02 Registros Direccionales MWD - Métodos de Cálculo

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Registros Direccionales
Telemetría de MWD – Cálculos
Ignacio Gorgone
Departamento de Diseño - MCA
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11/21/2004
Contenido
• Correcciones de Azimuth – Referencia de Azimuth
• Principios Magnéticos
• Herramientas de Registro
• Telemetría de MWD’s
• Métodos para Cálculo de Registros
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11/21/2004
Posicionamiento Geodésico
El Problema...
• Los mapas usados en la perforación direccional son 
planos, pero la tierra es un esferoide (esfera achatada). 
• Cómo representar la posición de un punto físico en la 
tierra esférica o sobre un papel plano?
– Deben hacerse concesiones para obtener una 
solución aceptable, Y 
– Siempre habrá algún error.
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11/21/2004
Corrección del Azimuth
Norte 
de Grilla
Norte 
Magnético
Norte 
Verdadero
Magnetic 
Azimuth
• Los clientes pueden pedir sus registros 
referidos al Norte Magnético, NM
• Otros los prefieren referidos al Norte 
Verdadero (o Norte Geográfico), NV
• Pero usualmente los quieren referidos al 
Norte del Plano o Norte de Grilla (Grid 
North), NG = Norte de Mapa 
Las herramientas de registro direccional (MWD, 
ESS, EMS, Gyro, etc) miden el azimuth referido 
al Norte Magnético de la tierra, NM
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11/21/2004
Corrección de Azimuth
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11/21/2004
Declinación Magnética
Definición: Es el ángulo entre el Norte Verdadero (NV) y el Norte 
Magnético (NM), medido desde el Norte Verdadero, NV.
Norte Verdadero 
(Norte Geográfico)
Morte 
Magnético
XX
XX
NVNV
NMNM
NVNV
NMNM
Si NM está al OESTE, 
Decl. Magnética: 
es negativa ( -Ve ) 
Si NM está al ESTE,
Decl. Magnética: 
es positiva ( +Ve)
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11/21/2004
Declinacion Magnetica
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11/21/2004
• Es el ángulo entre el Norte Verdadero y el 
Norte Magnético medido partiendo del Norte 
Verdadero. 
• La Declinación hacia el Este (llendo en la 
dirección de las manecillas del reloj) es
positiva. 
• La Declinación hacia el Oeste (llendo al 
contrario de las manecillas del reloj) es 
negativa.
• La declinación SE SUMA al Azimut Magnético 
(Dirección medida en el registro magnético). 
Declinación Magnética
NVNV
NMNM
ESTE
Declinación Magnética
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11/21/2004
Corrección de Grilla (o de Cuadrícula)
GN TN
Zona UTM 
Longitudinal
• Cuantifica la distorsión de 
cada área del elipsoide 
terrestre al ser proyectada 
sobre un mapa plano
• Se aplica a cada registro 
direccional medido
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11/21/2004
Ángulo de Convergencia de Grilla
Definición:
• Es la corrección aplicada 
para convertir el Norte 
Verdadero a Norte de 
Cuadrícula o de Grilla
Norte 
Verdadero
Norte 
de Grilla
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Convergencia de la Rejilla
Definición:
• Es el ángulo entre el Norte Verdadero y el Norte 
de Grilla medido desde el Norte Verdadero.
• La Convergencia hacia el Este (llendo según las 
manecillas del reloj) es positiva. 
• La Convergencia hacia el Oeste (llendo contrario a 
las manecillas del reloj) es negativa. 
• La convergencia SE RESTA del Azimut Corregido 
(dirección ya corregida por declinación magnética).
