umsa

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P E R F O R A C I Ó N

Preparado por: Ing. E. Camacho H.


Long Beach CA., Shoreline Drilling

(1930’s)

First Openhole Single Shot Survey, Long

Beach, CA.

Long Beach CA., Shoreline Drilling

(1930’s)

First Openhole Single Shot Survey, Long

Beach, CA.


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Raining Oil



Introducción a la Perforación Direccional

• La Perforación Direccional se define

como la practica de controlar la

dirección e inclinación de un pozo a

una ubicación u objetivo debajo de la

superficie.

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• En un principio fue utilizada como una operación de remediación de

pozos, por herramientas dejadas, perdidas o atascadas.

• Por los años 1929 se realiza la primera medición de la inclinación en

un pozo petrolero usando una botella de acido como inclinometro.

• El interés por la perforación direccional empieza cerca del año 1.929,

después de nuevos métodos de medición de ángulos de desviación

de pozos.

HISTORIA DE LA PERFORACIÓN DIRECCIONAL


• En 1.930 el primer pozo controlado es perforado en Huntington

Beach, California, EE.UU. El pozo fue perforado desde una

locación Onshore hasta unas arenas petrolíferas en Offshore.

• La perforación direccional controlada recién gana reconocimiento

a partir de 1.934, año que fue utilizado para matar un pozo

descontrolado, Texas, EE.UU.

• A partir de este hecho se dedican recursos a la investigación y

desarrollo de las técnicas de perforación direccional.

HISTORIA DE LA PERFORACIÓN DIRECCIONAL


< 1950 Magnetic Single Shot

1960’s Mud Motor

1970’s Steering Tool

1980 MWD

1980’s Steerable Motor

1980’s LWD

1988 Horizontal Drilling (drilling for drainage)

1999 Steerable Rotary Drilling

EVENTOS SIGNIFICATIVOS

Aplicaciones de Perforación Direccional

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• Sidetracking

• Locaciones inaccesibles

Pozos Multiples desde una estructura costa-fuera

Control de pozos verticales

• Pozos de Alivio

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• Perforación de Rango Extendido

• Reemplaza pozos submarinos y aprovecha reservas costa-fuera

con menos plataformas

• Desarrollo de campos cerca de la orilla de la playa

• Reduce impacto ambiental mediante el desarrollo de campos

Planificación del pozo

Definición

– La Planificación de Pozo Direccional es un

proceso de diseño que utiliza un conjunto de

datos e información, y desarrolla un plan

optimo de pozo direccional.

– Criterios de diseño utilizados incluyen:

Localización en Superficie

Localización del Objetivo

Tamaño del Objetivo

Norte de Referencia

Tendencias de Formación

Ratas de Aumento y Caída (BUR&DROP)

Proximidad de otros pozos

Puntos de Casing

Tecnología y Técnicas de Perforación

Disponibles


Analisis de datos

Propiedades y potencial del reservorio

Ratas de producción reales y esperados

Problemas de mecanismo de empuje.

Grosor y heterogeneidad de la zona productora

Problemas de perforación

Requerimientos de completacion/estimulación /

workover

Calcular la Economia

DESCARTAR

CANDIDATOS POBRES

ELEGIR BUENOS

CANDIDATOS

Criterio para selección de Candidatos

Planificación

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• Diseño y Planificación del Pozo

• Evaluación de Dificultades de Perforación

• Selección del Equipo de Perforación

• Selección de las Herramientas

• Estimado de Tiempo y Costo

Criterio para selección de Candidatos

Planificación


• Para planificar un pozo direccional se necesita un equipo integrado, multi-disciplinario

• RESERVORIO - GEOLOGIA

• Caracterización del reservorio y características geológicas

• COMPLETACION - PRODUCCION

• Limitaciones de completacion y requerimientos de producción

• PERFORACION

• Limitaciones/dificultades de perforación

• Requerimientos de perfil de pozo/radio de curvatura

• Tamaño del agujero/programa de casing

• Equipo de perforación necesario

• Consideraciones de costo


Planificación


La selección del KOP y BUR dependen:

