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Medición de Dirección e Inclinación Trayectoria Actual Plan Propuesto 10/30/2010 Introducción Con la finalidad de determinar la posición exacta y la trayectoria de los pozos direccionales, es necesario realizar la medición a intervalos propuestos de su trayectoria. Esto es actualmente un requisito i...

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Medición de Dirección e Inclinación Trayectoria Actual

10/30/2010

Plan Propuesto

Introducción Con la finalidad de determinar la posición exacta y la trayectoria de los pozos direccionales, es necesario realizar la medición a intervalos propuestos de su trayectoria. Esto es actualmente un requisito indispensable en la base de datos de las operadoras petroleras. Es necesario tener un registro auténtico y confiable del lugar exacto de la localización y trayectoria de sus pozos. En muchos países es un requisito legal proporcionar al gobierno la localización final de cada pozo. 10/30/2010

Introducción Durante la fase de planificación, el resultado del plan viene expresado en un lista de mediciones programadas a intervalos determinados (30 metros). A medida que se perfora el pozo, este plan es revisado y comparado con las mediciones reales. Esta comparación es un control de calidad del plan versus la medición real y es responsabilidad del Perforador Direccional cumplir este plan o notificar a tiempo en caso de que no sea posible seguir la trayectoria originalmente planificada. 10/30/2010

Introducción Las mediciones reales, son el resultado de emplear una herramienta de medición que permite obtener datos de profundidad, dirección e inclinación en los intervalos previamente determinados. De esta manera se sigue la trayectoria planificada con el propósito de que el pozo intercepte todos y cada uno de los objetivos propuestos con la inclinación y la dirección correcta. 10/30/2010

Plan Propuesto vs. Trayectoria Actual Trayectoria Actual

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Plan Propuesto

Estaciones de Medición Vista Vertical Plan Propuesto

1era Medición

Vista Horizontal

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Estaciones de Medición Vista Vertical Plan Propuesto

Est. Medición

Vista Horizontal

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Estaciones de Medición Vista Vertical Plan Propuesto

Est. Medición

Vista Horizontal

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Errores en la Medición del Pozo Medición Errónea

Plan Propuesto

Área Objetivo

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Posible Trayectoria

Posicionamiento de un Pozo Estación de Medición:  Profundidad – Sensor en Superficie  Dirección (Azimuth) – Herramienta Fondo  Inclinación – Herramienta Fondo 10/30/2010

Medición de un Pozo Direccional Realizar mediciones a intervalos determinados de un Pozo Direccional es igual a darle una ubicación en el espacio. Los intervalos se definen como pequeños puntos. Cada punto tiene la siguiente información:

1. Profundidad Medida 2. Inclinación con respecto a la Vertical. 3. Dirección con respecto al Norte. 10/30/2010

Medición de un Pozo Direccional  Para darle ubicación a un pozo es necesario el uso de una herramienta de medición (MWD o Giroscópico).  Existen varios tipos de herramientas de medición que emplean diferentes métodos para hacer sus mediciones.  La mayoría de estos métodos se apoyan en dos definiciones fundamentales que debemos estudiar con el objetivo de entender mejor el principio de funcionamiento de las herramientas: El Campo Magnético de la Tierra y el Campo Gravitacional de la Tierra. 10/30/2010

Medición de un Pozo Direccional  El Campo Magnético de la Tierra sirve como referencia para realizar las mediciones de Dirección del Pozo con respecto al Norte.  El Campo Gravitacional de la Tierra sirve como referencia para realizar las mediciones de Inclinación del pozo con respecto a la vertical.

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Campo Magnético de la Tierra  La tierra actúa como un imán gigante, generando unas líneas de flujo magnético a su alrededor.  Estas líneas de flujo representan la Intensidad del Campo Magnético.  A lo largo de la cada línea de flujo magnético la intensidad del campo es considerada la misma.  La intensidad total del campo magnético en un punto de la tierra es calculada dependiendo de la cantidad de líneas de flujo que pasan por esa determinada área. 10/30/2010

Campo Magnético de la Tierra

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Campo Magnético de la Tierra

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Campo Magnético de la Tierra  Las líneas de flujo que pasan por los polos es mayor a las que podemos conseguir en el Ecuador. Como resultado la Intensidad del Campo Magnético es mayor en los Polos que en el Ecuador.  La dirección de las líneas de flujo va del Polo Norte al Polo Sur.  Existen dos teorías que explican el origen del Campo Magnético de la Tierra. 10/30/2010

Campo Magnético de la Tierra Teoría 1:  La rotación de la capa exterior de la tierra (Manto) con respecto a un centro de masa líquida compuesta por hierro, induce una rotación lenta de la masa interior.