NRNR
NVNV
OESTE
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11/21/2004
Corrección Total = Declinación Magnética – Convergencia de Grilla
Corrección al NG = Azimuth (NV) – Convergencia de Grilla 
Corrección del Azimuth
Norte 
de Rejilla
Norte 
Magnético
Norte 
Verdadero
Azimuth del 
Norte de Rejilla
Azimuth 
Magnético
Corrección al NV: Azimuth (NV) = Azimuth (NM) + Declinación Magnética
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11/21/2004
Declinación Magnética
• Los registros magnéticos necesitan ser corregidos 
para referirlos al Norte Verdadero o Geográfico
• El Norte Magnético es el Norte de la Brújula
• El Norte Magnético cambia con el tiempo
• La posición del Norte Magnético se debe actualizar 
con frecuencia
• El Norte Magnético se puede indicar sobre los mapas 
o en las bases de datos de computador
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11/21/2004
Ejemplo de Conversión
• Ejemplo # 1:
Azimuth magnético = N 40º E 
Declinación Magnética = 3.4º hacia el Oeste
èAzimut al Norte Verdadero, NV = 40º + (-3.4) = 36.6º
• Ejemplo # 2:
Azimuth Magnético = S 23º E, Declinación = 3.4º al Oeste
Convergencia de Grilla = 8º al Oeste
èAzimuth al Norte de Grilla, NG = 157º + (-3.4º) – (-8º) = 168.4º
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11/21/2004
Ejemplo de Conversion
• Ejemplo # 3:
Se obtiene un registro Magnético cuya dirección es N 38º 
W. 
La Declinacion Magnética es de 5º al Oeste 
La Convergencia es de 3º al Este.
Corregir el azimuth medido para referirlo al Norte de Grilla.
Respuesta: Azimuth = 314°
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11/21/2004
Para qué se toman los registros direccionales?
• Para calcular la posición del pozo
• Para cumplir con las regulaciones 
locales y del gobierno.
• Para verificar la penetración de 
objetivos geológicos.
• Para reducir el riesgo de colisión 
con pozos vecinos.
• Para perforar un pozo de alivio.
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11/21/2004
Principios de los Registros Magnéticos
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11/21/2004
El Campo Magnético Terrestre
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11/21/2004
Campo Magnético
+
-
El campo magnético terrestre tiene Intensidad y Dirección específicas para cada sitio
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11/21/2004
Campo Gravitacional
La atracción gravitacional de la tierra sobre cualquier 
cuerpo en la superficie se dirige verticalmente abajo, hacia 
el centro de la tierra.
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11/21/2004
Error en los registros magnéticos
Por interferencia con la 
sarta de perforación Por Varianza Magnética Por el campo de corteza 
85% de los errores en los registros magnéticos
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11/21/2004
Interferencia magnética de la sarta de perforación
La longitud de DC no magnéticos 
(NMDC) requeridos en el BHA para 
evitar la interferencia depende de: 
• La proporción de acero por encima 
y por debajo de los NMDC.
• La dirección e inclinación del pozo. 
El error en la lectura magnética con la 
brújula aumenta hacia el ESTE o hacia 
el OESTE y a medida que aumenta la 
inclinación.
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11/21/2004
Collares No Magnéticos, NMDC
• Las herramientas de registro magnético requieren 
de DC no magnéticos para evitar la interferencia 
con la sarta de perforación
– El término “Magnético” se refiere en general a 
todos los métodos de registro referidos a la 
dirección del Norte Magnético de la tierra.
– El instrumento de medida debe colocarse en el 
interior de una longitud suficiente de collares 
no-magnéticos para aislarlos de la influencia 
magnética de la sarta de perforación.
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11/21/2004
Cálculo de la Inclinación
La inclinación es el ángulo entre el eje de la trayectoria 
del pozo en un punto dado y la línea vertical que pasa 
por dicho punto.



= −
GFH
Gx
CosInc 1 222 GzGyGxGFH ++=
• La herramienta MWD mide la intensidad del campo gravitacional, 
GFH, a lo largo de tres ejes ortogonales: Gx, Gy, Gz
• La inclinación se calcula con la expresión:
Donde:
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11/21/2004
Cálculo del Azimuth
El Azimuth o dirección es el ángulo entre el Norte Magnético y la 
proyección de la trayectoria del pozo sobre un plano horizontal.
