HERRAMIENTAS DE MEDICIN DIRECCIONAL

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PERFORACIN DIRECCIONAL

En el proceso de perforacin de pozos petroleros la geologa local puede

determinar una trayectoria complicada para un pozo, tal como perforar alrededor

de domos salinos o lminas de sal, estas caractersticas traen consigo numerosos

problemas como atascamiento de la tubera de perforacin, prdida del fluido de

circulacin, desviacin del objetivo lo que aumenta considerablemente el nmero

de horas de perforacin no productiva. La necesidad de disminucin de costos,

incremento de la produccin de un yacimiento desde un pozo en particular,

disminuir los riesgos ambientales, pozos de alivio, necesidad de mantener la

verticalidad de los pozos, construccin de oleoductos y gasoductos y situaciones

ya mencionadas requieren el uso de la perforacin direccional.

Al igual que en otras operaciones de perforacin, en la perforacin direccional

tambin existe la necesidad de obtener un rendimiento que resulte beneficioso en

trminos de costos. De acuerdo con los informes de las compaas dedicadas a la

exploracin y produccin, los gastos de perforacin representan alrededor del 40%

de los costos de descubrimiento y desarrollo. (OILFIELD REVIEW, 2009)

EVOLUCIONES DE LA TECNOLOGA DE PERFORACIN DIRECCIONAL

Desde los inicios de la perforacin para la obtencin de sal durante cientos de

aos hasta el desarrollo de las tcnicas modernas, ha existido un amplio avance

en la tecnologa de perforacin. Con surgimiento de la perforacin rotativa, cuyos

orgenes se encuentra alrededor de 1850, los perforadores obtuvieron un mayor

control para la alcanzar el objetivo deseado.

Existen dos formas de realizar una perforacin direccional, mediante rotacin y

deslizamiento, en la primera la totalidad de la sarta de perforacin rota.

En el modo de deslizamiento rota nicamente el trepano y el rotor del motor de

fondo. Esta tecnologa ha tenido aplicacin extendida pero se requiere de una

precisin exacta para orientar correctamente la seccin curva del motor debido a

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la elasticidad torsional de la columna de perforacin, el cual tiene un

comportamiento parecido a la de un resorte en espiral y se retuerce a un punto en

el que resulta difcil orientarlo.

La primitiva tecnologa de perforacin rotativa direccional implicaba el empleo de

dispositivos tales como las cuas de desviacin que provocaban la deflexin de la

barrena de perforacin; este mtodo ofreca un control limitado lo que ocasionaba

con frecuencia prdida de objetivos.

La introduccin del motor de desplazamiento positivo (PDM por sus siglas en

ingles) ofreca capacidad de direccin y control direccional, pero el motor careca

de la eficacia a la que aspiraban los perforadores. Con el tiempo, los motores

direccionales permitieron la rotacin y el deslizamiento de la columna de

perforacin desde la superficie, lo que mejor an ms el control direccional. Sin

embargo, esta tecnologa contino siendo ineficaz y riesgosa porque el esfuerzo

de torsin y el arrastre extremos limitaban la capacidad de perforacin en los

modos de deslizamiento y rotacin, impidiendo el acceso a algunos objetivos. La

tortuosidad del pozo producida por los PDM en el modo de deslizamiento eran

inaceptables debido a la dificultad de un deslizamiento futuro y porque la

tortuosidad del pozo dificulta la evaluacin de formaciones y la bajada de la

tubera de revestimiento.

Uno de los principales problemas de la perforacin direccional consiste en

determinar la inclinacin del hoyo, debido a estas necesidades aparecieron los

dispositivos de medicin. Los cuales proporcionan tres datos fundamentales: la

profundidad medida, la inclinacin y el azimut del hoyo, mediante los cuales se

puede calcular la locacin del hoyo.

Si bien estas tcnicas les daban un cierto control sobre la inclinacin del hueco, no

tenan casi ningn control sobre el azimut del hoyo. La aparicin de los modernos

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sistemas de medicin durante la perforacin MWD (Measure While Drilling) envan

datos de relevamientos direccionales a la superficie por telemetra de pulsos del

lodo; las mediciones son transmitidas como pulsos de presin en el fluido de

perforacin y son decodificados en la superficie con la ayuda de una computadora,

mientras se avanza con la perforacin.

Adems de la direccin y la inclinacin, el sistema MWD transmite datos acerca de

la orientacin de la herramienta de perforacin direccional. Estos avanzados

sistemas direccionales permiten al perforador mantener el control sobre la

trayectoria del hoyo.

