1. Fundamentos de Perforación Direccional
Ignacio Gorgone
Departamento de Diseño - MCA

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11/21/2004
Contenido del Curso
• Introducción a la Perforación Direccional
• Cálculos Matemáticos: Trigonometría, etc
• Fundamentos de Planificación Direccional, Trayectorias.
• Registros Magnéticos, Correciones de Azimuth, Referencias, etc
• Herramientas Direccionales
• Herramientas de MWD & LWD
• Torque & Arrastre – Anticolisión
• Herramientas de Nueva Generación
• Visita al taller de D&M

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Introducción a la Perforación Direccional
• Desarrollo Histórico
• Definición de Perforación Direccional
• Necesidades de la Perforación Direccional
• Fundamentos Matemáticos
• Sistemas de Coordenadas
• Cálculo de Coordenadas
• Perfiles Direccionales
• Planeación de la Trayectoria Direccional
• Ejemplos de Planificación

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- Fines de los años 20:
1ª aplicación de registros para pozos petroleros utilizando el
inclinómetro de botella ácida.
- Año 1929:
Inclinómetro direccional con aguja magnética.
- Los años 30:
Perforación del 1er pozo direccional controlado.
(al comienzo, con propósitos no éticos, para cruzar líneas de
propiedad) en Huntinton Beach, California.
- Año 1934:
Se usó la perforación direccional para matar un pozo descontrolado.
Inicios de la PD controlada en Conroe, Texas.
Desarrollo Histórico

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< 1930: Registro Magnético de disparo
simple (Registro después de la perforación)
Eventos Significativos:
Años 1960’s: Motor de Lodo.
(herramienta versátil para iniciar desviación)
Años1970’s: Herramienta Dirigible.
(“Steering Tool” Registro con cable mientras
se perfora)
Año 1980: MWD.
(telemetría con pulsos de lodo- sin cable de
registros)
Años 1980’s: Motor Dirigible.
Años 1980’s: LWD.
(Medición de datos con calidad de registro eléctrico)
Año 1988: Perforación Horizontal.
(perforación para recobro mejorado)
Años 1990’s: Geo Steering.
(direccionamiento geológico vs geométrico)
Año 1999: Perforación Rotativa Dirigible
Años 2000?: Telemetría de mejor calidad
Mayor velocidad de transmisión de datos,
Registro de Pozos Multilaterales.......

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Eventos Importantes
Desarrollo de Mediciones
• 1930 Magnetic Single Shot
(después de la perforacion)
• 1970’s Herramientas Dirigibles
– Registros con cable
• 1980 MWD
• (Telemetria de pulso de lodo
• 1980’s LWD
• 1990’s GeoSteering
(Trayectoria geologica vs
geométrica)
Desarrollo de
Herramientas
• 1960’s Motores de Fondo
• 1980’s Motores Dirigible
• 1988 Perforacion Horizontal
• 1990’s Perforacion Geo-
steering
• 1999 Sistemas Rotatorios
Direccionales

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Perforación Direccional

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Perforación Direccional
Es el esfuerzo de ingeniería para
desviar un agujero a lo largo de
una trayectoria planeada hacia un
objetivo a cierta profundidad en el
subsuelo cuya ubicación está a
una distancia lateral dada y en
una dirección definida, a partir de
la posición superficial.
Definición

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Aplicaciones
De la Perforación Direccional

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Necesidad de perforar pozos dirigidos
Perforación de domos de sal Control de fallas
Localizaciones Inaccesibles
Desviaciones Laterales

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Perforación de pozos de alivio
Perforación Horizontal
Pozos desde una misma locación
Pozos Multi-Laterales
Necesidad de perforar pozos dirigidos

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Fundamentos Matemáticos

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• Resolución de Triángulos – Relación de ángulos
• Teorema de Pitágoras
• Trigonometría
• Conversión de Grados a Decimales
Fundamentos Matemáticos

