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tecnología y desarrollo para la perforación de pozos de petróleo




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    Indice
    1.
    Introducción

    2.
    Desarrollo

    3. Investigaciones teóricas sobre
    las composiciones inferiores de
    perforación.

    4. Diseño de dispositivos para la
    perforación inclinada en ramilletes.

    5. Perfeccionamiento de la
    tecnología para la perforación de los pozos
    inclinados – dirigidos en cuba.

    6. Conclusiones y
    recomendaciones

    7.
    Bibliografía

    1. Introducción

    Cuba produce petróleo
    desde hace muchos años de un puñado de campos
    costadentro situados sobre la costa norte. De estos, el
    país extrae alrededor de 20000 b/d, a tiempo que su
    demanda
    interna es de 228000 b/d. En la isla se han perforado mas de 1800
    pozos y se han descubierto 22 yacimientos de petróleo
    de los cuales muchos están actualmente en producción. El problema principal para
    localizar reservas producibles ha sido, hasta ahora, la
    complejidad de la Geología
    Cubana, que se divide en dos provincias: La mayormente
    sedimentaria del norte y la del sur, que forma parte de la placa
    continental del caribe. El potencial hidrocarburífero de
    Cuba es muy
    atractivo, afirmó recientemente un vocero de Cupet, aun
    así solo el 5% del territorio prospectivo se ha explorado
    adecuadamente [130].

    Prueba que en Cuba si pueden
    existir sustanciales reservas son los yacimientos Varadero y Boca
    de Jaruco – Vía Blanca. Varadero descubierto desde hace
    varios años, está situado dentro de los confines de
    la famosa playa turística localizada al oriente de la
    Habana. El campo tiene reservas "in situ" de mas de 1100 millones
    de barriles, si bien adolece de un problema: Los horizontes
    más grandes son de petróleo extrapesado,
    difícil de producirlo. El campo tiene varios reservorios
    petrolíferos, seis de la parte norte, todos de la
    formación Placetas y uno en la porción sur. La
    explotación de estos yacimientos, por su proximidad al mar
    se realiza con pozos direccionales. El campo de Boca Jaruco –
    Vía Blanca tiene reservas "in situ" de 1023 millones de
    barriles de petróleo en 11 horizontes de la
    formación Placetas [130].

    Las investigaciones
    relacionadas con la perforación y extracción de
    petróleo comenzaron en 1982 por el Centro de Investigaciones
    Geológicas (C.I.G). Con el Problema Principal Estatal
    (P.P.E-034). "Extracción y Refinación de Crudos
    Nacionales". El tema 034-07 "Perforación de pozos
    inclinados-dirigídos (perforación direccional)
    formaba parte del Problema Principal Estatal anteriormente
    mencionado". En este trabajo por primera vez se realizó un
    análisis de las composiciones utilizadas en
    la perforación de los pozos inclinados en la zona
    petrolífera central.

    A medida que se desarrolla la prospección
    geológica, la perforación en zonas costeras y
    plataforma insular, se hace necesario un aumento en la
    perforación de pozos direccionales para lograr la
    extracción de petróleo de los yacimientos ubicados
    en estas zonas. Con el descubrimiento de los yacimientos de Boca
    de Jaruco y Varadero, surge en Cuba la necesidad de perforar
    pozos direccionales de grandes desplazamientos para investigar y
    descubrir las posibilidades gasopetrolíferas de las zonas
    marinas de estos yacimientos así como, para la red de explotación de
    los mismos.

    Por todo lo expuesto con anterioridad, es de gran
    actualidad la necesidad de mejorar los indicadores
    técnico-económicos de la perforación,
    fundamentalmente lograr mayores velocidades comerciales, ya que
    los yacimientos mencionados con anterioridad comienzan la fase de
    explotación, por lo que crecerá de forma
    considerable la necesidad de la perforación direccional en
    estas zonas gasopetrolíferas.

    Identificación del problema.

    Durante la perforación de estos pozos se han
    estado
    confrontando problemas
    tanto técnicos como tecnológicos que ocasionan
    grandes pérdidas de tiempo,
    considerables afectaciones económicas y materiales a
    la economía
    del país.

    Los problemas que
    se presentan en el proceso de
    perforación de los pozos inclinados están
    relacionados directamente con los siguientes factores:

    • La calidad del
      perfil proyecto.
    • Las composiciones inferiores de la columna mecánica de perforación utilizados
      en la perforación del intervalo de aumento,
      estabilización y caída del
      ángulo.
    • Los dispositivos utilizados para el control de
      la trayectoria espacial del pozo.

    El uso de varios dispositivos orientadores en las
    composiciones mecánicas ocasiona grandes pérdidas
    de tiempo en maniobras de la herramienta, envejece la
    cámara del pozo por lo que aumenta considerablemente las
    posibilidades de averías al surgir canales en las paredes
    del mismo.

    • Averías en el proceso de
      perforación que ocasionan la pérdida de millones
      de pesos al país anualmente.
    • El control
      técnico exacto sobre la posición espacial del
      pozo en el proceso de perforación.

    2.
    Desarrollo

    Fundamentaron de la investigación; reseña
    bibliográfica sobre el tema
    Breve reseña histórica de la perforación
    inclinada.
    La perforación de pozos de petróleo
    inclinados-dirigídos comenzó en el país a
    finales de la década del 70, con el descubrimiento de
    campos gasopetrolíferos en zonas costeras y
    turísticas donde se perforaron pozos de poco
    desplazamiento de la vertical. En los últimos años
    se ha incrementado la perforación de estos pozos para
    explotar las reservas de petróleo y gas de la
    plataforma insular. En la actualidad se comienza la
    perforación de pozos inclinados – dirigidos desde
    plataformas marinas como la que se instala en la Bahía de
    Cárdenas o de isletas artificiales construidas
    especialmente para la perforación de estos
    pozos.

    Es un objetivo de
    del presente trabajo la realización de un análisis de la perforación de los
    pozos inclinados – dirigidos perforados en Cuba en los
    últimos veinte años. Por un problema de seguridad la
    referencia a estos pozos se realizará no por sus
    números reales en la producción, sino por letras del
    abecedario.

    Perfil espacial proyecto de los
    pozos.
    En la experiencia cubana no existe coincidencia
    entre el perfil real obtenido con las composiciones inferiores
    utilizadas en la perforación de los pozos inclinados y el
    perfil proyecto de estos. La selección
    del perfil y las condiciones para su utilización
    frecuentemente se seleccionan subjetivamente, sin la suficiente
    base científica.

    La información que surge en el proceso de
    perforación se analiza en la actualidad manualmente, esto
    impide que pueda ser analizada la información de varios pozos a la vez y
    disminuye la exactitud en los cálculos, aumentando la
    posibilidad de toma de
    decisiones erróneas que implican graves averías
    en el proceso de perforación.

    Un problema actual en la perforación de los pozos
    inclinados – dirigidos es la correcta selección
    y cálculo
    del perfil para lograr una coincidencia total o aproximada del
    perfil proyecto y el real obtenido en la práctica en el
    proceso de desvío del pozo. En este proceso influyen
    muchos factores como son: régimen de perforación;
    desgaste de los componentes de la composición inferior;
    variación natural del acimut, el ángulo y
    otros.

    En el trabajo del
    autor [153] se introdujo la metodología de cálculo
    del prof. Gulizadé de forma automatizada, se logró
    mayor exactitud teniendo en cuenta la influencia del
    ángulo de inclinación de las rocas con
    respecto a la cámara del pozo.

    La literatura consultada indica
    que en él cálculo del perfil proyecto debe tenerse
    en cuenta diferentes factores que están en dependencia de
    las condiciones geológicas, técnicas y
    tecnológicas de cada zona gasopetrolíferas[38,143],
    por lo que es necesario realizar estudios con mayor profundidad
    para lograr una adecuada correspondencia entre el perfil real y
    el proyecto, sobre todo en la perforación de ramilletes de
    pozos inclinados – dirigidos.

    Perforación del intervalo vertical.
    Construcción del pozo.
    La perforación del intervalo vertical se realiza a
    diferentes profundidades en dependencia de las zonas
    gasopetrolíferas. En la zona central la profundidad del
    intervalo vertical oscila entre 350 y 800 m y en las zonas
    occidentales en los últimos años se ha reducido la
    profundidad de este intervalo para lograr mayor desplazamiento de
    la vertical.

