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AGENDA2. Fundamentos de la Perforación Direccional.

Introducción.Objetivo.La Geología.Antecedentes Geológicos.Ciclo Sedimentario.Rocas Sedimentarias.Clasificación Rocas Sedimentarias.

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AGENDA2. Fundamentos de la Perforación Direccional.

Sedimentos Terraneos (clásticos).Sedimentos Piroclásticos.Carbonatos y Clasificación.Evaporitas.Rocas Carbonadas.Algebra.Trigonometría.

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IntroducciónEs esencial un conocimiento básico bastante sólido en las áreas de

geología, algebra y trigonometría para poder comprender los procedimientos y las técnicas de perforación direccional.

La geología es una ciencia basada en la historia de la tierra, combinada con conocimientos de la matemática, conforma la base fundamental de la disciplina necesaria para llevar a cabo satisfactoriamente este complejo campo de la perforación, combinada con ecuaciones algebraicas y trigonométricas que permiten la planificación de un pozo.

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ObjetivoEl objetivo de conocer estas disciplinas es:1. Tener conocimiento de las cuatro clases de material sedimentario y

como están catalogados dependiendo de su tamaño relativo.2. Describir los conceptos básicos de la geología estructural y como sus

elementos están relacionados con la exploración y producción de petróleo.

3. Ser capaces de observar y explicar ecuaciones básicas de algebra y trigonometría para: Describir círculos, línea recta , ángulos entre líneas y círculos combinados y cuadrantes trigonométricos (Seno, coseno y tangente y resolver ecuaciones utilizando estos cuadrantes).

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La GeologíaEs la ciencia que tiene por objeto la descripción de los materiales

que forman el globo terrestre, el estudio de las transformaciones que ha sufrido la tierra en el transcurso de los tiempos y el estudio de los fósiles.

Información geológica es adquirida por la observación de las rocas y su relación entre ellas y como se formaron en las capas de la tierra. Eventos cronológicos pueden ser reconstruidos con el objetivo decomprender la formación de las rocas y en el caso particular de la geología petrolera, ser capaz de predecir en donde puede haber acumulaciones petrolíferas.

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La GeologíaLa roca es una sustancia natural compuesta por un minal o grupo

de minerales que han generado la formación de rocas y en muchos casos la acumulación de hidrocarburos. Un estudio de este fenómeno ha sido promovido para colaborar con los perforadores direccionales a entender la estructura geológica.

Un conocimiento básico de la Geología es hoy en día indispensable para aquella persona relacionada con la industria del gas y el petróleo.

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Antecedentes Geológicos1. Se cree que la tierra se formó hace unos 4 o 5 billones de años. La

primera etapa la tierra paso por muchos procesos inducidos por la compresión gravitacional o la disipación de la energía debido a elementos radioactivos.

2. En esta etapa los componentes de la tierra se separaron para producir: Núcleo de 4400 millas de diámetro, un Manto de aprox. 1800 millas de espesor y una Corteza del material mas ligero alrededor de 10 a 30 millas de espesor. Paralelamente, una gran de vapor de agua y gases fueron explusados de la tierra, lo cual creo la primera atmósfera.

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Antecedentes Geológicos

3. Una segunda etapa es considerada cuando la tierra comenzó a enfriarsey la atmósfera comenzaba a desarrollarse (las primeras lluviascomenzaron a caer). Las lluvias al caer por valles y montañas iniciaronlos procesos de erosión de la superficie de la tierra, removiendopartículas de rocas y por consiguiente la acumulación de sedimentosdepositados en las capas inferiores comenzaron a liberarse.

4. También se dio la actividad tectónica como resultado del ajuste interno de la tierra. Esto generó la formación de horst y gravens llenos de depósitossedimentarios (Corroborado por el mar Rojo entre Asia y Africa).

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Antecedentes Geológicos

5. La vida oceánica comenzó en la era precambrica y probabablemente se esparció en la superficie terrestre unos 350 años atras.

6. Fósiles preservados en depósitos attest a la evolución progresivade la fauna y la flora y dio como resultado la suceva división de lasrocas en eras y subdivisiones dentro de estas eras o lo que se conoce como: Cenozoico, Mesozóico, paleozóico y precambrico(Los cuales a su vez estan sub divididos en períodos y épocas.

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Ciclo SedimentarioUplifth (Levantamiento)

Efectos Metereológicos1

2

3

Ciclo Sedimentario

Deposición

Erosión5

4

Transportación

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Rocas Sedimentarias

Con el objetivo de diferenciar entre varios tipos de rocas, muchas clasificaciones son realizadas. Existen tres clasificaciones básicas. Estas clasificaciones son basadas en: El tamaño del grano y otras en fundamentos mineralógicos o el proceso sedimentario que ha formado la roca.