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Conversion de Grados a Decimales
Los ángulos pueden ser representados en dos formas:
1. Grados, Minutos y Segundos ( 67°26’40”)
2. Grados Decimales (67.44°)
1 Minuto = 60 segundos (60”)
1 Grado = 60 minutos (60’)
1 Grado = 3600 segundos (3600”)
Fundamentos Matemáticos

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Conversión de ángulos
Formula: Grado Decimal = Grados + Minutos/60 + Segundos/3600
Grados = Numero Entero (26.72)
Grados = 26
Minutos = Porcion Decimal de 26.72 (0.72) x 60
Minutos = 0.72 x 60 = 43.2’
Minutos = 43’
Segundos = Porcion Decimal 43.2 (0.2) x 60
Segundos = 0.2 x 60
Segundos = 12”

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Fundamentos de Diseño

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Sistemas de Coordenadas
Coordenadas Geográficas
Latitud
•Paralelos – Son líneas imaginarias
•180 líneas de latitud paralelas al Ecuador
• Ecuador es una linea equidistante
Longitud
•Meridianos – Son líneas imaginarias
• 360 líneas de longitud transversales
• Cada una de ellas va del Polo Norte al Sur
Cada línea de Latitud & Longitud representa 1grado
Cada grado es dividido en 60 minutos y
Cada Minuto es dividido en 60 segundos

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Sistema de Coordenadas

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Proyecciones de Mapas Geográficos
Los mapas geográficos son creados
al proyectar la superficie curva de la
Tierra sobre una superficie plana.
El resultado de la proyección sobre el
mapa es un un sistema de grilla o de
retícula sobre la superficie plana

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Proyecciones de Mapas Geográficos
Métodos

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Nivel de Referencia Geodésica (Datum)
Es un modelo matemático
que define el tamaño y la
forma de una superficie
determinada de la Tierra.
Con este modelo, se puede
conocer la posición exacta
de un punto sobre la tierra
Especifica la geometría de un elipsoide

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Sistemas de Coordenadas

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Sistemas de Coordenadas
Proyección Universal Transversal de Mercator (UTM)
• Se deriva de la proyección del elipsoide
terrestre sobre un cilindro envolvente
• El cilindro es transversal (rotado 90 grados)
• Sistema UTM: es dividido en 60 zonas
• Cada zona tiene 6 grados de ancho
• Cada zona cubre la distacia total desde
el paralelo Norte 84º hasta el Sur 80º
Las zonas estan numeradas de 1 a 60

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Sistemas de Coordenadas
Distacia Este-Oeste (“Este”)
•Distancia de una locación con respecto
a un punto de Referencia.
•La línea de referencia esta 500 Km al
Oeste del Meridiano Central
•El “Este” tiene un rango de:
200,000 metros a 800,000 metros

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Distacia Norte-Sur (“Norte”)
Para el Hemisferio Norte:
• Distancia de una locación con respecto
al Ecuador.
La distancia es medida positivamente desde
0,000,000 metros en el Ecuador
La coordenada Norte del punto “A” será:
N: 6,391,520 m
Sistemas de Coordenadas

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Distacia Norte-Sur (“Norte”)
Para el Hemisferio Sur:
• Distancia de una locación con respecto
al Ecuador.
El Ecuador tiene un valor de 10,000,000 m
La coordenada Norte del punto “C” sería:
• 10,000,0000 m (Ecuador) – 5,000,100 m
O sea, N: 4,999,900 m
Sistemas de Coordenadas

