República Bolivariana de VenezuelaInstituto de Capacitación Integral“Jesús Adolfo Chacín” Curso “Procesos en la Perforaciónde Pozos Petrolíferos”Objetivo: Perforación Direccional.Instructor: Ing. José Rafael Argüello Ruz.CIV: 118.845.

PERFORACIÓN DIRECCIONAL.

Introducción.

En el pasado la perforaci6n direccional se utilizó para solucionar problemas relacionados con

herramientas o equipos dejados dentro del hoyo, mantener la verticalidad del pozo o para la perfora-

ción de un pozo de alivio para contrarrestar la presión de fondo en un reventón. Las técnicas de

control direccional fueron mejorando, y hoy en día se cuenta con equipos especiales para determinar

con más exactitud los parámetros que requieren mayor vigilancia para lograr el objetivo propuesto.

Además, se han desarrollado nuevas técnicas para perforar el yacimiento completamente en forma

horizontal y de esta forma obtener un incremento en la producción. Así mismo, al igual que las

técnicas y equipos, los instrumentos de medición son más precisos y los cálculos se realizan por

medio de computadoras, lo que permite obtener mejores resultados con un mínimo esfuerzo.

Definición.

La perforación direccional es la técnica de la desviación de la trayectoria del pozo a lo largo

de su curso hacía un objetivo que se encuentra en el subsuelo de cuya localización, a una distancia

lateral y dirección vertical dada; esta definición es el concepto fundamental de la perforación

direccional controlada tanto para una trayectoria de pozo mantenida tan cerca como sea posible de la

vertical como para una desviación de la vertical planeada deliberadamente.

Objetivos.

La perforación de pozos se efectúa para alcanzar los siguientes objetivos:

Aumentar el volumen de reservas recuperables.

Aumento de la rentabilidad.

Evitar atravesar formaciones difíciles (domos de sal, presiones anormales, etc).

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Incrementar la tasa de producción de los pozos, (estadísticamente se a demostrado que un

pozo horizontal o altamente inclinado produce entre 5 a 6 veces la producción de un pozo

vertical).

Controlar severos problemas de conificación de agua y gas.

Aprovechar los diferentes mecanismos de producción de los yacimientos: segregación

gravitacional, intrusión de agua, capa de gas, etc.

Reactivar pozos en yacimientos marginalmente económicos.

Explotar yacimientos de arenas de espesores menores de 20 pies, donde la perforación

vertical es antieconómica.

Accesar reservas en yacimientos heterogéneos o de poca continuidad lateral.

Acelerar e incrementar el recobro final de los pozos.

Alcanzar yacimientos que se consideraban económicamente no explotables.

Reducir costos en perforación costa afuera.

Causas que originan la Perforación Direccional.

Existen varias razones que hacen que se programen pozos direccionales, estas pueden ser

planificadas previamente o por presentarse problemas en las operaciones ameriten un cambio de

programa en la perforación. Las más comunes se describen a continuación.

Localizaciones inaccesibles.

Los pozos direccionales muchas veces son perforados debido a que la localización

directamente sobre el reservorio es inaccesible por encontrarse algún tipo de instalación o

edificaciones (parques, edificios, etc.), o donde las condiciones naturales del terreno (lagunas, ríos,

montañas, etc.) hacen difícil su acceso; estas condiciones hacen necesario localizar el taladro a una

distancia alejada y perforar un pozo direccional para alcanzar el objetivo.

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Domos de sal y formaciones no deseadas.

Los domos de sal son trampas naturales de acumulaciones de petróleo, localizado en estratos

debajo de la protuberancia lateral de cobertura dura. Existen varios problemas asociados con la

perforación de un pozo a través de formaciones de sal, estos problemas pueden ser minimizados en

parte utilizando un lodo saturado de sal; pero otra solución es perforar un pozo direccional para

alcanzar el reservorio y de esta manera evitar perforar a través de la formación salina. Entre los

problemas que pueden ocasionar los domos de sal podemos mencionar corrosión en las tuberías,

contaminación del lodo de perforación, etc. También existen formaciones no deseadas como estratos

con características estratigráficas o estructurales antioperativas o con presiones anormales las cuales

podemos evitar atravesar perforando un pozo direccional.

Formaciones con fallas.

Los pozos direccionales también se perforan para evitar la perforación de pozos verticales a

través de un plano de falla, el cual podría deformar y cortar el casing, además, cuando se perforan

originalmente hoyos verticales, son comunes desviaciones no deseadas las cuales frecuentemente se

deben a formaciones falladas en el subsuelo. Usualmente es más fácil perforar un pozo direccional

dentro de tales formaciones sin atravesar las líneas de falla.

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Múltiples pozos con una misma plataforma.