    El intervalo vertical es perforado con barrenas de
    diferentes diámetros como son: Barrena diámetro 495
    mm y 445 mm principalmente. En el encamisado del intervalo
    vertical se utilizan camisas conductoras o tranque de agua de
    diámetro 351 mm y 325 mm con mayor frecuencia.

    Composiciones empleadas en la perforación del
    intervalo vertical.
    En el trabajo
    [40, 110] se demuestra que al actuar la barrena sobre la
    formación del caño del pozo, al existir diferentes
    durezas, surge una fuerza de
    resistencia no
    igual en magnitud, la cual esta en dependencia de la dureza de
    las rocas perforadas.
    Además, sobre la barrena actúa la fuerza
    resultante de la flexión de la tubería de
    perforación al utilizarse composiciones poco
    rígidas.

    La desviación puede ser evitada con el cambio de
    dimensiones de la composición inferior la cual tiene gran
    influencia en la velocidad y
    calidad de la
    perforación de este intervalo. Las composiciones para
    perforar este intervalo por el método de
    perforación a rotaria en las áreas
    petrolíferas tradicionalmente están compuestas por
    diferentes elementos geométricos que son variados
    constantemente.

    Como se puede apreciar para lograr una buena
    verticalidad de este intervalo, es necesario una correcta
    selección de las diferentes composiciones, los
    diámetros y distancias de ubicación de los
    calibradores y centralizadores en correspondencia con las
    condiciones geológicas de las zonas
    gasopetrolíferas.

    Perforación del intervalo de aumento del
    ángulo.
    En la perforación de los pozos inclinados – dirigidos, la
    perforación del intervalo de aumento de ángulo es
    una de las operaciones
    principales, de la cual depende el éxito
    de la perforación del pozo hasta la profundidad y
    desplazamientos proyectados. En el éxito
    de esta operación influyen gran cantidad de factores que
    se analizarán en su totalidad.

    Construcción del pozo.
    Se utilizaron principalmente barrenas de diferentes
    diámetros: 320 mm, 295 mm, 269 mm y 394 mm; por lo general
    se comienza a desviar después de bajada la camisa
    conductora hasta una profundidad promedio de 230 – 460 m, no
    siempre coincidiendo con la profundidad a la cual fue
    proyectada.

    Composiciones inferiores utilizadas para aumentar el
    ángulo de desviación y rectificación del
    acimut del pozo.
    La longitud del intervalo de
    desvío, según el análisis realizado a los
    proyectos de
    los pozos perforados, oscila entre 200 y 400 m, no obstante en la
    práctica esta longitud fue mucho mayor y oscila entre los
    300 y 700 m. En algunos casos se presentan longitudes mayores
    motivadas por la imposibilidad de aumentar ángulo y en
    otras por desviaciones del acimut, existiendo la necesidad de
    rectificar la trayectoria de la cámara del
    pozo.

    La intensidad de aumento de ángulo con cada
    composición utilizada varía con su
    utilización en diferentes pozos, con una misma
    composición se obtiene en unos casos intensidades menores
    de 1º/10 m y en otras intensidades hasta de 1,3º/10 m.
    Esta variación en el aumento de ángulo está
    relacionada con el régimen de perforación, la
    litología perforada y la calidad de la orientación,
    así como con el ángulo de ubicación del
    desviador con respecto al acimut del pozo y su ángulo en
    el momento de la orientación.

    La gran variación en la intensidad de aumento de
    ángulo y acimut es la causa fundamental de la
    formación de canales y averías, por su importancia
    y por la cantidad de averías que se presentan en la
    perforación de los pozos inclinados en Cuba, se estudian
    por el autor y los resultados se muestran en el
    trabajo.

    En las composiciones desviadoras formadas por: barrena,
    turbo, conexión curva o turbo desviador y drill-collars de
    diferentes diámetros. Los diámetros de los
    drill-collars ubicados sobre el desviador influyen directamente
    en la fuerza de desviación que actúa sobre la
    barrena. En las composiciones utilizadas en la práctica de
    la perforación inclinada en las zonas petrolíferas
    cubanas, el largo y diámetro de los drill-collars sobre el
    desviador es variado constantemente y no se analiza su influencia
    en el proceso de desvío de los pozos

    Método de orientación de los dispositivos
    desviadores.
    En la perforación de los pozos inclinados – dirigidos, la
    orientación del desviador es una de las operaciones
    más importantes y difícil, de la cual depende la
    velocidad y
    calidad de la perforación del pozo. Los primeros pozos
    inclinados – dirigidos perforados hasta el año 1980 en
    Cuba se desviaron con diferentes dispositivos orientadores, que
    tienen gran cantidad de deficiencias que son analizadas en el
    trabajo.

    Es de gran importancia actual que se logre un
    dispositivo mecánico que permita realizar las
    orientaciones de las composiciones desviadoras no solamente en el
    inicio de los trabajos de desviación, sino, que permita la
    orientación en cualquier situación del pozo, que
    pueda ser utilizado en cada equipo de perforación por los
    técnicos del pozo sin necesidad de especialistas de alta
    calificación y que garantice la perforación del
    pozo según el acimut proyecto.

    Perforación del intervalo de
    estabilización del ángulo.
    En los últimos años existe la tendencia de aumentar
    el intervalo de estabilización. La necesidad de perforar
    pozos con grandes desplazamientos de la vertical ha aumentado las
    exigencias técnicas
    de este intervalo de perforación, para lo cual es
    necesario una correcta selección de las composiciones
    inferiores de estabilización.

    Construcción del pozo en este intervalo.
    Según los pozos inclinados analizados, en el intervalo
    de estabilización se han usado mas de 250 composiciones
    diferentes. En este trabajo se expondrán las mas
    utilizadas en diferentes áreas, existen composiciones con
    barrenas de diámetro 394, 320, 295, 269 y 215.9 mm.
    En este intervalo, en dependencia de la profundidad del mismo, se
    han utilizado camisas de revestimiento de diámetro 245,
    219, 168, y 146 mm hasta profundidades que oscilan entre 100 y
    los 200 m.

    La estabilización del ángulo máximo
    alcanzado en el tramo recto inclinado o intervalo de
    estabilización es de vital importancia para el
    éxito de la perforación del pozo y para lograr la
    ubicación del fondo del mismo, en el punto del espacio
    deseado según las exigencias de la red de
    explotación.

    Composiciones inferiores utilizadas en este
    intervalo.
    En Cuba, para la perforación del
    intervalo de estabilización se utilizan composiciones con
    un centralizador, fundamentalmente, en la perforación por
    el método a
    rotaria. Algunos pozos se perforaron utilizando el método
    de perforación a turbina, en algunos casos se ha logrado,
    con estas composiciones, un ligero aumento de ángulo en el
    intervalo de estabilización.

    En el trabajo realizado por el autor conjuntamente con
    otros especialistas [160], se plantea que los objetivos
    perseguidos durante la perforación del intervalo de
    estabilización no siempre fueron logrados, se presentan
    dificultades con los centralizadores utilizados al desgastarse
    rápidamente los mismos, siendo prácticamente
    imposible conocer su diámetro después de 1 o 2
    horas de trabajo. También se presentan dificultades para
    mantener el acimut del pozo, observándose variaciones del
    acimut al trabajar con composiciones rectas. En este trabajo no
    se estudió la causa de la variación de la
    intensidad de estabilización, aumento o caída del
    ángulo cada 100 m, obtenidos por las composiciones
    inferiores utilizadas, por lo que esta problemática
    requiere de un estudio más profundo.

    En el país, los trabajos de perforación
    del intervalo de estabilización con el uso de
    centralizadores comenzaron en el año 1980. En el trabajo
    del autor [149], se realizaron los primeros intentos de ubicar el
    centralizador sobre el turbo para evitar que se soldaran las
    planchas en las paredes de la turboperforadora, práctica
    que dañó considerablemente la pared exterior de las
    turbinas y limita su uso a sólo una operación,
    aumento o estabilización del ángulo.

