directional data sp

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MODULO MWD

Directional


Objectivos de los registros de Survey

• Determinar la posicion del agujero

• Monitorear la trayectoria del pozo para asegurarse de interceptar el objetivo

• Orientar las herramientas Direccionales

• Analisis Anti-collision

• Determinar la TVD

• Evaluar la severidad de la pata de perro dogleg del hoyo

• Cumplir con las regulaciones requeridas


Aplicaciones de los Sensores Direccional

– Los Sensores Direccionales miden:

• Data del Survey (Estatico o Dinamico)

– Inclinacion

– Direccion del Hoyo (Azimuth)

• Data Navegacion (Dinamica)

– Magnetic Toolface

– Gravity Toolface


En que consiste un Survey?

• Un survey, o mas apropiado una estacion de survey, consiste de los siguientes componentes:

– Inclinacion (Inc)

– Direccion del Hoyo (Azimuth)

– Profundidad Medida (MD)

• La maxima calidad del survey se obtiene con una medicion estatica (con la sarta detenida)

• La data del Survey le dice al perforador direccional donde estaba la hoyo hace un rato (antes de peforar los ultimos 30-40 pies-bit to sensor distance)

• La Inclinacion y la direccion son mediciones tomadas hoyo abajo

• La Profundidad Medida es una medicion derivada del sistema de monitereo de profundidad en superficie


Inclinación

• Inclinación es el angulo, medido en grados, entre el eje del instrumento de medicion de survey – o lo que es igual el eje del agujero , y la linea de la vertical verdadera

• Una inclinación de 0° representa que el pozo esta vertical

• Una inclinación de 90° representa que el pozo esta horizontal.


Dirección Hoyo

• La Direccion del Hoyo es el angulo, medido en grados, que existe entre la componente horizontal del hoyo o del eje del instrumento de survey en referencia a un norte conocido

• Esta referencia es el norte verdadero o el norte grilla ( grid north) , y este es medido en sentido horario por convencion o regla

• La dirección del hoyo es medida en grados y puede ser expresada tanto en forma de azimuth (de 0° a 360°) ó como forma de cuadrantes (NE, SE, NW, SW)


Profundidad Medida

• La Profundidad Medida se refiere a la distancia real del hoyo perforado desde la superficie ( boca del pozo) hasta un punto dado a lo largo de agujero.


What is Steering Data?

• Steering, or toolface data, is dynamic data and tells the directional driller the position of the bend of the mud motor

• Orienting the bend to the desired position allows him to control where the hole will be going

• There are two types of toolface data

– Magnetic

– Highside (Gravity)


Magnetic Toolface

• Magnetic toolface is the direction, in the horizontal plane, that the mud motor bend is pointing relative to the north reference

• Magnetic Toolface = Dir Probe Mag Toolface + Total Correction + Toolface Offset

• Magnetic toolface is typically used when the inclination of the wellbore is less than 5°

• The magnetic toolface reading is whatever magnetic direction the toolface is pointed to


Tool Face Gravitacional

• El tool face gravitacional ( cara de la herramienta gravitacional) es la distancia angular que la linea de ajuste del motor deriva o se voltea en su propio eje en relacion a la cara alta (high side) del hoyo

• Tool Face Gravitacional = Toolface Gravitacional de la Probeta Dir + Toolface Offset

• Cuando la inclinación del hoyo esta por encima de 5°, el toolface gravitacional puede ser usado

• El toolface gravitacional estará referenciado al highside del hoyo, independientemente de la dirección que tenga el hoyo ( o la direccion que tenga el instrumento del survey) en ese momento

• El toolface será presentado en grados a la derecha o grados a la izquierda del highside


Toolface Gravitacional

• Por ejemplo, un toolface del instrumento que apunte al highside of the hole será de 0°

• Un toolface del instrumento apuntando al low side ( cara baja) del hoyo mostrara un tool face gravitacional de 180°

• Si el tool face de la probeta fue girado en 70 grados apuntando a la derecha, el toolface gravitacional será de 70° a la derecha.


