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Referenciamiento geomagnético: La brújula en tiempo real para los perforadores direccionales

Para establecer con exactitud la localización y dirección de un pozo, los

perforadores direccionales se basan en mediciones obtenidas con acelerómetros,

magnetómetros y giroscopios. En el pasado, los métodos de orientación de pozos

de alta precisión requerían la interrupción de la perforación para obtener

mediciones direccionales. Los avances logrados en materia de referenciamiento

geomagnético ahora permiten que las compañías utilicen los datos adquiridos

en tiempo real durante la perforación para posicionar con exactitud los pozos

horizontales, reducir el espaciamiento entre pozos y perforar múltiples pozos

desde localizaciones limitadas en la superficie.

Por diversos motivos, las compañías operadoras necesitan saber dónde se encuentran sus pozos a medida que se perforan. Muchos de los pozos des-viados y horizontales de nuestros días no se limi-tan sencillamente a penetrar una zona yacimiento, sino que deben navegar lateralmente a través de dicha zona para incrementar lo más posible el contacto con el yacimiento. El posicionamiento preciso de las trayectorias de los pozos es necesa-rio para optimizar la recuperación de hidrocarbu-ros, determinar dónde se encuentra cada pozo con respecto al yacimiento y evitar colisiones con otros pozos.

Para lograr estos objetivos, los perforadores requieren una precisión direccional de una frac-ción de grado. Y para alcanzar este nivel de preci-sión, utilizan herramientas de adquisición de mediciones durante la perforación (MWD) que incluyen acelerómetros y magnetómetros para la detección del campo gravitacional y el campo magnético de la Tierra; además, utilizan procedi-mientos sofisticados para compensar las pertur-baciones de las mediciones. A medida que los perforadores lograron éxito con estas herramien-tas y su uso se tornó indispensable para el direc-cionamiento de sus pozos, se incrementó la necesidad de cuantificar con exactitud la incerti-dumbre posicional en la que se toma en cuenta cualquier error de medición. Para ciertas aplica-

ciones, la incertidumbre es tan importante como la posición propiamente dicha.

Este artículo analiza diversos aspectos de la prospección (levantamientos, relevamientos) de pozos y se centra principalmente en las técnicas modernas de prospección magnética con herra-mientas MWD. Para comprender la operación de las herramientas magnéticas y la incertidumbre asociada con las mismas, se examinan los aspec-tos importantes del campo magnético terrestre y su medición. Algunos ejemplos de EUA, Canadá, las áreas marinas de Brasil y las áreas marinas de Ghana ilustran la aplicación de nuevas técnicas que mejoran la exactitud de las mediciones y por ende reducen considerablemente los errores aso-ciados con las prospecciones ejecutadas con herramientas magnéticas.

Perspectiva históricaTradicionalmente, los pozos eran perforados en sentido vertical con un amplio espaciamiento entre sí. El espaciamiento entre los pozos se redujo conforme los campos maduraron, las normativas se tornaron más estrictas y los nuevos objetivos eran yacimientos de áreas remotas. Con el tiempo, la perforación de múltiples pozos horizontales desde una sola localización se convirtió en prác-tica corriente. Hoy en día, es posible lograr que muchos pozos penetren en un yacimiento, dispues-

Andrew BuchananEni US Operating Company Inc.Anchorage, Alaska, EUA

Carol A. FinnJeffrey J. LoveE. William Worthington Servicio Geológico de EUADenver, Colorado, EUA

Fraser LawsonTullow Ghana Ltd.Accra, Ghana

Stefan MausMagnetic Variation Services LLCBoulder, Colorado

Shola OkewunmiChevron CorporationHouston, Texas, EUA

Benny PoedjonoSugar Land, Texas

Traducción del artículo publicado en Oilfield Review Otoño de 2013: 25, no. 3.Copyright © 2014 Schlumberger.Por su colaboración en la preparación de este artículo, se agradece a Essam Adly, Muscat, Omán; Goke Akinniranye, The Woode lands, Texas; James Ashbaugh y Robert Kuntz, Pennsylvania General Energy Company, LLC, Warren, Pensilvania, EUA; Nathan Beck, Anchorage; Luca Borri, Jason Brink y Joseph Longo, Eni US Operating Co. Inc., Anchorage; Daniel Cardozo, St. John’s, Terranova, Canadá; Pete Clark, Chevron Energy Technology Company, Houston; Steve Crozier, Tullow Ghana Ltd., Accra, Ghana; Mike Hollis, Chesapeake Energy, Oklahoma City, Oklahoma, EUA; Christopher Jamerson, Apache Corporation, Tulsa; Xiong Li, CGG GravMag Solutions, Houston; Ross Lowdon, Aberdeen; Diana Montenegro Cuellar, Bogotá, Colombia; Ismail Bolaji Olalere, Shell Nigeria, Port Harcourt, Nigeria; Irina Shevchenko, Michael Terpening y John Zabaldano, Houston; Tim White, Servicio Geológico de EUA, Denver; y al Departamento de Recursos Naturales del Gobierno de Terranova y Labrador, St. John’s, Terranova, Canadá.PowerDrive es una marca de Schlumberger.

1. La orientación de un pozo puede ser descripta en términos de inclinación y azimut. La inclinación se refiere al ángulo vertical medido desde la dirección descendente; las direcciones descendente, horizontal y ascendente poseen inclinaciones de 0°, 90° y 180° respectivamente. El azimut se refiere al ángulo horizontal medido en sentido horario desde el norte verdadero; las direcciones norte, este, sur y oeste poseen azimuts de 0°, 90°, 180° y 270° respectivamente. Para obtener más información sobre la orientación de los pozos, consulte: Jamieson AL: Introduction to Wellbore Positioning. Inverness, Escocia: Universidad de las Highlands y las Islas, 2012, http://www.uhi.ac.uk/en/research-enterprise/wellbore-positioning-download (Se accedió el 18 de junio de 2013).

2. Griswold EH: “Acid Bottle Method of Subsurface Well Survey and Its Application,” Transcripciones de AIME 82, no. 1 (Diciembre de 1929): 41–49.

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tos en abanico desde una sola plataforma marina o desde una localización en tierra firme.

La perforación desde localizaciones de múlti-ples pozos —el agrupamiento de los cabezales de los pozos en una localización de superficie— requiere menos movimientos de los equipos de perforación y terminación de pozos, produce menos perturbación en la superficie, y facilita y economiza las operaciones de terminación de pozos y producción de hidrocarburos. No obs-tante, la introducción de la técnica de perfora-

ción horizontal y la reducción del espaciamiento entre los pozos han intensificado la necesidad de posicionar los pozos con exactitud y contar con procesos para evitar colisiones entre la barrena y los pozos cercanos.

Antes de la introducción de los motores direc-cionales modernos de fondo de pozo y de las herramientas avanzadas para medir la inclinación y el azimut del pozo, la perforación direccional u horizontal era mucho más lenta que la perfora-ción vertical debido a la necesidad de detenerse

con regularidad y ejecutar relevamientos de fondo de pozo que requerían mucho tiempo. El perfora-dor direccional interrumpía la perforación para medir la inclinación y el azimut del pozo.1

El método de prospección más antiguo consis-tía en bajar en el pozo una botella de vidrio con ácido, manteniéndola fija un tiempo suficiente para lograr el ataque de un anillo horizontal con-tenido en la botella con el ácido. Una vez que se recuperaba el dispositivo, se interpretaba la posi-ción del anillo para determinar la inclinación.2

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Otra herramienta de prospección simple es el indicador mecánico de deriva de un solo dis-paro (arriba). También se han utilizado prospec-ciones magnéticas de un solo disparo (MSS) y de disparos múltiples (MMS) para registrar la incli-nación y el azimut magnético. En esos levanta-mientos, la herramienta obtenía fotografías de las rosas de los vientos (orientación de la brújula en la posición de relevamiento) en el fondo del pozo mientras la tubería se mantenía fija con las cuñas de retención. Las fotografías eran tomadas cada 27 m [90 pies], durante los cambios activos de ángulo o de dirección, y cada 60 a 90 m [200 a 300 pies] mientras se perforaba en línea recta. La introducción de los motores de lodo de fondo de pozo en la década de 1970, el desarrollo de sensores reforzados y la transmisión de datos MWD con el sistema de transmisión de pulsos a través del lodo permitieron la utilización de mediciones digi-tales actualizadas constantemente para implemen-

tar ajustes en la trayectoria en tiempo casi real. Ahora, la mayoría de los pozos se perfora utili-zando mediciones derivadas de prospecciones eje-cutadas con herramientas MWD modernas.

