ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA“MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”BOLIVIA
TRABAJO DE EXPOSICIÓN
“CONCEPTOS Y HERRAMIENTAS DE MEDICIÓN DIRECCIONAL”
SARITA MEDRANO CHAVEZ S 3655-2JUAN CARLOS MOJICA PARADA S 3748-6CARLOS ANDRES VELASQUEZ GUITIERREZ S 3825-3
SANTA CRUZ – 2015
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INDICEHERRAMIENTAS DE REGISTROS DIRECCIONALES
1. OBJETIVOS..............................................................................................................3
2. INTRODUCCION......................................................................................................3
3. DEFINICIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS.................................................................4
3.1. ÁNGULOS...................................................................................................4
3.2. REFERENCIA DE DIRECCIÓN..................................................................4
3.2.1. NORTE MAGNÉTICO..........................................................................5
3.2.2. NORTE VERDADERO (NORTE GEOGRÁFICO)................................5
4. TIPOS DE HERRAMIENTAS....................................................................................6
4.1. INSTRUMENTOS MAGNÉTICOS..............................................................6
4.1.1. SINGLESHOT (Registrador Magnético de Disparo Simple).................7
4.1.2. MULTISHOT.........................................................................................8
4.2. INSTRUMENTOS GIROSCÓPICOS..........................................................9
5. MWD Y LWD.............................................................................................................9
5.1. CONCEPTOS BÁSICOS MWD Y LWD....................................................10
5.1.1. Telemetría..........................................................................................10
5.1.2. Telemetría del pulso del lodo de perforación......................................10
5.1.3. Pulso positivo.....................................................................................11
5.2. SISTEMA LWD (Logging While Drilling)...................................................11
5.2.1. UBICACIÓN LWD...............................................................................11
5.2.2. SECCIONES DE LA HERRAMIENTA................................................12
5.2.3. SISTEMA DE TRANSMISION DE DATOS.........................................12
5.2.4. CARACTERÍSTICAS DE LA HERRAMIENTA....................................13
5.2.5. PERFILES REGISTRADOS CON EL SISTEMA LWD.........................13
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5.2.6. APLICACIONES....................................................................................13
5.2.7. VENTAJAS............................................................................................14
5.2.8. DESVENTAJAS.....................................................................................14
5.2.9. EJEMPLO. ECOSCOPE LWD-DVD6....................................................14
5.3. SISTEMA MWD........................................................................................15
5.3.1. UBICACIÓN........................................................................................15
5.3.2. PARÁMETROS Y REGISTROS QUE DETERMINA EL MWD...........16
5.3.3. REGISTROS CORRIDOS CON MWD...............................................16
5.3.4. VENTAJAS.........................................................................................16
5.3.4. DESVENTAJAS....................................................................................17
5.4. SISTEMA MWD ELECTROMAGNETICO.................................................17
5.4.1. CARACTERISTICAS..........................................................................17
5.4.2. SISTEMA TRADICIONAL MWD.........................................................18
5.4.3. SISTEMA ELECTROMAGNÉTICO EM..............................................18
5.4.4. ESPECIFICACIONES.........................................................................19
6. CONCLUSIONES...................................................................................................20
7. BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................20
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HERRAMIENTAS DE REGISTROS DIRECCIONALES
1. OBJETIVOS
Conocer las características básicas de las principales y más utilizadas herramientas de registros direccionales.
Determinar las similitudes de las herramientas single y multishot.
Estudiar las diferencias básicas entre los sistemas LWD y MWD.
Describir las características, principios de funcionamiento, beneficios, limitaciones de los sistemas LWD y MWD.
2. INTRODUCCION
La perforación direccional se ha convertido en una herramienta muy importante en
la explotación de los yacimientos de petróleo y gas. Actualmente, los gastos de
producción de hidrocarburos han dictado la necesidad de la perforación direccional
controlada a una mucho en mayor medida que antes.