    En el trabajo [151] del autor, se expone el diseño
    de los centralizadores planetarios para su posible uso como
    calibrador sobre la barrena, también se expone y se
    recomienda su utilización en el trabajo [160] realizado
    por diferentes especialistas cubanos.

    Perforación del intervalo de caída del
    ángulo.
    La perforación de este intervalo generalmente se realiza
    cuando no se desea penetrar en la capa productiva con un gran
    ángulo de inclinación, en este caso es necesario
    disminuir el ángulo máximo obtenido de forma
    progresiva y con poca intensidad de
    disminución.

    Composiciones utilizadas en este intervalo.
    En la perforación de este intervalo se utilizan
    composiciones sin centralizadores que, por la acción de su
    propio peso ocasionan una disminución del ángulo.
    También se han utilizado composiciones con
    centralizadores. Se observan algunas composiciones que al ubicar
    el centralizador a una distancia mayor de 6 m ocasionan
    disminución del ángulo con una intensidad de
    variación (I) que oscila entre I = -1, -2º/100 m. Se
    observan composiciones donde se ubica el centralizador hasta una
    distancia de 10 a 12 m. Son precisamente estas composiciones las
    más peligrosas y las que más influyen en la
    formación de averías, por lo que se estudian con
    posterioridad en este trabajo.

    Averías en el proceso de perforación.
    En el análisis de los pozos perforados en nuestros campos
    gasopetrolíferos se detecta la perforación de mas
    de un caño en gran cantidad de pozos. Las causas de la
    perforación de un segundo caño son diversas, las
    principales son:

    • Tranque de la columna de perforación que
      después de diferentes maniobras no fue posible liquidar,
      siendo necesario desenroscar la herramienta y comenzar a
      perforar un nuevo caño, quedándose la columna de
      perforación en el pozo.
    • Partidura de la columna de perforación; la
      causa fundamental es el excesivo momento de torsión
      existente en la perforación a rotaria, cuando el pozo
      presenta cambios bruscos de acimut y de ángulo. En estos
      casos por lo general, es imposible extraer la columna de
      perforación y es necesario perforar un nuevo
      caño.
    • Caída intensiva del ángulo,
      frecuentemente ocurre una caída intensiva y es necesario
      tirar tapón de cemento y
      perder cientos de metros perforados para comenzar un nuevo
      caño.
    • Cambio brusco del acimut del pozo; con gran
      frecuencia las operaciones de rectificación del acimut
      del pozo no tienen éxito, en ese caso se hace necesario
      tirar tapón de cemento y
      comenzar a desviar nuevamente en el intervalo donde el acimut
      se aproxime al acimut proyecto del pozo.

    Método de perforación con composiciones
    orientadas.
    En la perforación con composiciones orientadas
    (conexión curva, turbos autodesviadores), es
    difícil perforar los pozos de forma que coincidan con el
    perfil proyecto, tanto en el acimut proyecto como con el
    ángulo de inclinación deseada, es difícil
    evitar que en ocasiones ocurra el encuentro de las cámaras
    de los pozos, avería que es difícil solucionar y
    que con frecuencia ocasiona la pérdida de ambos
    pozos.

    Para evitar el encuentro de las cámaras de los
    pozos frecuentemente se cambia la profundidad de comienzo del
    desvío del mismo y se utilizan composiciones orientadas
    formadas por conexión curva, turbo desviador OTC, turbo de
    tornillo con mecanismo desviador y otros.

    La perforación con composiciones orientadas tiene
    una serie de deficiencias:

    • La orientación del dispositivo desviador en el
      fondo requiere la inversión de gran cantidad de tiempo en
      maniobras de los dispositivos geofísicos; tiempo en los
      registros de
      inclinometría de la cámara del pozo para realizar
      maniobras de orientación del acimut.
    • Los dispositivos existentes para la
      orientación de los pozos con desviadores aun presentan
      una serie de insuficiencias que causan la variación del
      acimut, lo que ocasiona grandes pérdidas de tiempo en
      maniobras para rectificar la trayectoria de la cámara
      del pozo con el gasto de gran cantidad de materiales y
      tiempo adicional.
    • La intensidad de variación del ángulo y
      el acimut en la perforación con desviador es muy
      intensa, esto ocasiona diferentes tipos de averías,
      canales y tranques de la herramienta entre otras.

    El proceso de desvío de la cámara del
    pozo, con estas composiciones, exige un régimen de
    perforación especial que ocasiona la disminución de
    la velocidad mecánica de perforación y la
    cantidad de metros perforados por barrena. Por todas estas
    deficiencias la utilización de estas composiciones en la
    perforación de ramilletes de pozos inclinados, ocasiona la
    perforación del caño con mala calidad, frecuentes
    complicaciones y económicamente es poco efectiva la
    perforación.

    Conclusiones parciales

    1. La selección correcta del perfil espacial del
      pozo constituye una de las etapas principales del proceso de
      perforación de los pozos inclinados sobre la cual se han
      propuesto diferentes metodología de cálculo, donde se
      estudia la influencia de varios factores. No existe una
      metodología que pueda ser generalizada a cualquier zona
      gasopetrolífera por las complejidades geológicas
      que se presentan.
    2. El perfil proyecto de la trayectoria espacial del
      pozo no se ajusta a las composiciones inferiores de
      perforación utilizadas en el proceso de desvío,
      estabilización y caída del ángulo, no se
      tienen en cuenta la influencia de la desviación natural
      y las condiciones geológicas de la zona
      petrolífera.
    3. En la perforación de ramilletes el
      número de pozos, la selección del perfil
      proyecto, los dispositivos desviadores y las composiciones
      inferiores deben ser seleccionados en correspondencia con la
      experiencia acumulada y con las exigencias de la red de
      explotación de cada zona petrolífera.
    4. No existe criterio definitivo de los investigadores
      en cuanto al dispositivo orientador a utilizar, existen varios
      diseños diferentes de estos dispositivos, en dependencia
      del ángulo de inclinación de la cámara del
      pozo. Es de gran importancia actual que se logre el diseño de un dispositivo mecánico
      que permita la orientación del desviador en cualquier
      ángulo del pozo y que pueda ser técnicamente
      utilizable en los equipos de perforación.
    5. La gran cantidad de composiciones utilizadas en las
      cuales se realizan variaciones de los elementos
      geométricos sin fundamentación teórica,
      sobre la base de resultados prácticos, ocasiona grandes
      pérdidas a la economía
      nacional.
    6. En el análisis y discusión de la
      literatura
      consultada, así como de la experiencia en la
      perforación inclinada en el país y las
      conclusiones del tema "Perforación de pozos
      inclinados-dirigidos", se demostró la necesidad de
      realizar investigaciones teóricas sobre las
      composiciones inferiores, seleccionar las mas adecuadas para
      cada intervalo de perforación, por lo que es necesario
      el diseño de nuevos dispositivos que garanticen la
      perforación de pozos de grandes desplazamientos
      utilizando principalmente el método de
      perforación en ramilletes.
    7. De este análisis también se desprende
      la necesidad de perfeccionar la tecnología de perforación que
      permita disminuir el costo de la
      perforación inclinada, mejorando los índices
      técnico-económicos de la perforación de
      estos pozos. En esta tecnología debe incluirse el
      control computarizado del proceso de desviación del
      pozo, selección y ejecución automatizada de los
      perfiles proyectos,
      así como la selección de composiciones para cada
      intervalo de perforación, que permita la
      ejecución del pozo con una significativa
      disminución del tiempo de perforación,
      averías y complicaciones en el proceso de
      desviación.

    3. Investigaciones
    teóricas sobre las composiciones inferiores de
    perforación.

    Introducción.

    En el trabajo [160] se señala que una de las deficiencias
    fundamentales en la perforación inclinada en Cuba, es la
    utilización de composiciones inferiores de
    perforación según los resultados prácticos y
    la experiencia de otros países, pero sin estar
    fundamentadas teóricamente con los cálculos
    correspondientes. Al no existir estudio teórico de las
    composiciones, es necesario cambiar constantemente los
    parámetros de las mismas y experimentar en la
    práctica tratando de obtener los resultados esperados,
    esto encarece aun más el proceso de perforación y
    en muchos casos es la causa de complicaciones y
    averías.