Los fundamentos de las prospecciones de pozosHoy, los perforadores direccionales se basan principalmente en mediciones MWD del campo gra-vitacional y el campo magnético, obtenidas con ace-lerómetros y magnetómetros triaxiales reforzados. Otras categorías de herramientas de prospección son las herramientas magnéticas de disparos múl-tiples, las herramientas de sólo inclinación y una familia de herramientas basadas en la utilización de giroscopios o giros.3 A diferencia de las herra-mientas MWD, muchas de estas herramientas especiales se corren como servicios con cable, por lo que requieren el cese de la perforación. No obstante, las herramientas giroscópicas están siendo incorporadas cada vez con más frecuencia en los instrumentos de direccionamiento y pros-pección de fondo de pozo para ser utilizadas durante la perforación.

Los acelerómetros triaxiales miden el campo gra-vitacional local a lo largo de tres ejes ortogonales. Estas mediciones proporcionan la inclinación del eje de la herramienta a lo largo del pozo y además la orientación de la herramienta (toolface) con respecto a su lado alto.4 De un modo similar, los

magnetómetros triaxiales miden la intensidad del campo magnético terrestre a lo largo de tres ejes ortogonales. Sobre la base de estas medicio-nes y de las mediciones del acelerómetro, la herramienta determina la orientación azimutal del eje de la herramienta con respecto al norte magnético. La conversión de las mediciones mag-néticas en la orientación geográfica constituye el meollo de la prospección de pozos con sistemas MWD. Las mediciones clave son el buzamiento magnético (también denominado inclinación magnética), el campo magnético total y la decli-nación magnética (abajo).5

Numerosas herramientas explotan los princi-pios de los sistemas giroscópicos. Estos sistemas no son afectados por los materiales ferromagnéti-cos, lo que les proporciona una ventaja con res-pecto a las herramientas magnéticas en ciertos escenarios de perforación. Algunas herramientas obtienen mediciones a intervalos discretos de profundidad medida (MD), a lo largo del trayecto del pozo, cuando la herramienta de prospección se encuentra fija; otras, operan en modo de medi-ción continuo. Los girocompases que apuntan hacia el norte (NSG) utilizan giroscopios y la rota-ción de la Tierra para hallar automáticamente el norte geográfico. Los giroscopios de velocidad angular proveen una salida proporcional a la velo-cidad de rotación del instrumento y pueden ser

> Orientación del campo magnético. En cualquier punto P, el vector del campo magnético (rojo) se describe normalmente en términos de su dirección, su magnitud total, F, en esa dirección, y H y Z, las componentes locales horizontal y vertical de F. Los ángulos D e I describen la orientación del vector del campo magnético. La declinación, D, es el ángulo en el plano horizontal formado entre H y el norte geográfico. La inclinación, I, es el ángulo formado entre el vector del campo magnético y el plano horizontal que contiene a H. De estas mediciones, se requieren los ángulos D y I para convertir la orientación de un pozo indicada por una brújula en su orientación geográfica. Las magnitudes absolutas de F, Z o H se utilizan para el control de calidad y la calibración.

Oilfield Review SUMMER 13WELLGUIDE Fig. 2ORSUMR 13-WLGD 2

Este

Oeste

Descendente

Vector del campo m

agnético

Norte magnético

Norte geográfico

Z

P

X

HY

F

D

I

> Indicador mecánico de deriva. Este dispositivo de fondo de pozo mide la deriva o desviación respecto de la vertical utilizando un péndulo o el principio de la “plomada.” El péndulo puntiagudo se baja sobre un disco en el cual perfora dos orificios que indican una medición inicial y luego una medición de verificación. En este ejemplo, la inclinación es de 3,5°. La técnica no proporciona indicación alguna del azimut; sin embargo, puede resultar confiable para intervalos de pozos superficiales y pozos verticales someros en los que la severidad de la pata de perro y la inclinación no son significativas. [Adaptado de Gatlin C: Petroleum Engineering Drilling and Well Completions. Englewood Cliffs, Nueva Jersey, EUA: Prentice-Hall, Inc. (1960): 143.]


6°

4°

2°

Plomada

Disco

Reloj

Las marcas de las perforacionesmuestran una inclinación de 3,5°

Disco del indicador de deriva

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utilizados para determinar la orientación a medida que la herramienta de prospección atra-viesa el trayecto del pozo. Los especialistas en prospecciones gravimétricas y magnetométricas (en adelante especialistas) también las utilizan en modo de girocompás, en el que la herramienta fija responde a la componente horizontal de la veloci-dad de rotación de la Tierra. El uso de giroscopios de velocidad angular redujo los errores asociados con los giroscopios convencionales, tales como los errores de referencia geográfica y las desviaciones inexplicables de las mediciones. Lamentablemente, dado que se obtienen mientras la herramienta se encuentra fija, las prospecciones giroscópicas con-llevan riesgos operacionales y el costo del tiempo de equipo de perforación asociado con el acondi-cionamiento del pozo cuando se interrumpe la perforación.6

En algunos intervalos, la interferencia mag-nética significativa de los pozos vecinos impide la ejecución de prospecciones magnéticas precisas. Para abordar esta limitación, los científicos desa-rrollaron métodos giroscópicos de prospección durante la perforación. Los ingenieros de diseño de herramientas están extendiendo los límites operacionales de algunos sistemas giroscópicos de prospección comerciales durante la perfora-ción a todo el rango de inclinaciones de pozos.

En ciertas situaciones, los especialistas com-binan la prospección giroscópica con la prospec-ción magnética. Una de las técnicas combinadas —los estudios de referenciamiento en el pozo— utiliza mediciones giroscópicas de alta precisión en secciones someras del pozo para alinear los datos subsiguientes derivados de prospecciones magnéticas en secciones más profundas.7 En los pozos altamente desviados y de alcance exten-dido, este enfoque brinda niveles de precisión comparables con los de las prospecciones giroscó-picas sin incurrir en tiempo o costos adicionales. En estos sistemas de referenciamiento en el pozo,

se utilizan mediciones giroscópicas en secciones someras de pozos casi verticales, cercanas a la tubería de revestimiento, hasta poder obtener prospecciones magnéticas MWD libres de interfe-rencias y en secciones de mayor alcance en las que las inclinaciones se incrementan. Una ventaja adicional de la utilización de prospecciones giroscó-picas y MWD es la detección de fuentes de errores groseros en cualquiera de ambas herramientas.

La incertidumbre posicionalLos perforadores utilizan estimaciones de la incer-tidumbre posicional para determinar la probabili-dad de hallar un objetivo geológico e intersectar otros pozos.8 Y basan esas estimaciones en las pre-dicciones de los modelos de error de las herramien-tas, que a su vez dependen del control de calidad (QC) de los datos derivados de las prospecciones. Los controles de calidad de las herramientas de prospección ayudan a identificar las fuentes de error, a menudo con prospecciones redundantes como comprobaciones independientes.

Los datos de salida de la mayoría de las herra-mientas de prospección son el azimut, la inclina-ción y la profundidad medida. Los errores de las mediciones pueden deberse tanto a la herra-mienta como al medio ambiente. Las precisiones disponibles con las mediciones obtenidas en con-diciones fijas con herramientas MWD estándar se encuentran en el orden de ±0,1° para la inclina-ción, ±0,5° para el azimut y ±1,0° para la orienta-ción de la herramienta.

