Herramientas y/o equipo de desviación

Para la perforación direccional es sumamente importante contar con las herramientas desviadoras adecuadas, así como con las barrenas, herramientas auxiliares y la instrumentación apropiadas. Las herramientas desviadoras son el medio para iniciar o corregir la deflexión de la trayectoria del pozo. La apertura de la llamada ventana (KOP), resulta una etapa crítica durante la perforación de un pozo direccional, ya que un inicio correcto de la desviación dará la pauta para lograr un desarrollo satisfactorio del curso. Conforme la perforación direccional evolucionó, las herramientas desviadoras han sufrido cambios considerables en su diseño, provocando que en la actualidad no se utilicen algunas de las herramientas usadas en los orígenes de esta técnica de perforación. Tal es el caso de los desviadores de pared, de las barrenas de chorro, entre otras, predominando en la actualidad el uso de motores de fondo dirigibles o geonavegables en la perforación de pozos direccionales.

Sistemas MWD

Desde hace algunas décadas, las compañías buscaron la manera de registrar las formaciones durante la perforación, aunque tecnológicamente era muy difícil fabricar herramientas que pudieran contrarrestar las difíciles condiciones de fondo y transmitir información confiable. Diferentes métodos de transmisión fueron utilizados: electromagnéticos, acústicos, de pulsos, de modulación de pulsos, o cable y tubería. De todos los métodos de transmisión, los de pulsos de presión y los de modulación de pulsos han evolucionado a sistemas comerciales actualmente utilizados por la comunidad de perforación direccional. Los dos sistemas MWD más comunes son el sistema de pulsos de presión y el de transmisión de pulsos modulados de presión. El sistema MWD utiliza pulsos para transmitir la información de la herramienta a la superficie en forma digital (binaria). Estos pulsos son convertidos en energía eléctrica por medio de un transductor en superficie, los cuales son decodificados por una computadora. Existen diversas compañías que proporcionan este servicio a la industria petrolera en todo el mundo, siendo los sistemas más utilizados en la actualidad para el control direccional de los pozos.

Herramientas de orientación direccional

Este tipo de herramientas fueron utilizadas ampliamente en Petróleos Mexicanos en años pasados. Constan de una probeta con equipo electrónico. Ésta se adapta a una varilla con "pata de mula", la cual se asienta en la base correspondiente del orientador. 

La probeta está conectada a un cable conductor, por medio del cual se envía la información de las condiciones direccionales del pozo a la superficie; este cable pasa por un estopero que está conectado a la manguera del stand pipe, por medio de la cual se bombea el fluido de perforación para operar el motor del instrumento. El cable transmite la información a una computadora, la cual procesa los datos y presenta la inclinación y el rumbo del pozo, así como la posición de la cara de la herramienta desviadora. Cabe mencionar que la probeta queda localizada aproximadamente a la mitad del lastrabarrena antimagnético.

Instrumentos giroscópicos

Como ya se mencionó, estos instrumentos no requieren del uso de un lastrabarrenas antimagnético, ya que un giroscopio toma el lugar de la brújula magnética.
Ya sea desde superficie o mediante un sistema de encendido automático, el giroscopio se pone en funcionamiento a unas 40,000 o 60,000 rpm. Esta operación genera un campo magnético que elimina el efecto del campo magnético terrestre, permitiendo registrar el norte verdadero.
Para la interpretación del registro se utiliza un lector que amplifica la fotografía. La pantalla del visor se coloca de tal manera, que la línea Norte-Sur pueda ponerse sobre la manecilla indicadora del Norte en la fotografía. De esta forma, es posible leer directamente el rumbo verdadero en la circunferencia del lector e inspeccionar en forma precisa el grado de inclinación del agujero.

Aspectos de operación

Dispositivos para medición de la dirección 

La trayectoria real de un pozo, se determina midiendo la inclinación y la dirección a varias profundidades. Posteriormente; se aplica esta información a uno de los métodos de cálculo presentados en la sección anterior. Esto se realiza principalmente para orientar de manera adecuada el equipo desviador, ya sea una cuchara, la tobera de una barrena de chorro, un estabilizador con excentricidad, un codo desviador o un bent housing. Anteriormente, la inclinación y dirección se determinaban con herramientas magnéticas y giroscópicas (single o multishot). Todas estas herramientas son autónomas y pueden ser alimentadas por baterías o desde la superficie. 

Las herramientas magnéticas se corrían con línea de acero, o en los lastrabarrenas cuando se están realizando viajes con la tubería. Algunas herramientas giroscópicas son corridas con cable conductor, lo cual permite que las mediciones puedan ser leídas en superficie, además de que la energía es transmitida hacia la herramienta por el mismo cable. 

Las herramientas giroscópicas son corridas con baterías. Debido al desarrollo de la tecnología de telemetría, actualmente existen otras maneras de medir la dirección, la inclinación y la cara de la herramienta, tales como arreglos de magnetómetros y acelerómetros. La energía se proporciona con baterías, cable conductor o por un generador accionado por el fluido de perforación. Si la herramienta de medición es colocada en el aparejo de fondo, cerca de la barrena, y las mediciones son tomadas durante la perforación, a ésta se le llama: herramienta de medición durante la perforación o MWD (measurement while drilling). Estos instrumentos constituyen un elemento vital para el buen desarrollo de la perforación direccional; puede decirse que conforman los ojos con los cuales, el personal encargado de las operaciones puede “ver” la trayectoria que sigue el pozo.

Los instrumentos más utilizados en la actualidad para obtener la inclinación y el rumbo de un pozo son:

· Instrumentos giroscópicos

· Herramienta de orientación direccional

· Sistemas MWD.

Con excepción de los instrumentos dotados con giroscopios, los demás necesitan de un lastrabarrena monel o antimagnético para obtener resultados confiables. Esto se debe a que pueden verse afectados por materiales metálicos cercanos (tuberías de revestimiento de pozos cercanos) o por el campo magnético terrestre.

El intervalo de registro se ha estandarizado, considerándose que es recomendable registrar a cada 30 metros de agujero desviado.

CÁLCULOS DE LA TRAYECTORIA DEL POZO - X

En cuanto a cuál de los métodos proporciona mejores resultados, la tabla 12.4 compara seis de los diferentes métodos, utilizando información tomada de un pozo de prueba. Obsérvese que el método tangencial muestra un error considerable para M, L y D. Ésta es la razón por la cual ya no se utiliza este método. Las diferencias entre los método de ángulo promedio, de mínima curvatura y tangencial balanceado son tan pequeñas que cualquiera de los métodos puede ser utilizado para calcular la trayectoria.

CÁLCULOS DE LA TRAYECTORIA DEL POZO - IX

Si b es menor a 0.25 radianes, es razonable fijar F= 1.0. Una vez que F es conocida, las coordenadas Norte/Sur y Este/Oeste faltantes, así como la PVV pueden ser calculadas utilizando las siguientes ecuaciones
:
Otros métodos de cálculo que han sido comúnmente utilizados son el método tangencial balanceado, el método del radio de curvatura, el método del mercurio, el método de aceleración, el método trapezoidal y el método de promedio vectorial. Es interesante observar que los métodos tangencial balanceado, trapezoidal, de promedio vectorial y aceleración, aún cuando se obtienen de diferentes maneras, generan las mismas formulas matemáticas para las coordenadas Norte/Sur y Este/Oeste y para la PVV.