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Perforaciones Direccionales 2014 PERFORACIONES DIRECCIONALES Los pozos direccionales pueden clasificarse de acuerdo a la forma que toma el ángulo de inclinación en: Tipo Tangencial. En Forma de S: − Tipo “S”. − Tipo “S” Especial. Inclinados o de Alto Ángulo. Horizontales. Reentradas: − Verticales. − Direccionales. Multilaterales. PERFORACION III Página 1

Author: ares1212

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Perforaciones Direccionales

Perforaciones Direccionales2014

PERFORACIONES DIRECCIONALES

Los pozos direccionales pueden clasificarse de acuerdo a la forma que toma el ngulo de inclinacin en:

Tipo Tangencial.En Forma de S: Tipo S. Tipo S Especial.Inclinados o de Alto ngulo.Horizontales.Reentradas: Verticales. Direccionales.Multilaterales.

Tipo Tangencial:

La desviacin deseada es obtenida a una profundidad relativamente llana y esta desviacin se mantiene constante hasta el objetivo. Este tipo de pozo presenta muchas ventajas tales como:

Configuracin de la curva sencilla a lo largo de un rumbo fijo.ngulo de inclinacin moderado.Generalmente puntos de arranques someros.Menor riesgo de pega.

En Forma de J:

Este tipo de pozos es muy parecido al tipo tangencial, pero el hoyo comienza a desviarse ms profundo y los ngulos de desviacin son relativamente altos y se tiene una seccin de construccin de ngulo permanente hasta el punto final.

En Forma de S:En este tipo de pozo la trayectoria est configurada por una zona de incremento de ngulo, otra tangencial y una de disminucin de ngulo. Estos tipos de pozos pueden ser de dos formas:

Tipo S:constituido por una seccin de aumento de ngulo, una seccin tangencial y una seccin de cada de ngulo que llega a cero grados (0).

S Especial:constituido por una seccin de aumento de ngulo, una seccin tangencial intermedia, una seccin de cada de ngulo diferente a cero grados (0) y una seccin de mantenimiento de ngulo al objetivo.

Inclinados o de Alto ngulo:Son pozos iniciados desde superficie con un ngulo de desviacin predeterminado constante, para lo cual se utilizan taladros especiales inclinados. Los Taladros Inclinados son equipos cuya cabria puede moverse de 90 de la horizontal hasta un mximo de 45. Entre las caractersticas ms resaltantes del equipo se pueden mencionar:

Una torre de perforacin inclinada para perforar desde pozos verticales hasta pozos de 45 de desviacin vertical. Brazo hidrulico para manejar tubulares que puede ser accionado desde el piso de la torre de perforacin, eliminando el trabajo del encuellador de los taladros convencionales. Un bloque viajero, provisto de un sistema giratorio diseado para enroscar y desenroscar la tubera, que se desliza a travs de un sistema de rieles instalado en la estructura de torre. Sistema hidrulico especial para darle el torque apropiado a cada conexin de los tubulares.

Los equipos auxiliares del taladro permanecen fijos durante la perforacin, lo que incrementa la vida til de los mismos, por disminucin el deterioro al que son sometidos durante la mudanza entre pozo y pozo.Capacidad de movilizacin mediante un sistema de orugas, lo cual reduce los tiempo de mudanza.

Horizontales:Son pozos perforados horizontalmente o paralelos a los planos de estratificacin de un yacimiento con la finalidad de tener mayor rea de produccin. Tambin se denominan pozos horizontales aquellos con un ngulo de inclinacin no menor de 86 respecto a la vertical. La longitud de la seccin horizontal depende de la extensin del yacimiento y del rea a drenar en el mismo. Segn el radio de curvatura, existen cuatro tipos de pozos horizontales bsicos, cada uno de los cuales poseen una tcnica que va en funcin directa con la tasa de incremento de ngulo y del desplazamiento horizontal. Adicionalmente, se requiere un ensamblaje especial de la sarta de perforacin para poder obtener los grados de inclinacin mximo hasta el objetivo.

Perforacin Horizontal Vs. Perforacin Vertical:

El pozo vertical atraviesa todo el espesor de la formacin, mientras que en el horizontal la mecha penetra por el centro del espesor de la formacin hasta la longitud que sea mecnicamente aconsejable.