Artefactos para Surveys Direccionales

• Hay dos clases de artefactos de surveys:

• Magneticos ( Magnetómetros )

– Single Shot

– Multishot

– Steering tool

– MWD

• Giroscopicos

– Orientation tools

– Convencionales

– Rate Gyros


Compas Magnético Flotante

• El compas mecanico usa una tarjeta que se orienta a si misma al norte magnetico, similar a un compas de aguja magnetizada, que siempre apunta al norte magnetico

• La tarjeta compas usa un magneto atado que la dá la orientación. Como el magneto es atraido al norte magnético, entonces la dirección del hoyo se puede obtener

• La Inclinación es medida por medio de un péndulo o un artefacto flotante

• En el artefacto flotante, el flotante es suspendido en un fluido, el cuál permite al tubo del instrumento moverse libremente a medida que la inclinación cambie.


Ejes de los Accelerómetros & Magnetómetros Electrónicos

• El eje “Z” es el que esta a lo largo de la probeta (plano axial)

• Los ejes “X” y “Y” estan en planos cruzados y estan perpendiculares entre ellos y tambien con respecto al eje “Z”

• El “Highside” esta alineado con el eje “X”

• Los tres ejes estan “ortogonales” entre ellos


Sensores Electrónicos

– Los Acelerometros miden la intensidad de la fuerza de gravedad (acceleracion) que actua sobre cada uno de los ejes

– La Inclinacion y el Toolface Gravitacional son medidos con un paquete de acelerometros tri-axial

– Los Magnetometros miden la intensidad del campo magentico de la tierra que actua sobre cada uno de los ejes

– El Azimuth y el Toolface Magnetico son medidos con un pauete de magnetometros tri-axial


Acelerometros de Bisagra de Cuarzo

• Responden al efecto del campo gravitacional de la tierra en cada plano

• Una corriente alterna (CA) se utiliza para mantener la el soporte de cuarzo en una posición de referencia conforme el acelerómetro se mueva relativo a la fuerza gravitacional

• La intensidad de la corriente aplicada “bucking” se relaciona con la fuerza gravitacional registrada por el acelerometro.


Magnetómetros de Flujo

• Responden al afecto del campo magnético de la tierra en cada plano

• El magnetómetro consiste de dos bobinas enrolladas en forma opuestas alrededor de dos varillas con alta permeabilidad magnética.

• Al aplicar una corriente alterna (CA) a las bobinas, un campo magnético alterno es creado, el cual magnetiza las varillas.

• Cualquier campo magnético externo paralelo a las bobinas causará que alguna de las bobinas se sature mas rápido que la otra.

• La diferencia en el tiempo de saturación representa la magnitud del campo magnetico externo.


Principio Básico del Giroscopio

• Un giroscopio de rotor se compone de un arueda volante montada en un eje. Is esta es energizada por un motor electrico de alta velocidad capaz de alcanzar mas 40,000 revoluciones por minuto (rpm)

• La rueda volante (rotor) puede ser “orientada” o apuntada a un direccion norte conocida. La direccion en la cual el gyro da vueltas es mantenida por su propia inercia. Por esa rason, este puede ser usado como referencia para medir el azimuth

• Un arreglos de aros externo e interno permite al giroscopio mantener su direccion predeterminada independiente de en que posicion se encuentre el instrumento o probeta en el agujero.


Aplicaciones del Giroscopio

• Un instrumento Giroscópico de registro ofrece valores de surveys del hoyo con alta precision en donde existe influencia magnetica externa como lo es en los casos de hoyos entubados, hoyos de produccion, cerca de pozos vecinos existentes o de algun pescado o escombro de hierro abandonado hoyo abajo.

• Los sensores Giroscópicos pueden ser clasificados en tres categorias:

• Free gyroscopes (Giroscopios Libres o convencionales)

• Rate gyroscopes

• Sistemas de Navegacion Inerciales


Operación del Rate Gyro

• La electrónica del rate gyroscopes, tambien llamada como north-seeking gyroscopes, usa la componente vectorial horizontal de la tasa de Rotacion de la Tierra para determinar el norte

• La tierra rota 360° en 24 horas ó 15° en 1 hora. La componente horizontal de la tasa de giro de la tierra disminuye con el coseno de la latitud; sin embargo, la referencia al norte verdadero sera simpre resuelta en latitudes menores a 80° de Norte o de Sur

• El rate gyro no necesita relacionarse a una referencia norte conocida para poder orientar

• La Inclinación es medida por medio de un paquete de acelerometros triaxiales.


