BHA direccionales

SMITH INTERNATIONAL, INC. Perforación direccional y sartas de perforación

Perforación Direccional

Perforación Direccional

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Definitivamente no es esto!

Perforación Direccional

• Es la ciencia de desviar un pozo:  

en forma controlada a lo largo de una trayectoria pre-definida cuya localización esta a una distancia lateral y dirección dadas a partir de la vertical.

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Diagrama direccional típico

Tipos de pozo

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Perfil de Pozo Desviado

• Tres tipos de perfiles de pozo: 

Tipo I (Construir y mantener)



Tipo II (Construir, mantener y descender)



Tipo III (Construcción continua)

Perfil de pozo Vertical

• Características:  

Pozo (casi) vertical. BHA simple.

• Aplicaciones:  

Todo tipo de aplicaciones. “El tipo mas simple de pozo”.

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Pozo vertical

Construir y mantener (Tipo I)

• Características:   

Punto de arranque somero KOP. Sección de construcción. Sección tangente.

• Aplicaciones:  

Pozos profundos con gran desplazamiento horizontal. Pozos de profundidad moderada con desplazamiento horizontal moderado que no requiere revestimiento intermedio.

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Construir y mantener

Acimut a Norte de Grilla Norte Verdadero: 0.39º Norte Magnético: 1.83º Campo Magnético Intensidad: 48202.3 nT Angulo DIP: 59.67º Fecha: 21-08-2009 Modelo: IGRF200510

Construir, mantener y descender (Tipo II)

• Aplicaciones:    

Múltiples zonas productoras. Reduce el Angulo final en el reservorio. Limitaciones en el área designada o en el objetivo. Requerimientos de espaciamiento de pozo.

• Desventajas:  

 

Incremento de torque y arrastre. Riesgo de pegamiento lateral. Problemas para correr registros. Problemas de cañerías.

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Construcción continua (Tipo III)

• Aplicaciones:    

Pozos de avalúo. Reposicionamiento del fondo de pozo. Re-perforación. Perforación de domo de sal.

• Desventajas:  

 

Inicio de desviación profundo. La formación es mas dura así que la deflexión inicial puede ser mas difícil de obtener. Orientación de toolface mas difícil – Mayor torque reactivo. Mayor tiempo de viaje para cambio de BHA

Aplicaciones de la perforación direccional

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Porque?

• Porque perforar direccionalmente?

Desviación ciega

Control de reventón

Aplicaciones

Locaciones sin acceso directo Domos Salinos

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Aplicaciones Perforación horizontal

Múltiples

Aplicaciones

Capa de metano en carbón

Drenado gravitacional asistido por vapor (SAGD)

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SAGD

Magnetismo en cupla Cañería normal y su campo magnético.

Un patrón diseñado de campo magnético creado en cañería

El campo magnético mostrado dirige el campo hacia afuera del TR incrementado la distancia para lo que se llama passive ranging “rango pasivo”

SAGD

Se utiliza magnetizador para inducir magnetismo en TR

Vista de la mesa magnetizadora

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SAGD

Relación de distancia a Campo magnético de TR (CMF casing magnetic field) • • • •

CMF es regular a cierta distancia. La distancia se calcula del CMF. CMF incrementa = Los dos pozos convergen. CMF decrementa = Los dos pozos divergen.

Aplicaciones

Cruce de rios Multi-Laterales

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Servicios Direccionales

Servicios Direccionales • Well Planning  Well Planner recibe información del ingeniero de perforación  Detalla su plan del origen al objetivo  Se añade programa de cañería (tubería revestimiento)  Se hacen los cálculos de Torque y Arrastre  Determinar el flujo disponible haciendo cálculos hidráulicos  Tipo de herramientas a utilizar • El planear es muy importante

Como lo hacemos?

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Objetivos

• Pozos direccionales/horizontales: 

Se usa el arreglo direccional para llevar la broca hacia el objetivo.

• Carreras de corrección: 

Uso del arreglo direccional para corregir desviaciones grandes.

Vertical vs. Desviado

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Métodos de deflexión

•Métodos para el arranque (KOP):  

   

Herramienta de deflexión de Gilligan. Chorros. Jetting Whipstock. Motor de fondo y sustituto con ángulo. Motor de navegación de fondo. Sistema de navegación rotatorio.

Herramienta Gilligan • BHA de construcción flexible. • Tubular flexible insertado arriba del estabilizador de la broca. • Son posibles tasas de construcción BUR de 6° a 11°/100’ – depende de la flexibilidad de la tubería. • Es vital el tomar registros a intervalos cortos para rastrear el “BUR” obtenido. • Común antes de los motores de navegación como método de realizar un desvío ciego.

