1. PERFORACIÓN DIRECCIONAL
1.- HISTORIA:
Surgió como una operación de remedio, la cual se ha seguido desarrollando, de tal manera que ahora se considera una herramienta de gran utilidad para la
optimización de yacimientos.
Perforación direccional para evitar fallas, fracturas y también para acceder a yacimientos que se encuentren juntos, utilizando el mismo pozo.
Sus inicios en 1920 cuando hubo varios pleitos que alegan que los pozos perforados desde una plataforma en una propiedad habían cruzado la frontera
En 1930 se perforo el primer pozo direccional controlado en Huntington Beach, California.
En 1943 se perforo el primer pozo de alivio en Conroe
Historia de los Hidrocarburos en Bolivia
Los hidrocarburos son un componente muy importante de la historia del siglo XX en Bolivia. Si bien el país ha estado históricamente asociado a la minería, a través del
descubrimiento del petróleo se logró vincular el Oriente con el resto del país.
En 1896 MANUEL CUELLAR descubrió accidentalmente manantiales de petróleo en Mandiyuti ubicada en el municipio de Huacaya.
El y su socio, IGNACIO PRUDENCIO se dedicaron a recuperar el producto y trasladarlo a sucre para su comercialización.
Gracias a las gestiones de un visionario empresario, Luís Lavadenz se perforó el primer pozo descubriendo petróleo en 1913, obteniendo una concesión de
un millón de hectáreas para la exploración de petróleo.
Debido a los cuantiosos gastos y capital requerido para esta tarea, Lavadenz vendió sus intereses y concesiones a la empresa Richmond Levering Company
de Nueva York en 1920.
Posteriormente, otra compañía norteamericana, Standard Oil Company compró las concesiones de Richmond Levering.
En 1924 esta empresa descubrió el campo Bermejo, en 1926 Sanandita, en 1927 Camiri y en 1931 instaló refinerías en estas dos últimas localidades.
En 1954 el Ing. Enrique Mariaca inició la técnica de la perforación direccional destinada a optimizar y bajar costos, particularmente en serranías como Camiri
donde la construcción de caminos y planchadas significaba grandes inversiones y pérdida de tiempo. En Camiri dio excelentes resultados
2.- SITUACIONES QUE REQUIEREN EL USO DE LA PERFORACIÓN DIRECCIONAL
*Complicaciones por la geología local.
*Incremento de la producción de un yacimiento desde un pozo en particular.
*Disminuir costos (ej. evitar instalaciones off-shore)
*Disminuir riesgos ambientales.
*Necesidad de mantener la verticalidad en pozos profundos.
*Pozos de alivio.
*Comercialización y distribución (construcción de oleoductos y gasoductos)
RAZONES QUE ORIGINAN LA PERFORACIÓN DIRECCIONAL
Existen varias razones que hacen que se programen pozos direccionales, estas pueden ser planificadas previamente o por presentarse problemas en las operaciones
que ameriten un cambio de programa en la perforación. Las más comunes son las siguientes:
PERFORACIÓN EN FALLAS:
Esta aplicación se utiliza para el control de fallas, en este caso el pozo es desviado a través de la falla o en paralelo con ella, por lo que se elimina el riesgo de perforar
pozos verticales a través de planos de fallas muy inclinados, al seguir la dirección preferencial del plano de falla con la sarta de perforación, lo que puede ocasionar el
deslizamiento y perforación de las sartas de revestimiento, así mismo, se elimina el riesgo de tener que perforar a través del plano de una falla que en el caso de ocurrir
un sismo, si se mueven bloques se podría mover y cortar la tubería de revestimiento.
PERFORACIÓN A TRAVÉS DE DOMOS SALINOS:
Este método es utilizado para alcanzar los intervalos productores que frecuentemente están situados bajo el tope protuberante de un diapiro de sal (canopie); el pozo
se perfora primeramente cortando lo que está arriba de la estructura salina y posteriormente se desvía para que penetre bajo la protuberancia.
LOCALIDADES INACCESIBLES:
Esta es una de las razones por las que más se utiliza este método, cuando se tiene la necesidad de situar el equipo de perforación a cierta distancia horizontal del
yacimiento, como ocurre cuando los intervalos productores se encuentran debajo de ríos, montañas, ciudades, selvas, etc
MÚLTIPLE POZO CON UNA MISMA PLATAFORMA OFFSHORE:
Desde la plataforma se pueden perforar varios pozos para reducir el costo de la construcción de plataformas individuales y minimizar los costos por instalación de
facilidades de producción.