En la locación de perforación normalmente se clasifica el tipo de formación (Roca) de una manera descriptiva y se dejan los factores ambientales que dieron lugar a esta de lado, lo cual simplifica el análisis.

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Clasificación Rocas Sedimentarias

La Claficación de las Rocas Sedimentarias puede ser dividida de la siguiente manera:

1. Sedimentos Terraneos (Clásticos)2. Sedimentos Piroclásticos3. Carbonatos4. Evaporitas5. Evaporitas

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Clasificación Rocas SedimentariasSedimentos Terraneos (Clásticos)

Derivados de la tierra y representados por minerales de arcillaformados principalmente por la fragmentación de rocas silicas. Han sidoclasificadas de la siguiente manera por el tamaño de su grano:

Arcillas (Partículas con Diámetro menor a 0.004 mm)

Silicas (Partículas con Diámetro entre 0.004 a 0.06 mm)

Arenas (Partículas con Diámetro entre 0.06 mm a 2 mm)

Ruditas (Fragmentos Rugosos de Roca).

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Clasificación Rocas Sedimentarias

Sedimentos Piroclásticos

Derivados como resultado de la erupción volcánica y expulsión volcánica liberada al ambiente. Deben de ser químicamente afectados o fisicamente trabajadas para llegar a parecer depósitos terraneos. Esto debido a que deben de tenerminerología similar y sus tamaños de granos son comparables. Cenizas volcánicas pueden entrar en la clasificación de arcillas o arenas .

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Clasificación Rocas SedimentariasCarbonatos

Este gran grupo es totalmente diferente de las rocas terraneas y el piroclásticas. En estos grupos antes descritos, la minorología de los depósitoses arduamente controlada por el proceso metereológico y erosión de la rocamadre en el área de la fuente de sedimento.

En las rocas carbonatos, sin embargo, es el ambiente deposicional en el basamento que ejerce el principal control en la mineralogía y el tipo de sedimentos. En tal sentido los carbonatos tienen una afinidad más cercana a las evaporitas y rocas carbonadas. La actividad biológica alrededor del área de deposición es de suma importancia en la generación de las partículas básicasde los sedimentos de carbono.

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Rocas Sedimentarias

Los siguientes cuatro grupos son carbonatos (Limolitas):

Chalk. Esta es una limolita blanca y suave compuesta de restosorgánicos tests (or skeletons) de un solo tipo de micro-organismo.

Marl. Esta es una arcilla (clay) calcarea – Una mezcla intermediaentre arcilla (clay) terraneo y micrita (micrite).

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Rocas SedimentariasLos siguientes grupos son carbonatos (Limolitas):

Limolita Bituminosa. Esta es una micrita (micrites) que contienen muchamateria orgánica o materia carbonada carbonaceous, mas que todo en forma de hidrocarburo tarry y normalmente se le conoce comobitumen.described as bitumen.

Dolomitas. Este término es aplicado a las limolitas cuyo carbono de calcio ha sido reemplazado por completo por el mineral denominadoDolomita.

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Rocas SedimentariasEvaporitas

Estos sedimentos, que incluyen sales minerales como la anhidrita, gypsum y rocas salinas, se cree que se forman por la precipitación de la concentración de agua en sal debido a un proceso de evaporación.

Estas son importantes como depósitos mineralógicos que algunas veces ocurren en gruesas y relativamente puras mono-mineralógicas secuencias. Representan un importante rol en la Geología Petrolera, siendo excelentes rocas para reservorios de gas y petróleo.

Existen también secuencias salinas deformadas muy plásticas y gruesas que fluyen para producir domos de sal. Los movimientos de salfrecuentemente producen trampas para hidrocarburos.

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Rocas Sedimentarias

Rocas de Carbonadas:

Pequeñas trazas de material orgánico están presentes en la mayor parte de depósitos sedimentarios, con la notable excepción de las capas rojas del desierto, en la cual ha sido totalmente destruida por la oxidación. Sin embargo, en ciertos (muy reducidos) ambientes anaeróbicos (Libre de oxígeno) puede formar una proporciónapreciable de sedimentos.

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Rocas SedimentariasTipos de Rocas Carbonadas.

Carbón.Se forma por la acción de una bacteria producto del calentamiento del oxigeno sobre decadente materia vegetal o humano en un ambientereducido. Compactación profunda es un agente importante parareducir la volatilidad de la roca.

Limolita Bituminosa.Nuevamente este término tiene una denotación mas económica quegeológica siendo el carbono equivalente a arcilla terránea petrolífera. Se forman en lagunas y en arrecifes.

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Rocas Sedimentarias

Tipos de Rocas Carbonadas.