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Chorros

Arreglos de chorro Requerimiento de deflexión

Severidad del codo (DLS) Requerido

BHA Sugerido

Mínimo

0.5 /100’

Jet bit + estabilizador + Porta mechas no magnético DC (s) & 5 x DC + DP de acero

Medio

2.5 /100’ a 3 /100’

Jet bit + estabilizador + Porta mechas no magnético DC (s) & 3 x DC + DP de acero

Máximo

Hasta 5 /100’

Jet bit + estabilizador + Porta mechas no magnético DC (s) + DP

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Whipstock

• La herramienta de deflexión “cuchara” se sitúa en el fondo. • Se corta el pin de seguro. • El molino (o broca) se deflexiona por el whipstock hacia la formación. • Se corta la ventana. • Se recupera el molino y el whipstock. • Se baja la broca para continuar la perforación

Molino y Whipstock saliente

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Sustituto de desviación/Motor recto

• Sustituto encima del motor. • El sustituto actúa como pivote de la palanca. • La broca se empuja hacia el costado al igual que hacia abajo. • La fuerza lateral causa que la broca perfore una trayectoria curva. • Se utiliza para iniciar la desviación, para correcciones y desvíos. • No requiere estabilización por al menos 90’ por encima del sustituto. • No se puede rotar la sarta.

Limitaciones operacionales

• No se debe rotar! • La deflexión es muy grande. 1.5

30’

•

A 1.5 de codo – 9.4” alejado de la vertical. • A 3.0 de codo – 18.8” alejado de la vertical •

Seno (codo ) =distancia/30’

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Arreglo de motor de navegación

• El codo esta cerca de la broca. • Se puede construir ángulo así como se puede perforar recto.

• Para construir ángulo se mantiene la sarta estacionaria. • Para perforar recto se rota la sarta. 

Crea un pozo ensanchado.

Modos del motor de navegación (SMA)

• Modo orientado (Deslizar) :   

No hay rotación. Curvatura controlada. Dirección controlada.

• Modo de rotación: 



El comportamiento es el mismo que con un arreglo rotacional. Pozo ligeramente ensanchado debido a la desviación.

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Efectos del torque reactivo en el toolface

Torque reactivo

• La broca rota hacia la derecha. • La interacción de la broca con la formación, de la sarta con la formación y rotor/estator hace que la sarta gire en sentido antihorario. • Acción – Se genera un torque en sentido horario en la broca. • Reacción – Torque en sentido antihorario en la camisa del motor.

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Efectos del torque reactivo

• Antes de las herramientas de MWD:    

Se tomaba la orientación con una foto (single shot). Se calculaba o estimaba el torque reactivo esperado basándose en datos históricos. Se aplicaba la corrección del torque en superficie. Y a cruzar los dedos!

• El MWD transmite los datos a la superficie constantemente!

Tool Face

MWD

RFD •

El Tool Face habilita al perforador direccional a: • Apuntar el BHA en la dirección deseada Se puede construir, descender y/o girar el BHA

N

E S40E = Azimut del objetivo

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Presentación de toolface magnético

N

0 (Norte)

90 Este 270 (Oeste)

90 (Este)

180 (Sur)

mTF = 90 El Tool Face magnético (mTF) esta en relación al Norte Verdadero (o de grilla).

Tool Face gravitacional

Lado alto

Lado alto = 0 (hacia arriba)

90 (Derecha)

gTF = 90

270 (Izquierda)

90 (Derecha)

N 180 (hacia abajo)

El Tool Face gravitacional (gTF) esta en relación al lado alto de la herramienta y no al norte.

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Como orientamos al objetivo?

Como se dobla la tubería?

• Las tuberías son en realidad muy flexibles! • No se requiere una tasa de construcción agresiva: 

Usualmente 3 /100’.

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Incremento de ángulo

• Se debe usar una combinación de rotación y deslice para llegar al objetivo.

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Deslice/Rotación

Deslice y luego rote Los cálculos tienden a exagerar hacia abajo

Deslice

Rote

Real Calculado

Rotación/deslice

Rote y luego deslice Los cálculos tienden a ser someros

Rote

Calculado Deslice

Real

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Rotación/deslice/rotación

Rote – deslice - rote Los cálculos coinciden

Rote

Real

Deslice

Rote

Calculado

Como sabemos donde estamos?

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Razones para tomar registros

• Calcular la posición del pozo. • Cumplir con regulaciones locales y gubernamentales. • Penetrar objetivos geológicos. • Minimizar el riesgo de colisión. • Perforar un pozo de alivio.

Medidas de Survey

• En todo tipo de pozo la preocupación primaria es conocer la inclinación y la tasa de cambio. • Los métodos de registro de pozo incluyen: 

Herramientas de inclinación: • El péndulo interno y la señal de embolo solamente miden la inclinación. • Transmisión de datos por pulsos de presión u: Opción de cinta perforada de papel Chad.



Foto single shot magnética y herramientas múltiples multi shot: • Película fotográfica que incluye inclinación, azimut y toolface. • Reemplazada por versiones electrónicas de tiempo real y de memoria.

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

Medida durante la perforación (MWD): •Telemetría de pulsos en el lodo. •Recodificación y procesamiento de tiempo real en superficie.



Single Shot y Multi-Shot giroscópicos: •Película fotográfica de inclinación, azimut y/o toolface. •Reemplazado por versiones electrónicas de tiempo real y memoria. •Era el método mas preciso disponible!

