La perforación direccional (o perforación inclinada ) es la práctica de perforar pozos no verticales . Se puede dividir en cuatro grupos principales: perforación direccional en yacimientos petrolíferos , perforación direccional en instalaciones de servicios públicos, perforación direccional (perforación direccional horizontal - HDD) y perforación superficial en veta (SIS), que intersecta horizontalmente un objetivo de perforación vertical para extraer metano de lechos de carbón .
Muchos requisitos previos permitieron que este conjunto de tecnologías se volviera productivo. Probablemente, el primer requisito fue la comprensión de que los pozos de petróleo , o pozos de agua , no necesariamente necesitan ser verticales. Esta comprensión fue bastante lenta y realmente no captó la atención de la industria petrolera hasta fines de la década de 1920, cuando hubo varias demandas que alegaban que los pozos perforados desde una plataforma en una propiedad habían cruzado el límite y estaban penetrando un yacimiento en una propiedad adyacente. [ cita requerida ] Inicialmente, se aceptaba la evidencia indirecta como los cambios de producción en otros pozos, pero estos casos impulsaron el desarrollo de herramientas de diámetro pequeño capaces de inspeccionar los pozos durante la perforación. Las plataformas de perforación direccional horizontal están evolucionando hacia la microminiaturización a gran escala, la automatización mecánica, el trabajo de estratos duros, la perforación monitoreada orientada a la longitud y la profundidad superiores. [1]
Medir la inclinación de un pozo (su desviación de la vertical) es comparativamente simple, requiriendo solamente un péndulo. Medir el acimut (dirección con respecto a la cuadrícula geográfica en la que el pozo corría desde la vertical), sin embargo, era más difícil. En ciertas circunstancias, se podían usar campos magnéticos, pero se verían influenciados por la metalistería utilizada dentro de los pozos, así como por la metalistería utilizada en el equipo de perforación. El siguiente avance fue la modificación de pequeñas brújulas giroscópicas por parte de Sperry Corporation , que estaba fabricando brújulas similares para navegación aeronáutica. Sperry hizo esto bajo contrato con Sun Oil (que estaba involucrada en una demanda como se describió anteriormente), y se formó una empresa derivada " Sperry Sun ", cuya marca continúa hasta el día de hoy, [ ¿cuándo? ] [ aclaración necesaria ] absorbida por Halliburton . En un punto determinado de un pozo se miden tres componentes para determinar su posición: la profundidad del punto a lo largo del recorrido del pozo (profundidad medida), la inclinación en el punto y el acimut magnético en el punto. Estos tres componentes combinados se denominan "estudio". Se necesita una serie de estudios consecutivos para seguir el progreso y la ubicación de un pozo.
La experiencia previa con la perforación rotatoria había establecido varios principios para la configuración del equipo de perforación en el fondo del pozo ("conjunto de fondo del pozo" o "BHA") que sería propenso a "perforar un pozo torcido" (es decir, aumentarían las desviaciones accidentales iniciales de la vertical). La experiencia contraria también había proporcionado a los primeros perforadores direccionales ("DD") principios de diseño de BHA y prácticas de perforación que ayudarían a acercar un pozo torcido a la vertical. [ cita requerida ]
En 1934, H. John Eastman y Roman W. Hines de Long Beach, California , se convirtieron en pioneros en la perforación direccional cuando ellos y George Failing de Enid, Oklahoma , salvaron el campo petrolífero de Conroe, Texas . Failing había patentado recientemente un camión de perforación portátil. Había comenzado su empresa en 1931 cuando acopló una plataforma de perforación a un camión y un conjunto de toma de fuerza. La innovación permitió la perforación rápida de una serie de pozos inclinados. Esta capacidad de perforar rápidamente múltiples pozos de alivio y aliviar la enorme presión de gas fue fundamental para extinguir el incendio de Conroe. [2] En un artículo de Popular Science Monthly de mayo de 1934 , se afirmó que "Solo un puñado de hombres en el mundo tienen el extraño poder de hacer que una broca, que gira una milla bajo tierra en el extremo de una tubería de perforación de acero, serpentee en una curva o alrededor de un ángulo de pata de perro, para alcanzar un objetivo deseado". Eastman Whipstock, Inc., se convertiría en la empresa direccional más grande del mundo en 1973. [ cita requerida ]