La capacidad de un especialista para determi-nar la trayectoria del pozo depende de la acumula-ción de errores desde el cabezal del pozo hasta la profundidad total. En vez de especificar un punto en el espacio, los especialistas consideran que la posición del pozo se encuentra dentro de un elip–soide de incertidumbre (EOU). Normalmente, la incertidumbre asociada con la dirección lateral es mayor que en la dirección vertical o a lo largo

del pozo. Si se despliegan en forma continua a lo largo del pozo, los EOUs presentan un volumen con forma de cono aplanado que rodea la trayec-toria estimada del pozo (arriba). Los efectos combinados de los errores acumulados pueden alcanzar un valor del 1% de la profundidad medida del pozo, cifra que podría resultar inacep-tablemente grande para pozos largos.9

3. Esta familia incluye los giroscopios convencionales, los giroscopios de velocidad angular, los giroscopios que apuntan hacia el norte, los giroscopios inerciales mecánicos y los giroscopios inerciales láser de anillo. Para obtener más información sobre los giroscopios, consulte: Jamieson AL: “Understanding Borehole Surveying Accuracy,” Resúmenes Expandidos, 75a Reunión y Exposición Internacional Anual de la SEG, Houston (6 al 11 de noviembre de 2005): 2339–2340.

Jamieson, referencia 1. 4. La orientación gravimétrica, o de lado alto, de la

herramienta es la orientación del instrumento de prospección en el pozo con respecto a la dirección ascendente. La orientación magnética de la herramienta es la orientación del instrumento de prospección con respecto al norte magnético, corregida en función de una referencia elegida que puede ser el norte de cuadrícula (norte de mapa) o bien el norte verdadero. La mayoría de los sistemas MWD pasan de una orientación magnética a una orientación de lado alto cuando la inclinación excede un valor umbral prefijado que habitualmente

> Trayectorias planificadas de pozo que muestran secciones de los elipsoides de incertidumbre (EOU) obtenidas de levantamientos MWD estándar (azul) y de levantamientos MWD de mayor precisión (rojo). Las incertidumbres asociadas con el azimut y la inclinación se encuentran en el plano XY perpendicular al pozo. La incertidumbre asociada con la profundidad se encuentra a lo largo del eje Z del pozo. Si se muestran en una serie densa de puntos a lo largo de la trayectoria del pozo, forman un “cono de incertidumbre.” El método de alta precisión proporciona un pozo con menor incertidumbre posicional. (Adaptado de Poedjono et al, referencia 32.)


XY Z

200 pies

1 000 pies1 000 pies

se establece entre 3° y 8°. Para obtener más información sobre la orientación de los instrumentos, consulte: Jamieson, referencia 1.

5. Por acuerdo internacional, la orientación del campo magnético puede ser descripta en términos de buzamiento (también aludido como inclinación) y de declinación. El buzamiento se mide con signo positivo hacia abajo desde la dirección horizontal; las direcciones descendente, horizontal y ascendente poseen buzamientos de 90°, 0° y –90° respectivamente. La declinación se define de manera similar al azimut del pozo. Para obtener más información sobre la orientación del campo magnético, consulte: Campbell WH: Introduction to Geomagnetic Fields, 2nd ed. Cambridge, Inglaterra: Cambridge University Press, 2003.

6. Las prospecciones giroscópicas efectuadas con cable en secciones de agujero descubierto conllevan el riesgo de atascamiento de las herramientas de prospección. Las prospecciones efectuadas a través de la columna de perforación cuando se detiene la perforación conllevan el riesgo de atascamiento de la columna de perforación. Por otra parte, los operadores normalmente ejecutan un

ciclo de limpieza para acondicionar el pozo después de interrumpir la perforación. Estas operaciones combinadas pueden requerir muchas horas de equipo de perforación.

7. Thorogood JL y Knott DR: “Surveying Techniques with a Solid-State Magnetic Multishot Device,” SPE Drilling Engineering 5, no. 3 (Septiembre de 1990): 209–214.

8. Ekseth R, Torkildsen T, Brooks A, Weston J, Nyrnes E, Wilson H y Kovalenko K: “High-Integrity Wellbore Surveying,” SPE Drilling & Completion 25, no. 4 (Diciembre de 2010): 438–447.

9. Para las profundidades de pozos y las extensiones o los alcances horizontales típicos, las dimensiones de la envolvente de incertidumbre pueden estar en el orden de los 30 m [100 pies] o un valor superior, a menos que se adopten medidas para corregir las fuentes de error y ejecutar levantamientos de alta precisión. Esto puede hacer que se exceda el tamaño del objetivo y se incremente el riesgo de direccionamiento fallido del pozo. Para obtener más información sobre el cálculo, la extensión y las causas de la incertidumbre posicional, consulte: Jamieson, referencias 1 y 3.

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La Comisión Directiva de la Industria para la Precisión de las Prospecciones de Pozos ISCWSA —que se ha convertido ahora en la Sección Técnica de Posicionamiento de Pozos de la SPE, WPTS— ha fomentado el desarrollo de un proce-dimiento matemático riguroso para la combina-ción de varias fuentes de error en una elipse de incertidumbre 3D.10 Entre los efectos externos que inciden en la precisión se encuentran la desa- lineación axial, la deflexión del conjunto de fondo (BHA), las variaciones no modeladas del campo geomagnético y la interferencia inducida por la sarta de perforación. Los últimos dos factores controlan el desempeño de las herramientas magnéticas y de sus modelos de error, y esos modelos dependen de la resolución del modelo geomagnético de referencia en uso.11

El campo geomagnético Para utilizar mediciones magnéticas con el fin de hallar la dirección, es necesario tener en cuenta la complejidad del campo geomagnético. El campo geomagnético rodea la Tierra y se extiende hacia el espacio cercano.12 El campo magnético total medido cerca de la superficie terrestre es la superposición de los campos magnéticos originados por numero-sos procesos físicos variables en el tiempo, que se agrupan para definir cuatro componentes genera-les: el campo magnético principal, el campo corti-cal, el campo de perturbaciones externo y la interferencia magnética local.13 La importancia de estas contribuciones para la dirección, la intensi-dad y la estabilidad del campo magnético total varía con la región geográfica y con la dirección de la prospección magnética. La relevancia de dar cuenta de cada componente en la medición depende del propósito y de la exactitud requerida de la prospección.

Los físicos determinaron que el campo magné-tico terrestre principal se genera en el núcleo externo líquido de la Tierra a través de un proceso de una dínamo autoexcitada. Aproximadamente un 95% del campo magnético total medido en la superficie terrestre proviene de este campo prin-cipal, una porción significativa del cual puede ser descripta como el campo de un dipolo emplazado en el centro de la Tierra con una inclinación cer-cana a 11° con respecto al eje de la misma (izquierda, extremo superior). La magnitud del campo magnético principal es de casi 60 000 nT cerca de los polos y de aproximadamente 30 000 nT cerca del ecuador magnético.14 Sin embargo, exis-ten significativas contribuciones no dipolares al campo magnético principal que complican su representación matemática y gráfica (izquierda, extremo inferior). Como complicación adicional, el campo principal varía lentamente debido a

> Campo geomagnético simplificado. El campo geomagnético principal de la Tierra se muestra como el campo magnético ideal de un dipolo inclinado geocéntrico con los polos en el núcleo de la Tierra (sombreado marrón). Las líneas de flujo magnético (rojo) emanan hacia afuera a través de la superficie terrestre, cerca del polo sur geográfico, y reingresan cerca del polo norte geográfico. Esas posiciones a lo largo del eje del dipolo corresponden a los polos magnéticos sur y norte, aunque la polaridad del dipolo interno es la opuesta. Los polos geográficos norte y sur yacen en el eje de rotación de la Tierra. Ambos ejes se encuentran inclinados con respecto al plano de la órbita de rotación de la Tierra.


