CAPÍTULO VI

HERRAMIENTAS DE PERFORACIÓN

6.1. Columna de perforación básica (sarta de perforación)

La sarta de perforación es parte del equipo de perforación, formado por diferentes componentes unidos por medio de conexiones, que tiene por finalidad transmitir rotación, torque, desde la mesa rotaria o top drive, y transportar el fluido de perforación a la barrena. Estando sometida a diferentes esfuerzos, tales como: tensión, compresión, presión interna, presión externa, torsión, pandeo, etc.

Un adecuado diseño minimizara problemas asociados a la acción individual o combinada de los esfuerzos mencionados, permitiendo la reducción de costos por tiempo de perforación y/o fallas de sus componentes.

La columna o sarta de perforación consta principalmente de:

Trepano Herramientas de control o auxiliares (MWD,

DHM, motor de fondo, etc.) Estabilizador, (STB) Collares de perforación o Portamechas, (DC) X-O Tubería pesada, (HWDP) X-O Martillo o tijera X-O Tubería de perforación, (DP)

6.1.1. Propósito y Componentes

La sarta sirve para varios propósitos los cuales son:

Provee un conducto interior para fluir lodo de superficie a superficie.

Imparte fuerza de rotación al Trepano Permite imprimir peso sobre el Trepano. Provee estabilidad con un arreglo de fondo para

minimizar vibración de la sarta, desviación del pozo y trabajo descentralizado del trepano. Permite realizar pruebas de presión y formación a través de la sarta.

Permite realizar registros con DP “TLC” cuando las condiciones tortuosidad o de alto ángulo de inclinación permiten realizar registros con cable.

Permite bajar Liner con ayuda de DP.

6.2. Componentes de la sarta de perforación

6.2.1. Componentes principales:

a. Tubería de perforación

La tubería de perforación es el elemento tubular utilizado para llevar a cabo los trabajos durante la operación de la perforación. Generalmente se le conoce como tubería de trabajo, porque está expuesta a múltiples esfuerzos durante las operaciones de perforación del pozo.

Grado de la Tubería de Perforación: El grado de la tubería de perforación indica su cedencia, estos valores son importantes porque son utilizados en cálculos de Reventamiento, Colapso y Tensión.

GradoCedencia Min- Max. (psi)

Letra Designación alternativa

D D-55 55000E E-75 75000 -105000X X-95 95000 – 125000G G-105 105000 - 135000S S-135 135000 - 165000Z Z-140 140000 - 160000V V-150 150000 - 165000

En la mayoría de los diseños de sarta de perforación, el grado de la tubería se aumenta para garantizar extra resistencia en lugar de aumentar el peso.

b. Tijera o martillos de perforación (drilling jar)

Los martillos o tijeras de perforación cumplen una sola función: liberar la tubería atascada

Un martillo de perforación es una herramienta que está compuesta de un percutor y un yunque que generan un impacto, bajo la influencia de una carga aplicada (peso o tensión de la sarta) cuando el mecanismo de engatillado es accionado.

Su función principal es de transmitir impacto (golpear hacia arriba o abajo) a la sarta de perforación cuando ocurre una pega de tubería. Existen tres tipos de martillos: mecánicos, hidráulicos e hidraulicos-mecanicos

c. Barras pesadas

Este es un miembro de la sarta de perforación con mediano peso y dimensiones similares a la tubería de perforación para un manejo más fácil. El tubo de pared pesada está acoplado a juntas de herramienta extra-largas. La HWDP es menos rígida que los drill collars y la superficie de contacto con las paredes del pozo, es mucho menor, reduciendo así el riesgo de una pegadura. También permite la perforación con altas revoluciones y puede correrse en pozos con cambios en inclinación y dirección reduciendo los problemas de conexiones y fatiga.

Se usa entre la tubería de perforación estándar y los DC, para lograr una transición menos agresiva en la sección medular de la sarta de perforación.