Desde una misma plataforma se pueden perforar varios pozos con la finalidad de reducir el

costo de la construcción de plataformas individuales y las instalaciones de facilidades de

producción. Un hoyo puede ser taponado en cierta profundidad y usado como un punto de partida

para perforar otros, esto permite la exploración de localizaciones estructurales sin perforar otro pozo

completamente, esta forma de perforación también es aplicada en yacimientos costa afuera.

Pozo de alivio.

El objetivo de un pozo direccional de alivio es interceptar el conducto de un pozo en

erupción y permitir su control; por medio del pozo de alivio se contrarresta las presiones que

ocasionaron el reventón, bombeando lodo pesado dentro del reservorio para vencerlas y tener bajo

control el pozo problemático.

Desvío de un hoyo perforado originalmente (Side Track).

Fue la técnica original de perforación direccional, la desviación puede usarse para solucionar

una obstrucción en el conducto del pozo original (la presencia de un pez) o para explorar el alcance

de la zona de producción en un determinado sector del campo. Estos pozos que fueron planificados

verticales y por problemas operacionales durante su perforación, tuvieron que ser desviados

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seleccionando su punto de arranque (KOP) y perforando una sección de incremento y de

mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, pudiendo

atravesar o no el mismo objetivo. Esta operación puede hacerse también en pozos verticales como

medida de rehabilitación.

Controlar la desviación en pozos verticales.

Esta es una de las primeras aplicaciones para la perforación direccional, en localizaciones

donde la configuración geológica de los estrados atravesados causan la desviación del hoyo en

operaciones regulares de perforación puede ser necesario enderezar dicho hoyo, en otras palabras,

cuando la desviación se produce en un pozo que se supone vertical, se apela a varias técnicas

direccionales para regresar al pozo a la posición vertical.

Pozos geotérmicos.

Es muy aplicable en países industrializados donde la conservación de la energía es uno de los

temas de mayor importancia. Se usan como fuentes energéticas para calentar el agua. A medida que

se hacen más escasos los recursos energéticos, el hombre intensifica la búsqueda de los mismos,

mejorando las técnicas de perforación y hoy se pueden producir áreas que anteriormente presentaban

dificultad.

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Diferentes arenas múltiples.

Su objetivo es atravesar un yacimiento de varias arenas con un mismo pozo, en esta

aplicación un pozo es perforado direccionalmente para interceptar varias arenas inclinadas lo que

permite la completación del pozo utilizando un sistema de completación múltiple. El pozo debe

haber entrado al objetivo con un ángulo determinado para asegurar la penetración máxima del

reservorio.

Desarrollo múltiple de un yacimiento.

Cuando se requiere drenar el yacimiento lo más rápido posible o para establecer los límites

gas – petróleo o agua – petróleo, un yacimiento puede ser atravesado por diferentes conductos de

hoyo desviados a partir de un punto del hoyo original.

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Perforaciones costa afuera desde tierra

También puede ser del resultado económico de perforar reservorios localizados debajo de

grandes cuerpos de agua los cuales están dentro del alcance de la perforación desde tierra, estos

pozo son comenzados perforar localizando el taladro en tierra y perforando direccionalmente hacia

el objetivo debajo del agua, consiguiendo grandes ahorros debido al menor costo de los taladros en

tierra.

Pozo horizontal para el aprovechamiento de mayor espesor del yacimiento.

La reducción de la producción de un campo se puede deber a muchos factores, incluyendo

conificación por agua o gas, o formaciones con buena permeabilidad vertical. Los ingenieros

entonces pueden planear y perforar un hoyo de drenaje horizontal, el cual es un tipo de perforación

direccional donde el yacimiento es atravesado por el pozo en forma horizontal, con lo cual

incrementa el área de drenaje del mismo.

TIPOS DE POZOS DIRECCIONALES.

Los pozos direccionales se clasifican dependiendo de su Objetivo operacional y de la

trayectoria y de su ángulo de inclinación, su clasificación más común es la siguiente:

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SECCIÓN DE INCREMENTO DE ANGULO

PUNTO DE ARRANQUE (KOP)

SECCIÓN DE NAVEGACIÓN

Según su objetivo Operacional:

* Pozo Side Track.

Son pozos que fueron planificados verticales y problemas operacionales durante su

perforación, tuvieron que ser desviados seleccionando su punto de arranque (KOP) y perforando una

sección de incremento y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u

horizontal, pudiendo atravesar o no el mismo objetivo. Esta operación puede hacerse también en

pozos verticales como medida de rehabilitación.

* Pozo de Reentrada (Reentry).