SISTEMAS RSS

La tecnologa de los sistemas RSS (Rotary Steerable System), permite una

rotacin continua de la columna de perforacin mientras se controla la direccin de

la mecha. Segn la Cia Schlumberger, existen 2 tipos de RSS: Point the Bit o

apuntando el trepano y Push the Bit o Empujando el trepano, al primer tipo

corresponde el Power Drive Xceed y al segundo el Power Drive Xtra. Existen

tambin RSS y otras Cias como ser el GeoPilot de la Cia Halliburton o el

Autotrak de la Cia. Baker. (SCHLUMBERGER, Presentacin PD, 2009)

Sistema Power Drive

El sistema PowerDrive es un sistema compacto y poco complicado, comprende

una unidad sesgada y una unidad de control que agregan slo 3,8 m [1212 pies] a

la longitud total del BHA. La unidad sesgada, ubicada directamente detrs de la

mecha, aplica una fuerza sobre la mecha en una direccin controlada mientras

toda la columna gira. La unidad de control, que se encuentra detrs de la unidad

sesgada, contiene dispositivos electrnicos, sensores, y un mecanismo de control

que proporcionan la magnitud y la direccin promedio de las cargas del lado de la

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mecha, necesarias para alcanzar la trayectoria deseada. (OILFIELD

REVIEW,2009)

SISTEMA ROTATIVO DIRECCIONAL POWER DRIVE X5 675

FUENTE: SCHLUMBERGER, PCH-1003ST2, 2009

La Bias Unit o Unidad Mecnica

La Bias Unit est conformada por tres patines externos articulados, que son

activados por el flujo de lodo controlado a travs de una vlvula que utiliza la

diferencia de presin de lodo existente entre el interior y el exterior de la unidad

sesgada. La vlvula de tres vas de disco rotativo acciona los patines al dirigir el

lodo en forma sucesiva a la cmara del pistn de cada patn, a medida que rota

para alinearse con el punto de empuje deseado en el pozo, que es el punto

opuesto a la trayectoria deseada. (OILFIELD REVIEW, 2009)

Una vez que un patn pasa el punto de empuje, la vlvula rotativa corta el

suministro de lodo y el mismo se escapa a travs de una compuerta

especialmente diseada para la filtracin del lodo. Cada patn se extiende no ms

de 1 cm [38] durante cada revolucin de la unidad sesgada. Un eje conecta la

vlvula rotativa con la unidad de control para regular la posicin del punto de

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empuje. Si el ngulo del eje se encuentra geoestacionario con respecto a la roca,

la mecha ser empujada constantemente en una direccin, que es la direccin

opuesta al punto de empuje.

El sistema opera en modo neutral cuando no es necesario modificar la direccin,

donde cada patn se extiende de a uno por vez, de manera que los patines

empujen en todas las direcciones y sus movimientos se cancelen entre s.

(OILDFIELD REVIEW, 2009)

Control Unit o Unidad Electrnica.

La Control Unit mantiene la posicin angular propia del eje de impulso relativo

a la formacin. La unidad de control se encuentra montada sobre cojinetes, los

cuales permiten su rotacin libre alrededor del eje de la sarta de perforacin. Por

medio de su propio sistema de activacin, se puede dirigir a la unidad de control

para que mantenga un ngulo de giro determinado, o ngulo de orientacin de la

herramienta con respecto a la roca de formacin. Sensores del acelermetro y

magnetmetro de tres ejes proporcionan informacin relativa a la inclinacin y al

azimut de la mecha, adems de la posicin angular del eje de impulso. (OILFIELD

REVIEW, 2009)

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SISTEMA ROTATIVO DIRECCIONAL POWER DRIVE X5 675

FUENTE: SCHLUMBERGER, PCH-1003ST2, 2009

En el interior de la unidad de control se encuentran unos impulsores de turbina de

rotacin contraria, ubicados en ambos extremos de la misma, desarrollan el

torque estabilizador necesario por medio de imanes permanentes de gran

potencia, cuya accin se suma a la de las bobinas de torsin ubicadas en la

unidad de control. La transmisin del torque desde los impulsores a la unidad de

control se controla en forma elctrica modificando la resistencia de las bobinas de

torsin. El impulsor superior se utiliza para aplicar torque a la plataforma en la

misma direccin de la rotacin de la columna de perforacin, mientras que el

impulsor inferior la hace girar en la direccin inversa. Existen otras bobinas que

generan energa para los dispositivos electrnicos. (OILFIELD REVIEW; 2009)

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UNIDAD DE CONTROL

FUENTE: SCHLUMBERGER, Presentation Power Drive, 2009

MWD (Measure While Drilling)

