con Whipstock
• Ensamble del Whipstock
colgado del mill held por el
shear bolt

19. Operaciones con Whipstock
• Extremo Inferior del whipstock
mostrando el plunger ( buzo)
extendido y el troquel en posicion
retractil (no disparado / unfired)

20. Whipstock Operations
• Whipstock
recuperada

21. Jetting

22. Jetting / Chorros
• Tipicamente es una barrena especial
con jet extragrande (o una triconica)
• Dos de los tres chorros son
pequenos y un tercero mas grande
• La mayoria del flujo se va a travez
del chorro mayor
• El hoyo se deslava preferiblemente
en la direccion del jet mayor
• Diseño simple pero podria ser
tedioso de implementar en el Rig
– El Build rate varia dependiendo
de las caracteristicas de la
formación (podria generar
doglegs extremadamente altos)
– Cambios en la tasa de flujo, en
el proceso de sliding, etc.
podrian producir resultados
inesperados

23. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Diseñados para controlar el desvio (inclinación) del pozo durante la
perforación rotaria (normal)
• Usa el principio de control del comportamiento del BHA de perforación
rotaria
• Side Forces / Fuerzas Laterales
• Weight on Bit / Peso sobre la mecha
• Stabilization / Estabilización
• Fulcrum Principle / Principio de la Palanca

24. Ensambles Convencionales de Perforación
Rotaria
• Side Force
• Es la fuerza en la mecha resultante del pandeo de la tuberia al
aplicar WOB
• FS = Bi * SC * 3.0
LT
3
• Bi : distancia desplazada por la interferencia del pandeo (in.)
• SC : stiffness coefficient / coeficiente de rigidéz (lb-in2
)
• LT : distancia axial sobre la cual el pandeo ocurre (in.)

25. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Efecto del PSM / Weight on Bit (WOB)
• Las cargas axial creadas por el weight on bit produce fuerzas de pandeo /doblez
entre el estabilizador y la mecha
• El diámetro del hoyo, el diámetro del collar, el calibre del estabilizador y su
ubicación en el BHA determinarán como el PSM ( weight on bit ) se va a
concentrar en esta y las magnitud de las fuerzas laterales resultantes

26. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Aumento del Weight on Bit = Incremento del Build Rate

27. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Estabilizador
• Dispositivo adicionado al BHA con OD similar al del hoyo
• Diseñado para:
• Ayudar a concentrar el PSM (weight on bit)
• Minimizar el pandeo y las vibraciones
• Reducir el torque (fricción) de la perforación por medio de
disminuir el contacto del collar con las paredes del hoyo
• Ayudar a prevenir el atascamiento por diferencial y el key seating
( ojo de llave o cerradura)

28. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Tipos de Ensambles de Perforación Rotaria
• Clasificación por el efecto sobre la inclinación del hoyo durante la perforación
• Fulcrum / Palanca (build / construir)
• Pendulum (drop / tumbar)
• Packed / Empacado o Rígido (hold / mantener)
• Los ensambles de Rotación NO permiten el control de la
dirección del pozo (azimuth)

29. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Principio del Fulcrum / Palanca
• Usa una palanca y punto de apoyo o pivote para obtener ventaja mecanica
F1 L1 = F2 L2

30. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Ensambles Fulcrum (Build / Construir)
• Un estabilizador insertado en la sarta justo encima
de la mecha actua como apoyo o pivote
• El drill collar encima del estabilizador actua como
palanca
• Al aplicar peso / WOB provocara que el drill collar se
doble/pandee (bow/buckle)
• Encima de 5
o
inclinación el collar se pandea hacia la
cara baja del hoyo (por gravedad)
• Empujando a la mecha fuertemente contra la parte
alta del hoyo, creando una tendencia a construir
ángulo o inclinación debido a las fuerzas laterales
positivas en la mecha

31. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Posición del Fulcrum
• A mayor cercania a la barrena, mayores serán las fuerzas laterales generadas
para un diametro de drill collar dado

32. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria• Estabilizador String
• Un ensamble de dos estabilizadores aumenta el
control de las fuerzas laterales (side force) y alivia
otros problemas
• La longitud de la tangente determina la
efectividad del largo de la palanca

33. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria
Alta-
Alta -
Alta -
Media -
Media -
Media -
Low -
• Respuesta del el Ensamble de Construir / Build Assembly

34. BHA Example 1
Strength Bottomhole Assembly
High
High
High to
Medium
Medium
to Low
High
90’
60’ 30’
60’
45’ 30’

35. BHA Example 2
Strength Bottomhole Assembly
High
Medium
Low
High
60’
60’ 30’
45’
30’
This assembly can build angle under certain conditions

36. BHA Example 3
Strength Bottomhole Assembly
Medium
Medium
Low
15’- 20’
30’ 30’
30’ – 60’30’ – 40’
30’ 30’ - 60’ - 90’
5’- 15’
30’ – 60’

37. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria
• Técnicas para el aumento de la tendencia a construir
• Incrementar el WOB
• Incrementar la flexibilidad del collar
• Reducir las RPM en la mesa
• Disminuir la tendencia de los collares a mantenerse derechos
• Disminuir la tasa de flujo
• Reducir el socavamiento (washout) de la formación
• Trabajar la tuberia y/o menos rotación
• Preservar los doglegs perforados en la formación
• Circulara fuera de fondo (off-bottom)
• Reducir el washout

38. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria
• Ensanbles Pendulares (Tumbar/Caer)
• Principio del Péndulo
• El estabilizador encima de la mecha es removido y
se añade un drill collar adicional, haciendo el
ensamble de fondo menos flexible
• Un estabilizador por encima del collar,
apropidamente ubicado, evita que este drill collar
se recueste en el lado bajo del hoyo
• La fuerza gravitacional actua sobre la parte inferior
del collar y la mecha, causando que el hoyo pierda
o disminuya el angulo
• Incrementando el largo de la tangente, y el peso
del drill collar, y/o la rigidez del collar ampliara la
tendencia a tumbar de este ensamble de fondo

39. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria
Alta -
Media -
Baja-
• Respuesta de Ensambles de Tumbar / Drop Assembly

40. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria
• Técnicas para Incrementar la Tendencia a Tumbar Angulo ( Drop
Tendency)
• Disminuir el WOB
• Reduce la flexibilidad del collar
• Aumentar las RPM en la mesa
• Aumenta la tendencia de los collares a permanecer derechos
• Aumenta la tasa de flujo
• Aumenta el socavamiento o washout de la formación
• Trabajar rotar la sarta tanto como sea posible
• Socava/reduce las pata de perro (dog leg) perforados
• Circular en el fondo
• Incrementa el washout

41. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria
• Ensambles de Mantener ángulo : Hold (Packed/ Empacado o Rígido)
• El ensamble empacado/rígido se usa para mantener el ángulo
• Multiplicar la cantidad de estabilizadores emplazados en puntos especificos
espaciados de forma regular para controlar la sarta minimizando la desviacion
del hoyo
• El aumento de la rigidéz en el BHA al adicionar estabilizadores previene a la sarta
del pandeo y fuerza a la mecha a ir derecho adelante

42. Ensambles Convencionales de
Perforación Rotaria
Alta -
Alta -
Alta -
Medio-
Baja -
• Respuesta del Ensamble Empacado/Rígido (Hold /
Mantener)

43. Ensambles Navagables (Mud Motors)
• ComDrill™ / BuildLine™, FrontLine™ and HyperLine™ Mud
Motors

44. Ensambles Navagables (Mud Motors)
• Aplicaciones
• Hoyos rectos / Straight-Hole
• Directional Drilling / Sidetracking
• Horizontal Drilling
• Re-entry Wells
• Underbalanced Wells / Air Drilling
• Cruce de Rios o Bahias / River Crossings

45. Ensambles Navagables (Mud Motors)
• Mud Motor
• Requiere de flujo de liquido/gas para generar torque para girar la mecha
• Contiene un ensamble mecanico que permite el ajuste del angulo bend /
defleccion del motor
• Al aumentar la severidad del bend se aumenta la tendencia a construir
del motor
• Inherentemente el bend permite al perforador directional controlar la
cara del motor (tool face) desde la superficie al orientar la mesa rotaria
del Rig (operación sliding)
• ComDrill™ es el diseño original de Computalog de rodamientos de camara
sellada lubricados con aceite
• BuildLine™, FrontLine™, HyperLine™ son los 3 tipos de motores con
rodamientos de camara abierta lubricados por el lodo