Eje de los polos magnéticos

Línea en el plano orbital

Eje de rotación de la Tierra

S

N

> Valores de declinación a lo largo de las líneas de igual declinación (líneas isogónicas) del campo magnético de la Tierra. En las áreas rodeadas por las líneas rojas, o las líneas de igual declinación positiva, una brújula señala el este del norte verdadero. Las líneas de igual declinación negativa, para las cuales la brújula señala el oeste del norte verdadero, son azules. A lo largo de las líneas agónicas verdes, para las cuales la declinación magnética es igual a cero, las direcciones al norte magnético y al norte verdadero son idénticas. El campo mostrado es el Campo Geomagnético Internacional de Referencia correspondiente al año 2010. [Adaptado de “Historical Main Field Change and Declination,” CIRES Geomagnetism, http://geomag.org/info/declination.html (Se accedió el 24 de junio de 2013).]


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los cambios producidos en el núcleo terrestre. Las intensidades relativas de los componentes no dipolares cambian y hasta la posición del polo del eje del dipolo magnético se desvía con el tiempo (arriba, a la izquierda).15 El campo magnético

asociado con la corteza terrestre tiene su origen en el magnetismo inducido y remanente.16 El campo cortical —también denominado campo de anomalías— varía en dirección e intensidad si se mide a través de la superficie terrestre (arriba, a la derecha). Dicho campo es relativamente intenso en las proximidades de los materiales ferrosos y magnéticos, tal como sucede en la cor-teza oceánica y cerca de concentraciones de minerales metálicos, y constituye el foco de la exploración geofísica de minerales.

El campo de perturbaciones es un campo magnético externo originado en las corrientes eléctricas, que fluyen en la ionosfera y la magne-tosfera, y en las corrientes especulares inducidas en la Tierra y los océanos por las variaciones tem-porales del campo magnético externo. El campo de perturbaciones se asocia con las variaciones del campo diurno y las tormentas magnéticas (véase “El soplido del viento solar: Las manchas solares, los ciclos solares y la vida en la Tierra,” página 50). Este campo es afectado por la actividad

10. Para obtener más información sobre la selección de modelos de error para herramientas y sobre los modelos de error ISCWSA aceptados como norma industrial para las herramientas magnéticas, consulte: Williamson HS: “Accuracy Prediction for Directional Measurement While Drilling,” SPE Drilling & Completion 15, no. 4 (Diciembre de 2000): 221–233.

Para obtener más información sobre modelos de error para las herramientas giroscópicas, consulte: Torkildsen T, Havardstein ST, Weston JL y Ekseth R: “Prediction of Wellbore Position Accuracy When Surveyed with Gyroscopic Tools,” artículo SPE 90408, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Houston, 26 al 29 de septiembre de 2004.

11. Williamson, referencia 10.12. Love JJ: “Magnetic Monitoring of Earth and Space,”

Physics Today 61, no. 2 (Febrero de 2008): 31–37.13. Akasofu S-I y Lanzerotti LJ: “The Earth’s

Magnetosphere,” Physics Today 28, no. 12 (Diciembre de 1975): 28–34.

Jacobs JA (ed): Geomagnetism, Volumen 1. Orlando, Florida, EUA: Academic Press, 1987.

Jacobs JA (ed): Geomagnetism, Volumen 3. San Diego, California, EUA: Academic Press, 1989.

Merrill RT, McElhinny MW y McFadden PL: The Magnetic Field of the Earth: Paleomagnetism, the Core, and the Deep Mantle. San Diego, California: Academic Press, International Geophysics Series, Volumen 63, 1996.

Campbell, referencia 5. Lanza R y Meloni A: The Earth’s Magnetism: An

Introduction for Geologists. Berlín: Springer, 2006. Auster H-U: “How to Measure Earth’s Magnetic Field,”

Physics Today 61, no. 2 (Febrero de 2008): 76–77. Love, referencia 12.14. El símbolo B se utiliza a menudo para la inducción

magnética, la magnitud que es detectada por los magnetómetros. La unidad para B en el sistema internacional (SI) es el tesla (T), y la unidad basada en el centímetro, el gramo y el segundo (cgs) es el gauss (G); la unidad común es el gamma, que es 10–9 T = 1 nT.

15. Las variaciones en el tiempo, denominadas variaciones seculares, necesitan que se actualicen periódicamente los mapas y los modelos del campo magnético. Estas variaciones son causadas por dos tipos de procesos que tienen lugar en el núcleo terrestre.

El primero está relacionado con el campo principal de un dipolo y opera con escalas de tiempo de cientos o miles de años. El segundo está relacionado con las variaciones del campo no dipolar en escalas de tiempo del orden de decenas de años. Para obtener más información sobre las variaciones seculares, consulte: Lanza and Meloni, referencia 13.

16. El magnetismo remanente de las rocas tiene su origen en la exposición de los materiales magnéticos de las rocas al campo magnético terrestre durante la formación de las rocas. Las rocas ígneas conservan la magnetización termo-remanente cuando se enfrían. En ciertas rocas, la magnetización remanente se origina cuando se forman granos magnéticos durante las reacciones químicas. Las rocas sedimentarias conservan la magnetización remanente cuando los granos magnéticos se alinean con el campo magnético durante la depositación de los sedimentos. El magnetismo remanente también se produce en los materiales ferromagnéticos, tales como el acero de las tuberías de revestimiento o de la columna de perforación, como resultado de la exposición al campo magnético terrestre o a fuentes industriales asociadas con el campo magnético.

> Variación de la posición del polo magnético norte entre los años 1990 y 2010. Se muestra la declinación magnética (líneas rojas y azules) derivada del modelo del Campo Geomagnético Internacional de Referencia para el año 2010. El punto verde representa la posición del polo de inclinación magnética en el año 2010; el punto amarillo representa la posición de ese polo en 1990. Las líneas agónicas, para las cuales la declinación es igual a cero en el año 2010, se resaltan en verde. Si una brújula situada en cualquier localización señala a la derecha del norte verdadero, la declinación es positiva, o este (curvas de contorno rojas), y si señala a la izquierda del norte verdadero, la declinación es negativa, u oeste (curvas de contorno azules). [Adaptado de “Historical Magnetic Declination,” Centro Nacional de Datos Geofísicos de la NOAA, http://maps.ngdc.noaa.gov/viewers/historical_declination/ (Se accedió el 24 de junio de 2013).]


Año 2010

> Campo cortical geomagnético. Las mediciones aéreas de la intensidad del campo magnético proporcionan datos que se utilizan para determinar la contribución anómala de los materiales de la corteza terrestre. La anomalía de intensidad total (TIA) es la diferencia entre la magnitud del campo total y la magnitud del campo magnético principal. El campo TIA en el oeste de Canadá; Alaska, EUA; y el sector continental noroeste de EUA varía entre –300 nT (azul) y +400 nT (rosado). En esta región, la intensidad media del campo total es de unos 55 000 nT. El campo cortical muestra crestas de intensidad locales, con una variación en una escala espacial mucho más fina que la del campo magnético principal. [Adaptado de “Magnetic Anomaly Map of North America,” USGS, http://mrdata.usgs.gov/geophysics/aeromag-na.html (Se accedió el 23 de julio de 2013).]


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AlaskaC A N A D Á

O c é a n o P a c í f i c o

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solar (viento solar), el campo magnético interplane-tario y el campo magnético de la Tierra (arriba).

El campo magnético externo exhibe variacio-nes en diversas escalas de tiempo, lo que puede afectar la aplicabilidad de los modelos de refe-rencia del campo magnético.17 Las variaciones a largo plazo se relacionan con el ciclo solar de apro-ximadamente 11 años. Las variaciones a corto plazo se originan en la variación diaria de la luz solar, las mareas atmosféricas y las variaciones diurnas de la conductividad. Las variaciones temporales irregula-res son influenciadas por el viento solar. Los estados magnéticos perturbados, denominados tormentas magnéticas, muestran variaciones temporales rápi-das, impulsivas e impredecibles.

