Medicin de la trayectoria direccional
Objetivo
Actualmente, la mayora de los pozos perforados son
direccionales. Por lo tanto, el objetivo del presente trabajo es
proporcionar los criterios bsicos de clculo y medicin de la
trayectoria direccional.
Dispositivos para medicin de la trayectoria.
La trayectoria real de un pozo se determina midiendo la
inclinacin y la direccin a varias profundidades, y aplicando
posteriormente esta informacin a uno de los mtodos de clculo. Esto
se realiza principalmente para orientar de manera adecuada el
equipo desviador, ya sea una cuchara, la tobera de una barrena de
chorro, un estabilizador con excentricidad, un codo desviador o un
benthousing.
Anteriormente, la inclinacin y direccin se determinaban con
herramientas magnticas y giroscpicas (single o multishot).Debido al
desarrollo de la tecnologa de telemetra, actualmente existen otras
maneras de medir la direccin, la inclinacin y la cara de la
herramienta, tales como arreglos de magnetmetros y acelermetros. La
energa puede ser proporcionada por bateras, cable conductor o por
un generador accionado por el fluido de perforacin. Si la
herramienta de medicin es colocada en el aparejo de fondo, cerca de
la barrena, y las mediciones son tomadas durante la perforacin, a
sta se le llama: Herramienta de medicin durante la perforacin o MWD
(Measurement While Drilling).Los instrumentos ms utilizados en la
actualidad para obtener la inclinacin y el rumbo de un pozo son:
Instrumentos giroscpicos Sistemas MWD.El intervalo de registro se
ha estandarizado. Se considera que es recomendable registrar cada
30 metros de agujero desviado.
Factores de Seleccin de Herramientas para la medicin Existen un
nmero de factores que influencian en la seleccin de la herramienta
de monitoreo: Tamao del objetivo El tamao del objetivo influye en
la precisin de la evaluacin. Latitud del pozo A mayor latitud,
mayor la influencia entre el campo magntico y velocidad de las
herramientas giroscpicas. Direccin del Objetivo Las evaluaciones
Este/Oeste requieren procedimientos especiales. Tipo de instalacin
Presencia de interferencia magntica en plataformas con mltiples
pozos. Costo de Equipo de Perforacin El sistema MWD puede ser ms
efectivo en costo en equipos con altas tasas de perforacin. Mxima
Inclinacin Propuesta Algunas herramientas de evaluacin tienen
limitaciones de ngulo de agujero. Condiciones de Agujero Altas
Temperaturas o reducidos tamaos de agujero pueden limitar el uso de
algunas herramientas. Profundidad de evaluacin La precisin de la
evaluacin depende de la profundidad. Hueco Abierto o Entubado
Impacta en las herramientas magnticas.Herramientas Magnticas
Herramientas de Evaluacin Fotogrfica MagnticaTodas estas
herramientas deben correrse dentro de una lastra barrena no
magntica (hecho a base de aleacin de Nquel)) para eliminar
cualquier interferencia magntica de la sarta de perforacin.
Disparo Individual MagnticoUsado para grabar simultneamente la
direccin magntica de un agujero no cementado y su inclinacin de
desviacin de la vertical. Sus componentes son:-Cronmetro o sensor
de movimiento-Cmara.-Unidad indicadora de nguloDebido a las
incertidumbres concernientes al tiempo que se toma la herramienta
para descender de la superficie a la profundidad de medicin, un
sensor de movimiento fue desarrollado para reemplazar el cronmetro.