Combinadas, estas herramientas de estudio y los diseños de BHA hicieron posible la perforación direccional, pero se percibía como algo arcano. El siguiente gran avance se produjo en la década de 1970, cuando los motores de perforación de fondo de pozo (también conocidos como motores de lodo , impulsados por la potencia hidráulica del lodo de perforación que circulaba por la sarta de perforación) se hicieron comunes. Estos permitían que la broca continuara girando en la cara de corte en el fondo del pozo, mientras que la mayor parte de la tubería de perforación se mantenía estacionaria. Un trozo de tubería doblada (un "sub doblado") entre la tubería de perforación estacionaria y la parte superior del motor permitía cambiar la dirección del pozo sin necesidad de sacar toda la tubería de perforación y colocar otro látigo. Junto con el desarrollo de herramientas de medición durante la perforación (utilizando telemetría de pulso de lodo , telemetría de tuberías en red o cableada o telemetría de electromagnetismo (EM), que permite que las herramientas en el fondo del pozo envíen datos direccionales a la superficie sin perturbar las operaciones de perforación), la perforación direccional se hizo más fácil.
Ciertos perfiles no se pueden perforar fácilmente mientras la tubería de perforación está girando. Perforar direccionalmente con un motor de fondo de pozo requiere detener ocasionalmente la rotación de la tubería de perforación y "deslizar" la tubería a través del canal mientras el motor corta una trayectoria curva. El "deslizar" puede ser difícil en algunas formaciones, y casi siempre es más lento y, por lo tanto, más costoso que perforar mientras la tubería está girando, por lo que es deseable la capacidad de dirigir la broca mientras la tubería de perforación está girando. Varias empresas han desarrollado herramientas que permiten el control direccional mientras gira. Estas herramientas se conocen como sistemas rotativos direccionales (RSS). La tecnología RSS ha hecho posible el acceso y el control direccional en formaciones que antes eran inaccesibles o incontrolables.
Los pozos se perforan direccionalmente con diversos fines:
La mayoría de los perforadores direccionales reciben una ruta de pozo azul para seguir que está predeterminada por ingenieros y geólogos antes de que comience la perforación. Cuando el perforador direccional comienza el proceso de perforación, se toman estudios periódicos con un instrumento de fondo de pozo para proporcionar datos de estudio (inclinación y acimut) del pozo. [3] Estas imágenes se toman típicamente a intervalos de entre 10 y 150 metros (30 a 500 pies), siendo 30 metros (90 pies) comunes durante cambios activos de ángulo o dirección, y distancias de 60 a 100 metros (200 a 300 pies) siendo típicas mientras se "perfora hacia adelante" (sin realizar cambios activos de ángulo y dirección). Durante cambios críticos de ángulo y dirección, especialmente mientras se usa un motor de fondo de pozo, se agregará una herramienta de medición durante la perforación (MWD) a la sarta de perforación para proporcionar mediciones actualizadas continuamente que se pueden usar para ajustes en tiempo (casi) real.
Estos datos indican si el pozo sigue la trayectoria planificada y si la orientación del conjunto de perforación está provocando que el pozo se desvíe según lo planeado. Las correcciones se realizan regularmente mediante técnicas tan simples como ajustar la velocidad de rotación o el peso de la sarta de perforación (peso en el fondo) y la rigidez, así como métodos más complicados y que requieren más tiempo, como la introducción de un motor en el fondo del pozo. Estas imágenes o estudios se trazan y se mantienen como un registro de ingeniería y legal que describe la trayectoria del pozo. Las imágenes de estudio tomadas durante la perforación generalmente se confirman mediante un estudio posterior en su totalidad del pozo, generalmente utilizando un dispositivo de "cámara de disparo múltiple".