POZO DE ALIVIO:
Es aquel que se perfora para controlar un pozo en erupción. Mediante el pozo se contrarresta las presiones que ocasionaron el reventón. Los pozos de alivio son usados
para matar pozos descontrolados interceptándolos.
DESARROLLO MÚLTIPLE DE UN YACIMIENTO:
Cuando se requiere drenar el yacimiento lo más rápido posible o para establecer los límites de contacto gas/petróleo o petróleo/agua.
SIDETRACK:
Un sidetrack se puede hacer para evitar una obstrucción (un "pez") en el pozo original o para explorar la extensión de la zona que produce en un determinado sector
de un campo.).
LOS POZOS HORIZONTALES:
Sirven para interceptar horizontalmente una formación productora para mejorar su producción. Esta técnica incrementa el área superficial de una formación
productora., especialmente cuando la permeabilidad efectiva del yacimiento es vertical.
3.- CONCEPTOS BÁSICOS
SISTEMA DE REFERENCIA Y COORDENADAS
PROFUNDIDAD DESARROLLADA (PD)
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
LA PROFUNDIDAD VERTICAL VERDADERA (PVV
Es la distancia vertical desde el nivel de referencia de profundidad, hasta un punto en la trayectoria del pozo. Este es normalmente un valor calculado
INCLINACIÓN (DRIFT)
2. 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
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, por convención se mide en sentido de las manecillas del reloj.
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 norte geográfico
ANGULO DE INCLINACIÓN, DRIFT.-
Es el ángulo expresado en grados, formado por la superficie terrestre y las líneas decampo magnético en un punto determinado, por consiguiente 0° se refiere a una
vertical verdadera, mientras que 90°se refiere a una construcción horizontal.
DIRECCIÓN DE POZO, AZIMUT
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; el que puede ser el norte
verdadero, magnético o de grilla. Todas las herramientas magnéticas proporcionan la
lectura del azimut con respecto al norte magnético, pero las coordenadas calculadas posteriormente pueden ser referidas al norte verdadero o al norte del mapa.
DIRECCIONES DE CUADRANTES
La dirección de cuadrante de un pozo es el ángulo en el plano horizontal medido desde el Norte o Sur hacia el Este u Oeste definiendo la dirección del pozo.
SECCIÓN TANGENCIAL
Es la sección del hoyo donde el ángulo de inclinación y dirección permanecen constante hasta alcanzar el siguiente objetivo, se presenta después de la sección e
construcción. El propósito de esta caída es generalmente posicionar el pozo en el yacimiento con la orientación óptima a la permeabilidad de la formación o a los
esfuerzos de la misma.
PATA DE PERRO (DOG LEG)
Es la medida del cambio angular total del pozo, este cálculo se realiza utilizando la inclinación y azimut entre dos estaciones de registros direccionales y se mide en
grados. Los cambios de azimut con altas inclinaciones tendrán un mayor efecto en el dog leg que los cambios de azimut con inclinaciones inferiores.
POSICIONAMIENTO Y SISTEMA DE COORDENADAS
En Perforación Direccional los mapas utilizados para posicionar un pozo son planos. Para representar la Tierra en forma plana existen varias proyecciones. El
Sistema de Coordenadas UTM (Universal Transverse Mercator) divide a la tierra en 60 Zonas, cada una de 6° de amplitud. Las locaci ones se miden en Norte y
Este en lugar de longitudes y latitudes.
NORTE GEOGRÁFICO VERDADERO
Es la dirección del polo norte geográfico, el cual yace sobre el eje de rotación de la tierra. El sistema de cuadriculas UTM, no marca el norte geográfico en todas las
cuadriculas rectangulares creadas, ya que los meridianos y paralelos aparecen distorsionados con respecto a la cuadricula. En el cuadriculado, solamente existe una
dirección, coincidente con un meridiano en cada huso, que realmente se encuentra orientada al norte, esta dirección es el meridiano central de cada huso.
Las cuadriculas existentes dentro del huso desvían la dirección real del norte geográfico, esta desviación se la denomina Convergencia de Cuadricula (T), que se
encuentra evaluada en los mapas topográficos.
NORTE CUADRICULA O NORTE DE MAPA
Es la dirección norte sobre un mapa, este norte corresponde al norte verdadero solo en
el meridiano central. Todos los otros puntos deben corregirse por convergencia, esto es, por el ángulo entre el norte de mapa y el norte verdadero en cualquier punto
RUMBO
Es el ángulo respecto al norte, que forma la línea de intersección del estrato con un plano horizontal.