Campo Gravitacional de la Tierra

• La direccion del campo gravitacional de la Tierra define la “vertical”

• El vector gravitacional esta siempre perpendicular a la superficie terrestre

• Este es esencialmente 1.0 g independiente de la locacion en la tierra

1 gravity


Campo Magnético de la Tierra

• El núcleo de la tierra contiene acero, níquel y cobalto y es ferromagnético

• Se puede imaginar a la tierra como si tuviera una barra magnética en el centro, a lo largo del eje de rotación norte-sur

• Aunque la dirección del campo es al norte magnético, la magnitud será paralela a la superficie de la tierra al ecuador y a puntos con altas pendientes en la tierra cerca al polo norte.


Componentes del Campo Magnético de la Tierra

• M M = Dirección al Norte Magnético.

• N = Dirección al norte verdadero.

• Btotal = Intensidad total del campo magnético local.

• Bv = Componente vertical del campo magnético local.

• Bh = Componente horizontal del campo magnético local.

• Dip = Angulo Dip de el campo magnético con relación a la horizontal.

• Dec = Variación entre la componente horizontal del campo magnético y el norte verdadero.

• Gtotal = Intensidad total de campo gravitacional de la tierra.


Angulo Dip vs. Latitud

• Las líneas de flujo magnético son perpendiculares (90°) a la superficie de la tierra en los polos magnéticos.

• Las líneas de flujo magnético son paralelas a la superficie de la tierra en el ecuador magnético (0°).

• El ángulo dip se incrementa conforme la latitud aumenta.

• Al aumentar el ángulo dip la intensidad de la componente horizontal del campo magnético de la tierra disminuye.


Angulo Dip vs. Latitud

• En el ecuador magnético, Bh= Btotal, Bv = 0

• En los Polos magnéticos, Bh = 0, Bv = Btotal

• Bh es la proyección (usando el ángulo dip) de Btotal en el plano horizontal

Bh = Btotal

Bv = Btotal Bh = 0

Bh = Btotal(cos Dip)

Btotal

Bv = Btotal(sin Dip)


Movimientos de los Polos Magnéticos (1945 – 2000)

Polo Norte

Polo Sur


Declinación Magnética

• Movimientos complejos de fluidos (plasma) en el núcleo provocan que el campo magnético de la tierra cambie lento e impredeciblemente.

• La posición de los polos magnéticos también cambia en el tiempo.

• Sin embargo se pueden compensar estas variaciones aplicando una corrección (declinación) al survey magnético que tiene como referencia el norte verdadero.


Norte Verdadero

• El Norte Verdadero o norte geográfico esta alineado con el eje de rotación de la tierra

• El Norte Verdadero no se mueve, haciéndolo así una referencia perfecta.

• Un survey referenciado al norte verdadero será valido hoy y en cualquier otro momento en el futuro.

• La corrección que se aplica para cambiar de norte magnético a norte verdadero se le conoce como declinación.


Convergencia de Grilla (Grid Convergence)

• Corrige la distorsión causada por la proyección de la superficie curva de la tierra sobre un plano.

• Esta corrección es mas severa cuando se desplaza del ecuador hacia los polos.

• Dos métodos comunes son Transverse Mercator y Lambert.


Proyección Grid UTM

• En Universal Transverse Mercator Grid, la tierra se divide en 60 zonas de 6° cada una


Zonas Grid

• Un meridiano central divide a la mitad cada zona de 6°.

• Cada meridiano central se sitúa a lo largo del norte verdadero.

• Si estamos situados directamente en el meridiano central o sobre el ecuador, la corrección grid es CERO.

Convergence is zero here


Zonas Grid

Maximum Grid Correction• La corrección de

convergencia aumenta conforme la locación se aleja del ecuador y el meridiano central.

• La convergencia no deberá ser mayor a +/- 3 º, de otra manera se ha escogido un meridiano central incorrecto.


Zonas Grid

• Para coordenadas rectangulares, valores arbitrarios han sido establecidos como convencion dentro de cada grid


Comparando las diferentes Proyecciones

• Diferentes proyecciones generan planos diferentes en términos de distancia, forma, escala y área.


Fuentes de error en Inclinación en tiempo real

• Estos factores pueden introducir errores en el valor de inclinación que se entrega al perforador direccional:

– Movimiento durante el survey (axial o rotacional).