Arcilla petrolifera.Tiene una denotación mas económica que geológica. Se refiererealmente a sedimentos con un contenido orgánico de al menos 5%, que realmente es mayor (20 a 50%). Estos deben ser suficientementericos en materia orgánica.

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Geometría y Trigonometría

El nivel matemático requerido para poder resolver y entender la perforación direccional es básico. Sin embargo, es necesario unamínima capacidad de comprensión del algebra. Con el objetivo de entender como se planifica un pozo direccional también es necesario comprender conceptos básicos de Trigonometría.

Al realizar en el taladro proyecciones, re-planificación de pozos, etc, normalmente será necesario realizar cálculos rápidos para corroborar lo que estamos haciendo.

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Geometría y Trigonometría

Este tipo de cálculos son actualmente realizados por computadora, pero siempre será útil hacer una confirmación mediante cálculos manuales que nos den una aproximación si lo que obtuvimos es correcto o no.

A continuación, se presentará un sumario de los procedimientos y conceptos básicos tanto matemáticos como trigonométricos que debemos manejar si deseamos llevar a cabo algún calculo direccional.

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GeometríaÁngulos Suplementarios.Define que la suma de los ángulos en un lado de una línea recta suman 180°.

1 grado (°) = 60 minutos (')1 minuto (') = 60 segundos (")

α + β = 180 °α β

Línea Recta

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Geometría

α βLínea Recta

Φθ

α + β + Φ + θ = 360 °

α = Φ y β = θ

La suma de los ángulos alrededor de un punto suman 360°.

Ángulos Opuestos son iguales en magnitud.

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Geometría

α βLínea Recta

Φθ

α’β’

Línea Recta

Φ’θ’

α = α’ , β = β’, Φ = Φ’, θ = θ’

También se cumple que:

α = Φ’, β = θ’ , Φ = α’ , θ = β’

Líneas Paralelas Cortadaspor una misma línea.

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Geometría

Ángulos Internos de un Triángulo.Todos los ángulos internos de un triángulo suman 180°.

β + α + Φ’ = 180°.A

B

C

α

β Φ

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GeometríaÁngulos de un Triángulo.Todos los ángulos internos de un triángulo suman 180°.

β + α + Φ’ = 180°.

También se cumple que:

β + Φ’ = θ.

La magnitud de ángulos opuestos es igual:α = B

A

B

C

α

β Φ

θ

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GeometríaTriángulos Similares.

Triángulos en los cuales los tres ángulos son iguales se consideran Triángulos Similares.

AB BC ACAB’ BC’ AC’

AB AB’ AB’’AC AC’’ AC’’

A

B

C

α

β Φ

B’’B’’

B’

C’’’C’’C’

=

==

=

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Componentes del TriánguloEn un triángulo rectángulo el lado

opuesto a XY se denomina hipotenusa. También de un triángulo se pueden

derivar las siguientes ecuaciones:

Seno x = Cateto Opuesto = YZHipotenusa XY

Coseno x = Cateto Adyacente = YZHipotenusa XY

Tangente x = Cateto Opuesto = YZCateto Adyacente XY

X

Y

Z

y

x

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Trigonometría

Igualmente se derivan las siguientes ecuaciones:

Tangente = Seno = Cateto OpuestoCoseno Cateto Adyacente

Cosencante = 1 Seno

Secante = 1 Coseno

Cotangente = 1 Tangente

X

Y

Z

y

x

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Teorema de Pitágoras

“La suma del cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma al cuadrado de los otros dos lados del triángulo"

c2 = a2 + b2

*A través del Teorema de Pitágoras es como se calcula el Desplazamiento Horizontal y el Closure de las coordenadas rectangulares en un Plan.

c a

b

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TrigonometríaPropiedades de los Triángulos.

A,B y C son loos ángulo internos de un triángulo.A,b y c son los lados o catetos del triángulo, y son opuestos a los ángulos respectivos, de acuerdo a la nomenclatura. Para cualquier triángulo se cumple la siguiente regla del Seno:

a b cSeno A Seno B Sen C= =

c

a

bA

BC

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GeneralidadesEn cualquier triángulo, cualquiera de sus lados debe ser mas pequeño que la suma de los otros dos lados del triángulo y mas grande que la diferencia de ambos lados restantes. De no cumplirse esta regla no existe tal triángulo.

Si dos triángulos similares (Poseen tres ángulos internos idénticos). Sí adicionalmente los triángulos tienen un lado o cateto igual, entonces ambos triángulos son idénticos.

La distancia mas corta entre dos puntos es una línea recta.

La distancia mas corta desde un punto a una línea es una perpendicular.