Single Shot giroscópico y magnético

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Componentes del Single Shot

• Basado en lecturas de compás magnético. • Versiones de Single-shot y multi-shot. • Contiene:  

 

Reloj instrumental. Sección de batería. Sección de cámara. Unidad de compás/Angulo.

Herramientas giroscópicas • El sistema giroscópico no es afectado por la interferencia magnética. 

Se lo usa principalmente para registros dentro del revestimiento o cuando se intenta desviar un pozo que tiene alta interferencia magnética.

• Dos tipos principales:  

Giroscopio libre. Free gyro (película) Giroscopio de tasa. Rate gyro (completamente electrónico)

• Principio del giroscopio:  

Masa de giro balanceada. (Libre de girar en un o mas ejes). Resistente a fuerzas externas. Mantiene el curso a lo largo del intervalo registrado.

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Giróscopo de búsqueda de Norte

• Automáticamente busca el Norte Geográfico por la medición de rotación de la tierra (15º/hr). • Requiere solamente la posición de la cabeza de pozo, en coordenadas UTM o latitud y longitud. • Contiene un sistema de almacenamiento tipo Flash RAM. • Provee actualización de los datos en tiempo real a través de cable wire line.

Courtesy of Gyrodata

MWD Direccional/Gama

•MWD Direccional/Gama      

el Pulser (Mud Operated Pulser) Hacia fondo MOP TCM (Telemetry control module) Telemetry Control Module Batería (BMS) Batería HDAS (Direccional) direccional UGS o espaciador UGS (Gama) Sensordigital de alta definición Datalink Sensor Gama /Espaciador Datalink Real-time LWD

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MWD Direccional/Gama recuperable

•MWD Recuperable      



Punta de pesca Batería (BMS) HDAS (Direccional) UGS (Gama) TCM (Modulo de control de telemetría) Pulser (Tracker) Encaje Muleshoe

Punta de pesca Batería Hacia el fondo Sensor direccional de alta velocidad Sensor Gama Modulo de control de telemetría Pulser (Tracker) Encaje Muleshoe

Que correcciones son necesarias?

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Porque se corrigen los registros brutos?

• Las herramientas de registro magnéticas requieren porta mechas DC no magnéticos: 

 

“Magnético” es un termino genérico que incluye a los métodos que miden el azimut magnético. Los instrumentos deben ser aislados de la influencia magnética en la sarta de perforación. Debe existir una distancia suficiente de porta mechas no magnéticos para aislar las herramientas.

Magnetismo en el BHA

• La longitud de NMDC requerida en el BHA depende de:  

Proporción de fierro arriba y debajo de NMDC. Dirección e inclinación del pozo.

• El error del compás se incrementa hacia el Este u Oeste en relación de incremento de la inclinación Efecto magnético dipolo

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Diagrama de espaciamiento para NMDC

Diagrama de espaciamiento para NMDC

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Diagrama de espaciamiento para NMDC

Diagrama de espaciamiento para NMDC

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Calculo automático

Pathcalc es un programa de control de calidad y reporte de registros. Calcula el espaciamiento optimo para cada carrera de broca.

Calculo automático

Calcula el espaciamiento correcto dependiendo de la inclinación y azimut del pozo a ser perforado

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Corrección magnética

• Un compás apunta hacia el Polo Norte Magnético, el que a su vez se mueve con el tiempo. • La corrección por declinación magnética se aplica entonces para referenciar la posición de la localización con respecto al Polo Norte Geográfico (fijo)

Corrección total

TN MN -10

GN +6

• También se llama Declinación Local o Declinación de Cuadricula o Grilla(Grid) • Los registros corregidos se corrigen del Norte Magnético al Norte de Cuadricula o Grilla (Grid)

MA

-4

Declinación Magnética - Convergencia (Grid) = Corrección Total

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Como calculamos los registros?

• BULLETIN ON • DIRECTIONAL DRILLING SURVEY • CALCULATION METHODS • AND TERMINOLOGY • API Bulletin D20 • First Edition • December 31, 1985

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Métodos de calculo de registros

• Los métodos usados para calcular la información de registros son:   

 

Tangencial (El menos preciso!) Tangencial balanceado Angulo promedio Radio de Curvatura Curvatura Minima

• El estándar de la industria para calculo de registros de dirección es: Curvatura Minima.

Ejemplo de reporte de registros

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Calculo de ángulo promedio

P1

Curso asumido = h1

h1 Curso Real = arc P1-P2

P2

Promedia la inclinación y el azimut en 2 estaciones de registro. Este se toma como la trayectoria asumida, con una longitud igual a la longitud del curso entre dos estaciones.

Calculo de Radio de Curvatura

El pozo forma un arco esférico suave entre puntos de registro y pasa a través de los ángulos medidos en ambos extremos (tangente en ambos I y A en ambos puntos 1 y 2.

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Calculo de curvatura minima

• Este método asume que el pozo sigue el arco de circulo mas suave posible entre dos estaciones de registro. • Este es esencialmente el método tangencial balanceado, con cada resultado multiplicado por un factor de relación. • Este factor de relación representa la curvatura del agujero p.e. también se llama pata de perro dog leg.

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Preguntas y respuestas

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