 Un campo magnético es generado a consecuencia de la corriente producida por el movimiento de la masa interior y la capa exterior. Existen pruebas científicas de la presencia de líquido en el centro de la tierra. 10/30/2010

Campo Magnético de la Tierra. TEORÍA 1: Líneas de Corriente

Masa Líquida 10/30/2010

Capa Exterior (Manto)

Campo Magnético de la Tierra Teoría 2:  Al igual que la Teoría 1, la masa central de la tierra está altamente compuesta de hierro, el cual tiene las propiedades mecánicas de un fluído. Estos fluídos están sujetos a circulaciones de corriente interna análogo al perímetro del sol.  Tomando como referencia un “dinámo” la fuente interna de los fluídos de la masa central de la tierra funciona como el campo magnético de la misma. 10/30/2010

Campo Magnético de la Tierra TEORÍA 2:  Campo magnético generado por la rotación del núcleo de la Tierra.

Dinamo 10/30/2010

 Campo magnético transitorio generado por la rotación de la tierra con respecto al sol.

Intensidad del Campo Magnético

Variación del campo Magnético Intensidad del Campo Magnético 10/30/2010

Campo Transitorio 



La intensidad del Campo Magnético de la tierra se extiende aproximadamente unas ocho veces el radio del planeta.

El sol también posee un Campo Magnético.  Como resultado de la amplitud del Campo Magnético de la Tierra es inevitable su interacción con el Campo Magnético del 

sol. Como resultado de esta interacción se introduce un nuevo concepto denominado Campo Transitorio.

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Campo Transitorio Es el área comprendida por el radio de acción del Campo Magnético de la Tierra incluyendo su interacción con el Sol.

Como resultado del Campo Transitorio, el Campo Mágnetico de la tierra sufre variaciones por factores externos y la intensidad del mismo varía en las diferentes regiones de la tierra.

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Campo Magnético de la Tierra Campo Magnético de la Tierra

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Interacción del Campo Magnético de la Tierra y el CM del Sol

Efectos del Campo Magnético Solar sobre la Tierra 1. Variaciones seculares por año (15 gammas). 2. Variación solar diurna. Un efecto menor (30 a 40 gammas por día). 3. El efecto ciclico de los 11 años. 4. Tormentas magnéticas (Puede producir cientos de gammas por día). Esta considerado como un efecto bastante apreciable. 5. Esta último efecto afecta mas a las zonas polares como Alaska o el Mar del Norte y no es tan relevante en áres de menor latitud como el Golfo de Mexico. 10/30/2010

Medición del Campo Magnético de la Tierra  La intensidad total del Campo Magnético es la suma vectorial de la componente horizontal y vertical del Campo Magnético. La suma vectorial de estas componentes se denomina Vector H y representa la intensidad del campo.

 La componente vertical apunta hacia el centro de la tierra dando una contribución nula a la determinación del norte. 10/30/2010

Componentes del Campo Magnético Componente Vertical

Componente Horizontal

H: Intensidad Campo Magnético

No interesa medir la componente vertical pues sólo afecta la magnitud y no la dirección del campo magnético total.

Componentes del Campo Magnético Componente Horizontal del CM

Componente Horizontal

A

Componente Horizontal A = Angulo de Buzamiento

Componente Horizontal = Intensidad del Campo Magnético (HFH) x cos (Angulo de Buzamimento) 10/30/2010

Componente Horizontal del Campo Magnético

Componente Horizontal

Esta es la componente del Campo Magnético es la que interesa e indica la dirección hacia el Norte Magnético.

Ángulo de Buzamiento o Echado Magnético Líneas de Flujo del CM

Línea de Flujo Ángulo de Buzamiento

Superficie de la Tierra.

El ángulo de buzamiento (DIP) es el ángulo comprendido entre la línea de flujo del campo magnético y una línea tangente a la superficie de la Tierra.

Ángulo de Buzamiento (DIP) VECTOR DE CAMPO MAGNETICO

TANGENTE AL POLO NORTE

DIP= 90°

DIP= 0° ECUADOR

TANGENTE AL ECUADOR Angulo formado con Vector magnético Igual 0º

Buzamiento en el Ecuador 10/30/2010

VECTOR DE CAMPO MAGNETICO

ECUADOR Angulo formado con Vector magnético Igual 90º

Buzamiento en el Polo Norte

Norte Magnético Debido a la existencia del Campo Magnético de la Tierra, existe un concepto denominado Norte Magnético. Este concepto existe debido a que el eje del Campo Magnético de la Tierra no corresponde con el eje Rotacional de la tierra. Como resultado el Norte Geográfico (Norte Verdadero) difiere del Norte Magnético. Si las herramientas de Medición de los pozos utilizan el Campo Magnético como referencia para la medición de la Dirección, el resultado es que la medición se realiza con respecto al Norte Magnético.

