Evolución de la tecnología de perforación direccional (Parte II)

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Los motores direccionales, que utilizan una turbina de fondo o PDM como fuente de potencia y un BHA con una curvatura fija de aproximadamente 1⁄2°, fueron desarrollados a comienzos de la década del 60 para permitir el control simultáneo del azimut y la inclinación del hoyo. Hoy en día, un motor direccional típico consta de una sección para generación de potencia, a través de la cual se bombea el fluido de perforación que hace girar la mecha de perforación, una sección curva de 0 a 3°, un eje propulsor y la mecha (ver figura 2).

Fig2. BHA direccional. El PowerPak es un dispositivo direccional simple pero resistente, compuesto por una sección generadora de potencia, un dispositivo de ajuste angular en superficie, un estabilizador y la mecha de perforación.

La perforación direccional con un motor direccional se logra en dos modos: rotación y deslizamiento. En el modo de rotación, la totalidad de la sarta de perforación rota, como ocurre en la perforación rotativa convencional y tiende a perforar hacia adelante. Para iniciar un cambio en la dirección del hoyo, la rotación de la columna de perforación es detenida en una posición tal, que la sección curva del motor se encuentre ubicada en la dirección de la nueva trayectoria deseada. Este modo, denominado modo de deslizamiento, se refiere al hecho de que la porción de la sarta de perforación que no realiza un movimiento rotativo, se desliza por detrás del conjunto direccional. Si bien esta tecnología ha funcionado en forma extraordinaria, se requiere una extrema precisión para orientar correctamente la sección curva del motor debido a la elasticidad torsional de la columna de perforación, que se comporta casi como un resorte en espiral y se retuerce hasta tal punto que resulta difícil orientarlo. Las variaciones litológicas y otros parámetros también influyen en la posibilidad de lograr la trayectoria de perforación planeada.

Quizás el mayor problema que se presenta en la perforación por deslizamiento convencional sea la tendencia de la columna no rotativa a sufrir aprisionamientos. Durante los períodos de perforación por deslizamiento, la tubería de perforación se apoya sobre el lado inferior del hoyo, lo cual produce velocidades de fluido alrededor de las tuberías desparejas. Por otra parte, la falta de rotación de la tubería disminuye la capacidad del fluido de perforación de remover los recortes, de manera que se puede formar un colchón de recortes sobre el lado inferior del hoyo. La limpieza del hoyo se ve afectada, entre otros factores, por la velocidad de rotación, la tortuosidad del hueco y el diseño de los conjuntos de fondo. La perforación en el modo de deslizamiento disminuye la potencia disponible para hacer mover la mecha, lo cual, sumado a la fricción de deslizamiento, reduce la tasa de penetración (ROP, por sus siglas en Inglés). Finalmente, en proyectos de perforación de gran alcance, las fuerzas de fricción durante el deslizamiento se acumulan hasta tal punto que el peso axial resulta insuficiente para hacer frente al arrastre de la tubería de perforación contra el hoyo, haciendo imposible continuar la perforación. Por último, la perforación por deslizamiento presenta diversas ineficiencias poco deseables. Si se cambia del modo de deslizamiento al modo de rotación durante la perforación con herramientas direccionales, es probable que se obtenga una trayectoria más tortuosa en dirección al objetivo. (ver figura 3)

Fig 3. Optimización de la trayectoria. La perforación direccional en los modos de deslizamiento y de rotación por lo general da como resultado una trayectoria más irregular y más larga que la planificada (trayectoria roja). Las patas de perro pueden afectar la posibilidad de colocar el revestidor hasta la profundidad total. El uso de un sistema rotativo direccional elimina el modo de deslizamiento y produce un hoyo más suave (trayectoria negra).

Las numerosas ondulaciones en el hoyo aumentan la tortuosidad del mismo, lo que a su vez incrementa la fricción aparente durante la perforación y la bajada del revestidor. Durante la producción, se puede producir una acumulación de gas en los puntos altos y agua en los puntos bajos, lo cual dificulta la producción (como lo indica la figura 4). A pesar de estos problemas, la perforación direccional con motor direccional sigue resultando efectiva en términos económicos y, por el momento, es el método de perforación direccional más utilizado.

Fig4. Optimización del flujo durante la producción. Los puntos altos y bajos en el hoyo ondulante (arriba) tienden a acumular gas (rojo) y agua (azul), dificultando el flujo de petróleo. Un perfil más suave (abajo) facilita el flujo de hidrocarburo hacia la superficie.

Referencia: http://www.slb.com/media/services/resources/oilfieldreview/spanish00/sum00/p20_31.pdf