• La referencia es el campo magnético de la tierra.
• Usualmente se corrige el azimuth para referirlo al Norte Verdadero 
o al Norte de Rejilla considerando la Declinación Magnética y la
Convergencia de Rejilla.
• La medición del azimuth requiere de las lecturas del magnetómetro 
y del acelerómetro.
• Un azimuth de 90º está apuntando hacia el ESTE.
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11/21/2004
Herramientas de Registro Direccional
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11/21/2004
Tipos de herramientas
• De disparo simple
– Magnéticas
– Giroscópicas
• De disparo múltiple
– Magnéticas
– Giroscópicas
• De Telemetría MWD
– Magnéticas
– Giroscópicas
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11/21/2004
Registros Magnéticos 
Registrador Magnético de Disparo Simple (Single Shot, SS)
•Instrumento que toma una fotografía de la posición de una aguja 
magnética y un péndulo suspendido superpuestos sobre un plano 
geográfico, indicando la dirección y la inclinación del eje del pozo
•El instrumento se baja con cable dentro de la tubería de perforación 
hasta el punto de registro y se recupera después de tomarla foto.
• Puede ser Bajado con clable o soltado desde superficie.
• Componentes: Baterías, Mecanismo de reloj para activar el 
disparador, unidad de Camara Fotográfica y Brújula. Película con el 
plano geográfico pregrabado y péndulo oscilante.
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11/21/2004
Registrador Electrónico de Disparo Múltiple – EMS
• El instrumento EMS proporciona la misma información 
que el Registrador Magnético de Disparo Múltiple, MS.
• Utiliza un sistema de magnetómetros y acelerómetros 
muy similar al de la herramienta dirigible (steering tool) 
pero es operada por baterías.
• La herramienta se programa en superficie para que 
dispare a intervalos de tiempo definidos y almacene en 
la memoria los registros tomados. Los datos se vacian 
de la memoria y se procesan cuando se recupere la 
herramienta en la superficie después de la corrida en 
el pozo.
Otros Métodos de Registro Direccional
• ¿De qué otro modo se puede medir la posición de un punto 
en el espacio? 
• Con sistema de posicionamiento satelital, GPS – pero no es 
lo suficientemente exacto si se usa agujero abajo 
• Con Giroscopios –de diversos tipos, en el mercado desde 
hace tiempo.
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11/21/2004
Registros Giroscópicos
• Los sistemas giroscópicos no son afectados por la interferencia 
magnética. Se utilizan principalmente para tomar registros dentro de 
hoyos revestidos o para desviar la trayectoria del pozo cuando la 
interferencia magnética es demasiado alta.
• Tipos de Giróscopos: 
– El Giróscopo Libre (basado en película) 
– Giróscopo de Velocidad (totalmente electrónico).
– Giróscopo Buscador del Norte (se orienta siempre al Norte Verdadero) 
• Principio del Giroscopio:
– Masa giratoria balanceada de libre rotación sobre uno o más ejes
– Se resiste a las fuerzas externas y tenderá a mantener su rumbo a 
lo largo del intervalo registrado 
(Efecto similar al de la rueda de bicicleta girando)
Fundamentos de Giroscopía
• Un giróscopo es una masa giratoria balanceada que puede rotar sobre uno o más 
ejes, de modo semejante al giro de un trompo sobre un eje: trata de mantener su 
posición vertical si tiene suficiente velocidad de giro. 
• La Tierra también es un giróscopo gigante que despliega tendencias 
giroscópicas…
• Las herramientas giroscópicas usan sensores giroscópicos y los mismos 
acelerómetros ya mencionados.
• Dependen de la velocidad de la tierra para referencia …15.041xCos(Latitud)
• Los giroscopios “libres” no están referenciados al norte. Los giróscopos de 
rotación, llamados “NSGs” (north seeking gyro) sí. Estos últaimos utilizan bobinas 
de torsión y miden la dirección del Norte Verdadero.