La tendencia hoy en día, al momento de diseñar arreglos de fondo, es disminuir en lo posible la cantidad de tuberías de perforación y usar barras pesadas para comprimir un mayor peso sobre el trepano. Son provistos por lo general por la empresa operadora, pero es la compañía de servicios la que provee con la cantidad necesaria de conexiones para las barras pesadas, que para trabajos direccionales comunes unas 30 conexiones deberían ser suficientes.

d. Collares de perforación o Portamechas (Drill Collars)

Los drill collars son herramientas tubulares rígidas y pesadas. Se utilizan en la parte inferior de la sarta de perforación para proveer de peso y rigidez a la barrena. Los hay lisos y espirales. Se fabrican en diferentes materiales, pero los más comunes son de acero. Los hay también de una aleación de metales, que los hacen antimagnéticos.

Los portamechas son predominantemente parte del arreglo de fondo algunas de las funciones son las siguientes:

Proveer peso para el Trepano. Proveer fuerza necesaria para correr en compresión Minimizar problemas de estabilidad al trepano como vibración y zapateo. Minimizar problemas en el control direccional proveyendo rigidez al arreglo de fondo.

Drill Collars Cortos

Los drill collars cortos son una versión más pequeña de los drill collars normales. Se pueden fabricar de cortes de estos últimos. La utilidad mas común con fines direccionales es la de aportar mayor longitud entre los dos puntos de contacto de la geometría de la sarta de perforación (como se verá mas adelante) y cuando el drill collar es antimagnético, se usa para aislar las herramientas magnéticas de fuentes de interferencia de la misma índole.

e. Estabilizadores (Stabilizer)

Los estabilizadores son una parte indispensable en la mayoría de las sartas direccionales, con y sin motor de fondo. Los principales objetivos del uso de los estabilizadores, es el control de la desviación del pozo, la reducción del riesgo de una pegadura por diferencial y la estabilización del agujero, rimando ojos de llave y severidades causadas por los cambios en inclinación y rumbo del pozo.

Los estabilizadores que van cerca del trepano tienen una conexión hembra y son por lo general maquinados para que acepten una válvula flotadora. Los estabilizadores de la sarta tienen conexiones macho hembra, además la mayoría de los estabilizadores tiene una espiral hacia la derecha.

f. Trepano

Trépano es la herramienta de corte localizado en el extremo inferior de la sarta de perforación que se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotatoria de un pozo petrolero. Los trépanos tienen huecos para permitir el paso del fluido de perforación, que sale a chorros por picos

intercambiables. El fluido de perforación lubrica y refrigera el trépano y ayuda a expulsar la roca molida hacia la superficie

Los Trépanos pueden clasificarse en:

Trépanos de cortadores rotativos. Trépanos de cortadores fijos. Trépanos de diseño especial.

6.2.2. Otros componentes o herramientas

Motor de fondo

Un Motor de fondo es una herramienta de perforación que sirve para poder desviar de manera continua la trayectoria del pozo, y darle Rotación y Torque al trepano sin la necesidad de rotar la sarta de perforación.

Los motores de fondo son utilizados en pozos:

Verticales. Horizontales de radio medio, radio corto, en pozos extendidos. Direccionales.

Hay varias clases de motores de fondo, el que se describe a continuación es el Motor de Fondo de Desplazamiento positivo, este motor convencional es impulsado por el fluido de perforación que proporciona rotación y torque al trepano.

Herramientas de medición de registro de desviaciones de pozo

SINGLE – SHOT MAGNÉTICO

Es una herramienta que provee un registro fotográfico de Inclinación, dirección y orientación del Tool Face en un solo punto en la sección de agujero abierto. Esta herramienta requiere de Drill Collars no magnéticos, también se debe correr para confirmar cambios en el tool face, esta herramienta no debe correrse en pozos de alta temperatura.

MULTI – SHOT MAGNÉTICO

Esta Herramienta nos provee de registros fotográficos que nos dan la inclinación y dirección en toda la sección del agujero abierto del pozo. El Multi – Shot debe correrse durante una maniobra, este necesita Drill Collars no magnéticos, y no es utilizado a altas temperaturas.

Estas dos clases de registros nos sirven para poder realizar el cálculo de las coordenadas del pozo a una serie de profundidades medidas, especificando así la trayectoria del pozo y la localización actual del pozo.

MWD

El significado de esta abreviación es ¨Measurement While Drilling¨ qué significa medición durante la perforación. Se tienen de varios tipos, pero se puede agrupar de la siguiente manera:

- Recuperables.- TENSOR - QDT- Fijos.- Baker.- NAVITRAK.

