01 Fundamentos de Perforación Direccional

Fundamentos de Perforación Direccional

Ignacio Gorgone

Departamento de Diseño - MCA

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Contenido del Curso

• Introducción a la Perforación Direccional

• Cálculos Matemáticos: Trigonometría, etc

• Fundamentos de Planificación Direccional, Trayectorias.

• Registros Magnéticos, Correciones de Azimuth, Referencias, etc

• Herramientas Direccionales

• Herramientas de MWD & LWD

• Torque & Arrastre – Anticolisión

• Herramientas de Nueva Generación

• Visita al taller de D&M


Introducción a la Perforación Direccional• Desarrollo Histórico

• Definición de Perforación Direccional

• Necesidades de la Perforación Direccional

• Fundamentos Matemáticos

• Sistemas de Coordenadas

• Cálculo de Coordenadas

• Perfiles Direccionales

• Planeación de la Trayectoria Direccional

• Ejemplos de Planificación


- Fines de los años 20:

1ª aplicación de registros para pozos petroleros utilizando el inclinómetro de botella ácida.

- Año 1929:

Inclinómetro direccional con aguja magnética.

- Los años 30:

Perforación del 1er pozo direccional controlado.(al comienzo, con propósitos no éticos, para cruzar líneas de propiedad) en Huntinton Beach, California.

- Año 1934:

Se usó la perforación direccional para matar un pozo descontrolado.Inicios de la PD controlada en Conroe, Texas.

Desarrollo Histórico


< 1930: Registro Magnético de disparo simple (Registro después de la perforación)

Eventos Significativos:

Años 1960’s: Motor de Lodo. (herramienta versátil para iniciar desviación)

Años1970’s: Herramienta Dirigible.(“Steering Tool” Registro con cable mientras se perfora)

Año 1980: MWD. (telemetría con pulsos de lodo- sin cable de registros)

Años 1980’s: Motor Dirigible.

Años 1980’s: LWD. (Medición de datos con calidad de registro eléctrico)

Año 1988: Perforación Horizontal.(perforación para recobro mejorado)

Años 1990’s: Geo Steering. (direccionamiento geológico vs geométrico)

Año 1999: Perforación Rotativa Dirigible

Años 2000?: Telemetría de mejor calidadMayor velocidad de transmisión de datos, Registro de Pozos Multilaterales.......


Eventos Importantes

Desarrollo de Mediciones• 1930 Magnetic Single Shot

(después de la perforacion)

• 1970’s Herramientas Dirigibles – Registros con cable

• 1980 MWD

• (Telemetria de pulso de lodo

• 1980’s LWD

• 1990’s GeoSteering (Trayectoria geologica vs geométrica)

Desarrollo de Herramientas

• 1960’s Motores de Fondo

• 1980’s Motores Dirigible

• 1988 Perforacion Horizontal

• 1990’s Perforacion Geo-steering

• 1999 Sistemas Rotatorios Direccionales


Perforación Direccional


Perforación Direccional

Es el esfuerzo de ingeniería para desviar un agujero a lo largo de una trayectoria planeada hacia un objetivo a cierta profundidad en el subsuelo cuya ubicación está a una distancia lateral dada y en una dirección definida, a partir de la posición superficial.

Definición


Aplicaciones De la Perforación Direccional

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Necesidad de perforar pozos dirigidos

Perforación de domos de sal Control de fallas

Localizaciones InaccesiblesDesviaciones Laterales

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Perforación de pozos de alivio

Perforación Horizontal

Pozos desde una misma locación

Pozos Multi-Laterales

Necesidad de perforar pozos dirigidos

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Fundamentos Matemáticos

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• Resolución de Triángulos – Relación de ángulos

• Teorema de Pitágoras

• Trigonometría

• Conversión de Grados a Decimales


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Conversion de Grados a Decimales

Los ángulos pueden ser representados en dos formas:

1. Grados, Minutos y Segundos ( 67°26’40”)

2. Grados Decimales (67.44°)

1 Minuto = 60 segundos (60”)1 Grado = 60 minutos (60’)1 Grado = 3600 segundos (3600”)


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Conversión de ángulos

Formula: Grado Decimal = Grados + Minutos/60 + Segundos/3600

Grados = Numero Entero (26.72)Grados = 26

Minutos = Porcion Decimal de 26.72 (0.72) x 60Minutos = 0.72 x 60 = 43.2’Minutos = 43’

Segundos = Porcion Decimal 43.2 (0.2) x 60Segundos = 0.2 x 60Segundos = 12”

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Fundamentos de Diseño

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Sistemas de CoordenadasCoordenadas Geográficas

Latitud•Paralelos – Son líneas imaginarias•180 líneas de latitud paralelas al Ecuador• Ecuador es una linea equidistante

Longitud•Meridianos – Son líneas imaginarias• 360 líneas de longitud transversales • Cada una de ellas va del Polo Norte al Sur

Cada línea de Latitud & Longitud representa 1grado Cada grado es dividido en 60 minutos y Cada Minuto es dividido en 60 segundos

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Sistema de Coordenadas

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Proyecciones de Mapas Geográficos

Los mapas geográficos son creados al proyectar la superficie curva de la Tierra sobre una superficie plana.