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Sistemas de Coordenadas

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Ejemplo de Reporte Direccional
Canon 10 Plan Proposal
Report Date: November 13, 2004 Survey / DLS Computation Method: MinimumCurvature/Lubinski
Client: PemexExploracionyProduccion Vertical Section Azimuth: 16.260°
Field: Canon Field Vertical Section Origin: N0.000ft,E0.000ft
Structure / Slot: Canon 10 / Canon 10 TVD Reference Datum: RKB
Well: Canon 10 TVD Reference Elevation: 133.1 ft relative to MSL
Borehole: Canon 10 Sea Bed / Ground Level Elevation: 118.110 ft relative to MSL
UWI/API#: Magnetic Declination: 5.977°
Survey Name / Date: Canon 10 Plan / November 12, 2004 Total Field Strength: 46224.017 nT
Tort / AHD / DDI / ERD ratio: 40.000° / 1575.89 ft / 4.811 / 0.160 Magnetic Dip: 55.296°
Grid Coordinate System: NAD27 UTM Zone 14N Declination Date: April 25, 2002
Location Lat/Long: N 26 8 28.039, W 98 28 19.018 Magnetic Declination Model: BGGM2004
Location Grid N/E Y/X: N 2891256.240 m, E 552784.190 m North Reference: TrueNorth
Grid Convergence Angle: +0.23265583° Total Corr Mag North -> True North: +5.977°
Grid Scale Factor: 0.99963440 Local Coordinates Referenced To: WellHead

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Coordenadas Legales & Locales
• Coordenas Legal: Definido por una entidad gubernamental / estatal de la región
• El propósito es de adaptar las coordenadas de un país o región a un sistema
Global de Coordenadas (Datun Geodésico)

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Coordenadas Legales & Locales
• Todo DD utiliza un sistema local de
coordenadas
• Tiene su origen y referencia a partir de
un sistema de coordenada legal
• Vertical Reference Datum
( Posicionamiento Vertical), Nivel del Mar
(MSL), Elevacion del Terreno

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Cálculo de Coordenadas

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Azimuth o Dirección

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Azimuth de un punto referido al Cuadrante
El plano geográfico o “Vista en
Planta” tiene 4 Cuadrantes:
NE,SE,SW,NW
• Para cada Cuadrante
la dirección de una línea es
medida por el ángulo que ella
forma con el eje Norte – Sur
• Los grados son escritos
entre las letras de los
cuadrantes para indicar la
dirección. Ver figuras.

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Coordenadas Rectangulares
Indica las distancias Norte-Sur
& Este-Oeste de un punto ubicado
en el plano geográfico, con los ejes
pasando por un punto origen dado
tal como la localización superficial.
En este ejemplo:
Target: 2035 ft S & 1574 ft W de
la locación surperficial (0,0).
Sus coordenadas son: (-2035, -1574)

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Coordenadas Polares
Permiten localizar un punto en el
plano geográfico indicando la
distancia desde dicho punto hasta
el origen y la direccion de la línea
que los conecta.
En este ejemplo:
Target: 2,572.68 ft @ 217.6º azimuth

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Dirección expresada como Azimuth (0º a 360º)
y en forma del Cuadrante rectangular (N,S xxº E,W)

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Planificación de la Trayectoria Direccional
Qué se necesita?
• Coordenadas de Superficie
• TVD
• Coordenadas de Fondo
Profundidad Vertical (TVD)?

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Vista de Planta o Proyección Horizontal
• Es la proyección de la trayectoria
de un pozo sobre un plano horizontal
que pasa por el fondo del pozo
Proyección 3D de un pozo en el plano Horizontal
Planificación de la Trayectoria Direccional

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Vista en Planta o Proyección Horizontal
Planificación de la Trayectoria Direccional

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Planificación de la Trayectoria Direccional
Vista en Planta o Proyección Horizontal

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Proyeccion Vertical:
La trayectoria del pozo es proyectada sobre
un plano vertical de referencia que pasa
por el origen en la dirección del objetivo,
llamdo
Plano de la Sección Vertical
• Seccion Vertical:
Es la distancia de la proyección de
cada punto de la trayectoria sobre el
plano vertical de referencia hasta el
eje vertical que pasa por el origen
Planificación de la Trayectoria Direccional
Seec. Vertical