Despus de que la herramienta ha sido armada y puesta en un
contenedor de proteccin (1.75 o 1.375) ya sea en un cable de
registro o puesta en cada libre, una vez que permanece esttica en
el fondo, un circuito electrnico en la herramienta lo detecta y
activa la cmara. La cmara previamente enfocada graba la orientacin
magntica y la posicin de la sarta dando el ngulo de inclinacin. Los
discos de con ngulos indicando las escalas en ellos estn
disponibles en rangos variados dependiendo del ngulo del agujero: 0
-10, 0 20 y 15 - 90. De vuelta en la superficie, el disco es
extrado, y sus lecturas interpretadas para conocer la orientacin
del agujero.El disparo individual es normalmente corrido con
registros elctricos durante la fase de perforacin para proveer una
medida individual de la orientacin actual del fondo del agujero o
puede ser en cada libre previa a la sacada de la tubera de
perforacin.
Evaluacin de Cada MagnticaEsta herramienta es similar a las
excepto que utiliza pelcula de 10 mm para permitir el grabado de
diferentes tipos de evaluacin. Esta herramienta es corrida y
eventualmente asienta en un retenedor por encima de la barrena. Un
cronmetro mecnico, es sincronizado con un reloj en la superficie,
permitiendo que una serie de evaluaciones sean almacenadas cuando
la sarta de perforacin es recuperada dando una vista simple de la
orientacin del agujero descubierto.
Disparo Magntico Mltiple (MMS)
Es utilizado normalmente al final de la construccin de una
seccin y es utilizado para grabar la orientacin del agujero
perforado. La herramienta es una unidad alimentada por bateras
consistente en un cronmetro, una cmara con pelcula de 16 mm y un
ensamble de brjula/pndulo normalmente encerrada en un contenedor de
1.75. Una mini versin multidisparo en un contenedor de 1.375 est
tambin disponible. Esencialmente, la herramienta toma una fotografa
de de la brjula/pndulo peridicamente mientras la sarta es
levantada. Una vez de regreso en la superficie, la pelcula puede
ser revelada, y correlacionada contra la profundidad y la
orientacin de la seccin de hueco dibujado.
Disparo Magntico Electrnico Mltiple (EMS)Es lo ltimo en
tecnologa y se compone de de ambos: Acelermetros en tres ejes
ymagnetmetros para tomar mediciones de ngulo de agujero y direccin.
Tambin calcula el ngulo de desviacin magntico y el campo de fuerza
en cada estacin de evaluacin. Estos datos son utilizados para
calcular la interferencia magntica dando mayor confiabilidad a los
datos de monitoreo. Esta herramienta tambin mide la temperatura en
el rango de 0 125 C (32 - 257F). Despus de ser armada en
superficie, la herramienta es corrida en forma semejante a una de
disparo mltiple y puede ser programada para operar en cualquier
modo ya sea disparo sencillo, multidisparo o modo de orientacin de
corteza. Ms de 1023 puntos de evaluacin pueden ser
almacenados.Siguiendo con la evaluacin, la herramienta es
reconectada a un sistema computarizado y la informacin procesada
utilizando un punto de referencia, por ejemplo la zapata anterior.
Como opcin puede correrse la longitud requerida de NMDCs para
evitar la interferencia, es posible acortar esto y aplicar un
factor de correccin para eliminar la interferencia adicional.
Herramientas de Evaluacin Giroscpica
Estos instrumentos no requieren de lastrabarrenas antimagntico,
ya que toma el lugar de la brjula magntica. Ya sea desde superficie
o mediante un sistema de encendido automtico, el giroscopio se pone
en funcionamiento a unas 40,000 o 60,000 rpm. Esta operacin genera
un campo magntico que elimina el efecto del campo magntico
terrestre, permitiendo registrar el norte verdadero.Para la
interpretacin del registro se utiliza un lector que amplifica la
fotografa; la pantalla del visor puede colocarse de tal manera que
la lnea norte-sur pueda ponerse sobre la manecilla indicadora del
norte en la fotografa. De esta manera, es posible leer directamente
el rumbo verdadero en la circunferencia del lector e inspeccionar
en forma precisa el grado de inclinacin del agujero.Donde la
interferencia magntica no puede ser impedida, los sistemas
giroscpicos son utilizados. Hay dos tipos de giroscopios Utilizados
aquellos que varan con el tiempo y aquellos con el sentido de
rotacin de la tierra Por ejemplo: Los Giroscopios de velocidad.