    En dependencia del ángulo al que se orienta el
    desviador con respecto al acimut del pozo, se logra el aumento o
    caída de ángulo, así como la
    rectificación del acimut hacia la izquierda o la derecha.
    Con la variación del ángulo de orientación
    del desviador, se rectifica la trayectoria espacial del pozo, los
    resultados de cada orientación dependen de gran cantidad
    de factores que varían con cada composición y
    pueden calcularse solo con medios
    computarizados, dada su complejidad.

    En las condiciones de perforación de un gran
    volumen de
    pozos inclinados de forma simultanea utilizando el método
    de perforación en ramilletes es un problema de actualidad
    el control operativo de los mismos, donde la toma de
    decisiones técnicas se torna difícil y es
    importante conocer la relación que existe entre el
    ángulo, el acimut y la profundidad del pozo para proyectar
    el perfil espacial y seleccionar composiciones inferiores que
    eviten la desviación natural de los pozos.

    Composiciones inferiores con desviadores.
    Influencia de la longitud y diámetro de los drill-collars
    sobre la fuerza de desviación.
    En este acápite se dan los resultados de investigaciones
    teóricas de la composición inferior de la columna
    de perforación formada por: barrena; turbo;
    conexión curva o turbo desviador y drill-collars de
    diferentes diámetros. Se calcula la fuerza de
    desviación que surge sobre la barrena en dependencia del
    diámetro de los drill-collars que se ubican sobre el
    desviador.
    Para la solución del problema se utiliza el esquema donde
    se presenta la composición inferior de la
    composición mecánica como un sistema de barra
    A-E con el intervalo ABC flexionado; intervalo C1-C2 apoyado en
    la formación y en el intervalo C-E como una viga en
    voladizo.

    Por la acción de la fuerza de reacción de
    la formación (P), en el proceso de perforación,
    sobre el punto (C) actúa el momento flector (M), todo el
    sistema se
    encuentra en estado de
    deformación elástica y el punto E se traslada a la
    posición E3. Por la acción de la fuerza
    (P) ocurre la deformación del turbo y el punto E se
    traslada al punto E1; como resultado del giro que se
    produce en el desviador a causa de la flexión, la parte
    derecha del sistema gira un ángulo determinado por lo que
    el centro de la barrena se traslada del punto E1 al
    punto E2. En dependencia de la compresión que
    permita la formación, el punto E2 se traslada
    al punto E3 [104].

    En el cálculo de la fuerza de desviación
    de la barrena en las composiciones inferiores con desviador se
    utiliza una ecuación determinada sobre la base del
    cálculo de los valores de
    E E1, E1 E2, E2
    E3, para lo cual fueron utilizadas las ecuaciones
    diferenciales en las secciones Xo, X y Xm.

    II.1

    donde:

    L -Longitud del turbo, en metros.

    RB –Radio de la
    barrena en metros.

    Rd -Radio del
    desviador en metros.

    µ – Angulo de
    inclinación del pozo.

    EYm – Rigidez del turbo.

    qm – Peso de un metro lineal del
    turbo.

    G – Carga axial sobre la barrena.

    L – Longitud de los drill-collars ubicados sobre el
    desviador.


    – Peso de un metro lineal de drill-collars.

    q – Peso de un metro lineal de tubería de
    perforación.

    K – Coeficiente de resistencia de la
    formación, este coeficiente oscila entre 0,1 y 1,0 mm, en
    dependencia de la dureza de las rocas perforadas

    h – Penetración máxima de la
    composición en la formación.

    a,b- Longitud y ancho de la composición que
    penetra en la formación.

    x – Coeficiente que
    representa la influencia de k, h, a y b.

    EY – Rigidez de los drill-collars.

    L – Distancia desde la barrena hasta el punto de
    contacto de la tubería con la formación.

    Para el estudio de las composiciones fue necesario
    realizar una amplia búsqueda bibliográfica y
    determinar la rigidez de los turbos, drill-collars y
    tubería de perforación empleados en el país.
    Se obtuvo la dependencia funcional que ejercen diferentes
    factores sobre la fuerza de desviación, fueron calculados
    y representados los resultados en forma gráfica, para
    diferentes longitudes de drill-collars ubicados sobre el
    desviador, la dureza de la formación se midió en
    los laboratorios de núcleos extraídos de diferentes
    tipos de formación rocosa para determinar el coeficiente
    de resistencia de la formación. El resultado más
    importante es la obtención del gráfico de la
    variación de la fuerza de desviación en dependencia
    del ángulo del pozo; carga axial y parámetros
    geométricos de la composición mecánica que
    posibilita dirigir el proceso de desviación.

    El cálculo de la composición inferior
    formada por: barrena diámetro 320 mm; turbo T12MZB-240 mm;
    desviador diámetro 203 mm de tres grados de
    inclinación; tubería de perforación de 141
    mm de diámetro. Para un ángulo de
    inclinación del pozo de 10º y una carga axial sobre
    la barrena de 100 kn.

    Los cálculos se realizan para drill-collars de
    diámetros 178, 203, 229, 254 mm. Aunque los drill-collars
    de 229 se comienzan a utilizar en la actualidad y los de 254 mm
    de diámetro aun no se utilizan en Cuba, se incluyeron en
    el estudio para determinar su influencia sobre la fuerza de
    desviación.

    Según el gráfico(resultados), cuando se
    utilizan T.P.P de 178 mm de diámetro, la fuerza
    máxima de desviación se obtiene con una longitud de
    cuatro a siete metros. Según aumenta el diámetro de
    los T.P.P desde 178 a 254 mm, aumenta la fuerza de
    desviación, obteniéndose los valores
    máximos para una longitud de T.P.P que oscila entre los
    cinco y 10 m. Con una longitud superior a los 10 m, la fuerza de
    desviación disminuye con poca intensidad,
    prácticamente con una longitud de T.P.P superior a los 15
    m se mantiene constante.
    Este análisis se realiza para todas las composiciones con
    desviador.

    Influencia del ángulo de orientación del
    desviador sobre la intensidad de variación del
    ángulo y el acimut del pozo.
    Para lograr los objetivos
    geológicos planificados en la perforación de los
    pozos inclinados, es de gran importancia la correcta
    ubicación de la composición de desvío, para
    lo cual es necesario conocer la variación del
    ángulo y del acimut que se puede obtener con una
    composición mecánica determinada, en dependencia de
    diferentes factores.

    Como es conocido, en el proceso de perforación de
    los pozos inclinados, la operación inicial de
    desvío del pozo se realiza con composiciones inferiores
    donde se utilizan desviadores, estos pueden ser: Conexión
    curva o turbo desviador. Para lograr una buena efectividad del
    trabajo de estas composiciones es necesario regular la magnitud y
    dirección de la acción del esfuerzo
    tangencial que surge sobre la barrena.

    En condiciones geológicas y tecnológicas
    de perforación similares, manteniéndose constante
    el diámetro del pozo (diámetro de la barrena) y las
    medidas geométricas de la composición inferior, la
    magnitud de la variación del ángulo y acimut del
    pozo dependen solamente del ángulo a que ha sido orientado
    el desviador y que se conoce por ángulo de
    orientación (Angulo que existe entre el acimut real del
    pozo y el ángulo en el cual se orienta el desviador) y el
    ángulo de desviación del pozo en el momento de la
    orientación.

    Determinar la variación de ángulo y de
    acimut a obtener en cada orientación, en dependencia del
    ángulo de orientación del desviador para cada
    composición inferior, es imprescindible para la
    perforación inclinada por el método de
    ramilletes.

    En el país se utiliza actualmente el
    método teórico que además de ser muy
    general, es inexacto no se tiene en cuenta la influencia de las
    dimensiones geométricas de las composiciones inferiores,
    la magnitud del esfuerzo tangencial y las condiciones
    geológicas de perforación.

    Es un objetivo de la
    presente investigación, conocer los resultados del
    trabajo de las composiciones inferiores de desvío que se
    proponen en la tecnología de perforación de los
    pozos inclinados-dirigidos. Con este objetivo se utiliza la
    metodología propuesta por el autor Gazanof U.Z.[109]
    adaptada a nuestras condiciones geológicas y
    tecnológicas.

