TEMA 5 MEDICION DE LA TRAYECTORIA DIRECCIONAL

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UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGIA
CARRERA DE INGENIERIA EN GAS Y PETROLEO
TEMA 5: MEDICION DE LA TRAYECTORIA DIRECCIONAL
Docente: Ing. Ana María Humerez Porco
ASIGNATURA: PERFORACION III
Periodo: Séptimo Semestre
Cochabamba – Bolivia
2022
CÁLCULOS DE LA TRAYECTORIA DEL POZO
Datos e información requerida.
Para elaborar el cálculo del proyecto direccional se deberán tener
los siguientes
Datos:
❖ Coordenadas del conductor (Xc, Yc).
❖ Coordenadas del objetivo (Xo, Yo).
❖ Profundidad vertical del objetivo.
Con esta información preliminar es posible determinar las
siguientes incógnitas:
✓ Desplazamiento horizontal.
✓ Rumbo.
✓ Ángulo máximo.
Métodos del cálculo de la trayectoria direccional:
El método normal para determinar la trayectoria de un pozo es establecer las
Coordenadas. Se utiliza algún tipo de instrumento de medición, para
determinar la inclinación y la dirección a diferentes profundidades
(estaciones) y con esto, calcular la trayectoria. Es muy importante saber
que los valores de inclinación y dirección pueden observarse a profundidades
preseleccionadas.
La Fig. 12.17 muestra parte de la trayectoria en la cual se han tomado
registros direccionales en las estacionesA2,A3yA4.
En cada estación se miden los ángulos de inclinación y dirección, así como
distancias entre estaciones, cada ángulo de dirección obtenido por medio
de un dispositivo magnético debe ser corregido con respecto al
norte verdadero y cada giroscópico debe corregirse por la inclinación.
Todas las lecturas de dirección están corregidas para la declinación de la
interferencia magnética, y la conversión a la inclinación es realizada por los
dispositivos giroscópicos.
Vista tridimensional de un pozo
mostrando las componentes X,Y y Z de
la trayectoria.
Existen 18 ó más técnicas de cálculo para determinar la trayectoria del agujero. La principal
diferencia entre dichas técnicas, es que un grupo utiliza aproximaciones de línea recta y el otro
supone que el pozo es una curva y se aproxima con segmentos de curvas. Derivar cada
método está fuera del alcance de este capítulo. Método tangencial. El método más simple
utilizado por años ha sido el método tangencial. La derivación original se desconoce. El
desarrollo matemático utiliza la inclinación y dirección en una estación de registro direccional
A2 (Fig. 12.17) y supone que los ángulos proyectados permanecen constantes sobre todo el
tramo de trayectoria precedente
DM2 a A2. Los ángulos en A1no se toman en cuenta. Se puede demostrar que la coordenada
de latitud Norte/Sur L, puede ser calculada utilizando la siguiente ecuación para cada tramo
DM.
Método de ángulo promedio o del promedio angular:
Se ha reconocido que el método tangencial provoca un error por no
considerar la inclinación y la dirección previas. El método de ángulo
considera el promedio de los ángulos, ,1 1a e y 2 2ª , e sobre un
incremento de longitud D2 para calcular L2, M2, y D2.Basándose en las
ecuaciones anteriores, el cálculo de la trayectoria puede ser fácilmente
obtenido en forma tabular ó puede ser programado en una calculadora de
bolsillo.
La Tabla 12.1 muestra una secuencia de pasos utilizados en la técnica de
promedio angular para determinar las coordenadas de la trayectoria a
partir de valores medidos de inclinación y dirección.
En el punto X1(punto de inicio de desviación) introduzca el valor de cero
para la inclinación en las columnas (B), (C), (E), las columnas de la (H) a
la (Q) también serán cero. En el punto X2(primera estación de registro
direccional) introduzca el valor promedio para la inclinación (E). Utilice la
dirección real en las columnas (J) y (K). No utilice el azimut promedio en
la columna (K) para cálculos en el punto X2.
Aspectos de operación:
Dispositivos para medición de la dirección:
La trayectoria real de un pozo, se determina midiendo la inclinación y la
dirección a varias profundidades. Posteriormente; se aplica esta información
a uno de los métodos de cálculo presentados en la sección anterior. 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 oun bent housing.
Anteriormente, la inclinación y dirección se determinaban con herramientas
magnéticas y giroscópicas (single o multishot).Todas estas herramientas son
autónomas y pueden ser alimentadas por baterías o desde la superficie. Las
herramientas magnéticas se corrían con línea de acero, o en
los lastrabarrenas cuando se están realizando viajes con la tubería. Algunas
herramientas giroscópicas son corridas con cable conductor, lo cual permite
que las mediciones puedan ser leídas en superficie, además de que la
energía es transmitida hacia la herramienta por el mismo cable. Las
herramientas giroscópicas son corridas con baterías.