Estos pueden ser corridos sin lastra barrenas no magnticas ya que
la brjula magntica es reemplazada por una brjula giroscpica de
disco controlada por un motor elctrico a altas RPM.
Giroscopio de Disparo SimpleUtilizado para orientar herramientas
en reas de alta interferencia magntica. Ej. : Punto de desvo en una
plataforma con otras tuberas conductoras cercanas. Esta herramienta
consiste de un cronmetro, una cmara y una brjula giroscpica
sensible. El giroscopio es primero orientado a la superficie en una
direccin conocida y entonces bajado a la profundidad de evaluacin
debidamente protegida. Despus de grabar los datos, la herramienta
es recuperada y la pelcula descargada y revelada.
Giroscopio de Disparo Mltiple
Es utilizado para grabar la orientacin de un pozo con o sin
tubera de revestimiento. La herramienta es alimentada por una
batera. La unidad giroscpica es inicialmente alineada con una
direccin conocida y un mecanismo para medir el tiempo es
sincronizado con un reloj en superficie. Es entonces cuando se
corre un registro elctrico y de evaluacin conforma la herramienta
desciende. Esto reduce el error debido a la desviacin giroscpica la
que incrementa la no uniformidad con el tiempo. Para corregir esto,
muchas revisiones a la variacin son hechas durante la corrida y el
sacado de la herramienta. Cuando la herramienta permanece
estacionaria, un nmero de evaluaciones (surveys) son tomadas en la
misma locacin. Estos pueden entonces ser comparados con
posterioridad para permitir la correccin a la desviacin.
Giroscopio de Lectura en Superficie
Ejemplo Seeker de BHI, Keeper de Sperry SunUtilizado para
perforar y orientar en reas donde la interferencia magntica es un
problema. Por Ejemplo: Desviacin en plataforma donde hay otras
tuberas conductoras de pozos adyacentes.La herramienta es conectada
directamente a la superficie mediante un sistema de lectura va un
cable y un substituto de entrada lateral. Una vez que la orientacin
deseada ha sido alcanzada, la herramienta es recuperada para
permitir que el substituto de entrada lateral sea removido.Otras
variantes son ahora equipadas con una conexin humidificada que
habilita a que la seal elctrica sea separada y continuar la
perforacin rotaria por un periodo de tiempo sin sacar el
ensamblaje.El sistema giroscpico usado en SRG por sus siglas en
ingles, se compone de un eje ortogonal (todos son ngulos rectos con
respecto a ellos mismos) acelermetro y magnetmetro.El acelermetro
mide el vector gravitacional relativo a los ejes de la herramienta
de los cuales el frente de la herramienta y la inclinacin pueden
ser determinados. El magnetmetro mide los componentes de los campos
magnticos de la tierra relativos a los ejes de la herramienta, los
que combinados con la lectura del acelermetro determinan el
azimutal.
