perforación direccional

UNIVERSIDAD DE ORIENTE- NÚCLEO MONAGAS
ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
PERFORACIÓN AVANZADA
Profesor: Ing. Carlos Jiménez
Realizado por:
Br. Ernesto Rojas
Julio de 2009
ASIGNACIÓN 2.
PERFORACIÓN DIRECCIONAL
Durante mucho tiempo, las limitaciones que implicaban la perforación vertical fueron una
debilidad de la ingeniería petrolera. No sólo porque el área de contacto con el yacimiento es
menor que en una horizontal, sino que no se podían alcanzar lugares en los que no se podía
penetrar desde la superficie verticalmente.
En las operaciones de perforación de pozos no se ha podido estandarizar un
procedimiento que sea común a todos los tipos y programas de explotación en todos los lugares.
Cada yacimiento tiene su propia litología, estratigrafía, geología y características de los fluidos
distintos; además, el efecto de los asentamientos urbanos y los accidentes superficiales provocan
que los programas de perforación se tengan que ajustar a las necesidades locales constantemente.
En muchos, casos se hace necesario utilizar un programa de perforación direccional para
alcanzar un objetivo que verticalmente sería muy difícil o no rentable. Entre los factores
mecánicos de esta imposibilidad vertical están: las características, diámetros y peso por unidad de
longitud de los tubos que componen la sarta de perforación; el tipo de barrena; la velocidad de
rotación de la sarta; el peso de la sarta que se deja actuar sobre la barrena, para que ésta muerda,
penetre y despedace la roca; el tipo y las características tixotrópicas del fluido de perforación
utilizando su peso por unidad de volumen para contrarrestar las presiones de las formaciones
perforadas, la velocidad y caudal suficientes de salida del fluido por las boquillas de la barrena
para garantizar la limpieza del fondo del hoyo y el arrastre del ripio hasta la superficie.
Los factores geológicos tienen que ver con la clase y constitución del material delas rocas,
muy particularmente el grado de dureza, que influye mucho sobre el progreso y avance de la
perforación; el buzamiento o inclinación de las formaciones con respecto a la superficie como
plano de referencia. La intercalación de estratos de diferentes durezas y buzamientos influyen en
que la trayectoria de la barrena sea afectada en inclinación y dirección por tales cambios, y más si
los factores mecánicos de la sarta y del fluido de perforación sincronizan con la situación
planteada. Por tanto, es necesario verificar cada cierto tiempo y a intervalos determinados la
verticalidad convencional del hoyo, mediante registros y análisis de los factores mencionados.1
Por esta razón en las próximas líneas se abordará el tema en detalle, definiendo los
términos básicos, estableciendo las situaciones y causas que rodean este procedimiento,
describiendo las herramientas que se utilizan y detallando el proceso como tal.
PERFORACIÓN DIRECCIONAL
Desde inicios de los años 1873 en que se inventó el motor de fondo para la perforación de
pzos petroleros, se empezó a dar pasos hacia la perforación direccionada de pozoz. De hecho, para
el año 1923 ya se habían perforado pozos direccionales conm suficiente éxito, fundamentalmente
para desviar obstrucciones y mantener la verticalidad de un pozo.
Cuando se hace necesario la aplicación de una perforación con un ángulo mucho mayor al
vertical, se proceda a hacer perforaciones dirigidas. A todo este proceso se lee conoce como
perforación direccional. Además, en ciertos casos la perforación direccional resulta esencial, por
ejemplo, cuando ocurre un descontrol y se requieren pozos de alivio. También en situaciones
menos peligrosas como las desviaciones necesarias alrededor de la obstrucción de un hueco.
En el campo de la comercialización y distribución, resulta muy útil para construir
oleoductos y gasoductos sin afectar el medio ambiente. Al igual que todas las operaciones, la
perforación direccional implica un costo, que según expertos oscila entre el 40% de los costos de
descubrimiento y desarrollo.
Los sistemas rotativos de perforación permiten planificar geometrías de pozos complejas.
Incluyendo pozos horizontales y de alcance extendido.
A continuación se enumeran algunas de las situaciones que hacen requerir una
perforación direccional:
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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)
Además de estas situaciones, existen causas específicas inherentes al sistema geológico, a la
disponibilidad de superficie o a las emergencias y accidentes, que también forzan a un programa
direccional. Entre estas aristas se pueden nombrar las que siguen:
1. Localizaciones inaccesibles: Son aquellas áreas a perforar donde se encuentra algún tipo
de instalación o edificación (parque, edificio), o donde el terreno por condiciones
naturales (lagunas, ríos, montañas) hacen difícil su acceso.