La ubicación de esta herramienta es dentro de un portamechas antimagnético, conocido con el nombre de Monel, que protege al MWD de todo el magnetismo e interferencia que pueda ser creado por otra herramienta y por el magnetismo natural de la tierra.

La principal función del MWD es la de medir: La inclinación del ángulo, El azimut, El Tool Face. Además permite mediciones de: Temperatura, Rayos Gamma.

El tiempo que tarda el MWD en proporcionar toda esta información es de aproximadamente 2 minutos. Las lecturas del MWD son efectuadas a partir de los 17 metros sobre del trepano.

MONEL:

Es una herramienta que corrige los efectos del campo magnético de la Tierra y el material metálico de la sarta de perforación en la obtención de los datos tanto del MWD y el LWD. Está hecho de una aleación que permite despreciar la interferencia magnética y así la herramienta MWD pueda brindar datos confiables de azimuth e inclinación.

TOTCO:

Permite solo la medición de inclinación. El dato, se utiliza solamente para tener información de la inclinación a niveles someros de profundidad. No se puede utilizar para extrapolar el desplazamiento del pozo, ya que no se conoce la dirección del dato. Las mediciones con estas herramientas tienen un alto grado de error.

GIROSCOPIO

Proporciona datos direccionales precisos (azimut e inclinación) en cualquier intervalo. La precisión del instrumento no se ve afectada por interferencias magnéticas, por lo que éste puede utilizarse dentro de todo tipo de barras de perforación o en terrenos magnéticos, ya que toma como referencia al Polo Norte verdadero, proveyendo información más preciso de la orientación y prospección del pozo.

6.1.6. Reducciones o substitutos

6.1.7. Otras herramientas

6.1.8. Tipos de conexiones

6.1.9. Cuidado y mantenimiento

6.2. Herramientas y plataforma de perforación

6.2.1. Llaves de ajuste

Las llaves de ajuste auxilian a los roughnecks en las operaciones de enrosque y desenrosque de los elementos tubulares, su funcionamiento esta basado en agarre seccional del tubular posterior y movimiento tangencial accionado por el movimiento de cadenas desde el cathead

6.2.2. Elevadores

Usado para el enganche de las piezas tubulares y su posterior izaje, dependiendo, su ubicación esta en función al tipo de sistema rotativo usado

6.2.3. Cuñas

Usado para el enganche de las piezas tubulares y su posterior izaje, dependiendo, su ubicación esta en función al tipo de sistema rotativo usado

6.2.4. Grampas de seguridad

6.2.5. Cabezas de maniobra

6.2.6. Llaves manuales

6.2.7. Cadenas de ajuste y enrosque

“VertiTrack”: Es una tecnología de control de verticalidad de la compañía Baker Hughes que tiene la finalidad (la herramienta) de garantizar la verticalidad del pozo, lo que trae como consecuencia una mejor calidad del hoyo por el simple hecho de evitar la sinuosidad de éste cuando se perfora con tecnología direccional convencional y las formaciones presentan un alto ángulo de buzamiento, como se ve en la Fig. 51, evitando así posibles atascamientos, permitiendo un ahorro en tiempo, lo que se refleja en un ahorro de dinero. En otras palabras esta tecnología busca maximizar el rendimiento operacional y llegar con una alta certeza al objetivo de la perforación.

LWD (Logging While Drilling):

El LWD incluye sensores que miden la velocidad acústica y provee imágenes eléctricas del buzamiento de la formación, colocados en los lastrabarrenas antimagnéticos. Las cadenas de sensores comunes incluyen combinaciones Gamma Ray, Resistividad y Densidad - Neutrón.

AUTO TRAK

Es un revolucionario sistema de tecnología de Perforación rotatoria que transmite una eficiencia superior en conjunto con una precisión en la geonavegación y una capacidad de alcance ultra extendida. El Auto Trak combina las ventajas de rotación continua con lo avanzado sistema de geonavegación.

Es una unidad automatizada que controla la inclinación, la dirección (azimuth) así como la rotación de la sarta de perforación.