El ngulo de penetracin del hoyo horizontal en la formacin tiene que ver con la facilidad de meter y sacar la sarta de perforacin del hoyo. A medida que la longitud del hoyo horizontal se prolonga, la longitud y el peso de la sarta que descansa sobre la parte inferior del hoyo son mayores. Esto crea ms roce, ms friccin, ms esfuerzo de torsin y ms esfuerzo de arrastre al extraer la sarta de perforacin. Condiciones similares de esfuerzos se presentan durante la insercin y cementacin del revestidor de terminacin y durante la toma de registros o perfiles corrientes o integrantes de la sarta de perforacin.

En el hoyo vertical, el desplazamiento del flujo del gas y/o petrleo del yacimiento hacia el pozo es radial; la permeabilidad horizontal (KH) y permeabilidad vertical (KV) se miden en la direccin indicada en la figura.

Ventajas:

Mejora la eficiencia de barrido. Incrementa la productividad del yacimiento y mejora el recobro final del mismo, debido a que se incrementa el rea de contacto entre el yacimiento y el pozo. Reduce la conificacin y/o adedamiento de los fluidos viscosos.

Desventajas:

Altos costos de perforacin, debido a que se incrementa el tiempo y el riesgo de problemas operacionales. Las opciones de recompletacin son limitadas especialmente cuando se trata de alto corte de agua y/o alta relacin gas/petrleo.

Reentradas o Reentries:Son pozos perforados desde pozos ya existentes, pudindose reperforar un nuevo hoyo utilizando parte de un pozo perforado previamente. Esta nueva seccin puede ser reperforada con una seccin vertical o direccional.

Multilaterales:Consisten bsicamente en un hoyo primario y uno o ms hoyos secundarios que parten del hoyo primario, cuyo objetivo principal es reducir el nmero de pozos que se perforan, adems de optimizar la produccin de las reservas. Segn la geometra del yacimiento se pueden construir distintas configuraciones de pozos multilaterales para lograr drenar los yacimientos de manera ms eficiente, entre ellas tenemos:

Hoyos de Dimetro Reducido o Slim Hole:Son pozos que se perforan con propsitos de hacer el trabajo economizando recursos y obteniendo ms provecho, utilizando mecha de 7 o menos. La utilizacin de este mtodo es muy efectiva en exploracin y/o captura de informacin sobre los yacimientos.

Herramientas utilizadas.

Herramientas Deflectoras:Son las encargadas de dirigir el hoyo en la direccin predeterminada, dentro de las cuales tenemos:

Mecha: constituye la herramienta bsica del proceso de perforacin, ya que permite cortar y penetrar las formaciones. En perforacin direccional suelen utilizarse mechas de tamao convencional con uno o dos chorros de mayor dimetro que el tercero, o dos chorros ciegos y uno especial, a travs del cual sale el fluido de perforacin a altas velocidades y la fuerza hidrulica generada erosiona una cavidad en la formacin, lo que permite a la mecha dirigirse en esta direccin. Este mtodo se utiliza normalmente en formaciones blandas.

Cucharas Deflectoras (Whipstocks): son piezas de acero en forma de cuchara con una punta cincelada colocada en el hoyo para iniciar la desviacin del hoyo. Pueden ser de tres tipos:

a) Cucharas removible: consta de una larga cua de acero, cncava de un lado para sostener y guiar la sarta de perforacin, posee una punta de cincel para evitar el giro y de un tubo portamecha para recuperar la herramienta.b) Cuchara de circulacin: su instalacin es igual a la anterior, pero en este caso el fluido de perforacin circula por un orificio en el fondo removiendo los ripios.c) Cuchara permanente tipo revestidor: queda permanentemente en el pozo y su principal aplicacin es desviar a causa de una obstruccin colapso del revestidor o para reingresar a un pozo existente con un pez.

Motores de Fondo: tienen la particularidad de eliminar la rotacin de latubera, mediante una fuerza de torsin en el fondo, impulsada por el lodo deperforacin. Pueden ser:

a) Tipo Turbina: es una unidad axial multietapa que demuestra ser muy eficientey confiable, especialmente en formaciones duras.b) De Desplazamiento Positivo: consta de un motor helicoidal de dos etapas,vlvula de descarga, conjunto de bielas, conjuntos de cojinetes y ejes.