BUZAMIENTO
Conocido también como máxima inclinación, ya que es el ángulo que forma el estrato con la horizontal, medido perpendicularmente al rumbo.
4.- TIPOS DE PERFORACIÓN
5.- MÉTODOS Y HERRAMIENTAS DE DEFLEXIÓN
Desviador de Pared (Whipstock)
Chorro de Barrena (Jetting)
Motores de Fondo (DHM) con codo desviador (Bent Sub, Bent Housing )
DESVIADOR DE PARED (WHISPTOCK)
Son herramientas muy usadas en pozos multilaterales y pueden ser del tipo recuperable o permanente.
Desviador de Pared Recuperable.- Consta de una cuña larga invertida de acero, cóncava, con el lado interior acanalado para guiar la barrena hacia el rumbo de inicio
de desviación. Los ángulos para los cuales están diseñados estos desviadores, varían entre 1 y 5 grados; en su parte inferior tienen una especie de punta de cincel para
evitar que giren cuando la barrena esta trabajando. En la parte superior de la barrena, se instala un lastrabarrenas o portamechas,el cual permite recuperar el desviador.
Estos desviadores son muy usados en equipos con bombas de lodo pequeñas, sidetracks en profundidad y pozos muy calientes.
Desviador de Pared Permanente.- Estos desviadores se colocan en agujeros ademados (donde existan obstrucciones por colapso de la formación) o en agujeros abiertos
que contengan un medio donde asentarlos (un tapón de apoyo o un pescado con media junta de seguridad). Comúnmente, se coloca con un conjunto compuesto por
un molino, un orientador y tuberías pesadas. Una vez orientado la herramienta se le aplica peso y se rompe el pasador que une el desviador con el molino, girando
lentamente la sarta de la molienda. Este tipo de desviador sigue siendo utilizado sobre todo en pozos con accidentes mecánicos.
Un arreglo típico con herramienta desviadora de pared, se muestra a continuación:
Desviador de pared + Trepano piloto + Estabilizador + 1 junta de tubería de perforación + Substituto de orientación + 1 portamechas no-magnético
CHORRO DE BARRENA
Esta técnica es utilizada para desviar el pozo en formaciones suaves y friables, aunque con resultados erráticos y generando patas de perro severas.
Una barrena convencional se usa para desviar pozos en el tipo de formaciones mencionadas. Esto se logra taponando dos de las toberas y dejando la tercera sin tobera
o con un diámetro muy grande. Esta última se orienta en la dirección a la cual se desea desviar, después se ponen en funcionamiento las bombas, moviendo hacia
arriba y hacia abajo la tubería de perforación; Una vez fijado el curso apropiado, se gira la sarta y el trepano tiende a seguir el camino de menor resistencia formado
por la sección deslavada. Se deben generar velocidades de circulación de aproximadamente 500 pies/seg.
3. Ventajas del uso de la Barrena a Chorro
No hay desalineación en el BHA. Entonces los errores de medición son mínimos comparados con lo motores de fondo con arreglo de substituto de deflexión.
Las mediciones de dirección pueden tomarse mas cerca al trepano que usando motor de fondo.
No existe torque cuando se circula el chorro. La cara de la herramienta (tool face) puede ser orientada con más precisión que usando motores de fondo.
Un pozo de calibre completo puede ser perforado desde el inicio.
Desventajas del uso de la Barrena a Chorro
La técnica se limita a formaciones suaves y friables.
Resultados erráticos y con severas patas de perro, que no son controladas.
En equipos pequeños la capacidad de las bombas puede no ser suficiente para crear el lavado de la formación.
Un arreglo típico de fondo de pozo, con barrena a chorro se muestra a continuación:
Trepano + Substituto de trepano + Substituto de orientación + MWD + Portamechas no magnético + Estabilizador + Portamechas + Estabilizador.
MOTORES DE FONDO (PDM) O TURBINAS
Son operados hidráulicamente por medio del lodo de perforación bombeado desde la superficie a través de las tuberías de perforación. Son usados para perforar tanto
pozos verticales como direccionales.
Cabe aclarar que el motor de fondo no realiza la desviación por si solo, requiere del empleo de un codo desviador o junta articulada. El ángulo del codo es el que
determina la severidad en el cambio de ángulo.