Norte Magnético y Norte Verdadero

Norte Magnético El Norte Magnético está ubicado donde la líneas de flujo de la Intensidad del Campo convergen sobre la tierra a 90 grados.

Norte Magnético  Para localizar correctamente un pozo en un Sistema de Coordenadas es necesario que la medición de la dirección sea corregida.  Para saber la diferencia entre el Norte Magnético y el Norte Verdadero es necesario conocer el ángulo entre ellos. Este ángulo se denomina Declinación Magnética.

 La Declinación Magnética se ve afectada por cambios en el campo magnético de la tierra.

Declinación Magnética TN MN DM

MN hacia Oeste Mag Dec -ve

TN

MN

DM

Norte Verdadero (Norte Geográfico)

Norte Magnético

X

X

MN hacia E Mag Dec +ve

Es el ángulo que existe entre el Norte Verdadero y el Norte Magnético medido desde el Norte Verdadero. 10/30/2010

Referenciando una Estación de Medición. Las

de medición (MWD) calculan la dirección del pozo referenciado al Norte Magnético. Existen tres maneras de referenciar una Estación de Medición:

 Norte Magnético.

 Norte Verdadero (Geográfico).  Norte de Rejilla. 10/30/2010

NM

herramientas

NG

NV

Dirección

Norte de Rejilla  De una manera sencilla se puede decir que el Norte de Rejilla es a un sistema de coordenadas lo que el Norte Verdadero es para el Globo Terreste.

 Es el Norte utilizado en la proyección de la tierra sobre un superficie plana y por lo tanto este Norte considera todas las distorsiones que surgen como consecuencia de la necesidad de localizar la esfera terrestre en una superficie plana.  El Norte de Rejilla es la Dirección del eje “Y” en un Sistema de Coordenadas y es considerado como 0 grados Norte (Totalmente Vertical y no convergen entre si).

Norte de Rejilla

Paralelos de Latitud Meridianos de Longitud

Meridiano Central

Como referenciar hacia el Norte de Rejilla? Norte de Rejilla

Norte Verdadero

Para referenciar una estación de medición hacia el Norte de Rejilla debemos usar el ángulo entre el NR y NV. Este ángulo de denomina Convergencia de Rejilla. 10/30/2010

Ventajas del Norte de Rejilla Norte de Rejilla permite:  Las distancias y los ángulos se pueden medir directamente sobre los mapas.  Los informes Gubernamentales requieren el uso del “Norte de Rejilla”.  Bajo ningúna circunstancia los empleados de SLB/D&M prepararán ni usarán un plan de pozo basado en el Sistema Local de Coordenadas que no use el Norte de la Rejilla.  Los requerimientos de un cliente de hacer esto deberán canalizarse a la Alta Gerencia Técnica y se evaluarán específicamente caso por caso. 10/30/2010

Dos formas de Referenciar la Dirección? Norte Verdadero(NV) = NM + (+/-) Declinación Magnética

Norte de Rejilla (NR): NV – (+/-) Convergencia Declinación Magnética Este/ Convergencia de Rejilla Este : (+) Sentido de las agujas del reloj Declinación Magnética Oeste/ Convergencia de Rejilla Oeste (-) Sentido contrario a las agujas del reloj 10/30/2010

Sugerencias para referenciar correctamente la Dirección.  Verificar siempre los requerimientos del cliente (NM ó NV).  Verificar dos veces si las correcciones son –ve o +ve.  Dibujar un diagrama para entender mejor.

   

NV

NM NR + 6°

DIR 10°

-4°

La Declinación Magnética usa las mismas reglas en todo el mundo. Existe una base de datos uniforme (BGGM). La convergencia de la rejilla es una corrección local. El cliente debe saber qué correcciones se han usado en pozos viejos.

 Asegúrarse que todas las suposiciones estén anotadas en la impresión del listado de registros y en el mapa de pared. Verificar la validez de las correcciones.

Campo Gravitacional de la Tierra Muchas herramientas que toman Estaciones de Medición de pozos utilizan el Campo Gravitacional de la Tierra como referencia para medir la Inclinación. Por esta razón y para un mejor entendimiento de cómo se mide la Inclinación de un Pozo Direccional estudiaremos el Campo Gravitacional de la Tierra y sus características.

Campo Gravitacional de la Tierra Ley de Newton o Ley de la Gravedad. “ Cada partícula de materia en el universo atrae a otra con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas ”. El campo Gravitacional es una función de:  La latitud (Factor Principal).  Profundidad/Altitud referenciado al Nivel del Mar.  Fluctuaciones regionales de la densidad de la tierra.

Campo Gravitacional: Medición de Inclinación Masa G=Constante Universal Gravitacional R=Distancia entre el Centro de dos cuerpos.