    De las formulas se puede apreciar que para determinar la
    variación del acimut y del ángulo en dependencia del ángulo de
    orientación del desviador hay que valorar la influencia de una gran
    cantidad de factores, tales como: diámetro de la barrena,
    tipo y diámetro del turbo, diámetro y ángulo
    del desviador, rigidez del turbo, diámetro y rigidez de
    los drill-collars, diámetro y rigidez de la tubería
    de perforación, ángulo del pozo en el momento de la
    orientación, carga axial sobre la barrena, longitud del
    turbo, peso de un metro lineal de tubería de
    perforación, peso de un metro lineal de
    drill-collars.

    – Es el aumento de ángulo de desviación en
    un intervalo de perforación de 10 m. Se determina sobre la
    base de la práctica de perforación, teniendo en
    cuenta las condiciones geológicas y las composiciones
    inferiores utilizadas en la zona.

    Para realizar el cálculo teniendo en cuenta la
    influencia de estos factores, se confeccionó un Software como sistema
    interactivo, encontrándose almacenados en disco todos los
    datos
    necesarios para el cálculo de las composiciones
    mecánicas de desvío utilizadas en el país,
    así como, de composiciones aun no utilizadas pero que se
    proponen en el presente trabajo. Los resultados del
    cálculo de las diferentes composiciones se obtienen en
    forma de tabla para su análisis en el campo directamente
    en el pozo, se construye el gráfico de la variación
    del acimut y
    variación del ángulo en dependencia del ángulo de
    ubicación del desviador que oscila desde cero hasta 360º, en
    correspondencia con la carga axial sobre la barrena con que se
    perfora, según la dureza de la formación en la
    zona. En el gráfico también se tiene en cuenta el
    ángulo del pozo en el momento de la
    orientación.

    El cálculo se realiza fijando los elementos
    geométricos de cada composición inferior, variando
    primeramente la carga axial sobre la barrena desde G =
    20,40,60,80,100,120 kn posteriormente se varía el
    ángulo del pozo en el momento de la orientación,
    = 5,10,15,20,…
    50º y por último el ángulo de
    orientación del desviador, tomando los siguientes valores:
    0º, 20º, 40º,… 360º.

    En tabla se expresan los resultados del cálculo
    de la composición inferior integrada por: barrena
    diámetro 269 mm; turbo T12MZB-240; conexión curva
    diámetro 203 mm de tres grados; drill-collars
    diámetro 178 mm; tubería de perforación de
    141 mm de diámetro. En el gráfico (II.1) se
    muestra la
    dependencia para
    un ángulo del pozo de 5º, 10º, 15º y un
    peso sobre la barrena de 80 y 120 kn respectivamente.

    Del análisis de estos gráficos se derivan algunos criterios
    importantes para el control del proceso de perforación,
    entre otros:

    – Con esta composición se obtiene muy baja
    intensidad de aumento de ángulo, aun cuando se orienta el
    desviador en el acimut del pozo (0º).
    – En el intervalo de 0º a 60º ocurre la mayor
    variación del ángulo, sin un cambio
    significativo del acimut del pozo.
    – La mayor intensidad de variación del acimut se obtiene,
    cuando se orienta la composición de desvío entre
    100º y 140º manteniéndose poco cambio del
    ángulo, a 120º este no sufrirá
    variación.
    – Es significativa la influencia del peso sobre la barrena y el
    ángulo del pozo en el momento de la orientación,
    por su importancia lo analizamos al final del acapite.
    – Al orientarse el desviador en un ángulo de 120º a
    250º, ocurre disminución del ángulo de
    inclinación. Cuando se orienta entre 0º y 180º,
    se obtiene rectificación de la trayectoria espacial hacia
    la izquierda del acimut del pozo y cuando se orienta entre
    180º y 360º, se obtiene una rectificación a la
    derecha del acimut del pozo.

    En la perforación del intervalo de aumento de
    ángulo en nuestras zonas petrolíferas, con barrenas
    de gran diámetro (320 y 390 mm) y turbo desviador OTS-240
    mm, han existido dificultades, no lográndose intensidades
    de aumento de ángulo superiores a los 0.5º/10 m. Es
    importante conocer los resultados que se obtienen con estas
    composiciones en el proceso de desvío ya que la
    variación de las dimensiones del turbo influyen
    directamente sobre la fuerza de desviación de la
    barrena.

    Estas dos composiciones son estudiadas detalladamente,
    se analiza la influencia del peso sobre la barrena y el
    ángulo en el momento de la orientación, sobre la
    variación del ángulo y del acimut del pozo en
    dependencia del ángulo de ubicación del
    desviador.

    La intensidad de variación del acimut obtiene su
    mayor magnitud para un ángulo de orientación del
    desviador de =
    90º a 150º con G=40 kn, en dependencia del
    ángulo del pozo. Para G=60 kn el máximo se obtiene
    entre = 100º
    a 130º y para G=80 kn, el máximo se obtiene entre
    =90º a
    100º.

    Según el método gráfico, la mayor
    magnitud del acimut se obtiene a los 90º de forma general,
    independientemente de la influencia de los factores que
    actúan en el proceso de desvío. Estos resultados
    demuestran la necesidad del cálculo de cada
    composición para evitar errores en la orientación
    del desviador que tantas pérdidas ocasionan a la
    economía nacional.

    Procedimiento para la regulación de la fuerza que
    actúa sobre la barrena y la selección de los
    parámetros geométricos de la composición
    mecánica.

    En la perforación inclinada, una de las
    principales causas de que ocurran los tranques de la herramienta,
    canales en la pared del pozo y otras dificultades, es el contacto
    de la composición inferior de la herramienta con la pared
    del pozo. Esto se debe fundamentalmente a la gran masa, rigidez y
    diámetro de la turboperforadora y los drill-collars en
    comparación con otros elementos de la columna y por
    consiguiente con mayor fuerza actúan sobre la pared del
    pozo.

    Hasta hace un tiempo se pensaba que los centralizadores
    y estabilizadores al poseer un gran diámetro con respecto
    al del turbo y los drill-collars, despegaban la tubería de
    la pared inferior del pozo y evitaban la formación de
    canales y averías en la perforación de los pozos.
    En la práctica aun se mantiene este criterio en muchos
    lugares e inclusive en nuestro país.

    La fuerza que presiona al centralizador sobre la
    formación, es mayor con el aumento del ángulo de
    inclinación del pozo, por consiguiente, en el proceso de
    perforación y en las maniobras de la herramienta, para
    efectuar el cambio de la barrena, esta fuerza influye en la
    formación de canales en la pared del pozo. La intensidad
    en la formación de canales depende de: la magnitud de la
    presión
    de contacto que actúa sobre el centralizador; la
    intensidad de variación del ángulo y acimut del
    pozo; resistencia de la formación perforada.

    La determinación del esfuerzo a que están
    sometidos los centralizadores, dirigidos sobre la pared del pozo
    permite determinar la longitud optima de los centralizadores, la
    cantidad y el ancho de las planchetas de los mismos. Actualmente
    en la práctica la selección de estos
    parámetros se realiza de forma arbitraria, sin
    justificación alguna.

    En una gran cantidad de composiciones utilizadas en la
    práctica de la perforación inclinada, en el mar
    Caspio, la más peligrosa fue la composición
    inferior donde se utilizaban un solo centralizador y
    principalmente, cuando este esta ubicado a mas de ocho metros de
    la barrena con el objetivo de disminuir, de forma intensiva, el
    ángulo de inclinación del pozo. En esta
    composición, la distancia de la barrena al centralizador y
    de este al punto de apoyo superior, alcanza los valores
    máximos. Por este motivo, sobre el centralizador
    actúa la fuerza máxima hacia la pared del pozo,
    causando canales y complicaciones en el proceso de
    desvío.

    Para lograr la selección de composiciones
    mecánicas inferiores que posibiliten la perforación
    del intervalo de aumento de ángulo, estabilización
    y caída de curvatura, sin la formación de canales,
    es necesario un estudio profundo de los factores que influyen en
    el proceso de perforación, en las condiciones especificas
    cubanas. Se estudiaron todas las composiciones utilizadas en el
    país, en la perforación de estos intervalos,
    teniendo en cuenta las características de la formación
    perforada, la intensidad de variación del ángulo y
    del acimut en los yacimientos gasopetrolíferos.