46. Rotary Steerable
• Revolution™ Rotary Steerable System (RSS)

47. Rotary Steerable
• Permite el control direccional completo mientras se perfora rotando toda la sarta al
deflectar el arbol del dispositivo dentro de una camara de pistones hidraulicos
• Beneficios
• La ausencia del sliding reduce el riesgo de pandeo de la tuberia
• La rotación continua de la sarta reduce el chance atascamiento por diferencial
• Reduce la fricción por torque & drag ( torsion y arrastre) debido a que genera un
perfil curvo mas sueve, reduce la rugosidad del hoyo
• Posibilita la perforación de secciones alargadas de extended reach wells,
horizontales y laterales
• Mejora la evaluación de las formaciones debido a la mejoria del contacto de los
pads de la herramientas de wireline, y de LWD (menos stand off effect)
• Control de la Desviación en pozos verticales

48. Rotary Steerable
• La tecnologia del sistema Revolution™ es la
llamada “Point-the-bit” que usa un
estabilizador pivote entre la mecha y la unidad
mecanica para orientar el eje axial de la mecha
con la del eje de direccion requerida del hoyo
• La rotación relativa entre el arbol de giro
(driveshaft), (el cual trasnmite el torque a la
mecha) y la camisa no rotativa mueve una
bomba hidraulica
• Esta bomba genera una fuerza motriz interna
suficiente para deflectar el arbol de giro en la
orientación que se requiere para dirigir el pozo
hacia el objetivo dado

49. PUSH POINT
Rotary Steerable
• Calidad del Hoyo

50. Rotary Steerable - ERD

51. Rotary Steerable – ERD – 3D

52. Planeación de un Pozo Direccional
• Geología
• Completación y Producción
• Limitaciones de la Perforación

53. Geología• Litologia que se atraviesa en la perforación
• Estructuras Geologicas que se perforarán
• Tipo de target que el geologo espera alcanzar
• Localización de los topes/horizontes de agua y gas
• Tipos de pozos (gas o petróleo)

54. Completación y Producción
• Tipo de completación requirida (“frac job”, bomba electrosumergible
o balancin/cabillas, etc.)
• Requerimientos de la completación por recuperación mejorada
(Enhanced recovery)
• Requerimientos de emplazamiento del Hoyo para futuros planes de
producción y drenaje
• Temperatura y Presión de Fondo

55. Limitaciones de la Perforación
• Selección de la ubicación superficial y diseño del pozo
• Conocimiento o experiencia previa de perforación en el area e
identificación de areas problematicas en particular

56. Limitaciones de la Perforación
• Dimensiones del Casing y profundidades de
asentamiento
• Dimensiones del Hoyo
• Fluidos de perforación requeridos
• Capacidad del taladro (rig) y sus equipos
• Longitud de la seccion o el tiempo que se
requiere para realizar el servicio direccional
• Influencia del tipo de instrumento de survey y la
trayectoria del pozo

57. Planeamiento • Build rates / Tasa de Construir
• Perfirles de Build & hold deben al menos tener
50m
• Las tasa de Tumbar / Drop para pozos tipo S-curve
se planifica preferentemente con 1.5o
/30m
• El punto de arranque o Kickoff Point se coloca tan
profundo como se permita para reducir costos y
disminuir desgaste del casing y sarta
• Las secciones de Construccion de pozos
horizontales se planifican con un aterrizaje suave

58. Planeamiento• Evitar altas inclinaciones a traves de formaciones severamente
falladas, buzzadas, inestables o poco consolidadas
• En pozos horizontales claramente identifique los puntos de contacto
de gas / agua
• Tasa de Giro en secciones laterales de la horizontal
• Verifique la tasa de construcción del motor

59. Planeamiento• Donde sea posible comience el sidetrack o KOP al menos 20m
fuera del casing
• La severidad del Dogleg podria ser muy alta a la salida de un
whipstock
• Identifique todos los pozos dentro de los 30m de la trayectoria
propuesta del pozo y conduzca una verificación de anticolisión

60. Diseño de Curvas