Motores de Fondo (PDM) o Turbinas con Codos Desviadores (Bent Sub)
La técnica más común para cambiar la dirección de un pozo es colocar un codo desviador directamente sobre un motor de fondo (PDM) o Turbina.
La conexión macho (PIN) del codo desviador ofrece ángulos de 1º a 3º. El codo desviador permite la deflexión del motor de fondo a través de aplicarle peso, sobre una
de los lados del pozo. A medida que la perforación avanza, el trepano es forzado a seguir la curva generada. El ángulo de curvatura (severidad de la pata de perro)
depende del ángulo del cuerpo del codo desviador (Bent Sub) y del diámetro externo
(OD) del motor de fondo, codo desviador y portamechas en relación al diámetro del agujero. También se incluyen factores como la longitud del motor y el tipo de
formación.
Este tipo de arreglo no debe rotar a medida que se construye el pozo direccional. Un arreglo de fondo de pozo típico es el siguiente:
Trepano + Motor de Fondo + Codo Desviador + Substituto de Orientación (UBHO) + Portamechas No-Magnético + Tuberías Pesadas + Tuberías de
Perforación.
Motor de Desplazamiento Positivo Dirigibles (Bent Housing)
El más común de los motores dirigibles es el diseño simple de junta articulada o también llamado codo desviador ajustable (Bent- Housing). Los motores no tienen una
junta articulada recta. El ángulo que genera esta junta articulada se llama “angulo de
la junta articulada” (Bent housing angle) y usualmente es de 1,5º.
Un motor dirigible se puede usar para realizar puntos de arranque (KOP’s), carreras de corrección y desvíos (sidetrack’s).
Sin embargo la aplicación mas común para este tipo de motores es el de ser el principal componente del BHA para ser usado en orientación (modo sliding) o en modo
rotario.
Si bien esta tecnología ha funcionado en forma extraordinaria, se requiere una extrema precisión para orientar correctamente la sección curva del motor debido a la
elasticidad torsional de la columna de perforación, que se comporta casi como un resorte en espiral y se retuerce hasta tal punto que resulta difícil orientarlo. Las
variaciones litológicas y otros parámetros también influyen en la posibilidad de lograr la trayectoria de perforación planeada.
Como consecuencia se hace difícil rotar la herramienta, lo que acorta la vida del motor de fondo. Esto debido a que la junta articulada se encuentra muy cerca del
trepano. El desplazamiento nominal del trepano es mucho menor que cuando se utiliza el método de la junta desviadora (Bent Sub).
Quizás el mayor problema que se presenta en la perforación por deslizamiento convencional sea la tendencia de la columna no rotativa a sufrir aprisionamientos.
.La perforación direccional con un motor direccional se logra en dos modos: rotación y deslizamiento.
En el modo de rotación, la totalidad de la sarta de perforación rota, como ocurre en la perforación rotativa convencional y tiende a perforar hacia adelante.
Para iniciar un cambio en la dirección del hoyo, la rotación de la columna de perforación es detenida en una posición tal, que la sección curva del motor se encuentre
ubicada en la dirección de la nueva trayectoria deseada.
El modo de deslizamiento, se refiere al hecho de que la porción de la sarta de perforación que no realiza un movimiento rotativo, se desliza por detrás del conjunto
direccional.
DESLIZAMIENTO (SLIDING):
Perforación sin rotación de superficie donde el DHM proporciona toda la rotación al trepano.
Usado para la construcción del tramo direccional del pozo.
ROTARIO (ROTARY):
Perforación con rotación de superficie más la rotación transmitida por el motor de fondo.
Usado para la construcción del tramo tangente del pozo.
SISTEMA ROTATIVO DIRECCIONAL
Hoy en día los avances de la tecnología nos permiten poder contar con motores fondo capaces de poder cambiar la dirección de su desplazamiento por si solos, sin
necesidad de sacar la herramienta para cambiar un codo desviador o ajustar el codo articulado para una nueva inclinación. Partiendo de eso, podemos observar dos
sistemas básicos de perforación:
FUERZA LATERAL DIRECTA: PUSH-THE-BIT
Fuerza opuesta a la del trepano, aplicada a las paredes del pozo (a través de aletas – pads) haciendo que el trepano adquiera la dirección hacia donde necesitamos
dirigir el pozo.
.
EJE EXCÉNTRICO DE LA BARRENA: POINT-THE-BIT
El trepano es direccionado hacia la dirección donde necesitamos perforar introduciendo un offset – sistema parecido a perforar con un motor con bend housing.
