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Tecnología en perforacion direccional rotativa

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Presentación elaborada por el Ing. Luis Mendoza sobre perforación direccional, dedicada a la parte de sistemas rotativos (RSS)

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Tecnología en perforacion direccional rotativa

  1. 1. Elaborado por Ing. Luis Mendoza. JJ.Achji.
  2. 2. Última Tecnología en Perforación Direccional.
  3. 3. PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL La introducción de la tecnología rotativa direccional eliminó varias de las desventajas de los métodos de perforación direccional previos. Debido a que un sistema rotativo direccional perfora direccionalmente con rotación continua desde la superficie, no existe la necesidad de deslizar la herramienta, a diferencia de las perforaciones realizadas con motores direccionales. La rotación continua transfiere el peso el peso a la mecha en forma más eficaz, lo que aumenta la velocidad de penetración. La rotación también mejora la limpieza del agujero porque agita el fluido y los recortes de perforación, permitiendo que fluyan fuera del pozo en vez de acumularse formando un colchón de recortes. Los sistemas rotativos direccionales de avanzada han sido concebidos para mejorar la circulación de los fluidos y la eliminación de los recortes. A su vez, la eliminación eficaz de los recortes reduce la posibilidad de que el arreglo de fondo de pozo (BHA) se atasque o se obture.
  4. 4. PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL JJ.Achji.
  5. 5. PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL La rotación continua y el mejoramiento de la limpieza del pozo reducen la posibilidad de atascamiento mecánico y diferencial de la columna de perforación. Ningún componente fijo contacta la tubería de revestimiento o el pozo. Además, la tecnología rotativa direccional mejora el control direccional en tres dimensiones. El resultado neto es un pozo más suave, más limpio y más largo, perforado en forma más rápida y con menos problemas de atascamiento de las tuberías y de limpieza del pozo. Cuanto mejor es la calidad del pozo resultante, menos complicadas resulta la evaluación de formaciones y la bajada de la tubería de revestimiento. Además, se reduce el riesgo de atascamiento.
  6. 6. PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL Comparación de la calidad del pozo utilizando un motor accionado por el lodo de perforación y el sistema rotativo direccional. El motor accionado por el lodo de perforación tiende a producir un pozo irregular agrandado, o en espiral (extremo superior). El pozo perforado por el sistema rotativo (extremo inferior) es uniforme y está en calibre.
  7. 7. PERFORACIÓN ROTATIVA DIRECCIONAL Esta amplia variedad de ventajas ha convertido a los sistemas rotativos direccionales en una parte esencial de muchos programas de perforación. Las compañías de Exploración y Producción diseñan trayectorias de pozos desafiantes, en forma rutinaria, para intersectar objetivos distintos o múltiples y maximizar la producción de petróleo y gas. Otros diseños comunes que enfrenta la perforación rotativa direccional incluyen los yacimientos compartimentalizados, los yacimientos de aguas profundas, los desarrollos con restricciones ambientales, las plataformas o las localizaciones de perforaciones distantes, e incluso ciertos campos marginales en los que el éxito económico depende de la ubicación precisa de un pozo de alta calidad. Durante las operaciones, la robusta tecnología de adquisición de registros durante la perforación “LWD”, puede ayudar a las compañías a refinar las trayectorias para sacar provecho de las capacidades de ubicación de pozos de los sistemas rotativos direccionales. El éxito de la perforación requiere herramientas de fondo de pozo que toleren ambientes de alto impacto, altas temperaturas y rocas abrasivas, con frecuencia durante el incremento angular y la perforación de pozos de alcance extendido.
  8. 8. SISTEMAS DE TECNOLOGÍA DE PERFORACIÓN ROTATORIA Son herramientas que tienen la capacidad de perforar tridimensionalmente durante la rotación continua de la sarta sin la necesidad de perforación orientada (realizar deslizamiento ) y que no requieren detener la perforación para orientar la cara de la herramienta (tool face) para ajustar la trayectoria al plan. Existen en el mercado varias herramientas que realizan este tipo de perforación, entre las cuales se tienen: • Power Drive • Revolution • Auto Trak • Auto Trak X-Extreme
  9. 9. POWER DRIVE El sistema Power Drive es un sistema compacto y poco complicado desde el punto de vista mecánico, que comprende una unidad sesgada y una unidad de control. La unidad sesgada, ubicada directamente detrás de la mecha, aplica una fuerza sobre la mecha en una dirección controlada mientras que la columna gira. La unidad de control, que se encuentra detrás de la unidad sesgada, contiene dispositivos electrónicos, sensores y un mecanismo de control que proporcionan la magnitud y la dirección promedio de las cargas del lado de la mecha, necesaria para alcanzar la trayectoria deseada. JJ.Achji.