Medidor Gua Lser Inercial (RIGS)Esta es una herramienta de alta
precisin, cuenta con un sistema de evaluacin de altavelocidad el
que colecta datos de evaluacin mientras la herramienta es corrida
dentro del agujero. Abarca los tres ejes inerciales de navegacin y
tiene una precisin de 1-2 pies/1000pies de hueco registrado con una
precisin horizontal de 2.6 pies/ 1000 pies. Estos resultados son
tpicamente tres veces ms precisos y completados en la mitad del
tiempo en comparacin con el uso de un giroscopio.Al inicio de la
evaluacin, la herramienta es alineada para derivar la referencia
del norte real mediante la medicin de la rotacin terrestre. Cuando
es bajada en el pozo, el sistema de navegacin inercial mide cambios
en espacios tridimensionales generando coordenados para norte/sur,
este/oeste. Este sistema de monitoreo continuo elimina los errores
generados usando el mtodo de clculo de punto a punto de la geometra
del hueco como es hecho con los giroscopios y otros sistemas de
evaluacin convencionales.Un registro elctrico de medicin de
profundidad y un localizador de coples de tubera son usados para
verificar el sensor de profundidad y restringir los errores a menos
de 0.5 pies / 1000 pies mientras que centralizadores mantienen la
herramienta centralizada en el hueco perforado.La herramienta puede
ser utilizada solamente en agujeros para tuberas de revestimiento
menores a 7 debido a su tamao fsico.Un registro tpico utilizando el
sistema RIGS consiste de: Alinear el sensor a la superficie - 12
min. Hacer un chequeo a la variacin 3 min. Correr la herramienta en
el agujero a 300ft/min. A la profundidad final, revisar la variacin
inercial 3 min. Recuperar la herramienta mientras se completa la
segunda evaluacin (survey) a 300ft/ min. En superficie, completa la
variacin final 3 min.Tiempo Total para evaluar un pozo simple de
10,000 pies = 88 min.Sistemas de Medicin de Evaluacin de MWD
Desde hace algunas dcadas, las compaas buscaron la manera de
registrar las formaciones durante la perforacin, aunque
tecnolgicamente era muy difcil fabricar herramientas que pudieran
contrarrestar las difciles condiciones de fondo y transmitir
informacin confiable. Diferentes mtodos de transmisin fueron
utilizados:electromagnticos, acsticos, de pulsos, de modulacin de
pulsos, o cable y tubera. De todos los mtodos de transmisin, los de
pulsos de presin y los de modulacin de pulsos han evolucionado a
sistemas comerciales actualmente utilizados por la comunidad de
perforacin direccional.Los dos sistemas MWD ms comunes son el
sistema de pulsos de presin y el de transmisin de pulsos modulados
de presin.El sistema MWD utiliza pulsos para transmitir la
informacin de la herramienta a la superficie en forma digital
(binaria). Estos pulsos son convertidos en energa elctrica por
medio de un transductor en superficie, los cuales son decodificados
por una computadora.Existen diversas compaas que proporcionan este
servicio a la industria petrolera en todo el mundo, siendo los
sistemas ms utilizados en la actualidad para el control direccional
de los pozos.
Ejemplos: Teledrift o AnderdriftEstos sistemas se componen de un
instrumento de seales mecnicas capaz de detectar inclinaciones en
el agujero mayores a 10.5(Anderdrift 5, Teledrift 10.5). La
transmisin de la seal es por la va de una serie de pulsos emitidos
a travs del lodo, los cuales son detectados por un transductor
usualmente colocado en la tubera vertical.En principio, la
herramienta contiene un pndulo en el fondo que puede moverse a
travs de una serie de Bordes y un pistn de seal capaz de atravesar
una serie de restricciones anulares.Este ultimo crea los pulsos en
el lodo. En el sistema Teledrift, hay un sistema de cdigo por lo
que la desviacin de la vertical se incrementa con el nmero de
pulsos emitidos. Un mximo de siete pulsos pueden ser generados
(0.5/ pulso), lo que significa que la herramienta puede operar en
un rango de 3.5entre 0 y 10.5. Los ajustes son fcilmente
alcanzables en el campo para asegurar que la herramienta pueda
responder a cualquier ngulo en el agujero mayor a 10.5. Muchas
otras opciones tambin existen para permitir que la herramienta
detecte un rango de ngulo mayor en el agujero. Esto se hace
incrementando el ngulo medido por pulso el cual puede reportar 1o
1.5 por pulso. Esto da un mximo, de inclinacin de agujero de 15.El
sistema Anderdrift genera pulsos de lodo similares pero es
diferente en la relacin entre la posicin del pndulo y el pistn. El
Anderdrift puede generar ms de once pulsos, cada uno representando
0.5, pero esto funciona en sentido inverso. As un pulso indicar un
ngulo de agujero de 5o ms mientras que once pulsos un ngulo de cero
grados.Las lecturas, son generalmente tomadas en la conexin. Las
bombas deben apagarse por un minuto para permitir que la
herramienta mida el ngulo de desviacin y se prepare para la
sealizacin. La tubera debe permanecer estacionaria durante este
periodo. Las bombas son encendidas nuevamente y puestas a un mximo
de 360 gpm, manteniendo el gasto. Con la herramienta Teledrift el
primer pulso llega despus de 1015 segundos y las lecturas
subsecuentes deben llegar despus de un periodo similar. El bombeo
debe continuar hasta alrededor de un minuto despus de grabado el
ltimo pulso. El periodo de pulso para el Anderdrift es de alrededor
de 5 Segundos.