Probablemente el aspecto más importante de la perforación direccional controlada
es que permite a los productores de todo el mundo desarrollar depósitos
subterráneos que nunca podrían ser alcanzados por el factor económico en
cualquier otra forma.
Sabiendo que cada vez los pozos petroleros son más profundos y difíciles de
alcanzar, también más caros, se están implementando en la perforación y
producción, diferentes tipos de herramientas que ayudan a los ingenieros y
operados a determinar con mayor exactitud y facilidad la posición del objetivo a
alcanzar.
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En este tema, se presentarán las herramientas de registros direccionales, sus
aspectos más importantes y básicos, para qué se utilizan y en qué casos
específicos.
3. DEFINICIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS
Las herramientas de registro direccional miden el azimut referido al Norte
Magnético de la tierra.
3.1. ÁNGULOS
Conjunto de puntos determinados por 2 semirectas, l1 y l2, con un punto extremo en común llamado vértice.
Los ángulos se denotan como ∠AOB o por letras griegas α, β, θ, etc.
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3.2. REFERENCIA DE DIRECCIÓN
La Referencia puede ser el Norte Verdadero (Norte Geográfico), el Norte de Grilla (de mapas) o el Norte Magnético.
3.2.1. NORTE MAGNÉTICO
Es la dirección de la componente horizontal del campo magnético terrestre en un punto seleccionado sobre la superficie de la tierra.
En la perforación de pozos petroleros, todas las mediciones direccionales son dadas por herramientas de tipo magnética, las cuales leen un azimut referido al Norte Magnético. En este sentido los cálculos finales de las coordenadas siempre son convertidos al Norte Verdadero o al norte del Mapa.
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3.2.2. NORTE VERDADERO (NORTE GEOGRÁFICO)
Es la dirección de polo norte geográfico, el cual yace sobre el de rotación de la tierra. Esta dirección está indicada por la estrella polar.
Norte Cuadrícula o norte de mapa.- Es la dirección norte sobre un mapa. El norte cuadrícula o norte de mapa corresponde al norte verdadero solo en el meridiano central. Todos los otros puntos deben corregirse por convergencia, esto es, por el ángulo entre el norte de mapa y el norte verdadero en cualquier punto.
La mayoría de las herramientas de registros miden la inclinación y la dirección del pozo a una profundidad determinada. La medición de la “Dirección” de un pozo se puede expresar en varios formatos. Los dos más usados en perforación y registros direccionales son:
Cuadrante Azimuth
3.2.2.1. CUADRANTELa inclinación de un pozo en un punto dado es el ángulo entre el eje axial del pozo
y la vertical representada por una plomada.
3.2.2.2. AZIMUTHEl azimuth de un pozo en un punto dado es la dirección del pozo medido en un
plano horizontal, (0°-360°) en el sentido de las agujas del reloj tomado como
referencia el Norte. Estos dos componentes, junto con la profundidad, se usan
para calcular las coordenadas de la trayectoria del pozo.
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4. TIPOS DE HERRAMIENTAS
Los datos direccionales tales como la posición del pozo y el toolface se pueden
obtener durante un registro direccional usando instrumentos magnéticos o
giroscópicos. Estos instrumentos magnéticos o giroscópicos se pueden además
clasificar en “convencionales” o “de alta tecnología”. Los instrumentos
convencionales usan unidades mecánicas de ángulo combinadas con brújulas
magnéticas o giroscopios direccionales y cámaras con película para grabar las
lecturas de los instrumentos. Los instrumentos de alta tecnología utilizan
acelerómetros de grado inercial combinados con magnetómetros sensores de tasa
de giro de nivel de rotación y memoria electrónica de estado sólido (chips) o
comunicación electrónica de superficie y líneas conductoras.