  10. 10. POWER DRIVE La unidad sesgada tiene tres patines externos articulados, que son activados por el flujo de lodo existente entre el interior y el exterior de la unidad sesgada. La válvula de tres vías de disco rotativo acciona los patines al dirigir el lodo en forma sucesiva a la cámara del pistón de cada patín, a medida que rota para alinearse con el punto de empuje deseado en el pozo, que es el punto opuesto a la trayectoria deseada. Una vez que un patín pasa el punto de empuje, la válvula rotativa corta el suministro de lodo y el mismo se escapa a través de una compuerta especialmente diseñada para la filtración del lodo. Cada patín se extiende no más de 1 cm durante cada revolución de la unidad sesgada. Un eje conecta la válvula rotativa con la unidad de control para regular la posición del punto de empuje. Si el ángulo del eje se encuentra geoestacionario con respecto a la roca, la mecha será empujada constantemente en una dirección, que es la dirección opuesta al punto de empuje. Si no se necesita modificar la dirección, el sistema se opera en un modo neutral, donde cada patín se extiende de a uno por vez, de manera que los patines empujan en todas las direcciones y sus movimientos se cancelan entre si.
  11. 11. POWER DRIVE La unidad de control mantiene la posición angular propia del eje de impulso relativo a la formación. La unidad de control está montada sobre cojinetes que le permitan rotar libremente alrededor del eje de la sarta de perforación. Por medio de su propio sistema de activación, se puede dirigir a la unidad de control para que mantenga un ángulo de giro determinado, o ángulo de orientación de la herramienta con respecto a la roca de formación. Los sensores del acelerómetro y magnetómetro de tres ejes proporcionan información relativa a la inclinación y al azimut de la mecha, además de la posición angular del eje de impulso. Dentro de la unidad de control se encuentra unos impulsores de turbina de rotación contraria, montados sobre ambos extremos de la misma, que desarrollan el torque estabilizador necesario por medio de imanes permanentes de gran potencia, cuya acción se suma a la de las bobinas de torsión ubicadas en la unidad de control. La herramienta se puede adecuar a las necesidades especificas de la superficie y se puede programar previamente de acuerdo con las variaciones esperadas de inclinación y dirección. Si fuera necesario modificar las instrucciones,una secuencia de pulsos en el fluido de perforación transmiten las nuevas instrucciones al fondo del pozo. El funcionamiento del sistema Power Drive puede ser monitoreado por medio de herramientas MWD y de los sensores instalados en la unidad de control, esta información será transmitida a la superficie por medio del sistema de comunicación Power Pulse.
  12. 12. POWER DRIVE Los sensores adicionales que se encuentran en la unidad de control registran la velocidad instantánea de la columna de perforación con respecto a la formación, con lo cual se obtiene información útil acerca del comportamiento de la columna de sensores térmicos y de la vibración también están incluidos dentro de la unidad de control para registrar datos adicionales sobre las condiciones de fondo. La computadora instalada a bordo muestra y registra información relativa a las condiciones de perforación, que se transmite en forma inmediata a la superficie por medio del sistema MWD o bien se recupera posteriormente. Esta información ha ayudado a diagnosticar problemas de perforación y, junto con los registros MWD, registros de lodo y de la formación, resulta de gran importancia para optimizar las operaciones futuras.
  13. 13. Sistema Rotatorio - Revolution
  14. 14. Perforación con Sistema Rotatorio • Ensamblaje tridimensionalmente durante la rotación continua de la sarta. • No hay necesidad de perforación orientada (Realizar deslizamiento). • No se requiere parar la perforación para orientar la cara de la herramienta (Tool Face) para ajustar la trayectoria al plan.