Masa de la Tierra= Me g=Aceleración de Gravedad = 9.8 m/s/s

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Campo Gravitacional de la Tierra  Los cambios en el valor medido de “g” se atribuyen a la rotación de la tierra.

 El valor de “g” cambia de 0.997 a 0 grados de latitud (Ecuador) a aproximadamente 1.003 a 0.006 a 90 grados de latitud.  Otra manera de observar cambios de el valor de G es a medida que se incrementa la profundidad del pozo. La tasa de cambio es aproximadamente 0.0005 por cada 10000 pies. Para ver una cambio de 0.0001 tendríamos que perforar un pozo de 20000 pies, lo cual no es usual. Por esta razón el valor de G es prácticamente fijo.

Campo Gravitacional e Inclinación El Campo Gravitacional de la tierra se utiliza como referencia para medir la Inclinación a lo largo de la trayectoria del pozo. Básicamente, el proceso que se realiza para tomar la medición consiste en que la herramienta mide el ángulo de desviación que posee con respecto al vector de gravedad “g”. Tomando en consideración que el Vector “g” siempre apunta hacia el centro de la Tierra.

Herramienta de Medición de D & I Tipos de Herramientas: Single shot:

Multi shot:

MWD:

 Magnético  Gyro

Magnético Gyro

Magnético

Herramienta de Medición de D & I  Las herramientas Single Shot (Toma Simple) y Multi Shot (Toma Múltiple) realizan mediciones de Dirección e Inclinación.  Las herramientas de Toma Simple poseen el mismo principio que las de Toma Múltiple.

 La diferencia radica en que las TS, realizan la medición de una sola estación, normalmente al final del pozo.

Herramienta de Medición de D & I  Las de Toma Múltiple realizan mediciones en diferentes estaciones, es decir, a varios intervalos de profundidad.  Las herramientas MWD (Midiendo Mientras Perforas) son las mas utilizadas, especialmente en pozos con cierto grado de complejidad.

 Las herramientas MWD permiten monitorear no solo la dirección e Inclinación del pozo sino otros parámetros que hacen el proceso de perforación más seguro.

Multi Shot (Toma Multiple) Magnético Difiere del Single Shot Magnético en lo siguiente:  El temporizador es programado para tomar una serie de lecturas a intervalos de tiempo en lugar de una sola lectura.

 La cámara también es programada para realizar una serie de tomas.

 Se utilizan más baterías pues el tiempo de exposición es mayor.

Giroscopio  Un giroscopio es una masa giratoria balanceada que puede rotar sobre uno o más ejes, de modo semejante al giro de un trompo sobre un eje: trata de mantener su posición vertical si tiene suficiente velocidad de giro. La Tierra también es un giroscopio gigante.

 Las herramientas giroscópicas usan sensores giroscópicos y los mismos acelerómetros que toman el campo gravitacional de la tierra como referencia.  Dependen de la velocidad de la tierra para su referencia.

Giroscopio  Los giroscopios “libres” no están referenciados al norte. Los giróscopos de rotación, llamados “NSGs” (north seeking gyro) sí.

 Los Giróscopos de rotación tienen bobinas de torsión y miden la dirección del Norte Verdadero.

 Los giroscopios continuos dependen de una buena inicialización de los Giroscopios Buscadores del Norte, “NSG.  La medida de profundidad se obtiene con el registro de cable o por la lista de medidas del perforador.

Giroscopios Básicos

Giróscopo de dos grados de Giróscopo de dos grados de libertad girando alrededor del libertad girando alrededor del eje interno eje externo

Ventajas del uso de Girocopios  Aumentar la Exactitud.

 (Disminuye las Incertidumbre).

elipses

 NO están afectados interferencia Magnética.

de

por

 Utilizar para tomar mediciones secundarias (Mayor Exactitud o Corroborar mediciones existentes). 10/30/2010

MWD (Midiendo Mientras Perforas)  La Herramienta MWD es en la actualidad ampliamente utilizada.

 Permite realizar mediciones durante la perforación, lo que hace el proceso mas confiable y seguro.

 El MWD es alimentado con baterías de litio. Adicionamente, existen MWD que utilizan turbinas o pulsadores impulsados por el lodo de perforación que generan la potencia requerida por la herramienta para su operación.

MWD (Midiendo Mientras Perforas)  A través del lodo de perforación que retorna a superficie también retorna la señal del MWD, la cual es captada por sensores que se encargan de transmitir la información codificada, proveniente de la herramienta a unas computadoras receptoras.  Adicionalmente sirve de puente para proporcionar una variedad infinita de información de otras herramientas de medición utilizando Telemetría.

MWD (Midiendo Mientras Perforas)  Para medir la Dirección de un pozo la herramienta MWD emplea unos instrumentos llamados Magnetómetros que miden la intensidad del Campo ...