La cámara de disparo múltiple avanza la película a intervalos de tiempo de modo que al dejar caer el instrumento de la cámara en una carcasa tubular sellada dentro de la sarta de perforación (hasta justo por encima de la broca) y luego retirar la sarta de perforación a intervalos de tiempo, el pozo puede ser inspeccionado completamente a intervalos de profundidad regulares (aproximadamente cada 30 metros (90 pies) siendo común, la longitud típica de 2 o 3 juntas de tubería de perforación, conocida como soporte, ya que la mayoría de las plataformas de perforación "retiran" la tubería retirada del pozo en tales incrementos, conocidos como "soportes").
La perforación de objetivos que se encuentran muy alejados de la superficie requiere una planificación y un diseño cuidadosos. Los poseedores del récord actual gestionan pozos a más de 10 km (6,2 mi) de la superficie a una profundidad vertical real (TVD) de solo 1.600–2.600 m (5.200–8.500 pies). [4]
Esta forma de perforación también puede reducir el costo ambiental y la destrucción del paisaje. Anteriormente, era necesario retirar grandes extensiones de paisaje de la superficie. Esto ya no es necesario con la perforación direccional.
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Hasta la llegada de los modernos motores de fondo de pozo y mejores herramientas para medir la inclinación y el azimut del pozo, la perforación direccional y la perforación horizontal eran mucho más lentas que la perforación vertical debido a la necesidad de detenerse regularmente y realizar estudios que consumían mucho tiempo, y debido a un progreso más lento en la perforación en sí (menor velocidad de penetración). Estas desventajas se han reducido con el tiempo a medida que los motores de fondo de pozo se volvieron más eficientes y se hizo posible la prospección semicontinua.
Lo que queda es una diferencia en los costos de operación: para pozos con una inclinación de menos de 40 grados, las herramientas para realizar trabajos de ajuste o reparación pueden bajarse por gravedad mediante un cable hasta el pozo. Para inclinaciones mayores, se deben movilizar equipos más costosos para empujar las herramientas hasta el pozo.
Otra desventaja de los pozos con una inclinación elevada era que la prevención de la entrada de arena en el pozo era menos fiable y requería un mayor esfuerzo. Nuevamente, esta desventaja ha disminuido de tal manera que, si el control de la entrada de arena se planifica adecuadamente, es posible llevarlo a cabo de manera fiable.
En 1990, Irak acusó a Kuwait de robar el petróleo iraquí mediante perforaciones oblicuas. [5] Las Naciones Unidas volvieron a trazar la frontera después de la Guerra del Golfo de 1991 , que puso fin a la ocupación iraquí de Kuwait durante siete meses . Como parte de la reconstrucción, se colocaron 11 nuevos pozos petrolíferos entre los 600 existentes. Algunas granjas y una antigua base naval que solían estar en el lado iraquí pasaron a formar parte de Kuwait. [6]
A mediados del siglo XX, se produjo un escándalo de perforación inclinada en el enorme campo petrolífero del este de Texas . [7]
Entre 1985 y 1993, el Laboratorio de Ingeniería Civil Naval (NCEL) (ahora el Centro de Servicios de Ingeniería de Instalaciones Navales (NFESC)) de Port Hueneme, California, desarrolló tecnologías de perforación horizontal controlables. [8] Estas tecnologías son capaces de alcanzar 10.000–15.000 pies (3000–4500 m) y pueden alcanzar 25.000 pies (7500 m) cuando se utilizan en condiciones favorables. [9]
Las herramientas especializadas determinan la desviación del pozo con respecto a la vertical (inclinación) y su orientación direccional (acimut). Estos datos son vitales para los ajustes de trayectoria. Estos estudios se realizan a intervalos regulares (por ejemplo, cada 30 a 100 metros) para rastrear el progreso del pozo en tiempo real. En secciones críticas, las herramientas de medición durante la perforación (MWD) brindan mediciones continuas en el fondo del pozo para realizar correcciones direccionales inmediatas según sea necesario. MWD utiliza giroscopios, magnetómetros y acelerómetros para determinar la inclinación y el acimut del pozo mientras se realiza la perforación.