En la escala local, las estructuras cercanas, tales como equipos de perforación y pozos, pueden indu-cir interferencias magnéticas. La magnetización remanente de la sarta de perforación y la permeabi-lidad magnética contribuyen a las perturbaciones del campo magnético medido (derecha). Los ope-radores pueden utilizar portamechas (lastrabarre-nas) no magnéticos para reducir estos efectos, junto con técnicas de software para compensarlos.

Mediciones, instrumentos y modelos asociados con el campo magnéticoLos físicos han desarrollado diversos instrumentos sofisticados para medir los campos magnéticos.18 De particular interés para el referenciamiento geomagnético resultan los instrumentos que uti-lizan los científicos en los observatorios magnéti-cos de la superficie terrestre y los que emplean los especialistas en el campo petrolero para los levantamientos MWD de fondo de pozo.

Los magnetómetros Overhauser y de precesión protónica, que miden el campo magnético terres-tre, se basan en el fenómeno de paramagnetismo nuclear y en la tendencia de los núcleos atómicos con un espín magnético a orientarse a lo largo del campo magnético dominante. Durante este pro-ceso, se aplica y se remueve intermitentemente un campo magnético inducido por una corriente y luego se mide la frecuencia de precesión a medida que los protones del fluido sensor se desplazan con movimiento de precesión bajo la influencia del campo magnético de la Tierra. El magnetómetro Overhauser utiliza los electrones libres adiciona-les del fluido sensor y la aplicación de un campo de polarización de radiofrecuencia de gran inten-sidad para permitir la medición continua de la frecuencia de precesión. Los 14 observatorios magnéticos del Servicio Geológico de EUA (USGS) utilizan magnetómetros Overhauser para propor-cionar mediciones absolutas de la intensidad del campo magnético.19 Estos magnetómetros alcan-zan una precisión absoluta del orden de 0,1 nT.

> Contribuciones al campo magnético total observado. Durante los períodos de calma solar, la discrepancia entre el campo observado, Bobservado (rojo), y el campo magnético principal, Bm (verde), se debe en gran medida al campo cortical local Bc (azul) y a la interferencia de la sarta de perforación, Bint (amarillo). En otros períodos, el campo de perturbación externo también realiza una contribución. (Adaptado de Poedjono et al, referencia 30.)


Bint

Bint

Bc

Bm

Bobservado

> Distorsión de la magnetosfera terrestre por la acción del viento solar. El sol emite un flujo de partículas, denominado viento solar, compuesto de electrones, protones, núcleos de helio [He] y elementos más pesados. El campo magnético de la Tierra es confinado por el plasma de baja densidad del viento solar y el campo magnético interplanetario (IMF) que lo acompaña. Éstos distorsionan la forma dipolar del campo magnético de la Tierra en la magnetosfera, la extensa región del espacio que rodea la Tierra. El campo se compacta en el lado orientado al Sol y se alarga en el lado opuesto. El viento solar produce diversos efectos, entre los que se encuentran la magnetopausa, los cinturones de radiación y la magnetocola. Las interacciones variables en el tiempo entre la magnetosfera y el viento solar producen tormentas magnéticas y el campo de perturbaciones externo.


Viento solar

Arco de choque

Magnetopausa

Magnetocola

Tierra

Envoltura magnética

Líneas del campomagnético

Cinturones de radiación de Van Allen

Volumen 25, no.3 41

Los magnetómetros de flujo operan mediante la saturación controlada de los núcleos de los cir-cuitos magnéticos y la medición de las asimetrías leves que tienen origen en la contribución adicio-nal del campo magnético terrestre. Estos instru-mentos proporcionan mediciones magnéticas no absolutas a lo largo de una determinada direc-ción, con una resolución de hasta 0,01 nT.20 Y se utilizan en los observatorios de superficie y en los equipos MWD reforzados de fondo de pozo, aunque algunos son sensibles a la temperatura y requieren la estabilización a través del diseño mecánico.

Los modelos de campo magnético proporcio-nan valores de declinación magnética, inclinación magnética y campo magnético total en determina-dos puntos de la superficie terrestre; los científicos utilizan estos modelos para convertir las medicio-nes magnéticas en direcciones en el sistema de coordenadas geográficas. Diversas organizaciones han desarrollado modelos de referenciamiento geomagnético que utilizan mediciones del campo magnético global obtenidas con satélites, aerona-ves y embarcaciones. Estas organizaciones son, entre otras, la Administración Nacional Oceánica

y Atmosférica (NOAA) de EUA, el Centro Nacional de Datos Geofísicos (NGDC) de la agencia NOAA, el Servicio Geológico Británico (BGS) y la Asociación Internacional de Geomagnetismo y Aeronomía (IAGA). Los modelos difieren en la resolución temporal y espacial (arriba).

El Modelo Magnético Mundial (WMM) carac-teriza la porción de longitud de onda larga del campo magnético que se genera en el núcleo terrestre; es decir, no representa las porciones que se originan en la corteza y el manto superior o bien en el campo de perturbaciones, generado en la ionosfera y en la magnetosfera.21 En conse-cuencia, las mediciones magnéticas pueden mos-trar discrepancias si se referencian con el modelo WMM solamente. Las anomalías de declinación magnética locales y regionales ocasionalmente exceden los 10° y las anomalías de declinación magnética del orden de los 4°, aunque no inusua-les, son de pequeña extensión espacial. Para dar cuenta de la variación secular, el WMM se actua-liza cada cinco años. Una misión especial interna-cional formada por la IAGA emitió el modelo de Campo Geomagnético Internacional de Referencia

IGRF-11, una serie de modelos matemáticos del campo magnético principal de la Tierra y su tasa de cambio. Estos modelos poseen una resolución comparable a la del WMM.22

Las operaciones de perforación direccional requieren modelos de mayor resolución que el WMM o el IGRF por sí solos. El Modelo Geomagnético Global (BGGM) del BGS, ampliamente utilizado en la industria de perforación, proporciona el campo magnético principal con una resolución de 800 km [500 mi] y se actualiza anualmente.23 El Modelo Magnético Mejorado (EMM) posee una resolución espacial considerablemente mejorada. El EMM y un modelo sucesor, el Modelo Geomagnético de Alta Definición (HDGM), resuelven anomalías de hasta 56 km [35 mi], lo que representa un mejora-miento de un orden de magnitud con respecto a los modelos previos. Dado que considera una banda de onda más grande del espectro geomagnético, el modelo HDGM mejora la precisión del campo de referencia, lo que a su vez incrementa la confiabili-dad de la determinación del azimut del pozo y posi-bilita una corrección de alta precisión de la interferencia de la sarta de perforación.24

Mejoramiento de la precisión de la posición de los pozosPara posicionar los pozos con precisión cuando se utilizan sistemas de orientación magnéticos, los especialistas deben tener en cuenta o eliminar dos fuentes importantes de error: la interferencia cau-sada por los elementos magnetizados de la sarta de perforación y las variaciones locales entre el norte magnético y el norte verdadero o geográfico. El análisis de los datos de múltiples estaciones de prospección de pozos, o análisis de estaciones múl-tiples (MSA), se ha convertido en la clave para abordar la interferencia de la sarta de perforación. Los especialistas utilizan el referenciamiento geomagnético, que incluye la influencia del campo

17. Durante los períodos de poca actividad solar, las variaciones diarias del campo, denominadas variaciones diurnas, pueden exhibir magnitudes de aproximadamente 20 nT, en las latitudes intermedias, y de hasta 200 nT en las regiones ecuatoriales. Durante los períodos de actividad solar intensificada, las tormentas magnéticas pueden persistir durante varias horas o varios días con desviaciones de los componentes de la intensidad magnética del orden de varias decenas a cientos de nT en las latitudes intermedias. En las regiones aurorales, las perturbaciones ocasionalmente alcanzan los 1 000 nT y el ángulo de declinación puede variar en varios grados. Para obtener más información sobre los modelos de referencia del campo magnético, consulte: Lanza y Meloni, referencia 13 y Campbell, referencia 5.