Son pozos que anteriormente eran verticales y posteriormente por problemas operacionales

de producción, seleccionando su punto de arranque (KOP), se les perfora una sección de incremento

y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal, atravesando

y produciendo la misma arena que estaba produciendo anteriormente como vertical.

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KOP

HO

YO

OR

IGIN

AL

VE

RT

ICA

L

KOP

HOYO NUEVO DESVIADO

HO

YO

OR

IGIN

AL

VE

RT

ICA

L

ARENA PRODUCTORA DEL POZO

VIEJO Y DE LA REENTRADA

* Pozo Grass Root.

Son pozos que anteriormente eran verticales y posteriormente por problemas operacionales

de producción, seleccionando su punto de arranque (KOP), el cual está a 50 pies por debajo de la

zapata del revestidor superficial; se recupera el revestidor intermedio y se le perfora una sección de

incremento y de mantenimiento de ángulo, transformándolo así en un pozo direccional u horizontal,

pudiendo atravesar o no el mismo objetivo.

Según su Trayectoria y ángulo de Inclinación.

* Tipo Tangencial (Tipo J).

En este tipo de pozo la desviación deseada es obtenida a una profundidad relativamente

somera y dicha inclinación inicial se mantiene constante hasta la profundidad total, este tipo de

desviación es aplicable en arenas de poca profundidad, donde el valor del ángulo de desviación no

será muy grande y no se requiere revestimiento intermedio, hasta después de perforado el hoyo

completo.

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PUNTO DE ARRANQUE (KOP)

SECCIÓN DE INCREMENTO DE ANGULO

LINEA TANGENCIAL

PRO

FUN

DID

AD

VER

TIC

AL

DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL

KOP

HO

YO

ORI

GIN

AL

VER

TICA

L

* Tipo “S”.

Este tipo de pozo es perforado con una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial

y una sección de caída de ángulo a cero grado también llamada sección de verticalización, en estos

pozos, en algunos casos, se baja el revestidor de producción y luego se perfora la sección de caída

del ángulo.

* Tipo “S” Especial.

Este tipo de pozo es perforado con una sección de aumento de ángulo, una sección tangencial

intermedia, una sección de caída de ángulo (diferente de cero grado) y una sección de

mantenimiento de ángulo hasta el objetivo. Se puede decir que es una combinación del pozo tipo

“S” y el tangencial.

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LINEA RECTA

DESPLAZAMIENTO

SECCIÓN DE INCREMENTO DE ANGULO

PUNTO DE ARRANQUE (KOP)

PRO

FUN

DID

AD

VE

RT

ICA

L

SECCIÓN DE DISMINUCIÓN DE ÁNGULO

VERTICAL 0°

LINEA RECTA

DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL

SECCIÓN DE INCREMENTO DE ANGULO

PUNTO DE ARRANQUE (KOP)

PRO

FUN

DID

AD

VER

TIC

AL

SECCIÓN DE DISMINUCIÓNDE ÁNGULO

MANTENIMIENTODEL ÁNGULO

2.2.4. Pozos Inclinados

Es un pozo que es perforado inclinado desde la superficie con un ángulo de desviación

predeterminado y constante, para su perforación se utiliza taladros especiales inclinados en los

cuales la cabria puede moverse de 90 desde la horizontal hasta un máximo de 45.

2.2.8. Pozo Horizontal.

Un pozo horizontal es aquel que es perforado paralelamente a la zona ó arena productora con

la finalidad de tener mayor área de producción. Su clasificación está demarcada por la técnica o

método utilizado para realizar el giro de perforación vertical a horizontal y cada uno de estos tipos

posee una técnica que va en función directa con la tasa de incremento de ángulo y por supuesto en el

desplazamiento horizontal; la clasificación es la siguiente: Radio largo, Radio medio, Radio Corto,

Radio Ultra corto y Multi lateral.

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PR

OF

UN

DID

AD

VE

RT

ICA

L

DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL

SECCIÓN DE INCREMENTO DE ANGULO

PUNTO DE ARRANQUE (KOP)

SECCIÓN DE NAVEGACIÓN

Conceptos Básicos.

Profundidad medida (MD, Messuare Depth): Es la profundidad medida del pozo, hecha

con la medición de la sarta de perforación, desde la localización en superficie a cualquier punto a lo

largo de la profundidad total del pozo.

Profundidad vertical verdadera (TVD, True Vertical Depth): Es la distancia vertical

desde la superficie a cualquier punto dado en el hoyo.

Desplazamiento o Desviación: Es la distancia horizontal desde el eje vertical del cabezal del

pozo hasta cualquier punto del hoyo.

Punto inicial de desvío o Punto de arranque (KOP, Kick Off Point): La profundidad

donde un pozo es primeramente desviado desde su orientación casi vertical para el inicio del ángulo

de la porción de construcción de un pozo direccional u horizontal.