1. Domo de sal: donde los yacimientos a desarrollar están bajo la fachada de un
levantamiento de sal por razones operacionales no se desee atravesar el domo.
2.
Formaciones con fallas: donde el yacimiento está dividido por varias fallas que se originan
durante la compactación del mismo.
3. Múltiple pozo con una misma plataforma: 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.
4. 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
5. 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
HERRAMIENTAS BÁSICAS
Finalmente, se detallarán aspectos relacionados con las herramientas básicas que se
utilizan en los programas de perforación direccional.
Los motores de fondo son dispositivos de cambio mecánico de la energía cinética del lodo
por energía rotacional en las aspas del motor. Se ubican el el ensamblaje BHA y constituyen una
herramienta poderosa para controlar la perforación. Los últimos desarrollos en este aspecto ha
podicdo contriur pozos con diseños exóticos que llevan al exremo las tecnologías y exytienden los
horizontes de la perforación.
Los dispositivos de medición del rumbo de la perforación, también son fundamentales en
toda esta tarea. Uno de los principales problemas que se originaban antes era la necesidad de
m,anejar la información exacta del trayecto de la perforación. A esto se le conoce como
relevamiento, los cuales aportan tres datos fundamentales:
•Profundidad (es la profundidad en el pozo
direccional, que se hace con la medición de la
sarta, mide la longitud del hoyo)
•Inclinación (es el ángulo fuera de la vertical,
también se llama ángulo de desviación)
•Azimut (Angulo fuera del norte del hoyo a
través del este que se mide con compas
magnético, con base en la escala completa del
círculo de 360º)
Los modernos sistemas de medición
durante la perforación (MWD), envían datos
de relevamientos direccionales a la superficie
por telemetría de pulsos del lodo; las
mediciones de relevamiento son transmitidas
como pulsos de presión en el fluido de
perforación y decodificadas en la superficie
mientras se avanza con la perforación.
Además de la dirección y la inclinación, el
sistema MWD transmite datos acerca de la orientación de la herramienta dd perforación
direccional. Las herramientas de relevamiento sólo indican el lugar dónde se ha emplazado el
pozo, mientras que las direccionales, desde una simple cuchara desviadora hasta los avanzados
sistemas direccionales, son las que permiten al perforador mantener el control sobre la trayectoria
del hoyo.2
Las Mechas son de tamaño convencional con uno o dos chorros de mayor diámetro que el
tercero, o dos chorros ciegos y uno especial, a través del cual sale el fluido de perforación a altas
velocidades, también puede ser utilizada una mecha bicono con un chorro sobresaliente
La fuerza hidráulica generada erosiona una cavidad en la formación, lo que permite a la mecha
dirigirse en esta dirección. Este es un método utilizado normalmente en formaciones blandas y
semiblandasLa perforación se realiza en forma alternada, es decir, se erosiona una sección del
hoyo y luego se continúa con la perforación rotatoria
Las Cucharas deflectoras (guiasonda): son piezas de acero en forma de cuchara con la
punta cincelada
La Cuchara removible: se usa para iniciar el cambio de inclinación y rumbo del pozo, para
perforar al lado de tapones de cemento o para enderezar pozos desviadores. Consta de una larga
cuña invertida de acero, cóncava en un lado para sostener y guiar la sarta de perforación. Posee
una punta de cincel en el extremo para evitar el giro de la herramienta y de un tubo portamecha
en el tope para rescatar la herramienta
El Estabilizador un cuerpo estabilizador es sustentado giratoriamente por el sub
estabilizador, donde el cuerpo estabilizador permanece sustancialmente estacionario en relación
con el pozo de sondeo a medida que gira la sarta de perforación. Al menos una pala estabilizadora
es sustentada por el cuerpo estabilizador, siendo la pala estabilizadora extensible radialmente
desde el estabilizador para encajarse con la pared lateral del pozo de sondeo. Cada pala
estabilizadora es extensible y retirable desde el cuerpo estabilizador independientemente de las
demás. Cada una de las palas va guiada por ranuras de fondo inclinado y desplazada a lo largo del
fondo por un motor eléctrico. Los motores son alimentados por baterías que se cargan por
acoplamiento inductivo con bobinas de carga sustentadas por el sub estabilizador. El movimiento
de las palas se controla por telemetría desde la superficie o por un sistema mwd (mediciones
durante la perforación).3
CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS POZOZ DESVIADOS.
1
FONCIED. Pozo Ilustrado. Caracas. 1999
2
Geoff Downtownn Y otros. Nuevos Rumbos de la perforación direccional. Oilfield review. (2000)
3
Cohen, Lisneidy y otros. Perforación direccional. IUTAI. Valencia.2009