Debido al desarrollo de la tecnología de telemetría, actualmente existen 
otras maneras de medir la dirección, la inclinación y la cara de la 
herramienta, tales como arreglos de magnetómetros y acelerómetros. La 
energía se proporciona con baterías, cable conductor o por un generador 
accionado por el fluido de perforación. Si la herramienta de medición es 
colocada en el aparejo de fondo, cerca de la barrena, y las mediciones son 
tomadas durante la perforación, a ésta se le llama: herramienta de medición 
durante la perforación o MWD(measurement while drilling).
Estos instrumentos constituyen un elemento vital para el buen desarrollo de 
la perforación direccional; puede decirse que conforman los ojos con los 
cuales, el personal encargado de las operaciones puede
“ver” la trayectoria que sigue el pozo.
Los instrumentos más utilizados en la actualidad para obtener la inclinación 
y el rumbo de un pozo son:
o Instrumentos giroscópicos
o Herramienta de orientación direccional Sistemas MWD
Perforación direccional Cálculo de la trayectoria del pozo:
Con excepción de los instrumentos dotados con giroscopios, los demás
necesitan de un lastrabarrena monel o antimagnético para obtener
resultados confiables. Esto se debe a que pueden verse afectados por
materiales metálicos cercanos (tuberías de revestimiento de pozos
cercanos) o por el campo magnético terrestre. El intervalo de registro se ha
estandarizado, considerándose que es recomendable registrar a cada 30
metros de agujero desviado.
Instrumentos giroscópicos:
Como ya se mencionó, estos instrumentos no requieren del uso de un
lastrabarrenas antimagnético, ya que un giroscopio toma el lugar de la
brújula magnética. Ya sea desde superficie o mediante un sistema de
encendido automático, el giroscopio se pone en funcionamiento a unas
40,000 o 60,000 rpm. Esta operación genera un campo magnético que
elimina el efecto del campo magnético terrestre, permitiendo registrar
el norte verdadero. Para la interpretación del registro se utiliza un lector que
amplifica la fotografía. La pantalla del visor se coloca de tal manera, que la
línea Norte-Sur pueda ponerse sobre la manecilla indicadora del Norte en la
fotografía. De esta forma, es posible leer directamente el rumbo verdadero
en la circunferencia del lector e inspeccionar en forma precisa el grado de
inclinación del agujero.
Herramientas de orientación direccional:
Este tipo de herramientas fueron utilizadas ampliamente en Petróleos
Mexicanos en años pasados. Constan de una probeta con equipo
electrónico. Ésta se adapta a una varilla con "pata de mula", la cual se
asienta en la base correspondiente del orientador. La probeta está
conectada a un cable conductor, por medio del cual se envía la información
de las condiciones direccionales del pozo a la superficie; este cable pasa por
un esto pero que está conectado a la manguera del stand pipe, por medio de
la cual se bombea el fluido de perforación para operar el motor del
instrumento. El cable transmite la información a una computadora, la cualprocesa los datos y presenta la inclinación y el rumbo del pozo, así como la
posición de la cara de la herramienta desviadora. Cabe mencionar que la
probeta queda localizada aproximadamente a la mitad del lastrabarrena
antimagnético.
Sistemas MWD:
Desde hace algunas décadas, las compañías buscaron la manera de
registrar las formaciones durante la perforación, aunque tecnológicamente
era muy difícil fabricar herramientas que pudieran contrarrestar las difíciles
condiciones de fondo y transmitir información confiable. Diferentes métodos
de transmisión fueron utilizados: electromagnéticos, acústicos, de pulsos, de
modulación de pulsos, o cable y tubería. De todos los métodos de
transmisión, los de pulsos de presión y los de modulación de pulsos han
evolucionado a sistemas comerciales actualmente utilizados por la
comunidad de perforación direccional. Los dos sistemas MWD más comunes
son el sistema de pulsos de presión y el de transmisión de pulsos modulados
de presión. El sistema MWD utiliza pulsos para transmitir la información de la
herramienta a la superficie en forma digital (binaria). Estos pulsos son
convertidos en energía eléctrica por medio de un transductor en superficie,
los cuales son decodificados por una computadora. Existen diversas
compañías que proporcionan este servicio a la industria petrolera en todo
el mundo, siendo los sistemas más utilizados en la actualidad para el control
direccional de los pozos.