  15. 15. Beneficios – rotación continua • Rotación Continua – Baja la probabilidad de pegar la tubería de perforación. – Mejora la limpieza del hoyo. – Mejor control de ECD’s. – Mejor transferencia de peso a la barrena – incremento en la tasa de Penetración. – Mejoramiento en la información de las Herramientas de Evaluación de Formación (LWD). • No se requiere realizar deslizamientos – Minimiza la probabilidad del efecto pandeo sinosoidal. – Menos arrastre por geometría del hoyo. JJ.Achji.
  16. 16. Beneficios – Confiabilidad en el posicionamiento del Hoyo • Orientación en la barrena a lo requerido, sin detener la perforación – Mejor confiabilidad en el control direccional – Hoyo en calibre • Mejor resolución en la lectura de los registros. • Mejora la bajada de revestidores. • Garantiza una excelente cementación.
  17. 17. RevolutionTM Información Técnica
  18. 18. Revolution • Sistema de “apuntar la Mecha” (Point the bit system). • Tasa de desviación controlada en superficie. • Ingeniería para hoyos de 6” – 6 ¾” primero, ahora herramientas para hoyos de 8 3/8” – 12 ¼”. • Pequeño y compacto, transportable por aire. – Desplegué rápido • Sistema hidráulico “limpio” para larga vida. • No hay componentes móviles que estén expuestos al lodo • Sensores cerca a la mecha o barrena. • Soporta Alta temperatura y altas presiones.
  19. 19. Revolution Rotary Steerable System • Tres componentes principales – Modulo de Electrónica y Batería – Unidad Mecánica – Estabilizador “Pivot” JJ.Achji.
  20. 20. Revolution – mecanismo de orientación • Sistema hidráulico mueve el mecanismo de manejo excéntricamente dentro de la camisa de orientación. • La bomba proporciona la fuerza motriz para desviar el eje en la dirección programada. • El mecanismo de manejo se deflecta en la dirección opuesta a lo requerido para la desviación del hoyo. • Guías no-rotativas previenen que la camisa gire. Si la camisa empieza a rotar el sistema hidráulico re-direcciona para que se mantenga en la orientación deseada. • Si la manga de orientación comienza a rotar, el sistema de navegación dirige la hidráulica para mantener la orientación deseada.
  21. 21. Revolution 4-3/4 – unidad Mecánica Material de Fabricación: Incónela Alloy 718
  22. 22. Revolution – principio de orientación • Camisa de orientación no- rotativa. • Rotación del eje central maneja la bomba hidráulica. • Bomba provee fuerza motriz para desviar el eje en el dirección la programada. • Modulo electrónico provee control con sistema cerrado. “Closed Loop”. • Sensores internos monitorean la orientación, desviación y la rotación de la herramienta.
  23. 23. Información en cabina de perforación
  24. 24. Calidad de agujero con tecnología “Apuntar la Barrena” • Herramienta operando en “Apuntar la barrena” produce significativamente mejores resultados. • Hoyo excelente en calibre. • Hoyo liso. • Pata de Perro de 15 grados obtenidos durante pruebas.
  25. 25. Revolution – Principio de Orientación • Sistema hidráulico autónomo ( cerrado) , “Limpio” para larga vida. • El aceite hidráulico es filtrado en la herramienta. • Pistones múltiples hidráulicos . • El manifold que contiene los pistones no rota, lo cual minimiza los ciclos de uso de los pistones. Alargando la vida. JJ.Achji.
  26. 26. Unidad de Control  Sensores de Inclinación y dirección (10 pies de la mecha o barrena).  Control del microprocesador para las solenoides de la unidad mecánica.  Modulo de batería inteligente.  Memoria para función de la data de la herramienta.  Comunicación bi-direccional.
  27. 27. Revolution 6.75” – Especificaciones • Tamaño de barrena = 8 3/8” hasta 9 7/8”. • Tasa de desviación = 0 – 10 grados/30 m. • Tasa de rotación de la la tubería = 80 – 250 rpm. • Tasa de flujo = 1000 gpm máximo. • Peso sobre la barrena = 50.000 libras máximo. • Presión máximo = 25.000 psi. • Tiempo de programación de deflexión y toolface – dos minutos. • Temperatura operando = 150 grados C operando (165 grados ºC máximo). • Over pull =125 klbs (se puede rehusar) 350 klbs (debe ser inspeccionado). • Caída de presión en la Mecha = No hay limitaciones.