    Para realizar esta tarea fue necesario una amplia
    búsqueda bibliográfica, con el objetivo de conocer
    las características mecánicas de las
    turboperforadora, drill-collars y tubería de
    perforación utilizadas en Cuba, todos importados de
    diferentes países.

    Fueron creados ficheros de datos donde se
    incluye: el peso lineal de un metro del turbo y su rigidez; peso
    de un metro lineal y rigidez de los drill-collars de
    perforación; peso de un metro lineal y rigidez de la
    tubería de perforación, así como otros datos
    necesarios de todas las composiciones inferiores utilizadas en la
    práctica de perforación y de otras composiciones
    que se proponen para ser utilizadas en el futuro, como resultado
    del presente trabajo.

    Para la investigación de las composiciones
    autoorientadas se estudiaron los trabajos realizados por el
    Académico, Profesor Aganof C. A. (119, 120, 121, 122, 123,
    124, 125, 126, 127, 128), donde se obtienen ecuaciones
    teóricas para condiciones de rigidez variable y
    variación del peso de los elementos de la
    composición inferior, teniendo en cuenta el ángulo
    de inclinación del pozo. Estas ecuaciones
    pueden ser utilizadas tanto en la perforación a turbina
    como en la perforación a rotaria, cuando la rigidez del
    sistema es constante o variable. Fueron adaptadas a las
    condiciones de perforación de las áreas
    gasopetrolíferas cubanas, teniendo en cuenta la influencia
    de las características de las rocas perforadas, su dureza,
    ángulo de buzamiento de las mismas, resistencia a la
    destrucción y deformación, intensidad de aumento de
    ángulo y de acimut, así como las
    características propias de cada composición
    utilizada y la influencia de la desviación natural de los
    pozos determinada por el autor en el trabajo [154].

    En cálculo se realiza para la composición
    inferior formada por:
    – Barrena; turboperforadora o drill-collars (en el caso de
    perforación a rotaria); centralizadores y tubería
    de perforación.
    La composición esta representada en forma de barras de
    rigidez variable sobre cuatro puntos de apoyo (A, B, C, D)
    ubicadas en un intervalo inclinado rectilíneo. El nivel
    del último apoyo es menor que los anteriores en la
    magnitud (f). En el punto (D) la tubería de
    perforación está en contacto con la pared del
    pozo.

    La influencia de la fuerza axial sobre la barrena (G) no
    se tiene en cuenta ya que para composiciones inferiores con dos o
    más centralizadores, prácticamente es
    insignificante [27,67].

    De los trabajos [119, 127] se obtienen las
    fórmulas para determinar los momentos flectores (M1 y M2)
    en los apoyos B y C. La distancia desde el segundo centralizador
    hasta el punto de contacto de los drill-collars con la
    formación (L3), se determina por la ecuación
    expresada en el trabajo [124]. Para determinar esta distancia es
    necesario resolver la ecuación de quinto grado donde
    influyen otras variables
    desconocidas.

    Para determinar la fuerza de desviación que
    actúa sobre la barrena (Rb) y la fuerza de presión
    del primer y segundo centralizador sobre la formación (Rc1
    y Rc2), se obtienen las expresiones del trabajo [126].

    En todas estas expresiones las variables
    están interrelacionadas unas con otras, lo que dificulta
    la solución del problema.

    II.3.1

    II.3.2

    donde:

    II.3.3

    II.3.4

    II.3.5

    II.3.6

    donde:

    Rb –Fuerza que actúa sobre la barrena.
    Rc1 y Rc2- Fuerza de presión que actúa en el
    primero y segundo centralizador sobre la formación.
    M1- Momento flector en el punto B.
    M2- Momento flector en el punto C.
    L1- Distancia desde el primer centralizador hasta la barrena.
    L2- Distancia entre el primero y segundo centralizador.
    L3- Distancia desde el segundo centralizador hasta el punto de
    contacto de la T.P.P. con la formación.
    f – Diferencia de nivel del último apoyo.

    a – Ángulo
    del pozo.

    – Peso
    de 1m lineal del turbo.

    – Peso de 1m lineal
    de la T.T.P.

    -Rigidez
    del turbo.


    Rigidez de la T.P.P.


    Rigidez de la tubería de perforación.


    Distancia del primer centralizador a la barrena


    Distancia entre el primer y segundo centralizador

    La mayor dificultad surge al determinar la distancia del
    segundo centralizador al punto de contacto con la
    formación (L3), así como al determinar los momentos
    flectores. Para
    determinar (L3) es necesario resolver la ecuación de
    quinto grado. Esta es difícil de resolver por métodos
    tradicionales, sin el uso de la computación.

    Para la solución del problema se
    confeccionó un Software que posibilita el
    cálculo de cualquier composición para cada una de
    las siguientes posibilidades.

    1. – Los centralizadores se ubican en el cuerpo de la
    turboperforadora.
    2. – Un centralizador ubicado en el cuerpo de la turboperforadora
    y el otro en el cuerpo de los drill-collars.
    3. – Los dos centralizadores ubicados en el cuerpo de los
    drill-collars.

    Para cada una de estas posibilidades fueron introducidas
    tablas de datos necesarios para el cálculo, con todas las
    composiciones posibles a utilizar.

    El cálculo se realiza fijando los elementos
    geométricos de cada composición inferior o sea
    diámetro de barrena, tipo y diámetro del turbo,
    diámetro del centralizador, diámetro de los
    drill-collars, tubería de perforación; se
    varía la distancia del primer centralizador hasta la
    barrena (L1) y posteriormente para cada (L1) se cambia la
    distancia entre el primer y segundo centralizador (L2), en un
    diapasón que oscila desde 2-10 m, posteriormente se
    calcula la fuerza que actúa sobre la barrena (Rb), la
    fuerza de presión del primer y segundo centralizador sobre
    la formación (Rc1 y Rc2) para un ángulo del
    pozo a h
    =5º, 20º y 35º respectivamente.

    En el gráfico (II.9) se muestra la
    dependencia de Rb = f(L2); Rc1=f(L2); Rc2 = f(L2) para una
    distancia del primer centralizador a la barrena de L1 = 2 m
    (gráfico A); L1 = 3 m (gráfico B); L1 = 4 m
    (gráfico C) y un ángulo del pozo de
    a h = 5º,
    20º, 35º, para la siguiente composición: barrena
    diámetro 394 mm; turboperforadora 3TCSH-240 mm;
    centralizador diámetro 394 mm; drill- collars
    diámetro 203 mm y tubería de perforación de
    141 mm de diámetro.

    Análisis de los resultados.
    La fuerza
    de desviación sobre la barrena depende de la distancia a la que se ubica
    el primer y segundo centralizador, así como del
    ángulo del pozo. Al aumentarse la distancia del primer
    centralizador a la barrena, la fuerza de desviación
    disminuye. Para =
    2 m y = 5º,
    el valor
    máximo de es de 20 kn.

    Para =3
    m y =5º el
    valor
    máximo de es de 14 kn y para =4 m y =5º el valor máximo de es de 8 kn. En los gráficos se observa también que la
    fuerza de desviación es mayor a medida que aumenta la
    distancia entre los centralizadores, hasta determinada magnitud y
    también con el aumento del ángulo del pozo en el
    momento de utilizarse la composición.

    La fuerza de presión del primer centralizador
    sobre la formación depende de la distancia a la que ha
    sido ubicado el mismo de la barrena, de la distancia entre ambos
    centralizadores y del ángulo del pozo. Al aumentarse la
    distancia de ubicación del centralizador la fuerza de
    presión sobre la formación disminuye. Al aumentar
    la distancia entre el primer y segundo centralizador esta fuerza se hace mayor.
    Los valores de se
    incrementan considerablemente con el aumento del ángulo
    del pozo.

    La fuerza de presión del segundo centralizador
    sobre la
    formación depende de la longitud y del ángulo del pozo. Es poco
    significativa la influencia de la variación de la longitud
    desde la barrena al primer centralizador sobre.

    Al aumentar la distancia entre los centralizadores desde
    dos hasta seis metros, (Rc2) disminuye, permaneciendo
    prácticamente constante para L2 mayor de 6 m.