– Acelerómetro o falla electrónica asociada.

– Calibración fuera de especificaciones.

– Exactitud de los sensores.

– Resolución de datos en tiempo real.


Criterio de calidad para Inclinación

• La inclinación obtenida, concuerda con las acciones del perforador direccional?

• Se encuentra Gtotal dentro +/- 0.003 g de la Intensidad del Campo Gravitacional Local?

• Gtotal = (Gx2 + Gy2 + Gz2 ) 1/2


Fuentes de error de azimut en tiempo real

• Estos factores pueden introducir errores en la dirección del pozo que se entrega al perforador direccional :

– Interferencia Magnética (axial o inter-axial).

– Magnetómetro o falla asociada al hardware.

– Calibración fuera de especificación.

– Valor de acelerómetro “Malo” (la inclinacion y la cara de la herramienta en posición alta son parte del calculo!).

– Error matemático (en inclinaciones de 0° y 90°).

– Exactitud de los sensores.

– Resolución de datos en tiempo real.

– Latitud, Inclinación, Dirección de pozo.

– Declinación incorrecta y/o Convergencia.


Criterio de calidad para el Azimut

• El azimut obtenido, concuerda con las acciones del perforador direccional?

• Se encuentra Btotal dentro +/- 350 nT de la Intensidad del Campo Magnético Local?

Btotal = (Bx2 + By

2 + Bz

2 )

½

• Se encuentra Gtotal dentro +/- 0.003 g de la Intensidad del Campo Gravitacional Local?


Criterio adicional para la aceptación de un survey

(Bx * Gx) + (By * Gy) + (Bz * Gz)

MDIP = ASIN {----------------------------------------------}

Gtotal * Btotal

• Se encuentra el Angulo Magnético (Dip) calculado en +/- 0.3º del Angulo Magnético Local ?

• MDIP utiliza valores de los acelerómetros y magnetómetros pero no es tan sensible al criterio de aceptación como Gtotal y Btotal.

• Es posible que MDIP este fuera de especificación pero Gtotal y Btotal no lo están.

• NOTA: MDIP no debe ser utilizado como criterio de aceptación para descalificar un survey si Gtotal y Btotal se encuentran dentro de las especificaciones


Criterio de aceptación para un Survey

• Gtotal = (Gx2 + Gy

2 +Gz

2 )

1/2

• Btotal = (Bx2 + By

2 +Bz

2 )

1/2

(Bx * Gx) + (By * Gy) + (Bz * Gz)

• MDIP = ASIN {----------------------------------------------}

Gtotal * Btotal


Limites de aceptación para Survey

• Gtotal = Gravedad Local +/- 0.003 g

• Btotal = Campo Magnético Local +/- 350 nT

• MDIP = Dip Local +/-


Ejemplo de Calidad de un Survey #1

• Dada la siguiente información, decidir si la calidad del survey esta dentro de los límites.

• Referencias Locales: Gtotal = 1.000 g Btotal = 58355 nT Mdip = 75.20°

• INC AZ Gtotal Btotal MDip

• 3.72 125.01 1.0012 58236 75.25

• Basado en tus observaciones, los valores de inclinación y azimut son aceptables?


• Dada la siguiente información, decidir si la calidad del survey esta dentro de los limites

• Referencias Locales: Gtotal = 1.000 g Btotal = 58355nt Mdip = 75.20°


3.72 125.01 1.0012 58236 75.25

+0.0012 -119 -0.05

• Basado en tus observaciones, los valores de inclinación y azimut son aceptables? SI / SI






INC AZ Gtotal Btotal MDip

• 5.01 127.33 1.0009 58001 74.84







5.01 127.33 1.0009 58001 74.84

+0.0009 -354 -0.36


SI / NO






8.52 125.34 0.9953 58150 74.28







8.52 125.34 0.9953 58150 74.28

-0.0047 -205 -0.92


NO / NO



• Dada la siguiente información, decidir si la calidad del survey esta dentro de los límites.



17.13 129.88 1.0120 57623 73.44







17.13 129.88 1.0120 57623 73.44

+0.0120 -732 -1.76

• Basado en tus observaciones, los valores de inclinación y azimut son aceptables? NO/NO.

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