• Tipo del Perfil Direccional seleccionado

• Programa de Cañería

• Programa de Lodo

• Desplazamiento Horizontal requerido

• Angulo de Inclinación Máximo

• Requerimientos de anti-colisión

• Rangos Normales de BUR: 1.5 a 4.0 Grad/100’ MD

Kick Off Point y Build Up Rate

Planificación


• El target define el perfil mas apropiado para el pozo

• Considerar requerimientos de completacion

• Definir el Fluido de Perforación mas Apropiado

• Diseñar un Programa Apropiado para Trépanos

• Diseñar perfil de casing; definir procedimientos de carreras/cementacion

• Usar programa de Torque y Drag para predecir y evaluar futuras dificultades de perforación

• Optimizar el programa basado en la capacidad disponible del equipo de perforación


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• Planificación de la Trayectoria del Pozo

• Tipos Tradicionales de Trayectorias Direccionales • Tipo 1 – Pozo Tipo “J” (Build & Hold)

• Tipo 2 - Pozo Tipo“S”

• Tipo 3 - Deep Kick-Off and Build

• Tipe 4 - Horizontal

Planificación


Trayectoria del Pozo

Tipo 1 – Tipo “J” Build and Hold

Tipo 2 - Tipo “S”

Tipo 3 - Deep Kick-Off and Build

Tipo 4 – Horizontal

CARACTERISTICAS:

KOP Somero

Normalmente un solo BUR

Seccion Tangente

APLICACIONES:

Pozos Profundos c/ VS grandes

Pozos medianos con Despl. Moderados.

Punto Kick-Off

Seccion Build-Up

Fin de Build

Seccion

Tangente

Objetiv

o

Planificación

Trayectoria del Pozo – Tipo De Trayectoria Direccional

Tipo 1 - Build and Hold

Tipo 2 - Pozo Tipo “S”



CARACTERISTICAS:

KOP Somero

-Seccion de Build Up

-Seccion Tangente

-Seccion Drop-off

VARIACIONES:

-Build, Hold & Drop a la Vertical.

-Build, Hold & Drop no a la Vert.

-Build, Hold & Drop continuo a lo largo

Reservorio.

Punto Kick-Off

Seccion Build-Up

Fin De Build

Seccion Tangente

Target

Comienzo de Caida

Seccion Caida

Fin De Caida

Hold

Planificación



– Tipo de Trayectoria Direccional


Tipo 2 - Pozo tipo “S”



CARACTERISTICAS

KOP Profundo

Seccion Tangente Corta (opcional)

APLICACIONES

Reubicacion del fondo del pozo

Presencia de un domo salino

DESVENTAJAS

Dificultad del Kick Off (Form. Duras)

Dificultad de conseguir el TF.(Torq.React.)

Cambios de BHAs largos.

Punto Kick-Off

Seccion Build-Up

Target

Planificación

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– Tipo de Patrón Direccional


Tipo 2 - Pozo Tipo “S”



CATEGORIAS

Radio: Corto, Medio y Largo

APLICACIONES

Atravesar fracturas naturales verticales

Minimizar conificación de gas y agua

Maximizar la producción

Optimizar la producción en campos de

baja presión y baja producción.

Aplicaciones en Minería.

PuntoKick-Off

Seccion Build-Up

Target

Fin De Build

Planificación


Planificación

Radio Corto Build Rates 1º/1´ a 3.5º/1´ Radio 57´ a 16´ Diametro pozo 6” a 4 ¾” Distancia horizontal 300´ a 400´ Rotaria 800´a 1000´ motor

Radio Medio Build Rates 8º/100´ a 20º/100´ Radio 716´ a 286´ Diametro pozo 12 ¼ “ a 4 ¾” Distancia horizontal 3000´ +

Radio Largo Build Rates 1º/100´ a 6º/100´ Radio 955´ adelante Diametro pozo 17 ½ “ a 4 ¾” Distancia horizontal 3000´ a 4000´

Términos


Nivel de terreno Elevación cabeza de pozo

(mesa rotaria)

(Altura de buje)

Profundidad

bajo nivel mar

Términos

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Términos


Rectangulares

Polares

Términos


Profundidad Medida (Measured Depth / MD)

Términos


Profundidad Vertical Verdadera (True Vertical Depth / TVD)

Términos

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Inclinación (desvío / Drift)

• Por convención, en la industria petrolera 0° es vertical y 90° horizontal.