El resultado de la proyección sobre el mapa es un un sistema de grilla o de retícula sobre la superficie plana

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Proyecciones de Mapas GeográficosMétodos

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Nivel de Referencia Geodésica (Datum)

Es un modelo matemáticoque define el tamaño y laforma de una superficiedeterminada de la Tierra.

Con este modelo, se puedeconocer la posición exactade un punto sobre la tierra

Especifica la geometría de un elipsoide

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Sistemas de Coordenadas

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Sistemas de CoordenadasProyección Universal Transversal de Mercator (UTM)

• Se deriva de la proyección del elipsoide terrestre sobre un cilindro envolvente

• El cilindro es transversal (rotado 90 grados)

• Sistema UTM: es dividido en 60 zonas• Cada zona tiene 6 grados de ancho• Cada zona cubre la distacia total desde

el paralelo Norte 84º hasta el Sur 80º

Las zonas estan numeradas de 1 a 60

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Distacia Este-Oeste (“Este”)

•Distancia de una locación con respecto a un punto de Referencia.

•La línea de referencia esta 500 Km al Oeste del Meridiano Central

•El “Este” tiene un rango de:200,000 metros a 800,000 metros

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Distacia Norte-Sur (“Norte”)

Para el Hemisferio Norte:• Distancia de una locación con respecto

al Ecuador.

La distancia es medida positivamente desde0,000,000 metros en el Ecuador

La coordenada Norte del punto “A” será:

N: 6,391,520 m


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Distacia Norte-Sur (“Norte”)

Para el Hemisferio Sur:• Distancia de una locación con respecto

al Ecuador.

El Ecuador tiene un valor de 10,000,000 m

La coordenada Norte del punto “C” sería:

• 10,000,0000 m (Ecuador) – 5,000,100 m

O sea, N: 4,999,900 m


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Ejemplo de Reporte Direccional

Canon 10 Plan ProposalReport Date: November 13, 2004 Survey / DLS Computation Method: Minimum Curvature / Lubinski

Client: Pemex Exploracion y Produccion Vertical Section Azimuth: 16.260°Field: Canon Field Vertical Section Origin: N 0.000 ft, E 0.000 ft

Structure / Slot: Canon 10 / Canon 10 TVD Reference Datum: RKBWell: Canon 10 TVD Reference Elevation: 133.1 ft relative to MSL

Borehole: Canon 10 Sea Bed / Ground Level Elevation: 118.110 ft relative to MSLUWI/API#: Magnetic Declination: 5.977°

Survey Name / Date: Canon 10 Plan / November 12, 2004 Total Field Strength: 46224.017 nTTort / AHD / DDI / ERD ratio: 40.000° / 1575.89 ft / 4.811 / 0.160 Magnetic Dip: 55.296°

Grid Coordinate System: NAD27 UTM Zone 14N Declination Date: April 25, 2002Location Lat/Long: N 26 8 28.039, W 98 28 19.018 Magnetic Declination Model: BGGM 2004

Location Grid N/E Y/X: N 2891256.240 m, E 552784.190 m North Reference: True NorthGrid Convergence Angle: +0.23265583° Total Corr Mag North -> True North: +5.977°

Grid Scale Factor: 0.99963440 Local Coordinates Referenced To: Well Head

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Coordenadas Legales & Locales

• Coordenas Legal: Definido por una entidad gubernamental / estatal de la región• El propósito es de adaptar las coordenadas de un país o región a un sistemaGlobal de Coordenadas (Datun Geodésico)

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Coordenadas Legales & Locales

• Todo DD utiliza un sistema local de coordenadas

• Tiene su origen y referencia a partir de un sistema de coordenada legal

• Vertical Reference Datum ( Posicionamiento Vertical), Nivel del Mar (MSL), Elevacion del Terreno

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Cálculo de Coordenadas

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Azimuth o Dirección

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Azimuth de un punto referido al Cuadrante

El plano geográfico o “Vista en Planta” tiene 4 Cuadrantes:NE,SE,SW,NW

• Para cada Cuadrantela dirección de una línea es medida por el ángulo que ella forma con el eje Norte – Sur

• Los grados son escritosentre las letras de loscuadrantes para indicar la dirección. Ver figuras.