    Conclusiones parciales.

    1. El desarrollo
      del procedimiento
      para la regulación de la fuerza de desviación que
      actúa sobre la barrena y la selección de los
      parámetros geométricos de los mismos le permiten
      al especialista en la producción controlar y dirigir el
      proceso de perforación.
    2. Las operaciones de desvío del pozo deben
      realizarse con composiciones rígidas, con
      diámetros de barrenas superiores a los 320 mm y utilizar
      drill-collars de perforación de diámetros iguales
      o superiores a los 203 mm, preferiblemente de 229 mm y 254
      mm.
    3. La longitud de los drill-collars
      antimagnéticos debe ser calculada en correspondencia con
      la composición inferior a utilizar, reducida a lo
      mínimo permisible para no afectar las orientaciones del
      desviador. Los diámetros des estos drill-collars deben
      ser superiores a los 194 mm.
    4. La fuerza de desviación sobre la barrena
      aumenta con la disminución del peso sobre la misma, pero
      esto ocasiona disminución de los índices
      técnico-económicos de la perforación al
      disminuir la velocidad mecánica de perforación.
      Por esta razón de debe disminuir al mínimo
      posible el intervalo de perforación con composiciones
      orientadas y sustituirse por composiciones autoorientadas (con
      centralizadores).

    4. Diseño de
    dispositivos para la perforación inclinada en
    ramilletes.

    Introducción.
    Las composiciones inferiores de perforación, compuestas
    por centralizadores y calibradores o más de un
    centralizador, deben ser profundamente estudiadas ya que en el
    resultado de las mismas influyen gran cantidad de factores como:
    diámetro de la barrena, diámetro del turbo,
    diámetro de los drill-collars, rigidez del turbo y
    drill-collars, diámetro del calibrador y los
    centralizadores, distancia desde la barrena al primer y segundo
    centralizador y ángulo de inclinación del pozo,
    entre otros. Sobre la utilización de centralizadores en
    las composiciones inferiores se han realizado algunos trabajos
    por el autor. Se diseñó un sistema de unión
    para usar centralizadores en las turboperforadoras [149]. Este
    sistema permite la utilización de centralizadores ubicados
    entre el Espindel y la primera sección del turbo, lo que
    evita el daño a las paredes al soldarse los
    centralizadores en el cuerpo del mismo, no se logró
    regular la fuerza de desviación sobre la barrena ya que no
    es posible variar de forma sistemática el diámetro
    y el lugar de ubicación del centralizador, en dependencia
    de los resultados que se desean obtener.

    Fue diseñando también un centralizador
    planetario helicoidal [151,160] que por sus
    características puede ser utilizado como calibrador de la
    cámara del pozo y también utilizarse en
    combinación con un centralizador en la composición
    inferior.

    Diseño de centralizadores intercambiables para la
    perforación del intervalo de aumento,
    estabilización y caída de ángulo.

    Con el diseño y dimensionamiento de
    centralizadores intercambiables utilizados en las composiciones
    inferiores de desvío, se trata de dar solución a
    algunos de los problemas que existen actualmente en la
    producción en Cuba, principalmente, el deterioro en la
    pared de la turboperforadora al soldarse las planchetas de los
    centralizadores en el cuerpo de la misma, dificultándose
    el cambio de ubicación de los mismos en la
    composición inferior.

    El objetivo principal del diseño de estos
    dispositivos es regular la desviación del pozo variando el
    diámetro de los centralizadores y la distancia del mismo a
    la barrena, según los objetivos propuestos para cada
    composición, ya sea aumento, estabilización o
    caída del ángulo del pozo.

    El diseño de estos centralizadores permite
    mejorar la tecnología de perforación y perforar el
    intervalo de aumento de ángulo con composiciones
    autoorientadas, mejorando los índices técnico –
    económicos de la perforación inclinada.

    Para el diseño de los centralizadores fue
    necesario realizar un análisis de todas las composiciones
    mecánicas utilizadas en la práctica de la
    perforación inclinada en diferentes zonas del país.
    Según este análisis existen cuatro posiciones en
    las cuales puede ser ubicado el centralizador sobre la
    turboperforadora sin dañar el cuerpo de la misma,
    permitiendo la intercambiabilidad del centralizador en la
    composición inferior. El centralizador intercambiable debe
    ser usado en cada composición mecánica según
    las exigencias del perfil, debe permitir aumento,
    estabilización y caída de ángulo, para lo
    cual es necesario ubicarlo en diferentes posiciones, regulando la
    distancia del mismo a la barrena y a la vez variar su
    diámetro exterior.

    Las diferentes posiciones posibles de ubicación
    del centralizador en la composición de la herramienta.
    1. – Ubicar el centralizador entre la conexión inferior
    del Espindel y su cuerpo.
    2. – Ubicar el centralizador en la conexión superior del
    Espindel.
    3. – Ubicar el centralizador en la conexión inferior de la
    primera sección del turbo.
    4. – Ubicar el centralizador en la conexión superior del
    turbo.

    Al ubicarse el centralizador en estas posiciones y a la
    vez variando su diámetro exterior, se logra un amplio
    diapasón de posibilidades que permite regular la fuerza de
    desviación que actúa sobre la barrena. Esto
    posibilita seleccionar composiciones para perforar el intervalo
    de aumento, estabilización y caída del
    ángulo.

    Al situar el centralizador en la posición No 1,
    se obtiene una distancia del mismo a la barrena que puede oscilar
    desde 0.30 a 1 m, variando la longitud de la conexión
    ubicada sobre la barrena. Al situarse en la posición No 2
    se logra una distancia de 2 a 3 m, en dependencia de la longitud
    del Espindel. Al ubicarse en la posición No 3 se logra una
    distancia de 3 a 4 m y al situarse en la posición No 4, de
    8 a 20 m según la longitud del turbo.

    Con la ubicación del centralizador en la primera
    y segunda posición y combinando diferentes
    diámetros de los mismos, sobre el cuerpo de los turbos, se
    logran composiciones rígidas que permiten el aumento y
    estabilización del ángulo del pozo. Con su
    ubicación en la tercera y cuarta posición se puede
    obtener estabilización y caída del ángulo
    respectivamente.
    A estos centralizadores se les realizó el análisis
    de tensiones y deformaciones con el Sistema Profesional de
    Elementos Finitos COSMOS/M, versión 1.71 de 1994. Se tuvo
    en cuenta las solicitaciones de torsión, compresión
    y presión interior.
    Como resultado de este análisis se obtuvo, que los
    desplazamientos no superan los desplazamientos permisibles,
    mientras que las tensiones equivalentes, calculadas a partir de
    la teoría
    de Von Misses no alcanzan el 20 por ciento de las tensiones
    admisibles.

    Diseño del Dispositivo Universal para la
    orientación del desviador.
    En el acápite No.1 se realiza una breve descripción de los diferentes dispositivos
    orientadores utilizados en el país y sus principales
    deficiencias. Además de las deficiencias expuestas, es
    necesario señalar que el cambio de estos dispositivos en
    las composiciones mecánicas, ocasiona grandes
    pérdidas de tiempo en maniobras de la herramienta,
    envejecimiento de la cámara del pozo y un aumento
    considerable de las posibilidades de averías al surgir
    canales en las paredes del mismo.

    Para el diseño de este dispositivo se
    realizó un profundo análisis de los dispositivos
    orientadores existentes en el país, sus
    características y desventajas técnico
    económicas, así como los diferentes métodos y
    dispositivos utilizados en la práctica de la
    perforación inclinada, reportados en la
    literatura.

    Para el control de la trayectoria espacial de la
    cámara de los pozos inclinados, se utiliza el buzo
    geofísico de verticalidad que realiza las mediciones de
    ángulo y acimut del pozo. Con este dispositivo se realizan
    los registros de
    inclinometría en los pozos, pero por su diseño,
    este equipo no funciona cuando la cámara del pozo tiene
    menos de 3°
    de inclinación.