3030°

3° 10°

3030°

3° 10°

Términos


Azimuth (dirección del pozo)

Azimut - Grados del Norte al high side

(Plano Horizontal)

N

S Azimuth

W E

Términos


Medidas de Dirección

Los dos mas conocidos en

perforación y registros

direccionales son:

1. Cuadrante (Rumbo)

2. Azimut

Términos


Medidas de Dirección

Ejemplos

1. Cuadrante

N 45° E … S 38° W … N 63° W

Esta es la manera como se leería una brújula

magnética

2. Azimut

45° … 142° … 297°

Este método toma la dirección y la expresa

como si se tomara una circunferencia y

se mide de 0°- 360°, medida en el sentido

de las agujas del reloj desde el Norte

como referencia.

Términos

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Pata de Perro ( Dog Leg / DL)

• Es la curvatura total del pozo (la combinación de cambios en inclinación y dirección) entre dos estaciones de registros direccionales.

• La pata de perro se mide en ángulos.

Severidad de la Pata de Perro

• Es la cantidad de DL referido a un intervalo estándar (usualmente 100 pies ó 30 metros).

D.L.S. = (D.L. x 30) / C.L.

• donde:

DL es la pata de perro calculada entre dos estaciones.

• CL (Course Length) es la profundidad medida entre dos estaciones

Términos


Sección Vertical

Términos


• Cierre (Closure)

• Se calculan la longitud y la dirección de la recta.

• Por ejemplo, si la posición localizada es 630 m N, 930 m E, el cierre puede ser calculado usando el Teorema de Pitágoras y la trigonometría: de manera que el cierre será 1123.3 m con dirección N 55.88° E. Dirección 55.88°

Centro de pozo

Términos


Lado Alto ( High Side)

Términos

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Herramientas Direccionales

Métodos para desviar un pozo

• Operaciones con Whipstock

• Todavía utilizados

• Chorros a presión

• Rara vez utilizado, todavía valido y no muy caro

• Motores de Fondo

• Mayormente utilizado, rápido y exacto

Operaciones con Whipstock Chorros a Presión

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MOTORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

(POSITIVE DISPLACEMENT DRILLING MUD MOTORS)

Top Sub

Sección de potencia

AKO

Sección de rodamientos

Sección de transmision

Motores de Desplazamiento Positivo

Trayectoria del Fluido


Trayectoria del Fluido

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Configuracion del Rotor Stator (Lobe)

Motores de Desplazamiento positivo Motores de Desplazamiento Positivo

Junta Universal - Cruzetas

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Conjunto de Rodamientos


Drilling Fluid

Flow Path Sealed Oil

Reservoir

Marine Bearing

Compensating

Assembly

Lower Rotary

Face Seal Thrust Bearing

Assembly

Upper Rotary

Face Seal

Drive Sub

(Bit Box)

Pin Connection To

Universal Joint

Assembly

Upper Radial

bearing Lower Radial

bearing

Conjunto de Rodamientos Sellados en Baño de Aceite


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TURBINA

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WOB

NF

SFa

WOB

NF

SFa SFr SFr

I(St,WOB) I(St,WOB)

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INSTRUMENTOS EN LA PERFORACION

Inclinómetro de Acido

Inclinómetro de Péndulo Giroscopio

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Acelerómetros Magnetómetros

Instrumentos magnéticos

Single Shot Multi shot

Control Direccional con ensambles rotarios

• Tipo de BHA

• Ensamble para construir

• Ensamble para tirar

• Ensamble para mantener

• Principios de Diseno

• Fuerza lateral

• Elevacion de Barrena

• Hidraulica

• Combinacion

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Peso Sobre Barrena

• Al aumentar el peso sobre barrena, se aumenta

la inclinacion ….y viceversa

P r i n c i p i o d e E s t a b i l i z a c i o n

• Los estabilizadores son colocados en puntos especificos para

controlar la drill string y minimizar la desviacion en el fondo

• Aumenta la rigidez del BHA al colocar estabilizadores y evita

que la tuberia se doble y ayuda a la barrena a seguir

perforando

• El BHA empacado se utiliza para mantener angulo

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Razones para el uso de estabilizadores

• La posicion y calibre de los estabilizadores controlan la forma en que se direcciona el pozo

• Los estabilizadores ayudan a concentrar el peso sobre barrena

• Los estabilizadores minimizan doblamientos y vibraciones

• Los estabilizadores reducen el torque al perforar porque se tiene menos area de contacto

• Los estabilizadores ayudan a prevenir pegaduras por diferencial y key seating

Fuerzas Estabilizadoras

Ensambles para Construir (Fulcrum)

• Al colocar dos estabilizadores se incrementa el control de fuerza lateral y alivia otros problemas