INTENSIDAD DE PATAS DE PERRO
Inevitablemente, todos los pozos direccionales tienen patas de
perro que es la curvatura total del recinto del pozo. Pero las
patas de perro tambin pueden significar que la curvatura total del
pozo se afecta por cambios de direccin y de inclinacin.Este tipo de
patas de perro se puede detectar tempranamente, efectuando estudios
direccionales a intervalos peridicos, para evitar que se vuelvan
muy pronunciados, lo cual puede causar muchos problemas y grandes
perdidas de dinero. Estas patas de perro no causan problemas
inmediatos porque los tubos lastrabarrenas trabajan en compresin y
pueden adaptarse fcilmente a las variaciones del rumbo del pozo.
Los efectos perjudiciales, tales como el dao de la sarta de
perforacin, la formacin de chaveteros y el desgaste de las sartas
revestidoras no aparecen sino mucho ms tarde. Por consiguiente, las
patas de perro deben detectarse y corregirse tan pronto como sea
posible. Las patas de perro poco pronunciadas se deben eliminar
escariando el tramo correspondiente, despus de lo cual se deben
efectuar nuevamente estudios direccionales. Si no se pueden
eliminar, el pozo se debe retrotaponear y desviar.Hay, por
consiguiente, un cierto lmite que, una vez sobrepasado, redundaEn
daos de la sarta de perforacin o de revestimiento. El lmite se
denominapata de perro permisible y lo determinan las dimensiones
del aparejo tubular a laProfundidad en que ocurre. Generalmente se
expresa en grados por cada 30 metros grados por cada 100 pies.
MTODOS DE CLCULO DE ESTUDIOS DIRECCIONALESPuesto que los
instrumentos actuales no permiten definir exactamente el rumbo del
pozo entre cada punto de estudio, para calcular la localizacin
tridimensional de cada punto o estacin se han desarrollado varios
mtodos.
a) Mtodo tangencial Este antiguo mtodo se basa en la suposicin
de que el pozo mantiene la misma inclinacin y el mismo rumbo entre
estaciones, y es muy fcil de calcular.Sin embargo, es muy
impreciso, especialmente en pozos de configuracin Tipo I yIII en
los que indica menos desplazamiento vertical y ms horizontal de los
que hay en la realidad, y tambin en los de Tipo II. En los que
indica ms desplazamiento vertical y menos horizontal de los que
realmente hay en el pozo.La falta de precisin de este mtodo ha
servido de estmulo para desarrollar medios ms exactos.
b) Mtodo en ngulo promedioSe basa en la suposicin de que el
recinto del pozo es paralelo al promedio sencillo de los ngulos de
inclinacin y direccin entre dos estaciones.Este mtodo que es mucho
ms difcil de justificar tericamente es, sin embargo, lo
suficientemente sencillo para usarlo en el campo, ya que los
clculos se pueden efectuar en una calculadora no programable.