    Para lograr el funcionamiento del buzo de verticalidad,
    cuando el pozo tiene menos de 3° de inclinación, fue necesario
    transformar el principio de funcionamiento del mismo. En su
    interior se encuentra el sistema de medición que esta formado por un bastidor
    giratorio en el que se ubica un péndulo, la brújula
    y una resistencia eléctrica con contrapeso. Este sistema
    se autoorienta al acimut del pozo, cuando hay mas de
    3° de
    inclinación, de lo contrario no existe una
    autoorientación exacta y las mediciones son
    falsas.

    Para el funcionamiento de este sistema cuando existe
    menos de 3°
    de inclinación, se fija el bastidor al cuerpo
    exterior del buzo evitando que este gire. El plano en el cual ha
    sido fijado el bastidor debe ser marcado en la pared exterior del
    buzo de inclinometría para hacerlo coincidir con el plano
    de acción del desviador (conexión curva o turbo
    desviador), proceso que se explicará en el funcionamiento
    del Dispositivo Universal.

    El diseño del Dispositivo Universal para una
    composición determinada, esta formado por el Cuerpo
    Exterior (1) y el Adaptador Universal o Unidad Ensamblada
    (2).

    El cuerpo del dispositivo esta diseñado para ser
    construido de cualquier diámetro de tubería pesada
    de perforación en dependencia de la composición
    mecánica que se utilice, su longitud es variable,
    según la utilización del buzo de verticalidad KYT
    que puede ser con contrapeso o sin él. Esta
    diseñado para fijar en su interior el Adaptador Universal.
    Se le realizó el análisis de tensiones y
    deformaciones con el Sistema Profesional de Elementos Finitos
    COSMOS/M, versión 1.71 de 1994. Para el cuerpo exterior se
    tuvo en cuenta las solicitaciones de torsión,
    compresión y presión interior, mientras que para el
    cuerpo interior se tuvo en cuenta solo la tracción y
    presión interior, debido a que son estas las
    solicitaciones que presenta dicho cuerpo .
    Como resultado de este análisis se obtuvo, que los
    desplazamientos en ambos cuerpos no superan los desplazamientos
    permisibles, mientras que las tensiones equivalentes, calculadas
    a partir de la teoría
    de Von Misses no alcanzan el 15 por ciento de las tensiones
    admisibles.
    El cuerpo interior esta diseñando para permitir el montaje
    del pasador, el casquillo y el buje. Se fabrica de tubería
    pesada de perforación recuperable, de diámetro
    exterior 146 mm y diámetro interior de 74 mm. Se realiza
    el cálculo del cono interior teniendo en cuenta que debe
    fijarse con apriete en el cuerpo del dispositivo.

    Para hacer coincidir el plano, al cual fue fijado el
    bastidor del buzo de verticalidad con el pasador del Dispositivo
    Universal, fue necesario diseñar el Suplemento del Buzo de
    Verticalidad.

    Este suplemento esta compuesto por: 1. – Saeta
    orientadora, 2. – Doble tuerca, 3. – Contratuerca, 4.
    – Niple, 5. – Suplemento, 6. – Entredós,
    7 y 8. – Tornillos del buzo y 9. – Buzo de verticalidad.
    La Saeta Orientadora (1) se fabrica de acero 40 X para
    evitar que se deteriore rápidamente su punta, al acoplar
    en el pasador del dispositivo orientador. En su extremo se
    construye una hélice de una longitud de 100 mm,
    equivalente a la mitad del paso, para garantizar el acople con el
    pasador.
    La doble tuerca (2) se construye de acero 45 y esta
    diseñada para lograr el apriete entre los conos de las
    piezas (1) y (4), durante el montaje y desmontaje del suplemento,
    mediante roscas de diferentes pasos.
    El niple (4) se construye de acero 40 X, permite el acople de la
    Saeta Orientadora y a la vez la orientación de la misma al
    plano que fue fijado el bastidor del buzo de
    inclinometría.
    El suplemento (5) se construye de aluminio o de
    bronce para evitar la influencia del magnetismo del
    buzo de inclinometría sobre la brújula y
    además, permite que en el momento de la
    orientación, cuando la saeta acopla al pasador del
    dispositivo, la brújula se encuentre situada en la
    tubería antimagnética y poder realizar
    las mediciones del acimut. El entredós (6) esta construido
    de aluminio y se
    acopla al buzo de verticalidad con los tornillos (7) y (8) que
    forman parte del buzo de inclinometría y con los cuales
    normalmente se fija el contrapeso del buzo.

    Funcionamiento del Dispositivo Universal.
    Antes de comenzar a montar la composición mecánica
    para desviar el pozo se pasa registro de
    verticalidad, con el fin de conocer si el pozo es vertical o
    tiene cierta inclinación (más 3° grados), con un acimut
    definido, se pasa registro como
    medida de seguridad.
    Al turbo autodesviador se le enrosca la barrena y después
    de descenderlo al pozo, en su parte superior se le ubica el
    cuerpo del Dispositivo Universal. El plano de acción del
    dispositivo desviador se traslada a la parte superior del cuerpo
    exterior del Dispositivo Universal, por medio de una plomada. A
    continuación se monta el Adaptador Universal y se coloca
    en el interior del cuerpo del dispositivo, teniendo en cuenta que
    el plano de acción de los imanes y el pasador tienen que
    coincidir con el plano de acción del dispositivo desviador
    (conexión curva o turbo desviador). Sobre el Dispositivo
    Universal se enrosca un tubo pesado antimagnético de 10 a
    12 m de longitud y por último se conecta un tubo pesado de
    perforación. Para finalizar el montaje de la
    composición se baja la tubería al fondo del pozo,
    sin un control especial.

    Para la primera orientación se baja el buzo con
    el suplemento del buzo de inclinometría, se desciende
    hasta que la Saeta Orientadora se apoye en el pasador, esta se
    deslizará hasta que se fije en el mismo, en este momento
    se realizan las mediciones y se hace la
    orientación.

    Después de haber perforado 60-100 m se baja el
    buzo de verticalidad tal como viene de fábrica, este
    bajará hasta el extremo superior del casquillo,
    encontrándose la brújula en este momento frente al
    plano de acción de los imanes por lo que se procede a la
    rectificación de la orientación por medio de los
    imanes, siempre y cuando el pozo tenga mas de 3° .

    Es preciso señalar que la tubería de
    perforación se extraerá del pozo cuando se hayan
    alcanzado los parámetros del proyecto, no siendo necesario
    interrumpir la vida útil de la barrena para realizar
    orientaciones del desviador y hacer cambios innecesarios en la
    composición inferior.

    Después de comprobar en la práctica la
    influencia del magnetismo del
    acero sobre la brújula, al ubicarse los imanes
    directamente sobre el cono, se suprimió el casquillo de
    bronce siendo posible disminuir el diámetro y poder perfilar
    la rosca de perforación. Este diseño es factible
    para cualquier diámetro de tubería pesada de
    perforación y tiene la ventaja de que no es necesario el
    uso de conexiones de perforación para enroscar los
    dispositivos diseñados en la composición
    mecánica de perforación.

    Conclusiones.

    1. Con el diseño de los centralizadores
      intercambiables y con su ubicación en la
      composición inferior, según las posibilidades
      propuestas, se garantiza la perforación del pozo con
      motores
      hidráulicos (turboperforadora) en cualquier
      situación espacial del perfil, ya que es posible variar
      la fuerza de desviación que actúa sobre la
      barrena.
    2. La variación de la fuerza de desviación
      que actúa sobre la barrena, se logra con la
      ubicación del centralizador a diferentes distancias de
      la misma y también con la variación del
      diámetro del centralizador, lo que permite un aumento
      considerable en las posibilidades de utilización de cada
      composición.
    3. La utilización de estos centralizadores evita
      los daños en el cuerpo de la turboperforadora al ser
      soldadas las planchetas y permite la utilización de ese
      turbo en otras operaciones del proceso de
      desvío.
    4. Es significativa también la posibilidad de
      investigación que se obtiene al poder conjugar la
      variación del diámetro exterior con la
      ubicación del centralizador, haciendo posible la
      selección de composiciones óptimas para cada zona
      gasopetrolífera.
    5. El diseño del Dispositivo Universal permite
      resolver los problemas técnicos y económicos que
      se presentan en la producción, disminuyendo la necesidad
      de operaciones para rectificar el acimut del pozo y las
      averías en el proceso de perforación.

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