El área de un triángulo = base de triángulo x Altura del triángulo / 2.

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GeneralidadesLos segmentos de paralelas cortados por otras paralelas son iguales.

AB = CD y AC = BD

1 2

43

A

C

D

B

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Generalidades

Descripción del circulo.Perímetro: Es el arco que conforma el circulo.

Perímetro= 2 x π x Radio del Circulo (R)Área del Circulo= π x R2

Tangente: La línea TE es tangente al circulo debido a que lo toca en un solo punto. El punto tangencial E.

R

T

E

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GeneralidadesRadianes.

En el Sistema Radian de medida, los ángulos son expresados en radianes en lugar de grados. Un Radian se define como el ángulo en el centro del circulo cuando la longitud del arco es igual a 1. Por lo tanto:

2π Radians = 360°

1 Radian = 360 °/ 2π

1 Radian = 57,295 ° 2π Radian360 °3π/2 Radians270 °π Radians180 °

π/2 Radians90 °

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GeneralidadesLas funciones trigonometricas pueden ser derivadas de una circunferencia. Considerando este circulo con radio = 1.En el triangulo OSC:Seno α = SC / OSCoseno α = OC / OS

En el triángulo OTB:Tangente α = TB / OB Como OS = OB = Radio = 1. Por tanto:Seno α = SC, Coseno α = OC Tang α = TB

Seno2 + Coseno2 = 1.

R

T

B

Seno

CosenoO

S

Cά

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GeneralidadesLos signos de las Funciones Trigonométricas y el cuadrante.

De 0° a 90 ° Las funciones Sen, Cosen y Tang son positivas.De 90° a 180 ° Solamente la función del Seno es positivo.De 180° a 270 ° Solamente la función de Tang. es positiva.De 270° a 360 ° Solamente la función de Coseno es positiva.

Esta regla se puede ver reflejada en un plan direccional cuando la Sección Vertical es negativa en el calculo de una estación de medición. Ocurre cuando la diferencia entre la dirección promedio y la dirección del objetivo final son mayores de 90°.

y

R = 1

CosenoO

Seno

270°

TangenteCoseno

Todos

180°

90°

0°/360°x

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GeneralidadesProyección de Líneas.

La proyección del segmento AB sobre la línea X es la distancia entre las perpendiculares de A y B sobre X. Los distancia A’ y B’ es la proyección de la línea AB sobre la línea OX. La proyección de una línea sobre otralínea es igual a la longitud de la líneamultiplicado por el Coseno del ánguloformado entre ambas líneas.

A’B’= AB x Cos α

ά

A’ B’O X

α

A

B

C

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GeneralidadesProyección de Líneas en dirección perpendicular.

En la figura:AC es paralela a OX.OX y OY son los ejes donde se proyectarán la línea AB.AxBx = Proyección de AB sobre el eje XAyBy = Proyección de AB sobre el eje Y

El triángulo ABC:

AxBx = AB x Cos α AyBy = AB x Sen α

Como regla se puede decir que:La proyección de una línea sobre dos ejes

perpendiculares son iguales a la longitud de la línea multiplicado por el coseno y el seno, respectivamente, del ángulo formado con alguno de los ejes.

Ay

Ax BxO X

α

By B

CA

Y

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GeneralidadesRadio de Curvatura:

En la figura Rc es el radio de curvatura de una sección de construcción de un pozo. Si se conoce la rata de construcción (BUR), se puede calcular el valor de Rc. Si los valores de inclinación (I1 e I2) al comienzo y fin del arco son conocidos, se puede calcular también el incremento para el desplazamiento horizontal (HD), Profundidad Verdadera (TVD) y Profundidad Medida (PM).

HD2

Rc

I 2

TVD1

HD1∆HD

TVD2

∆TVD

I1

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Radio de Curvatura:Circunsferencia de un Circulo (C):

C = 2πR = 360 x 100 /BUR

BUR = 360 x 100 = Arc Angulo x 100 in/100 pies2 πRc longitud del Arco

Rc = 18000 piesπ x BUR

TVD1 = Rc x Sen I1 y TVD2 = Rc x Sen I2∆TVD = ∆TVD2 – ∆TVD1 = Rc (Sen I2 – Sen I1)∆HD1 = Rc – Rc x Cos I1 = Rc (1 - Cos I1)∆HD2 = Rc – Rc x Cos I2 = Rc (1 - Cos I2)∆HD = HD2 – HD1= Rc (Cos I1 - Cos I2)

∆PM / π Rc x (I2 – I1) = Longitud del arco (pies) ∆PM = (I2 – I1) x 100 pies360 BUR

HD2

Rc

I 2

TVD1

HD1∆HD

TVD2

∆TVD

I1

Generalidades