Herramientas de Medicin:

Cuando se est perforando un pozo direccional, se deben tener los equipos de medicin para determinar precisamente la direccin e inclinacin del pozo. Estos equipos o instrumentos sirven para localizar posibles patas de perro o excesivas curvaturas.Las herramientas de medicin son los equipos disponibles para conocer la inclinacin y direccin del pozo en el subsuelo. Las ms usadas son:

Pndulo invertido o Totco: es uno de los ms elementales y sencillos instrumentos con los que se puede detectar la desviacin.Toma sencilla o Single Shot y tomas mltiples o Multishot: son mtodos magnticos que requieren el uso de una barra no magntica (monel) y ofrecen la informacin simultnea del rumbo e inclinacin del pozo. La informacin es obtenida despus que la seccin es perforada y arroja lecturas segn la calibracin de un cronmetro.

POZOS DIRECCIONALES TIPO "S"Este tipo de perforacin se desva cerca de la superficie, despus de que ha logrado la desviacin, se coloca y cementa la tubera de revestimiento superficial.La perforacin contina a lo largo de este curso desviado, hasta que se alcanza el desplazamiento lateral deseado; entonces el hoyo se regresa hacia la vertical y se coloca una sarta intermedia de tubera de revestimiento. La perforacin se reanuda en el agujero vertical y el agujero permanece vertical hasta que se alcanza la profundidad total.Este patrn es utilizado en pozos profundos, en reas en las cuales las dificultades con gas, flujo de agua salada, etc. Exigen la colocacin de una tubera intermedia, tambin permite la separacin ms precisa de los fondos de agujeros en zonas productoras mltiples.

CARACTERISTICAS DE LOS POZOS TIPO S Un KOP a poca profundidad. Una seccin de construccin. Una seccin tangente. Una seccin de Cada.VARIACIONES Seccin de construccin, tangente y cada hacia la vertical. Seccin de construccin, tangente, cada y mantenimiento de ngulo. Seccin de construccin, tangente y una cada contina a travs del reservorio.APLICACIONES DE LOS POZOS TIPO S Se puede interceptar mltiples zonas de inters. Se reduce el ngulo de interseccin en el reservorio. Se realizan estos tipos de pozo cuando se tiene limitaciones con el objetivo. Por requerimientos de espaciamientos de pozos. Cuando se realizan pozos profundos con un pequeo desplazamiento horizontal.DESVENTAJAS DE LOS POZOS TIPO S Incremento del torque y el arrastre. Riesgo de formacin de ojos de llaves (Keyseating). Riesgo de formacin de canales.

Ejemplo de Calculo de Pozo Direccional Tipo S

Dado el siguiente Esquema y los datos abajo indicados, construyamos el Perfil Direccional Tipo "S" del Pozo.COORDENADAS DE SUPERFICIE:N: 10.000 piesE: 30.000 pies

COORDENADAS DE FONDON: 7.432 piesE: 29.312 pies

PROFUNDIDAD AL INICIO DEL DESVIO (KOP) :1480 pies--> V1

TASA DE INCREMENTO DE ANGULO:2 /100'

TASA DE DISMINUCIN DE ANGULO:2.5/ 100'hasta6695'(0) ---> V4

PUNTO DE INICIO DE DESCENSO DE ANGULO:5300'--> V3

PROFUNDIDAD VERTICAL TOTAL (TVD) =7.200 pies--> V5

SOLUCION:

1.- Calculamos el Desplazamiento Horizontal (Dh), D4 en el Dibujo

Dh= RAIZ CUADRADA ((Coord Norte Sup - Coord Norte Fondo)^2 + (Coord Este Sup - Coord Este Fondo)^2)Dh= RAIZ CUADRADA ((10.000 - 7.432)^2 + (30.000-29.312)^2)Dh=2.654,56 pies= D4

2.- Calcular la Direccin del Pozo:

DIREC = ARCTg (Coordenada E/O / Coordenada N/S)

Donde:COORDENADA N/S = 7.432' - 10.000' =-2568'COORDENADA E/O = 29.312' - 30.000' =-688'

DIREC = ARCTg (-688 / -2568) =15

Por ser negativas ambas coordenadas (Tercer Cuadrante), la direccin es S15O, o en valores de Azimuth = 195.

3.- Clcular los Radios de Curvatura.