4.1. INSTRUMENTOS MAGNÉTICOS
Los instrumentos magnéticos tanto convencionales como de alta tecnología están
diseñados para tomar lecturas estacionarias del campo magnético terrestre. Por lo
tanto, necesitan estar distanciados de la sarta de perforación y otros aparejos de
fondo para minimizar la interferencia con el campo magnético terrestre. Este
espaciamiento se logra con corridas de estos instrumentos con partes no
magnéticas y alojados en tubería de perforación no magnéticas durante la
perforación.
Los instrumentos magnéticos no están diseñados para ser usados en el
revestimiento, o cuando hay presencia de otras fuentes grandes de interferencia.
Los pozos con revestimiento afectarán a menudo los instrumentos magnéticos,
incluyendo un MWD. En la mayoría de los casos, se necesitan entre 20 y 75 pies
de distancia entre pozos para evitar la interferencia magnética.
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4.1.1. SINGLESHOT (Registrador Magnético de Disparo Simple)
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 tomar la foto. Puede ser Bajado con cable o
soltado desde superficie.
Hay cuatro componentes básicos en una herramienta de single shot magnético:
• Brújula/Unidad angular
• Cámara fotográfica
• Medidor de tiempo
• Batería
Procedimiento:
cargar la película en el instrumento.
activar el temporizador ( activar el cronómetro)
Armar la herramienta
soltar la herramienta
recuperar herramienta ( wireline o drillpipe)
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4.1.2. MULTISHOT
Los registros direccionales de multitomas dan una mejor idea de la trayectoria del
pozo. Este tipo de registros direccionales generalmente se corre cuando se saca
el aparejo de perforación, o bien por un cambio de broca o por un viaje de
limpieza. Como su nombre lo indica, se toma una sucesión de registros
direccionales a intervalos regulares de profundidad (típicamente la longitud del
aparejo) a través de la sección del pozo abierto.
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.
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4.2. INSTRUMENTOS 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.
Los instrumentos giroscópicos convencionales están diseñados para tomar
lecturas estacionarias referidas al alineamiento direccional inicial de rotación, la
cual se mantiene usando un montaje mecánico.
Hay instrumentos giroscópicos especiales de nivel de rotación electrónicos de alta
tecnología, pero estos están disponibles en forma limitada y van más allá del
alcance de esta sección.
5. MWD Y LWD
Las primeras herramientas introducidas a finales de la década de 1980,
proporcionaban mediciones direccionales y registros para una evaluación básica
de la formación.
Con la introducción de la tecnología de adquisición de registros durante la
perforación (LWD), se pueden obtener muchos más datos durante la perforación
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que sirven para la ubicación del pozo y para predecir los riesgos durante la
perforación (perforación inteligente).
Básicamente dos son los objetivos del LWD:
• Mejorar la colocación del pozo
• Mejorar la eficiencia de la perforación
Actualmente se han desarrollado sistemas integrales que incluyen MWD esto es
mediciones, registros y evaluación de la formación a tiempo real, en lo que se
obtienen datos de:
• Inclinación y azimut
• Registros de rayos gamma
• Registros de resistividad
• Peso sobre el trépano
• Penetración del trépano
• Presión en el espacio anular
• Otros datos de direccional, mecánica de perforación e información petrofísica
5.1. CONCEPTOS BÁSICOS MWD Y LWD
5.1.1. Telemetría
El envío de información hacia el operador se realiza típicamente mediante
comunicación inalámbrica, aunque también se puede realizar por otros medios
(teléfono, redes de ordenadores, enlace de fibra óptica, etcétera)
5.1.2. Telemetría del pulso del lodo de perforación
Éste es el método más común de transmisión de datos usado por las herramientas
de MWD.
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5.1.3. Pulso positivo
Las herramientas del Pulso positivas operan interfiriendo brevemente
(restringiendo) con el flujo de fluido dentro del caño de perforación. Esto produce
un aumento en presión que puede verse a la superficie.
5.1.4. Pulso negativo:
Las herramientas del pulso negativas operan dando salida el fluido brevemente de
dentro del drillpipe fuera a la corona. Esto produce una disminución en presión que
puede verse a la superficie.