  28. 28. Revolution 8.25” – Especificaciones • Tamaño de barrena = 12 ¼”. • Tasa de desviación = 0 – 7.5 grados/30 m. • Tasa de rotación de tubería = 60 – 250 rpm. • Tasa de flujo = 1500 gpm máximo. • Peso sobre la Barrena = 90.000 libras máximo. • Presión máxima = 20.000 psi. • Tiempo de programación de deflexión y toolface – dos minutos. • Temperatura operando = 150 grados ºC operando. • Over pull = 250 klbs (se puede rehusar) 1.000.000 mlbs (debe ser inspeccionada). • Caída de presión en la barrena = No hay limitaciones. • Sistema para Hoyos de 17 ½” esta actualmente en prueba en bloque de cemento.
  29. 29. Programa de Pruebas JJ.Achji.
  30. 30. Equipo de Perforación en bloque de concreto
  31. 31. Bloque de prueba de concreto •Bloque de concreto 80’ de largo. •Fuerzas compresivas entre 10000 hasta 40000 PSI.
  32. 32. Bloque de prueba - saliendo JJ.Achji.
  33. 33. Calidad de agujero con tecnología “Empujar la Barrena” • Estas Pruebas fueron hechas usando la herramienta en modo “Empujar la barrena” • Hoyos perforados producen espiral significativo. • Tortuosidad del hoyo obtuvo mala limpieza.
  34. 34. “Empujar la Barrena” & “Apuntar la B”
  35. 35. Ventajas del Sistema Rotatoria - Revolution • No contiene pistones o aletas móviles en el exterior de la herramienta. • No contiene piezas móviles expuestas al fluido de perforación. • Sistema hidráulico totalmente cerrado y presión compensada. • Unidad de control totalmente integrada a la herramientas de MWD / LWD. • Capacidad de trabajar en ambientes altas temperaturas – 150 grados ºC operativo & 165 grados ºC. • Capacidad para trabajar con altas presiones – 25000 psi. • Diseño modular compacto. • No se requiere restricción de flujo en la barrena. • Calibre interno abierto, la caída de presión a través de la herramienta no es significativa.
  36. 36. Barrenas para el Sistema Revolution RSS •Requerimientos: – Idealmente el tipo de barrenas PDC. – Gauge Activo Corto. – Gauge Pasivo Largo. – Un Gauge Pasivo Largo por Debajo del calibre del Hoyo. – Seccion del Shank Lo mas Corto Posible. •Oportunidades: – Sin restricciones en la estructura de corte. – Los requerimientos de Torque no es problema si se compara con motores. – Mejor hidraulica. – Mejor ROP.
  37. 37. Largo del Gauge • Gauge Activo – Tan Corto como sea posible ( < 1”) • Suficiente solo para asegurar que la mecha corte circularmente la seccion del hoyo y no se desgaste prematuramente. • Gauge Pasivo en Calibre ( entre 1-1/2” – 2”) – Lo mas largo posible • No debe restringir a el eje de la estructura de corte de quedar tangencialmente en el eje del hoyo cuando perfora • Gauge Pasivo Por debajo del Calibre ( hasta 3”) – Largo Suficiente para prevenir que la barrena gire excentricamente causando un hoyo sobre calibre – Suficientemente bajo calibre para permitir que el eje de la estructura de corte se mantenga tangencial al eje del hoyo mientras perfora – Debera estar cerca de cubrir completamente la circunferencia
  38. 38. Largo de la Barrena • Largo de Fabricación de la Mecha o Barrena – El Largo de la Mecha o Barrena y la distancia entre los elementos del calibre es crucial para el desempeño del Revolution. – Debe ser los suficientemente corta para que las posiciones relativas de la Mecha o Barrena - Pivot Stabiliser - Bias Unit" se mantengan optimas en terminos de no crear un sobre calibre del hoyo. – Un Incremento en el largo de la barrena disminuira la ventaja mecanica de la herramienta y su rendimeinto direccional.
