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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