5.2. SISTEMA LWD (Logging While Drilling)
Es un sistema usado para la medición de las características petrofísicas de las
formaciones y de los fluidos presentes en estas.
Este sistema está basado en la Telemetría mud telemetry (mud pulse), donde
variaciones en la presión ejercidas por la herramienta son leídas en superficie
mediante una computadora o por telemetría electromagnética
El sistema LWD realiza mediciones durante la perforación, permitiéndonos obtener
los registros en tiempo real. Enviando los mismos mediante ondas continúas de
presión o también mediante ondas electromagnéticas.
5.2.1. UBICACIÓN LWD
La herramienta LWD forma parte del arreglo de fondo se encuentra dentro de un
collar antimagnético, encima del trepano, provee datos de la evaluación de la
formación en tiempo real registrándolos
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5.2.2. SECCIONES DE LA HERRAMIENTA
a) Sección de sensoresb) Sección de Interfase (Modulo de Control)c) Sección de Transmisiónd) Equipo de superficie
5.2.3. SISTEMA DE TRANSMISION DE DATOS
Puede ser uno de los cuatro diferentes sistemas de telemetría:
a) Pulso Negativob) Pulso Positivoc) Electromagnético d) Cambio de fase de Señal (Phase Shift)
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5.2.4. CARACTERÍSTICAS DE LA HERRAMIENTA
5.2.5. PERFILES REGISTRADOS CON EL SISTEMA LWD
Rayos Gamma Potencial Espontáneo Resistividad Densidad Porosidad Caliper Sónicos y Litodensidad
5.2.6. APLICACIONES
Revelar la naturaleza de las formaciones de la roca perforada Identificar la ubicación probable de los hidrocarburos, es decir, detectar y
cuantificar las zonas potenciales Obtener información en tiempo real de la resistividad de formación, la
litología y la porosidad Definición de límites de estratos Permitir seleccionar los puntos para bajar el casing y realizar los baleos Indican zonas permeables y contacto agua-petróleo Correlaciones con otros pozos
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5.2.7. VENTAJAS
Reducción del tiempo de perforación Ahorro en los costos de operación Toma de decisiones a tiempo real Medir estratos tan pequeños como 6 pulgadas (152 mm) antes que ocurra
invasión de lodo a la formación Se realiza en la mayoría de pozos horizontales Datos de alta calidad Operaciones más seguras
Minimización de riesgos en áreas no muy conocidas
5.2.8. DESVENTAJAS
Herramienta “cara” (en costo respecto al riesgo de quedarse en el pozo, no en costo de operación)
Limitante de curvas a tiempo real, aunque en memoria se graban todas. El costo elevado de la herramienta consiste en el riesgo de su pérdida, sin
embargo este se minimiza, precisamente al contar con datos a tiempo real de la formación a perforar.
5.2.9. EJEMPLO. ECOSCOPE LWD-DVD6
Es un generador de neutrones de mayor energía reemplaza al recurso de
Americio-Berilio comúnmente utilizado en las medidas de los registros de
porosidad resultando en una mayor profundidad de investigación Nos permite
determinar:
Resistividad Porosidad-neutrón Rayos gamma Densidad Caliper
La medición de la densidad de la formación sin la fuente de cesio por lo tanto
disminuye el riesgo del transporte de estos y su operación dentro del pozo
convirtiendo al servicio EcoScope en el primero en ofrecer registros nucleares
LWD comerciales sin las fuentes químicas tradicionales
Además también provee el parámetro Sigma dato que permite conocer la litología,
mineralogía y matriz de la formación
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Todos esos sensores están montados en un solo collar y la velocidad de registro
es de 450 ft/hr
Longitud: 28 ft Peso 3200 lb OD: 6,75 inCaudal:250-800 GPM Máxima Temperatura:300 F
5.3. SISTEMA MWD
MWD es normalmente la segunda herramienta en el arreglo de fondo ubicada
encima de la herramienta del LWD
5.3.1. UBICACIÓN
Cuando la perforación se
encuentra cerca de la
profundidad final la
combinación LWD/MWD
pueden asegurar el éxito
del objetivo final: EL
RESERVORIO.