18. Campbell, referencia 5. Lanza y Meloni, referencia 13. Auster, referencia 13.19. Love JJ y Finn CA: “The USGS Geomagnetism Program

and Its Role in Space Weather Monitoring,” Space Weather 9, no. 7 (Julio de 2011): S07001-1–S07001-5.

>Modelos de referencia del campo magnético. Diversos grupos y organizaciones han desarrollado modelos de referencia de variada resolución; los modelos se actualizan con diferentes frecuencias. En la columna Orden, el orden se incrementa con la complejidad del modelo y en este caso se refiere a modelos de armónicos esféricos. Estos modelos construyen el campo magnético global como una suma de términos de orden y grado variables. Los términos de orden “n” tienen un total de n líneas nodales circulares en la esfera en la que la contribución del campo magnético equivale a cero. La orientación de las líneas depende de la combinación de orden y grado. La resolución corresponde a la longitud de onda del término de mayor orden.


Modelo Organización Orden Resolución, km

WMM

IGRF IAGA

BGGM BGS

EMM y HDGM

NOAA, NGDC y BGS

NOAA y NGDC

Intervalo de actualización

5 años

5 años

1 año

5 años y 1 año

12

13

50

720

3 334

3 077

800

56

20. Auster, referencia 13.21. Para obtener más información sobre el Modelo

Magnético Mundial (WMM), consulte: Maus S, Macmillan S, McLean S, Hamilton B, Thomson A, Nair M y Rollins C: “The US/UK World Magnetic Model for 2010–2015,” Boulder, Colorado, EUA: Informe técnico de la agencia NOAA de EUA, Servicio Nacional de Datos e Información de Satélites Ambientales / Centro Nacional de Datos Geofísicos, 2010.

22. Para obtener más información sobre el modelo del Campo Geomagnético Internacional de Referencia (IGRF), consulte: Glassmeier K-H, Soffel H y Negendank JFW (eds): Geomagnetic Field Variations. Berlín: Springer-Verlag, 2009, http://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html (Se accedió el 21 de julio de 2013).

23. Para obtener más información sobre el Modelo Geomagnético Global (BGGM) del BGS, consulte: “BGS Global Geomagnetic Model,” Servicio Geológico Británico, http://www.geomag.bgs.ac.uk/data_service/directionaldrilling/bggm.html (Se accedió 16 de julio de 2013).

Macmillan S, McKay A y Grindrod S: “Confidence Limits Associated with Values of the Earth’s Magnetic Field Used for Directional Drilling,” artículo SPE/IADC 119851, presentado en la Conferencia y Exhibición de Perforación de las SPE/IADC, Ámsterdam, 17 al 19 de marzo de 2009.

24. Para obtener más información sobre el Modelo Magnético Mejorado (EMM), consulte: Maus S: “An Ellipsoidal Harmonic Representation of Earth’s Lithospheric Magnetic Field to Degree and Order 720,” Geochemistry Geophysics Geosystems 11, no. 6 (Junio de 2010): Q06015-1–Q06015-12.

Para obtener más información sobre el Modelo Geomagnético de Alta Definición (HDGM), consulte: Maus S, Nair MC, Poedjono B, Okewunmi S, Fairhead D, Barckhausen U, Milligan PR y Matzka J: “High Definition Geomagnetic Models: A New Perspective for Improved Wellbore Positioning,” artículo IADC/SPE 151436, presentado en la Conferencia y Exhibición de Perforación de las IADC/SPE, San Diego, California, 6 al 8 de marzo de 2012.

42 Oilfield Review

cortical y del campo de perturbaciones variables en el tiempo, además de las variaciones seculares del campo magnético principal.

Análisis de estaciones múltiples—El análisis MSA es una técnica que ayuda a compensar la interferencia magnética de la sarta de perfora-ción, que puede afectar las prospecciones magné-ticas de fondo de pozo.25 Los componentes de la sarta de perforación generan perturbaciones locales en el campo magnético de la Tierra debido a su permeabilidad magnética y la magne-tización remanente. La utilización de herramien-tas fabricadas con materiales no magnéticos para aislar los sensores direccionales de los compo-nentes magnetizados de la sarta de perforación es ventajosa, pero su empleo puede resultar imperfecto o inadecuado ya que pueden incidir en el costo o el desempeño del BHA. Una alterna-tiva consiste en caracterizar la magnitud de la perturbación asociada con el BHA para que su influencia sea predecible.

La técnica MSA evalúa la rúbrica magnética del BHA mediante la comparación del campo magné-tico principal de la Tierra con los datos magnéticos adquiridos en múltiples estaciones de prospección. La magnitud de la perturbación depende de la orientación de la herramienta con respecto a la dirección del campo magnético. Con datos suficien-tes, el método determina una corrección robusta de la perturbación del BHA que se aplica para cada orientación de pozo en particular.

El análisis de estaciones múltiples constituye una mejora respecto de la técnica previa de aná-lisis de una sola estación, en la que la compensa-ción se estima y se aplica en cada estación de prospección por separado. Utilizado ahora como práctica habitual en la industria, el MSA general-mente reduce la incertidumbre direccional y asiste en la penetración de objetivos prospectivos más pequeños que los que podían lograrse previamente. Esta técnica permite eliminar algunas carreras de los girocompases, lo que reduce los costos ope-racionales. Las compañías de servicios han desa-rrollado requerimientos de datos y criterios de aceptación que deben ser satisfechos cuando se aplica el MSA, y además se ha propuesto una norma industrial.26

Referenciamiento geomagnético—Se trata de otra técnica para mejorar la exactitud del posicio-namiento de los pozos y que proporciona el mapeo entre el norte magnético y el norte verdadero que es necesario para convertir las orientaciones determinadas magnéticamente en orientaciones geográficas a escala local. El mapeo debe conside-rar las variaciones seculares en el modelo del campo magnético principal e incluir un modelo cortical preciso. Además, debe incorporar el campo de perturbaciones variables en el tiempo cuando es significativo. Con el método de referenciamiento geomagnético de Schlumberger, se construye un modelo personalizado del campo geomagnético, con todos los componentes del campo magnético,

para minimizar los errores de mapeo entre el norte magnético y el norte verdadero.27

Los modelos del campo magnético actualiza-dos anualmente, tales como el modelo BGGM o el modelo HDGM, rastrean con exactitud las varia-ciones seculares del campo magnético principal. Los especialistas emplean dichos modelos como base para un modelo personalizado y utilizan diver-sas técnicas para el mapeo magnético del campo cortical local, entre las que se encuentran las pros-pecciones terrestres, marinas o aeromagnéticas. Afortunadamente, el campo magnético cortical necesita ser caracterizado una sola vez durante la vida productiva del yacimiento. No obstante, el campo de perturbaciones varía rápidamente con el tiempo. Dado que se dispone de datos de los observatorios magnéticos, los especialistas pueden incorporar las perturbaciones causadas por la acti-vidad solar diurna y las tormentas magnéticas en el procesamiento de los datos de las prospecciones.

La técnica de referenciamiento de campo (IFR) utiliza los datos derivados de las prospec-ciones magnéticas locales cercanos a una locali-zación de pozo para caracterizar el campo magnético cortical. Las compañías de servicios han desarrollado algunas extensiones de esta téc-nica, incorporando datos de observatorios remotos para incluir las variaciones temporales. Los espe-cialistas utilizan estas técnicas para extender el modelo del campo magnético principal y propor-cionar la mejor estimación del campo magnético local, lo que resulta crítico para el referencia-miento geomagnético y la compensación por la interferencia de la sarta de perforación. Estas téc-nicas permiten la prospección magnética hasta en las latitudes altas, en las que el campo magné-tico local exhibe variaciones extremas.