  39. 39. Especificaciones de Mecha o Barrena Para RSS 12 ¼” JJ.Achji.
  40. 40. Diametro Tipo Intervalo TFA Flujo Presion H.S.I (plg) (pies) (plg ^2) (GPM) (psi) (hp/plg^2) 12 1/4 PDC 4880 - 10000 1,841 550 - 600 2800 - 3200 0.4 - 0.5 12 1/4 PDC 10000 - 13902 1,841 500 - 550 2900 - 3400 0.3 - 0.4 8 1/2 PDC 13903 - 15538 0,863 450 - 500 2800 - 3300 1.3 - 1.7 Diseño de Hidráulica
  41. 41. Grafica comparativa método Convencional Vs. RSS Revolution
  42. 42. AUTO TRAK
  43. 43. AUTO TRAK Es un revolucionario sistema de tecnología de Perforación rotatoria que transmite una eficiencia superior en conjunto con una precisión en la geo navegación y una capacidad de alcance ultra extendida. El Auto Trak combina las ventajas de rotación continua con lo avanzado sistema de geo navegación.
  44. 44. AUTO TRACK Es una unidad automatizada que controla la inclinación, la dirección (azimuth) así como la rotación de la sarta de perforación. La dirección de navegación es definida por presión distribuida selectivamente a través de una combinación de controles electrónicos y presión hidráulica en tres cojinetes estabilizados que se encuentran sobre la manga. Alguna desviación proveniente del pozo programado en su trayectoria es automáticamente corregida a través de un control cerrado (closed-loop) sin la necesidad de interrumpir la rotación de la sarta de perforación.
  45. 45. El Ensamblaje de Fondo (BHA), está conformado por una barrena de diamantes policristalino (PDC) especialmente diseñada para realizar un corte más agresivo, una computadora que compara los datos de inclinación ,dirección y vibración de la herramienta (MWD) Mediciones Mientras se Perfora, para luego controlar la navegación y así mantener el ensamblaje en curso, esta computadora también se comunica con la superficie, recibiendo comandos y configurando su implantación, sensores de inclinación cerca de la barrena alinean el monitor a la barrena y continuamente envían mediciones al control cerrado (closed-loop). AUTO TRACK
  46. 46. AUTO TRACK La herramienta hoyo abajo continuamente transmite información procesada en sistema status y posición direccional, el computador en superficie recibe esta información y muestra la data en tiempo real en perforación dinámica, la trayectoria del pozo, curso de navegación y la localización del fondo del hoyo. La sarta permite la evaluación de la formación y geo navegación permitiendo recibir y mostrar en superficie los registros de resistividad, gamma ray y presión. Basada en la información que se reciba en superficie, el operador del Auto Track puede redirigir la herramienta en el fondo, cambiar el curso y transmitir diferentes sets de datos para mejor alcance de los objetivos del proyecto.
  47. 47. AUTO TRACK Esta herramienta supera problemas asociados con sistemas de motores navegables que producen hoyos en espiral, debido a la curvatura que poseen estos motores, hacen que se perfore en hoyos con sobre medidas, estas obstrucciones causan fricción el cual puede limitar el alcance del hoyo y hacen más dificil correr revestidores y completaciones. El Auto Track también permite que la rotación nunca sea interrumpida ya que permite ajustar la trayectoria constantemente a diferencia de los motores navegables en el cual se debe parar la rotación para orientar la sarta o girar el pozo.
  48. 48. AUTO TRACK Otros beneficios producidos por la herramienta: • Menos torque. • Menor arrastre. • Mejor limpieza. • Permitir el uso de barrenas PDC y mejorar la eficiencia de perforación. • Reducir la fricción de la sarta de perforación. • Mantener los cortes de las rocas (ripios) suspendidos. • Menor tiempo de perforación.
  49. 49. AVANCES EN EL AUTO TRACK Auto Track X- Extreme. Para incrementar la rotación de 250 a 400 rpm al sistema Auto Track se le ha incorporado un motor de fondo en el BHA el cual se llama Auto Track X- Extreme. Este sistema permite: • Incrementar la rata de penetración. • Alcance extendido más lejos. • Reduce el desgaste de la sarta de perforación y revestidores. JJ.Achji.

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