Uno de los parmetros importantes en la perforacin consiste en la comunicacin

en tiempo real y la posibilidad de evaluar la formacin para obtener resultados

exitosos. El sistema Power Drive est provisto de un dispositivo de medicin de

alta precisin MWD cuya informacin es transmitida a la superficie por medio del

sistema de comunicacin Power Pulse, que es la herramienta ms comn de

MWD en el campo. El Power Pulse est diseado para hoyos de tamao inferior a

8 1/2 (6 3/4 herramienta), puede realizar mediciones de Acimut, GTF, MTF,

temperatura de herramienta, como tambin mediciones de formacin como rayos

gamma (opcional). Adems en la unidad de control se encuentran sensores

adicionales que registran la velocidad instantnea de la columna de perforacin

con respecto a la formacin, sensores trmicos y de vibracin registran datos

adicionales sobre las condiciones de fondo, esta informacin ayuda a diagnosticar

problemas de perforacin, y permite efectuar decisiones eficientes en el proceso

de perforacin. (OILFIELD REVIEW, 2009)

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PROGRAMACION DEL MWD- POWER PULSE

FUENTE: SCHLUMBERGER, PCH-1003ST2, 2009

Uno de los grandes desafos que deben enfrentar los ingenieros de perforacin es

maximizar la efectividad econmica de los costosos pozos direccionales con

trayectorias complejas. El xito depende de las herramientas de perforacin que

ofrecen eficiencia, confiabilidad y capacidad intrnsecas.

LWD (Load While Drilling)

El sistema MWD y LWD son relativamente similares, el LWD provee mediciones

sobre la formacin mientras que el MWD provee mediciones de perforacin y

desviacin.

Ambos sistemas transmiten la informacin en tiempo real, pero el sistema LWD

provee mejor resolucin debido a que sus mediciones son guardadas en la

memoria de fondo. (SCHLUMBERGER, MWD Introduction, 2009)

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Presentacin de Campo VISION Firstlook.

FUENTE: OILFIELD REVIEW, LWD en tiempo real, 2009

Las mediciones del LWD incluyen registros de resistividad, porosidad, tiempo de

transito acstico, imgenes del hoyo, presin anular, buzamiento, perdidas de

fluidos e informacin relativa a la integridad de la formacin.

Esta informacin obtenida hace posible la colocacin ms exacta del pozo lo que

significa direccionar el pozo a una zona optima del yacimiento para maximizar la

produccin, con menos correcciones, una menor tortuosidad y una mayor parte del

agujero dentro del yacimiento, adems que las imgenes logran una tolerancia

(resolucin) en trminos de profundidad vertical absoluta de menos de 6 (pies) y

en trminos de profundidad relativa de menos de 1 (pie) lo que permite que los

pozos no solo permanezcan dentro de las zonas productivas delgadas sino que

tambin evita colisiones con otros pozos que drenan de la misma zona. (OILFIELD

REVIEW, LWD en tiempo real, 2009)

El sistema VISION posee sensores tipo induccin, o de propagacin

electromagntica, de resistividad y densidad neutrn azimutal, para optimizar la

eficiencia y exactitud de la perforacin las imgenes de resistividad de alta

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resolucin pueden revelar caractersticas estratigrficas sutiles, estratificacin de

la formacin y buzamientos cercanos al hueco , adems que tambin

proporcionan informacin valiosa sobre fracturas y fallas del hueco que reflejan el

estado geomecnico del agujero, lo que permite tomar acciones correctivas para

una perforacin eficiente. (OILFIELD REVIEW, LWD en tiempo real, 2009)

El uso de la tecnologa de los sistemas RSS ofrece una rotacin continua durante

la navegacin, esto significa un hueco ms limpio es decir la tortuosidad es

reducida por un mejor control de navegacin, con ello existe menos riesgo de

aprisionamiento de la tubera lo que conlleva a un ahorro de tiempo (perforacin

ms rpida, menos tiempo de limpieza).

En las ilustraciones inferiores se observa la comparacin de la calidad del pozo

utilizando un motor accionado por el lodo de perforacin (Izquierda), y el sistema

rotativo direccional PowerDrive Xceed (Derecha).

CALIBRACION DE HOYO

FUENTE: OILFIELD REVIEW, Nuevos rumbos en la perforacin rotativa

direccional., 2009

Adems, el uso de los sistemas RSS permite llegar a objetivos en el subsuelo que

de otra forma serian inalcanzables por ejemplo, en locaciones inaccesibles

(objetivos bajo ciudades, ros, o reas protegidas), una menor cantidad de pozos

para explotar un yacimiento reduce los impactos ambientales de una determinada

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zona. Las caractersticas de operacin de los RSS hacen factible el uso de estos

sistemas, aprovechando los componentes cerrados que protegen la herramienta

en temperaturas de pozo de hasta 302F [150C], en formaciones altamente

abrasivas, con cualquier tipo de fluido, y en ambientes de alto impacto, adems, la

herramienta puede lograr incrementos angulares de hasta 8/100 pies [8/30 m], lo

que le permite perforar trayectorias exigentes. Todo lo mencionado anteriormente

acerca de la tecnologa de los RSS se traduce en menor costo por pie perforado,

lo cual significa: MENOS COSTO POR BARRIL (OILFIELD REVIEW, 2009)