c) Mtodo de radio de curvaturaEste mtodo se basa en la suposicin
de que el recinto del pozo es un arco parejo y esfrico entre
estaciones o puntos de estudio. Es tericamente sensato y es muy
preciso. Sin embargo, no es de fcil aplicacin en el campo porque
requiere el uso de una calculadora o computadora programable.
d) Mtodo de curvatura mnimaPresupone que el pozo es un arco
esfrico con mnimo de curvatura: en otras palabras, que hay mximo
radio de curvatura entre puntos o estaciones de observacin. Aunque
este mtodo tambin comprende muchos clculos complejos que requieren
computadora programable, es el de mejor justificacin terica y por
consiguiente el ms aplicable a casi cualquier pozo.a) Mtodo
TangencialEste fue el primer mtodo utilizado. Los clculos estn
basados en el ngulo de inclinacin y la direccin del ngulo de
desviacin (Azimutal) al menor de dos puntos de monitoreo (survey).
La distancia de curso (distancia entre dos puntos monitoreados) es
tomada como una lnea recta.Se asume que la lnea tenga el mismo
ngulo de desviacin y direccin que el punto inferior de registro.
Los errores con este mtodo pueden ser significativos y por tanto
este mtodo es impreciso.Para dos estaciones de monitoreo, S1 y S2,
donde la profundidad medida, MD1 y MD2, la inclinacin, I1 y I2, y
el azimutal, A1 y A2, son conocidos, el Norte, Este y la
Profundidad Real (TVD) pueden ser calculadas en S2 .
Norte2 = Norte1 + [(MD2 MD1) x sen I2 x cos A2]Este2 = Este1 +
[(MD2 MD1) x sen I2 x sen A2]TVD2 = TVD1 + [(MD2 MD1) x cos
I2]Ejemplo
b) Mtodo de Angulo PromedioEste mtodo utiliza en ngulo de
inclinacin y un promedio de la direccin del ngulo de desviacin
(azimutal) entre dos puntos de evaluacin. Este reduce
significativamente los errores generados utilizando los mtodos
anteriores y asume que el curso varia en lnea recta entre dos
puntos evaluados. El mtodo de pata de perro entre dos puntos
registrados debe ser corto. Si la distancia entre los dos puntos es
corta, por lo que una trayectoria en lnea recta se asume se
aproxima de forma cercana al agujero perforado real.Es simple
calcular a mano en el campo. Para dos estaciones de monitoreo dadas
, S1 y S2, donde las profundidades medidas, MD1 y MD2, la
inclinacin, I1 y I2, y el azimutal, A1 y A2, son conocidos,Entonces
el Norte, Este y Profundidad Real (TVD) puede ser calculado en S2
como se muestra: Ejemplo:
c) Mtodo del Radio de CurvaturaEste mtodo asume que el agujero
es un arco sin irregularidades entre los registros. Requiere de
algunos clculos complejos que son mejor utilizados en una
calculadora programable o computadora. El mtodo de clculo no es
afectado por longitudes mayores. Asume que la trayectoria tiene un
radio constante de curvatura.Para dos puntos de registro, S1 y S2,
donde la profundidad medida, MD1 y MD2, la Inclinacin, I1 y I2, y
el azimutal, A1 y A2, son conocidos, el Norte, Este y la
Profundidad Real TVD pueden ser calculadas en S2 de la siguiente
forma
Ejemplo
d) Mtodo de Curvatura MnimaEste mtodo toma informacin de la
inclinacin y el azimutal de cada punto registrado y crea una curva
suavizada. Este es un mtodo complejo no recomendado para hacer
clculos a mano. Es ampliamente utilizado por operadores y compaas
de perforacin direccional.Para dos puntos de monitoreo, S1 y S2,
donde las profundidades medidas, MD1 y MD2, la inclinacin, I1 y I2,
y el azimutal, A1 y A2, son conocidos, el Norte, Este y Profundidad
Real TVD pueden ser calculadas en S2 de la siguiente forma
Ejemplo
