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.
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
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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.
q°
– 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.
- 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. - 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. - 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. - 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.
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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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