• Los giroscopios continuos dependen de una buena inicialización de los Giróspos 
Buscadores del Norte, “NSG”…
• La medida de profundidad se obtiene con el registro de cable o por la lista de 
medidas del perforador…
Giróscopios Básicos
Giróscopo de dos grados de libertad
girando alrededor del eje externo
Giróscopo de dos grados de libertad
girando alrededor del eje interno
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11/21/2004
Tipos de Giróscopos
• Instrumentos delicados y sensibles.
• Empleados primero en la industria de la aviación
• El tamaño típico de la carcaza es de 1 ¾” (NSG y mecánico)
• Exactitud.
– Depende del tipo, los viejos mecánicos no son mejores que el MWD.
• Tipos de Giroscopios.
– Mecánicos: requieren saber la orientación del eje de giro.
– Buscadores del Norte Verdadero: No necesitan correcciones de 
desviación.
– Ring Láser: mide la velocidad de rotación como una función de cambios 
en la grecuencia de las ondas suaves. Una fuente genera haces 
luminosos en contra-rotación de muy alta precisión dentro de una cavidad 
afinada opticamente y sellada ( anillo), orientada a lo largo del eje del 
instrumento.
• Herramienta de Datos Giroscópicos mientras se perfora por debajo de MWD.
– Nuevo concepto, funciona bien.
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11/21/2004
Aplicaciones del Giróscopo
q NO estan afectados por interferencia magnetica –
como es el caso con conductores en plataformas 
multipozos, sartas de revestimiento y de perforación, 
pescados dejados en el pozo, recortes o formaciones 
magnéticas, variaciones del magnetismo con el tiempo o 
por tormentas solares, etc…) 
qUsados para registro dentro de pozos entubados –
Pozos productores viejos, Re-Entradas laterales, en 
donde no se pueden correr herramientas magnéticas. 
qAumentar la exactitud – Mejora la precisión de las 
elipses de incertidumbre
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11/21/2004
Medición Direccional mientras se perfora, MWD
l Herramienta Magnética, 
l Emplea un sistema de magnetómetros y 
acelerómetros para medir los campos 
Magnético y Gravitacional de la tierra.
l Impulsado por baterías o por turbina, 
transmite los datos registrados a través 
de pulsos de lodo o de ondas 
electromagnéticas.
l Puede ser “instalada” en forma fija en 
los collares no magnéticos del BHA o ser 
“recuperable” con cable.
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11/21/2004
Principios de la telemetría
Pulsos Positivos ó Negativos
Con baja frecuencia (< 2 Hz) se tiene
menor velocidad de datos (<1 bps)
Ondas continuas de presión: 
Sirena continua de lodos
Con alta frecuencia (24 Hz) se tiene
más alta velocidad de datos (12 bps)
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11/21/2004
• Beneficios de la telemetria tipo sirena: 
§ La señal es generada afuera de las 
fuentes de ruido
§ Menos afectada por el ruido de la 
perforación, ruido de las bombas de 
lodo y paradas del motor
§ Puede transmitir informaciòn a mayor 
velocidad
§ Flexibilidad en los marcos (“frames”) o 
ventanas de estructura, adaptable a 
las necesidades del cliente
Principios de la telemetría
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11/21/2004
Cálculos Direccionales a partir de Registros
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11/21/2004
Cálculos Básicos
• Punto de Enlace o de Amarre,
• Profundidad Medida (MD), 
• Profundidad Vertical Verdadera (TVD), 
• Desplazamientos Norte-Sur (NS) y Este-Oeste (EW), 
• Inclinación, Azimuth, ángulo de la Sección Vertical (VS)
Definiciones:
Ø Inclinación: ángulo entre el eje de la trayectoria del pozo y la vertical 
en el punto de medida
Ø Azimuth: ángulo entre el Norte de Referencia y la proyección de la 
trayectoria del pozo sobre un plano horizontal
Ø Intervalo de Registro: Distancia entre dos estaciones de medida
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11/21/2004
Cálculos Direccionales
• Para definir la posición de la trayectoria del pozo en el espacio se 
deben hacer cálculos con base en los registros tomados a medida que 
se construye la trayectoria
• Se calculan la TVD, los desplazamientos NS y EW, y la Sección 
Vertical para el fondo del pozo en cada estación de registro
• Existen cuatro Métodos de Cálculo Direccional:
– Tangencial 
– Ángulo Promedio
– Radio de Curvatura
– Curvatura Mínima / Arco Circular
• Cada uno hace diferentes supuestos acerca de la trayectoria del pozo
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11/21/2004
Método Tangencial
Intervalo de Registro (
∆M
D)
∆ Desplazamiento
∆TVD
incl
Estación de 
Registro Nº 1
Estación de 
Regisro Nº 2
Suposición: La trayectoria del pozo es 
una línea recta con la misma inclinación 
y dirección en la estación de registro 
presente que en la estación anterior. 