R = 180 / (Pi * Tasa de Incremento)

Tenemos Dos Curvaturas segun Grafico --> R1 y R2

R1= 180 / (Pi*2/100') =2864,78'R2= 180 / (Pi*2,5/100') =2291,83'

4.- Ahora calculamos el ngulo Mximo, para lo cual se tienen que tomar las siguientes consideraciones:

* Si R1 + R2 > D4 -->AngMax =ArcTg( (V4-V1) / (D4-R1-R2) ) - ArcCos( (R1+R2)/(V4-V1))*Sen ( (ArcTg (V4-V1)/(R1+R2-D4) )

* Si R1 + R2 < D4 -->AngMax =180 - ArcTg( (V4-V1) / (D4-R1-R2) ) - ArcCos( (R1+R2)/(V4-V1))*Sen ( (ArcTg(V4-V1)/(R1+R2-D4) )

Entonces --> R1 + R2 = 2864.78 + 2291.83 = 5156,61' > D4 , por lo tanto usamos la primera consideracin y reemplazamos los valores en la frmula:

AngMax= ArcTg( (6695-1480)/(5156.61+2654.56) ) - ArcCos( ( (5156.61)/(6695-1480) ) * Sen( ArcTg(6695-1480) / (5156.61-2654,46) )

Angulo Mximo =37.5

Con este valor obtenemos la profundidad vertical al ngulo mximo (V2)

V2 = HA + AEDonde HA = KOP y AE = A'C segn el Grfico.

Si --> Sen(37.5) = A'C / R1 --> A'C = R1*Sen(37.5) = 2864,78* 0.6087 = 1744'.

V2 = 1480 + 1744 =3224'.

5.- Clculo del Desplazamiento Horizontal al ngulo Mximo (HC)

EC = AA' = R1 - R1*Cos(37.5) =2865'

6.- Profundidad Medida al ngulo Mximo: HC

HC = HA + AC , Donde :HA = KOP ,yAC = (Pi* R1*AngMax)/180 = (3,14*2865*37.5)/180 = 1875'

HC = 1875 + 1480 =3355'.

7.- Desplazamiento al Final de la Seccin Tangencial: DB

DB= EC + DB , Donde:Tg(AngMax) = D'B / (V3-V2)D'B = (V3-V2)*Tg(AngMax)DB = (5300 - 3224) * Tg(37.5) =1593' .

8.- Determinar la Profundidad Medida al final de la Seccin Tangencial: HB

HB= HC + CBPara ello necesitamos obtener el valor de CBCosAngMax= CD' / CB, al despejar --> CB= CD' / CosAngMaxSi CD' = V3 - V2 = 5300' - 3224' = 2076'

Reemplazando --> CB= 2076' / Cos(37.5) = 2617'

Entonces -> HB = 3355' + 2617' =5972'

9.- Profundidad Medida al Final del Descenso de Angulo: HF--> HF = HB + BF

Para Calcular BF = (Pi* R2 * AngMax) / 180 = (3.14 * 2292 * 37.5) / 180 = 1500'

Reemplazando --> HF = 5972' + 1500' =7472'.

10.- Finalmente obtenemos la Profundidad Medida Total: HZ( HZ= HF + FZ )

Para Calcular FZ = V5 - V4 = 7200' - 6695' = 505'

Reemplazando--> FZ = 7472 + 505 =7977' .

POZOS DIRECCIONALES TIPO "J"Existen bsicamente cuatro tipos de perfiles de desviacin de pozos:a)Pozo tipo J Construir y Mantener (Build and Hold Type Slant)b)Pozo tipo S En forma de S (S Shaped)c)Pozo tipo KOPProfundo y Construir (Deep kick-off and Build)d)Pozos Horizontales.

Es planificado de manera que el ngulo de desviacin inicial se obtenga a una profundidad no muy grande y de ese punto al ngulo se mantiene como una lnea recta hacia el objetivo. Una vez obtenidos estos requisitos, se coloca la tubera de revestimiento superficial a travs de la seccin desviada y se cementa.Este programa se puede aplicar en dos programas de profundidad precisa. En perforacin de profundidad moderada en reas en las que no se requiere tubera de revestimiento intermedia y donde la roca que contiene el petrleo est en una sola zona.Para pozos profundos, que requieran un desplazamiento lateral grande, en estos pozos la sarta de tubera de revestimiento intermedia, se coloca a travs de la seccin curva hasta la profundidad requerida. El ngulo inicial y la direccin se mantienen entones debajo de la tubera de revestimiento hasta la profundidad total.CARACTERISTICAS DE LOS POZOS TIPO J Presenta un KOP a poca profundidad. Una seccin de construccin (que puede tener ms de un BUR). Una seccin tangente.APLICACIONES DE LOS POZOS TIPO J Pozos profundos con un amplio desplazamiento horizontal. Pozos moderadamente profundos con un desplazamiento horizontal moderado, donde no se requiere de una caera intermedia.