Herramientas y/o equipo de desviación:
Para la perforación direccional es sumamente importante contar con las
herramientas desviadoras adecuadas, así como con las barrenas,
herramientas auxiliares y la instrumentación apropiadas. Las herramientas
desviadoras son el medio para iniciar o corregir la deflexión de la trayectoria
del pozo. La apertura de la llamada ventana (KOP), resulta una etapa crítica
durante la perforación de un pozo direccional, ya que un inicio correcto de
la desviación dará la pauta para lograr un desarrollo satisfactorio del curso.
Conforme la perforación direccional evolucionó, las herramientas
desviadoras han sufrido cambios considerables en su diseño, provocando
que en la actualidad no se utilicen algunas de las herramientas usadas en
los orígenes de esta técnica de perforación. Tal es el caso de
los desviadores de pared, delas barrenas de chorro, entre otras,
predominando en la actualidad el uso de motores de fondo dirigibles o geo
navegables en la perforación de pozos direccionales.
MÉTODOS DE CÁLCULO DE ESTUDIOS DIRECCIONALES:
Puesto que los instrumentos actuales no permiten definir exactamente el
rumbo del pozo entre cada punto de estudio, para calcular la localización
tridimensional de cada punto o estación se han desarrollado varios métodos.
a) Método tangencial (también denominado de “ángulo terminal”)
Este antiguo método se basa en la suposición de que el pozo mantiene la
misma inclinación y el mismo rumbo entre estaciones, y es muy fácil de
calcular. Sin embargo, es muy impreciso, especialmente en pozos de
configuración Tipo I y III en los que indica menos desplazamiento vertical y
más horizontal de los que hay en la realidad, y también en los de Tipo II. En
los que indica más desplazamiento vertical y menos horizontal de los que
realmente hay en el pozo. La falta de precisión de este método ha servido de
estímulo para desarrollar medios más exactos.
b) Método en ángulo promedio
Se basa en la suposición de que el recinto del pozo es paralelo al promedio
sencillo de los ángulos de inclinación y dirección entre dos estaciones. Este
método que es mucho más difícil de justificar teóricamente es, sin embargo,
lo suficientemente sencillo para usarlo en el campo, ya que los cálculos se
pueden efectuar en una calculadora no programable.
c) Método de radio de curvatura
Este método se basa en la suposición de que el recinto del pozo es un arco
parejo y esférico entre estaciones o puntos de estudio. Es teóricamente
sensato y es muy preciso. Sin embargo, no es de fácil aplicación en
el campo porque requiere el uso de una calculadora o computadora
programable.
d) Método de curvatura mínima
Presupone que el pozo es un arco esférico con mínimo de curvatura: en
otras palabras, que hay máximo radio de curvatura entre puntos o
estaciones de observación. Aunque este método también comprende
muchos cálculos complejos que requieren computadora programable, es el
de mejor justificación teórica y por consiguiente el más aplicable a casi
cualquier pozo.
SISTEMA DE REGISTRO DURANTE LA PERFORACIÓN (MWD)
Uso del equipo M.W.D. (descripción)
Lo más práctico para el control direccional de un pozo, es tener de una
manera directa en la superficie información continua, el ángulo alcanzado y
el rumbo al que está orientada la herramienta deflectora, el sistema que se
utiliza en la zona marina, es el equipo M.W.D. (Medición Mientras
Perfora).Por medio de una probeta alojada dentro de la sarta de
perforación(MWD), se transmiten pulsos a través del lodo hasta la superficie,
para ser exactos en el stand pipe donde está colocado un primer receptor de
señales llamado translucer, esta a su vez manda la señal a un equipo de
computo, donde se decodifica la señal dándonos información usual (ángulo,
rumbo, temperatura, presión y orientación).
El equipo MWD consta de cuatro componentes importantes los cuales son:
✓ Conjunto del generador de pulsos con sustituto
✓ Sensor / elementos electrónicos de la zonda
✓ Unidad con largueros de arrastre
✓ Sistema de cómputo
Se hace mención que anteriormente para tomar un registro direccional, nos
requería aproximadamente un tiempo de hasta tres horas por cada
toma(dependiendo de la profundidad y estado del Pozo), sin embargo ahora
nos toma de tres a cuatro minutos así como también, el tiempo para un
inicio era de tres días promedio solo para levantar +/- 10 grados, sin
embargo ahora nos lleva toda la sección de incremento de ángulo
(dependiendo del ángulo máximo) el mismo o menor tiempo, todo esto
debido a que se cuenta con motores navegables y equipos M.W.D.
En la siguiente figura se describen los componentes del equipo M.W.D.
Muchas gracias…