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Proyección Vertical:
TVD = 7,800 ft
VS = 3,800 ft
Vista en Planta:
Plano de Sección Vertical: 52 deg
Planificación de la Trayectoria Direccional

43. 43 Initials
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Planificacion

44. 44 Initials
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Perfiles Direccionales

45. 45 Initials
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Perfiles Direccionales
Zona Vertical:
Inclinación = 0º
Pozo Desviado (Slant): Tipo “J”
Zona de construcción angular
Zona tangente
o de mantenimiento del ángulo

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Pozo de trayectoria Tipo “S”
Zona vertical: Inclinación = 0º
Zona de construcción angular
Zona tangente, sostenimiento del ángulo
Zona de caída angular
Perfiles Direccionales

47. 47 Initials
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Zona vertical: Inclinacion = 0º
Zona de construcción angular
Zona tangente ó de ángulo constante
Segunda zona de construcción
angular hasta 90 grados
Zona
Horizontal
Pozo con Perfil Horizontal
Perfiles Direccionales

48. 48 Initials
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Planificación Direccional

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Planificación – Definición de Términos
1. KOP = Kick off Point = Punto de Inicio
2. Build Up Rate = BUR = Tasa de construcción
de ángulo
3. Target TVD = Profundidad Vertical del Objetivo
4. Distancia del Target
5. Dirección del Target
Radio de Costrucción
BUR = 180/? x 100/Rc
BUR = 5729.6/Rc

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Ejemplo de Planificación Direccional
Cálculo manual para un pozo tipo “J”
1. KOP @ 6,925 pies
2. BUR = 3°/100 pies
3. Target TVD = 10,500 pies
4. Distancia del Target: 2,500 pies
5. Dirección del Target: S 28° E
1. Max ángulo del Pozo
2. TVD fin (EOB) Contrucción
3. MD del fin de Construcción
4. MD del objetivo
5. Dirección del plano
de la Sección Vertical

51. 51 Initials
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Ejemplo de Planificación
Graficar la ubicación del Objetivo:
Intersección del TVD y la distancia
Calcular y dibujar la linea de Rc
(Rc = Radio de Curvatura)
Formula: BUR

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Dibujar la seccion de construcción:
Utilizar compas desde el punto O.
Dibujar medio arco
Dibujar la linea tangente
Desde el punto C (target) tangente al
Arco dibujado.
Ejemplo de Planificación

53. 53 Initials
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Marcar el punto EOB:
Línea perpendicular desde el punto
tangente hasta O
Marcar la Máxima Inclinación
Dibujar una línea vertical desde EOB.
Ejemplo de Planificación

54. 54 Initials
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Calcular la Maxima Inclinación:
usar fórmulas de Trigonometría
Se definen dos triángulos rectángulos
de los cuales se pueden calcular
los ángulos ß y a
Ejemplo de Planificación

55. 55 Initials
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Para calcular el ángulo a:
Se deben conocer las distancias OD & DC
Para calcular el ángulo ß:
Se debe conocer OC por Pitágoras
Ejemplo de Planificación

56. 56 Initials
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Se calcula entonces la
máxima inclinación ?:
sabiendo que: ? + a + ß = 180
Se calcula la TVD del punto “EOB”(ó B):
Que es una linea recta dibujada desde
la superficie hasta EOB
Ejemplo de Planificación

57. 57 Initials
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Calcular la distancia al Target MD:
Se nececita BC à Pitagoras
Calcular la distancia medida,MD hasta “EOB”
Formula: ?MD = (?Inc/BUR) x 100
Ejemplo de Planificación

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Resultados:
• Máximo ángulo de inclinación: 41.83°
• TVD al final de la etapa de construcción: 8185.51 pies
• Profundidad Medida al fin de la etapa de construcción: 8304.33 pies
• Profundidad Medida hasta el Objetivo (Target): 11,383.50 pies
Ejemplo de Planificación

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Fin del Módulo