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Coordenadas Rectangulares

Indica las distancias Norte-Sur& Este-Oeste de un punto ubicadoen el plano geográfico, con los ejespasando por un punto origen dadotal como la localización superficial.

En este ejemplo:

Target: 2035 ft S & 1574 ft W dela locación surperficial (0,0).Sus coordenadas son: (-2035, -1574)

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Coordenadas Polares

Permiten localizar un punto en elplano geográfico indicando la distancia desde dicho punto hasta el origen y la direccion de la línea que los conecta.

En este ejemplo:

Target: 2,572.68 ft @ 217.6º azimuth

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Dirección expresada como Azimuth (0º a 360º)

y en forma del Cuadrante rectangular (N,S xxº E,W)

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Planificación de la Trayectoria Direccional

Qué se necesita?

• Coordenadas de Superficie• TVD• Coordenadas de Fondo

Profundidad Vertical (TVD)?

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Vista de Planta o Proyección Horizontal

• Es la proyección de la trayectoria de un pozo sobre un plano horizontal que pasa por el fondo del pozo

Proyección 3D de un pozo en el plano Horizontal


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Vista en Planta o Proyección Horizontal


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Vista en Planta o Proyección Horizontal

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Proyeccion Vertical:

La trayectoria del pozo es proyectada sobreun plano vertical de referencia que pasa por el origen en la dirección del objetivo, llamdo

Plano de la Sección Vertical

• Seccion Vertical:

Es la distancia de la proyección de cada punto de la trayectoria sobre el plano vertical de referencia hasta el eje vertical que pasa por el origen


Seec. Vertical

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Proyección Vertical:

TVD = 7,800 ftVS = 3,800 ft

Vista en Planta:

Plano de Sección Vertical: 52 deg


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Planificacion

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Perfiles Direccionales

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Zona Vertical:Inclinación = 0º

Pozo Desviado (Slant): Tipo “J”

Zona de construcción angular

Zona tangente o de mantenimiento del ángulo

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Pozo de trayectoria Tipo “S”

Zona vertical: Inclinación = 0º


Zona tangente, sostenimiento del ángulo

Zona de caída angular


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Zona vertical: Inclinacion = 0º


Zona tangente ó de ángulo constante

Segunda zona de construcciónangular hasta 90 grados

Zona Horizontal

Pozo con Perfil Horizontal


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Planificación Direccional

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Planificación – Definición de Términos

1. KOP = Kick off Point = Punto de Inicio

2. Build Up Rate = BUR = Tasa de construcciónde ángulo

3. Target TVD = Profundidad Vertical del Objetivo

4. Distancia del Target

5. Dirección del Target

Radio de Costrucción

BUR = 180/? x 100/Rc

BUR = 5729.6/Rc

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Ejemplo de Planificación DireccionalCálculo manual para un pozo tipo “J”

1. KOP @ 6,925 pies2. BUR = 3°/100 pies3. Target TVD = 10,500 pies4. Distancia del Target: 2,500 pies5. Dirección del Target: S 28° E

1. Max ángulo del Pozo2. TVD fin (EOB) Contrucción3. MD del fin de Construcción4. MD del objetivo5. Dirección del plano

de la Sección Vertical

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Ejemplo de Planificación

Graficar la ubicación del Objetivo:Intersección del TVD y la distancia

Calcular y dibujar la linea de Rc (Rc = Radio de Curvatura)Formula: BUR

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Dibujar la seccion de construcción:Utilizar compas desde el punto O.Dibujar medio arco

Dibujar la linea tangenteDesde el punto C (target) tangente al Arco dibujado.


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Marcar el punto EOB:Línea perpendicular desde el puntotangente hasta O

Marcar la Máxima InclinaciónDibujar una línea vertical desde EOB.


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Calcular la Maxima Inclinación:usar fórmulas de Trigonometría

Se definen dos triángulos rectángulosde los cuales se pueden calcular los ángulos ß y a


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Para calcular el ángulo a:Se deben conocer las distancias OD & DC

Para calcular el ángulo ß:Se debe conocer OC por Pitágoras


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Se calcula entonces la máxima inclinación ?:sabiendo que: ? + a + ß = 180

Se calcula la TVD del punto “EOB”(ó B):Que es una linea recta dibujada desde la superficie hasta EOB


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Calcular la distancia al Target MD:Se nececita BC à Pitagoras

Calcular la distancia medida,MD hasta “EOB”Formula: ?MD = (?Inc/BUR) x 100


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Resultados:

• Máximo ángulo de inclinación: 41.83°

• TVD al final de la etapa de construcción: 8185.51 pies

• Profundidad Medida al fin de la etapa de construcción: 8304.33 pies

• Profundidad Medida hasta el Objetivo (Target): 11,383.50 pies


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Fin del Módulo

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