Ángulo de Inclinación: El ángulo en grados tomado en uno o varios puntos de variación

entre la vertical y la línea central del conducto del hoyo; algunas veces llamado inclinación o ángulo

de desviación.

Tasa de aumento: Es el grado de aumento del ángulo de inclinación sobre una longitud

específica.

Dirección u Orientación: Es el ángulo partiendo del eje Norte-Sur (hacia el Este u Oeste) en

la escala de 90º.

Azimut: Es el ángulo partiendo del Norte hacia el Este, sobre el plano horizontal, medido

con un ángulo (0 a 360°) en sentido de las agujas del reloj.

Pata de perro (Dog Leg): Es cualquier cambio de ángulo real entre las secciones,

expresadas en grado sobre una longitud específica.

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Severidad de Dog Leg: Severidad de la pata de perro, Una medida de la cantidad del cambio

en la inclinación y/o dirección de un conducto de hoyo, usualmente expresado en grados por 100

pies.

Objetivo: Es un punto fijo del subsuelo en una formación que debe ser penetrada con el

hoyo desviado.

Ángulo de ataque de la mecha: El ángulo entre la línea central del conducto del hoyo en la

mecha y la línea central de la mecha.

Ángulo de caída: Rata de cambio (grados /100 pie) del ángulo de inclinación en la sección

del conducto del pozo donde la inclinación va decrecido hacia la vertical.

Ángulo de construcción: Rata de cambio (grados /100 pies) del ángulo de inclinación en la

sección del hoyo donde la inclinación es incrementada desde la vertical.

Ángulo de Tool Face: El ángulo entre la vertical y la orientación de la porción doblada de

una herramienta de perforación direccional medido en un plano perpendicular al conducto del hoyo.

BHA: Bottom Hole Asemmbly, Ensamblaje de fondo. Ensamblaje compuesto por la mecha,

estabilizadores, Reamers, Drill Collars, Subs, etc. usados en el fondo de una sarta de perforación.

Sección de Caída: La sección del conducto del pozo en la cual el ángulo de inclinación

disminuye.

Sección de Construcción: La sección del conducto del hoyo en la cual el ángulo de

inclinación aumenta.

Curva de construcción: La porción de un hoyo horizontal en el cual el pozo es desviado de

la vertical con un ángulo de inclinación. Este intervalo frecuentemente contiene sección tangenciales

rectas y otras características. La construcción de curva se extiende desde el KOP hasta el final de la

curva.

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Curvatura del Hoyo: Se refiere al cambio de inclinación y desviación del conducto del

hoyo.

Desviación por Mecha de Jetting: Un método de cambio de ángulo de inclinación y

dirección del conducto del pozo usando la acción de “lavado” de un Jet o boquilla en un lado de la

mecha.

Final de la curva: El final de la profundidad medida en un pozo horizontal del punto donde

finaliza la porción corvada de la curva construida y la sección recta “horizontal” comienza.

Fuerza de doblez: Cuando los tubos de perforación se doblan, cada sección de cruce es

sometida a un momento flector generando una fuerza tensional en un lado y una fuerza de

compresión en el otro. Como los tubos de perforación rotan estas fuerzas se revierten y como

consecuencia causa la fatiga del metal.

Herramientas de desviación: Herramientas y equipos de perforación usados para cambiar la

inclinación y dirección de un conducto de pozo perforado.

Hoyo curvo: Conducto del hoyo el cual ha sido inevitablemente desviado del hoyo derecho.

Hoyo direccional: Conducto de hoyo perforado intencionalmente en una trayectoria

planeada diferente a la vertical; conductos de hoyo perforados con métodos de perforación

direccional controlada.

Hoyo inclinado: Hoyo no vertical; usualmente referido a conductos de hoyo inclinados

intencionalmente en una dirección específica.

Keyseat (Ojo de llave): Una condición donde el conducto del hoyo es desgastado y

extendido hacia un lado y con un diámetro más pequeño que los Drill Collars y la mecha; causado

usualmente por las juntas en los Drill Pipe.

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Ledge (Escalón): Un lomo o borde en el lado del conducto del pozo. Un ledge puede ser

creado con la mecha casi sin rotar en el fondo. Otros ledges corren cuando formaciones

consolidadas están expuestas a derrumbes de pared en las formaciones no consolidadas más suaves.

Window: Una apertura elíptica cortada en un lado de la sarta de Casing con cortadores

desviados hacia el lado por un Whipstock de acero.

Wipstock: Una pieza de acero con larga cuña y forma de canal con un Collars en su rosca

superior a través de la cual los Sub y los tubos de perforación pueden pasar, la cara del whipstock

pone un ángulo de desviación de la mecha.

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