La herramienta hoyo abajo continuamente transmite información procesada en sistema status y posición direccional, el computador en superficie recibe esta información y muestra la data en tiempo real en perforación dinámica, la trayectoria del pozo, curso de navegación y la localización del fondo del hoyo. La sarta permite la evaluación de la formación y geonavegación permitiendo recibir y mostrar en superficie los registros de resistividad, gamma ray y presión. Basada en la información que se reciba en superficie, el operador del Auto Track puede redirigir la herramienta en el fondo, cambiar el curso y transmitir diferentes sets de datos para mejor alcance de los objetivos del proyecto. Esta herramienta supera problemas

asociados con sistemas de motores navegables que producen hoyos en espiral, debido a la curvatura que poseen estos motores, hacen que se perfore en hoyos con sobre medidas, estas obstrucciones causan fricción el cual puede limitar el alcance del hoyo y hacen más dificil correr revestidores y completaciones. El Auto Track también permite que la rotación nunca sea interrumpida ya que permite ajustar la trayectoria constantemente a diferencia de los motores navegables en el cual se debe parar la rotación para orientar la sarta o girar el pozo. Otros beneficios producidos por la herramienta:

- Menos torque. - Menor arrastre. - Mejor limpieza. - Permitir el uso de mechas PDC y mejorar la eficiencia de perforación. - Reducir la fricción de la sarta de perforación. - Mantener los cortes de las rocas (ripios) suspendidos. - Menor tiempo de perforación.

Tecnología de Perforación Offshore

Perforación Direccional – Uso de RSS (Rotary Steerable System o Sistema Rotatorio Dirigido)

El sistema RSS (también conocido como Sistema de Rotación Dirigido) representa un enfoque completamente nuevo de la perforación de pozos petroleros, proporcionando velocidades de perforación sin precedentes y hasta un 20% de reducción en tiempos no productivos (NPT o Non-productive times).

El RSS dirige con precisión el pozo al rotar el ángulo de perforación mientras que la tasa de construcción y dirección de la herramienta puede ser ajustada mientras se

perfora, haciendo que el sistema sea virtualmente invisible a la operación de perforación.

El servicio del RSS proporciona direccionamiento continuo en la broca y evaluación de formación en tiempo real para entregarnos un cálculo exacto de la posición del pozo.

Esta tecnología está completamente integrada con sistemas LWD (Logging while drilling) de administración de información de equipo para proporcionar un paquete

completo de perforación y evaluación de formación en tiempo real.

El sistema RSS minimiza los comportamientos no constructivos de las brocas que son ocasionados por brocas de corte lateral de calibre corto. Ayuda a incrementar la profundidad diaria perforada, elimina el espiralamiento del hoyo y mejora el control direccional, permitiendo una colocación más precisa del pozo

mientras aumenta la eficiencia y la velocidad debido a la limpieza mejorada del hueco, corridas de revestimiento más fáciles, menos viajes cortos y reducción del tiempo requerido para perforar un pozo.

Resumiendo, el servicio RSS es una tecnología de rotación dirigida que logra una perforación más rápida, sin deslizamiento (sliding), un verdadero control sobre la marcha, una mayor capacidad direccional y grandes ahorros en tiempo de equipo.

Brocas.jpg

Capacidades de los sistemas RSS:

• Advertencia temprana de la trayectoria y cambios de la formación en tiempo real.

• Sistema que puede perforar verticalmente, horizontalmente y geonavegar.

• Software de “control crucero” tridimensional que permite que la herramienta RSS mantenga automáticamente la trayectoria deseada del pozo y corregir

cualquier tendencia de giro o cambios abruptos en la formación.

• Excelente control tanto en la dirección como en la tasa de construcción, para generar curvas constantes y suaves.

• Componentes internos aislados de los fluidos del pozo.

• Ayuda a reducir los viajes de la broca.

• La capacidad inteligente de diagnóstico en el fondo del pozo permite una autocorrección y proporciona el estado de la herramienta al operador.

Aplicaciones

• Maximización de la producción

• Colocación precisa de los pozos con respecto a los bordes del yacimiento

• Refinación de modelos de yacimiento

Beneficios

• Acceso a reservas previamente consideradas económicamente marginales

• Logro de los objetivos de producción con menos perforación

• Sorteo de riesgos de perforación

• Cálculos de reservas más precisos