Ensambles para Disminuir (Pendulo) • Para aumentar la rata de

disminucion : • Aumentar longitud Tangencial

• Aumentar Rigidez

• Aumentar peso en drill collar

• Disminuir peso sobre barrena

• Aumentar velocidad de rotaria

• LT comunes :

• 30 ft

• 45 ft

• 60 ft

• 90 ft

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Ensambles para Mantener (Empacados)

• Diseños para minimizar fuerzas

laterales y disminuir la sensibilidad de

cargas axiales

Norte Verdadero

• Es la dirección del polo norte geográfico, el cual yace sobre el eje de rotación de la tierra

Norte Magnético

• Es la dirección de la componente horizontal del campo magnético terrestre en un punto seleccionado sobre la superficie de la Tierra.

Declinación Magnética Es el ángulo entre el norte verdadero y el norte magnético

Norte

Verdadero

Norte

Magnético

Angulo de

Declinación

Términos

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Magnetic_declination.svg

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Variación de la Declinación Magnética Declinación Magnética Declinación Este Ocurre cuando el norte magnético esta al Este del verdadero

Declinación Oeste Ocurre cuando el norte magnético esta al Oeste del verdadero

Ejemplo

Declinación magnética = 8° E

Azimut magnético = 56°

Azimut Verdadero = 64°

Ejemplo

Declinación magnética = 8° W

Azimut magnético = 56°

Azimut Verdadero = 48°

N

W E

S

-

-

+

+

N

W E

S

-

-

+

+

Términos

Cálculos Direccionales

Si H2 es mayor que R

Si H2 es menor que R

( R en m, BUR grados/30m )

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Si H3 < R1+R2

Si H3 > R1+R2

Estación 1

Estación 2

B1 I1

TVD real

TVD calc

L

Y cal Y real

X cal

X real

Trayectoria real

TVD = ( L x cos I1)

N/S = L x Sin I1 x Cos B1

E/W = L x Sin I1 x Sin B1

E/W = X

N/S = Y

Método Tangencial


• Método: Angulo Promedio

- Asume que el pozo es paralelo al promedio simple de los ángulos de

inclinación y dirección y realiza el calculo entre dos estaciones localizadoras.

- Es un método bastante preciso y los cálculos son suficientemente simple.


Estación 1

Estación 2

B2 I2

TVD calc

L

N/S cal

E/W cal

Trayectoria real

I1

B1

I1 + I2

2 I avg =

2 B avg =

B1 + B2

TVD = ( L x cos I avg)

N/S = L x Sin Iavg x Cos Bavg

E/W = L x Sin Iavg x Sin Bavg


Método: Angulo Promedio

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• Método: Radio de Curvatura

- Usa los ángulos medidos en los extremos de las secciones a lo largo

de la longitud registrada. Este método genera una curva en el espacio

que representa la trayectoria del pozo. Para cada intervalo de registros

direccionales el método asume que las proyecciones vertical y

horizontal de la curva tienen radio de curvatura constante.


Estación 1

Estación 2

B2 I2

MD

N/S cal

E/W cal

I1

B1

180 x MD (SinI2 – SinI1) TVD =

π (I2 – I1)

TVD calc

N/S = 180 MD x (Cos I1 – Cos I2)(SinB2 – SinB1)

2

2 Π (I2 – I1)(B2 – B1)

E/W = 180 MD x (Cos I1 – Cos I2)(CosB1 – CosB2)

2

2 Π (I2 – I1)(B2 – B1) L


Método: Radio de Curvatura

• Método: Minima Curvatura

- Asume que el pozo es un arco de circunferencia con mínima curvatura (máximo radio

de curvatura) entre dos estaciones de registros direccionales. Este método es el mas

preciso para la mayoría de las trayectorias de pozos. Sin embargo el método conlleva

cálculos complejos que usualmente se hacen con una computadora.


Estación 1

Estación 2

B2 I2

MD

N/S cal

E/W cal

I1

B1

TVD calc

DL/2

DL/2

DL = Cos (SenI1 x SenI2 x Cos(B2 – B1) + Cos I1 x CosI2) -1

TVD = MD

2 (CosI1 + CosI2) RF

MD

2 N/S = (SenI1 Cos B1 + SenI2 CosB2) RF

MD

2 (SenI1 SenB1 + SenI2 SenB2) RF E/W =

RF = Tan ( ) DL

2

180

Π

2

DL x x

RF es simplemente un factor de uniformidad


Método: Minima Curvatura

umsa

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