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5.3.2. PARÁMETROS Y REGISTROS QUE DETERMINA EL MWD
Mide la inclinación y el azimut del pozo en la localización donde se encuentre.
Velocidad de rotación del arreglo de fondo
Rango de penetración del trepano
Temperatura del fondo del pozo
Peso y toque sobre el trépano Volumen de flujo del lodo de
perforación Mide características
geológicas tales como la densidad, porosidad, resistencia, presión de formación.
5.3.3. REGISTROS CORRIDOS CON MWD
Rayos Gamma Potencial Espontáneo Resistividad Porosidad Caliper Temperatura
5.3.4. VENTAJAS
Incrementa los datos técnicos disponibles para la perforación a pozo abierto
Obtiene resultados en tiempo real
Se usa principalmente en perforaciones direccionales.
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Debido a que la medición se realiza inmediatamente después que la formación
ha sido perforada, los efectos de invasión de fluidos de perforación a la
formación es mínima. Esto permite una evaluación más aproximada de las
propiedades de la formación.
Mejora considerablemente la rapidez y exactitud de las interpretaciones de los
perfiles
Permite, mediante la interpretación de datos registrados una rápida toma de
decisiones ante potenciales riesgos a medida que el pozo avanza
Permite la posible reducción del número de pozos requeridos, por lo tanto
reducción de los costos de investigación
Debido a que son montadas las herramientas del MWD en un monel
antimagnético pueden recuperarse y pueden ser reemplazadas o luego realizar
registros de wireline.
5.3.4. DESVENTAJAS
Debido al coste del sistema de MWD, no se utilizan mucho
Si la herramienta falla, la sarta de perforación debe sacarse del agujero para
ser reemplazada ya que generalmente no pueden quitarse las herramientas
enroscadas en la tubería.
Las herramientas del MWD deben ser pequeñas, normalmente de 2 pulgadas o
menos de diámetro y de longitud que puede ser 20 pies o más, esto limita las
capacidades de la herramienta. Por ejemplo, las herramientas delgadas no son
capaces de enviar los datos al mismo flujo por las herramientas, y ello también
limita más en su habilidad de comunicar.
5.4. SISTEMA MWD ELECTROMAGNETICO
5.4.1. CARACTERISTICAS
Lodos aireados Velocidades de transmisión variadas No requieren de presión del lodo Su diseño electrónico elimina partes mecánicas Batería compacta y de mayor energía
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5.4.2. SISTEMA TRADICIONAL MWD
Pulsos de presión a través del lodo
5.4.3. SISTEMA ELECTROMAGNÉTICO EM
A través de la corteza terrestre utilizando ondas electromagnéticas de baja
frecuencia
Luego la información recibida en la superficie por una antena es decodificada
por una computadora.
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5.4.4. ESPECIFICACIONES
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6. CONCLUSIONES
En general debido a las exigencias de obtener los registros en el menor tiempo
posible, es recomendable casi en todos casos el uso de los equipos LWD Y MWD.
Y la diferencia entre el MWD Y LWD es que el LWD es un sistema usado para la
medición de las características petrofísicas de las formaciones y de los fluidos
presentes en estas y el MWD es normalmente la segunda herramienta en el
arreglo de fondo ubicada encima de la herramienta del LWD y nos indica
primordialmente la inclinación y azimut.
7. BIBLIOGRAFIA
Apuntes “Perforación Direccional”, Ing. Iriarte. Escuela Militar De Ingeniería
Unidad Académica La Paz.
Fundamentos de Perforación Direccional. Programa de Entrenamiento
Acelerado para Supervisores de Pozo Schlumberger –IPM.
Tecnologías en Perforación y Evaluación. Baker Hughes. 1998.
Introduction to directional drilling, schlumberger, 2001.
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