EJEMPLO

El Diseador de Pozos tiene que planificar un punto de Partida (KOP= Kick off Point, en Ingls) para el Pozo, incluyendole una seccin de construccin de ngulopara iniciar el desvo del pozo, bien sea para "by-pasear" domo salino o para alguna otra finalidad de la perforacin Direccional. Se pretende en este caso de ejemplo, lograr una seccincurva de1500 ftde desplazamiento horizontal programadaa una TVD objetivo de10,000 ft. Calculemos la Profundidad Medida (MD) y la Tasa de Construccin de angulo.

Con las dos siguientes formulas podemos calcular:Radio de Curvatura (Rb)y laLongitud de Hoyo (L):solucin:Dibujar un Diagrama con la Geometra planificada del Pozo.

/Donde:Rb = radio de curvaturaen pies (ft)q = Tasa de Construccin en Grados/ pie = Angulo de Construccim

DATOS:Total TVD = 10.000 ftTVDen Seccin de Construccin= 10.000' 7.000' = 3.000 ftDesplazamiento Horizontal= 1500 ft

Del Diagrama podemos observar:

Rb = 1500 + Rb x cos ()1500 = Rb x (1- cos ()) (Ec.01)

Usando Relaciones Trigonometricas tenemos que:3000 = Rb x sin () (Ec.02)

Si dividimos Ec.02 / Ec.01,se tiene que: (Ec.03)

Elevando la Ec.03 al cuadrado: (Ec.04)

Organizando la Ec.04 se obtiene que: Ec.05

Segn la Relacin Trigonmetrica:

Por lo tanto se puede cambiar laEcuacion 05de la siguiente forma:, obteniendo la ecuacin de abajo: (Ec.06)

Usando una relacion polinomica organizamos la ecuacin de la siguiente forma:

Usando estas ecuaciones se pueden obtener dos posibilidades:cos () = 3/5cos () = 1Por lo que se necesita chequear cual sera la respuesta correcta:cos () = 1no es realporque = 0 grados.Por lo tanto,cos () = 3/5es la respuesta correcta para este caso.

Usando la Ec.01, se puede obtenerRb:1500 = Rb x (1- cos ()) Ec.011500 = Rb x (1- cos (53.13))1500 = Rb x (1 3/5)Rb = 3750 ft

Ahora se puede obtener la longitud de la seccin de construccin con la ecuacin de abajo:

La Profundidad Medidad (MD) total desde el taladro hasta el final de la seccion deconstruccin es:

MD Totall = 7000' + 3477,35' = 10.477.35 ft

Ahora determinaremos laTasa de Construccin:si, entonces--->

Despejando q se tiene que:q= 180/(3,14*3750)

Para reportar en grados/100', se multiplica el resultado por 100 pies, obteniendose el siguiente valor:q = 1.65 grados/100 piesq = 1.65 /100'

RESULTADOS:

MD del Pozo=10.477,35 ftTasa de Incremento de Angulo:q = 1,65/100'

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Mtodo tangencial

El mtodo ms simple utilizado por aos ha sido el mtodo tangencial. La derivacin original se desconoce. El desarrollo matemtico utiliza la inclinacin y direccin en una estacin de registro direccional A2 (Fig. 12.17) y supone que los ngulos proyectados permanecen constantes sobre todo el tramo de trayectoria precedente DM2 a A2. Los ngulos en A1 no se toman en cuenta. Se puede demostrar que la coordenada de latitud Norte/Sur L, puede ser calculada utilizando la siguiente ecuacin para cada tramo DM

Mtodo de ngulo promedio o del promedio angularSe ha reconocido que el mtodo tangencial provoca un error por no considerar la inclinacin y la direccin previas. El mtodo de ngulo considera el promedio de los ngulos , , 1 1 a e y 2 2 a ,e sobre un incremento de longitud D2 para calcular L2, M2, y D2. Las siguientes ecuaciones son las relaciones de promedio angular y de ngulo promedio

Determinar las coordenadas de la trayectoria para los puntos de Medicin corregidos mostrados en la tabla 12.3.SolucinUtilizando paso a paso el procedimiento de la tabla 12.2, se obtuvieron los resultados finales de la tabla 12.1 con los resultados finalesMtodo de curvatura mnimaEl mtodo de curvatura mnima utiliza los ngulos en A1 y A2, y supone un pozo curvado sobre el tramo o seccin D2 y no en lnea recta, tal como se muestra en la Fig. 12.18.

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