Schlumberger introdujo el servicio de refe-renciamiento geomagnético (GRS) como alterna-tiva económicamente efectiva para la ejecución de prospecciones giroscópicas en las aplicacio-nes de perforación en tiempo real.28 El servicio GRS proporciona datos exactos sobre la posición del pozo y posibilita la ejecución de correcciones oportunas en su trayectoria. Los especialistas uti-lizan un algoritmo patentado, un modelo cortical 3D y una referencia geomagnética variable en el tiempo y en la profundidad para corregir las medi-ciones MWD por la interferencia magnética de la sarta de perforación y para calcular la orientación de la herramienta a partir de las mediciones corregidas e informar al perforador direccional sobre los ajustes de la trayectoria. La coordina-ción entre el operador, el contratista de perfora-ción direccional, el proveedor de servicios de levantamientos MWD, el observatorio geomagné-tico y el especialista es esencial para el manejo

> Vista en planta de las trayectorias de los pozos, observada desde arriba. PGE utilizó un diseño de localización de múltiples pozos para los 14 pozos perforados en la lutita Marcellus desde una sola localización de perforación. El plano muestra los discos de incertidumbre inicial a profundidades verticales verdaderas de 2 500 pies (rojo) y 5 000 pies (amarillo). Como cabe esperar, la incertidumbre aumenta con el incremento de la distancia existente hasta la localización de superficie y puede impactar el programa de perforación. Ni los discos rojos ni los amarillos se intersectan entre sí, lo que indica que los pozos (azul) no interfieren entre sí a esas profundidades. (Copyright 2010, Reunión Regional de Oriente de la SPE. Reproducido con la autorización de la SPE. Se prohíbe cualquier otra reproducción sin autorización.)


Volumen 25, no.3 43

de esta técnica de prospección. Algunos ejemplos de EUA, Canadá y las áreas marinas de Brasil y Ghana ilustran diversas aplicaciones de la téc-nica de referenciamiento geomagnético.

Prevención de colisiones en la lutita MarcellusPennsylvania General Energy (PGE) ha empren-dido un proceso de desarrollo de campos en la lutita Marcellus, que ilustra las ventajas de la pla-neación de múltiples pozos y la necesidad de cuantificar la incertidumbre posicional y asegu-rar la prevención de colisiones. PGE y sus compa-ñías proveedoras de servicios buscaban optimizar el diseño de una localización para la perforación de múltiples pozos.29 Históricamente, los operado-res han desarrollado la lutita Marcellus y otros recursos de la cuenca de los Apalaches utilizando pozos verticales de bajo costo, con un mínimo con-trol de calidad de las prospecciones efectuadas con herramientas giroscópicas y direccionales. No obstante, actualmente más operadores están recurriendo a las localizaciones de múltiples pozos y a los pozos horizontales para mejorar la logística y el impacto económico y ambiental durante el desarrollo de los yacimientos de gas de lutita.

Ahora, los operadores están perforando hasta 14 pozos por localización de múltiples pozos con centros de 2 m [7 pies] y la construcción de pozos desviados. Primero, se perfora con aire un pozo superficial de 171/2 pulgadas hasta una profundi-dad de aproximadamente 300 m [1 000 pies] y se efectúa un relevamiento. Luego, se perfora con aire una sección de 121/4 pulgadas para una sarta de protección contra la incursión de agua hasta una profundidad vertical verdadera (TVD) de

760 m [2 500 pies], utilizando herramientas giroscópicas durante la perforación para guiar la separación de los pozos en la localización de múl-tiples pozos. El perforador direccional utiliza un giroscopio que apunta hacia el norte hasta que el pozo alcanza una profundidad libre de interfe-rencias magnéticas externas provenientes de los pozos cercanos. La sección desviada más pro-funda de 83/4 pulgadas se perfora y se explora simultáneamente hasta la profundidad total (TD) con un sistema rotativo direccional (RSS) y herramientas MWD.

Dado que la prospección precisa y el monitoreo de la condición anticolisión son imperiosos, PGE adoptó un enfoque proactivo para la localización de múltiples pozos y la perforación, utilizando un estándar anticolisión propuesto recientemente.30 Con este procedimiento, el operador definió áreas de incertidumbre en tres TVDs: 300 m, 760 m y 1 500 m [5 000 pies]. Los planificadores de pozos efectuaron el análisis anticolisión de las trayecto-rias para asegurarse de que los pozos estuvieran correctamente separados en estas profundidades. La visualización de las trayectorias de los pozos, con las áreas de incertidumbre representadas gráficamente en las profundidades intermedias y mayores, confirmó la improbabilidad de que el plan de perforación resultara en la colisión de los pozos (página anterior).

La selección de bocas en la localización de múltiples pozos fue un aspecto importante del diseño de la localización de PGE debido a las res-tricciones de las localizaciones de pozos de super-ficie y las coordenadas del objetivo. PGE perforó siete pozos en cada uno de los dos yacimientos

apilados. El ingeniero de perforación concluyó el diseño final de la localización de múltiples pozos después de perforar y prospectar los pozos super-ficiales; luego, se re-planificaron todos los pozos, se re-calcularon las áreas de incertidumbre y se re-evaluaron las condiciones anticolisión (izquierda). Como resultado, el plan redujo el riesgo de coli-sión de los pozos y sus costos asociados.

Acceso a objetivos difíciles en el área marina de CanadáLas técnicas de referenciamiento geomagnético ayudaron a un operador a alcanzar sus objetivos de manera eficiente y segura en la cuenca marina Jeanne d’Arc del este de Canadá.31 Las condiciones meteorológicas a menudo son severas en esta área remota del Atlántico Norte, lo que conduce a los operadores a desarrollar estrategias para mini-mizar la extensión de sus instalaciones marinas.

> Diseño de una localización de múltiples pozos y trayectorias de los pozos. PGE perforó 14 pozos en dos yacimientos durante las fases 1 (magenta) y 2 (azul) de la campaña de perforación. El tamaño gráfico de cada pozo corresponde al tamaño de los EOUs, como se definen en el programa de prospección. Los perforadores confirmaron la condición anticolisión. En el punto de entrada en el yacimiento, cada pozo necesitaba tener una separación mínima de 60 m [200 pies] respecto de su contraparte perforada en la dirección opuesta. (Copyright 2010, Reunión Regional de Oriente de la SPE. Reproducido con la autorización de la SPE. Se prohíbe cualquier otra reproducción sin autorización.)


25. Brooks AG, Gurden PA y Noy KA: “Practical Application of a Multiple-Survey Magnetic Correction Algorithm,” artículo SPE 49060, presentado en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la SPE, Nueva Orleáns, 27 al 30 de septiembre de 1998.

Lowdon RM y Chia CR: “Multistation Analysis and Geomagnetic Referencing Significantly Improve Magnetic Survey Results,” artículo SPE/IADC 79820, presentado en la Conferencia de Perforación de las SPE/IADC, Ámsterdam, 19 al 21 de febrero de 2003.

Chia CR y de Lima DC: “MWD Survey Accuracy Improvements Using Multistation Analysis,” artículo IADC/SPE 87977, presentado en la Conferencia y Exhibición de Tecnología de Perforación de la Región del Pacífico Asiático de las IADC/SPE, Kuala Lumpur, 13 al 15 de septiembre de 2004.

26. Nyrnes E, Torkildsen T y Wilson H: “Minimum Requirements for Multi-Station Analysis of MWD Magnetic Directional Surveys,” artículo SPE/IADC 125677, presentado en la Conferencia y Exhibición de Tecnología de Perforación de Medio Oriente de las SPE/IADC, Manama, Bahrain, 26 al 28 de octubre de 2009.

27. Para conocer una descripción detallada del modelado magnético cortical, incluida la construcción del vector del campo magnético cortical utilizando la técnica de continuación hacia abajo e interpolación trilineal, consulte: Poedjono B, Adly E, Terpening M y Li X: “Geomagnetic Referencing Service—A Viable Alternative for Accurate Wellbore Surveying,” artículo IADC/SPE 127753, presentado en la Conferencia y Exhibición de Perforación de las IADC/SPE, Nueva Orleáns, 2 al 4 de febrero de 2010.