)sen(
)cos(
inclMDDesplazamiento
inclMDTVD
×∆=∆
×∆=∆
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11/21/2004
Método del Ángulo Promedio
Error de Desplazamiento
Horizontal (longitud)
VERTICAL ERROR
Trayectoria supuesta para el pozo
Trayectoria Real del Pozo
Error de Latitud
Estación de Registro Nº 1
Estación de Registro Nº 2
N
Suposición: La trayectoria 
del pozo es una línea recta 
cuya inclinación y dirección 
son el promedo entre las 
medidas registradas en la 
estación presente (Nº2) y la 
estación anterior (Nº1). 
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11/21/2004
Se toma el promedio de las medidas de inclinación y de 
dirección registradas en la estación presente y en la anterior: 
Iprom y Aprom
)sin(
)cos(
)sin(
)cos(
prom
prom
prom
prom
ADesplazamientoEW
ADesplazamientoNS
IMDDesplazamiento
IMDTVD
×∆=∆
×∆=∆
×∆=∆
×∆=∆
2
2
21
21
AA
A
II
I
prom
prom
+
=
+
=
Método del Ángulo Promedio
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11/21/2004Método del Radio de Curvatura
A1
I1
I2
A2
Suposición: la trayectoria del pozo es una curva suave que 
se puede ajustar a la superficie de un cilindro de radio 
específico. 
• Mejora grandemente la precisión de los cálculos
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11/21/2004
Método de la Mínima Curvatura
Suposición: La trayectoria del pozo 
es una curva suave que se puede 
ajustar a la superficie de una esfera 
de radio específico. 
N
EW
S
²TVD
²MD
A1
A2
I1
I2
DL
DL
• Mejora grandemente la precisión 
de los cálculos
• Es semejante al método del Radio 
de Curvatura
• Método preferido para pozos 
horizontales
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11/21/2004
• Toma los vectores definidos por la inclinación y el azimuth en los 
puntos de registro
• Los suaviza convirtiéndolos en un arco de esfera que está definida 
por la curvatura del pozo
• Esta curvatura llamada “Pata de Perro”, (Dog Leg = DL) es:
• Un factor de relación, RF suaviza las dos líneas rectas definidas por la 
inclinación y el azimuth en los puntos de registro:
[ ]))cos(1(sensen)cos(cos 1221121 AAIIIIDL −−−−= −
)sin(
)cos(1360
DLS
DLS
DLS
RF
−
×
×
=
π
Método de la Mínima Curvatura
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11/21/2004
[ ]))cos(1(sensen)cos(cos 1221121 AAIIIIMD
d
DLS −−−−
∆
= −
Donde, DLS = Dog Leg Severity = Severidad de la Pata de Perro
DLS se calcula con la expresión:
Método de la Mínima Curvatura
d = intervalo o distancia de la trayectoria al que se refiere la DLS
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11/21/2004
Comparación de los Métodos de Cálculo