28. Lowdon y Chia, referencia 25. 29. Poedjono B, Zabaldano J, Shevchenko I, Jamerson C,

Kuntz R y Ashbaugh J: “Case Studies in the Application of Pad Design Drilling in the Marcellus Shale,” artículo SPE 139045, presentado en la Reunión Regional de Oriente de la SPE, Morgantown, Virginia Occidental, EUA, 12 al 14 de octubre de 2010.

Kuntz R, Ashbaugh J, Poedjono B, Zabaldano J, Shevchenko I y Jamerson C: “Pad Design Key for Marcellus Drilling,” The American Oil & Gas Reporter, 54, no. 4 (Abril de 2011): 111–114.

30. Poedjono B, Lombardo GJ y Phillips W: “Anti-Collision Risk Management Standard for Well Placement,” artículo SPE 121040, presentado en la Conferencia de Medio Ambiente y Seguridad en E&P de las Américas de la SPE, San Antonio, Texas, EUA, 23 al 25 de marzo de 2009.

31. Poedjono et al, referencia 27. Kuntz et al, referencia 29.

44 Oilfield Review

La construcción de múltiples pozos de alcance extendido, perforados desde bocas de estructuras de concreto construidas en el mar, apalanca la utilización de la infraestructura pero genera un subsuelo atestado, lo que subraya aún más la importancia de la prevención de colisiones y el posicionamiento preciso de los pozos.

Como desafío adicional, la geología del área es compleja. La cuenca sedimentaria está com-puesta por areniscas estratificadas de gran espe-sor, separadas por lutitas y subdivididas por fallas en grandes compartimentos o bloques. El yaci-miento se encuentra en un sector limitado por fallas, en el que las zonas objetivo son más peque-ñas que la resolución sísmica. El operador necesi-taba emplear técnicas sofisticadas de perforación

y prospección para alcanzar estos objetivos peque-ños y a la vez mantener restricciones estrechas en los diseños de las trayectorias de los pozos.

Para el éxito del programa de perforación, el ope-rador requería una descripción exacta de la incerti-dumbre posicional y un elipsoide de error pequeño. El programa de perforación guiado por el servicio GRS satisfizo estos requerimientos y posibilitó una mayor perforabilidad, menos tiempo de per-foración y más posibilidades de acceder al obje-tivo geológico (arriba).

Alta precisión en altas latitudesEl referenciamiento geomagnético ofrece venta-jas significativas pero se enfrenta a su mayor desafío cuando se aplica en latitudes altas, donde

la magnitud de las variaciones del campo de pertur-bación geomagnético es considerable. El campo Nikaitchuq de Eni US Operating Co. Inc., situado en el Mar de Beaufort, frente al Talud Norte de Alaska, EUA, es una localización de esas características. La continuidad del yacimiento está interrumpida por numerosas fallas y los perforadores necesitan considerar la compartimentalización local de los yacimientos en la planeación de los pozos.32 El posicionamiento debe ser preciso y exacto.

En estas latitudes altas, el campo de pertur-baciones externo varía significativamente con el tiempo.33 Esta perturbación representa la principal fuente de ruido de los datos magnéticos utilizados para la orientación de los pozos. Las variaciones de amplitud alcanzan los 1 000 nT y los ángulos de declinación medidos pueden cambiar en varios gra-dos durante las tormentas magnéticas. Para consi-derar estas perturbaciones, el servicio GRS aplica a las mediciones MWD los datos de referencia varia-bles en el tiempo de un observatorio cercano.

En el año 2009, el USGS estableció una aso-ciación pública-privada con Schlumberger para comenzar a planificar la instalación y el manteni-miento de un nuevo observatorio, el Observatorio Geomagnético de Deadhorse (DED), en la ciudad de Deadhorse, en el Talud Norte de Alaska. DED, el más nuevo de los 14 observatorios, es operado ahora por Schlumberger bajo la dirección del USGS y sigue las normas Intermagnet.34

El instrumental del observatorio incluye un magnetómetro de flujo triaxial para las mediciones del campo vectorial, un magnetómetro Overhauser para las mediciones de la intensidad del campo total y un magnetómetro de flujo de eje simple (DIM), montado sobre un teodolito no magné-tico, para medir la declinación y la inclinación del campo magnético terrestre. Los especialistas utilizan los datos de los magnetómetros DIM y Overhauser para calibrar los datos variacionales de flujo semanalmente. Los científicos del USGS han desarrollado algoritmos especiales de proce-samiento de datos para producir versiones ajusta-das y definitivas de flujos de datos en tiempo real, recibidos en forma remota en las oficinas centra-les del Programa de Geomagnetismo del USGS en Golden, Colorado, EUA.35

El flujo de trabajo para el referenciamiento geomagnético incluye la adquisición y el control de calidad simultáneos de dos flujos de datos; los datos de los levantamientos MWD en la localiza-ción de perforación y los datos magnéticos en tiempo real en el observatorio (próxima página, arriba).36 Los ingenieros de pozos de Schlumberger ejecutan el control de calidad de los datos MWD crudos. Los especialistas del USGS efectúan la inspección diaria y el control de calidad automá-

> Acceso a objetivos remotos con un pozo de alcance extendido en la cuenca Jeanne d’Arc del área marina de Canadá. La trayectoria de este pozo (centro) se extiende a lo largo de unos 7 000 m [23 000 pies] y luego desciende para encontrar dos objetivos (rojo) a aproximadamente 4 000 m [13 000 pies]. Los insertos (extremo superior y extremo inferior) muestran vistas en primer plano de los objetivos y los elipsoides de incertidumbre (EOU) para dos métodos de prospección. La incertidumbre posicional (verde) de las prospecciones magnéticas sin el servicio GRS (extremo superior) es tan grande que el pozo podría estar fuera de los objetivos. Con el servicio GRS (extremo inferior), la incertidumbre posicional (azul) se encuentra perfectamente dentro del área de los objetivos. (Adaptado de Poedjono et al, referencia 27. Las imágenes de esta figura corresponden al Copyright 2010, Conferencia y Exhibición de Perforación de las IADC/SPE. Reproducido con la autorización de la SPE. Se prohíbe cualquier otra reproducción sin autorización.)

0 m

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–3 200 m

–3 600 mEje X

Eje Y

Eje Y

Eje Z


Volumen 25, no.3 45

32. Poedjono B, Beck N, Buchanan A, Brink J, Longo J, Finn CA y Worthington EW: “Geomagnetic Referencing in the Arctic Environment,” artículo SPE 149629, presentado en la Conferencia y Exhibición sobre el Ártico y los Ambientes Extremos de la SPE, Moscú, 18 al 20 de octubre de 2011.

33. Merrill et al, referencia 13.34. Para obtener más información sobre Intermagnet,

consulte: “International Real-time Magnetic Observatory Network,” INTERMAGNET, http://www.intermagnet.org/index-eng.php (Se accedió el 16 de octubre de 2013).

35. Love and Finn, referencia 19.36. Para obtener más información sobre el flujo de trabajo

en el observatorio DED y sobre el referenciamiento geomagnético, consulte: Poedjono et al, referencia 32.

tico de los datos del observatorio DED y aplican los factores de calibración de los sensores para proporcionar datos de observatorio ajustados, que representan la corrección del campo de per-turbaciones variable en el tiempo. El procesa-miento GRS combina los datos del campo de perturbaciones con indicación de tiempo, los datos del campo cortical y los datos del modelo del campo magnético principal. El algoritmo aplica los datos del campo magnético combinado a los datos de los sensores MWD en cada profun-didad de prospección y ejecuta los procesos de procesamiento de estaciones múltiples y referen-ciamiento geomagnético, proporcionando la orientación geográfica del pozo. Durante las eta-pas de procesamiento adicionales, el algoritmo implementa la lógica de aceptación de los datos y computa una corrección de la dirección de perfo-ración. El perforador direccional aplica la correc-ción para continuar perforando hasta que se completa un nuevo conjunto de prospecciones y se dispone de una nueva corrección para seguir ade-lante con la perforación. Una vez concluida cada una de las carreras del BHA, los especialistas apli-can las correcciones de deflexión del BHA y com-pilan la prospección final para esa carrera. La utilización de datos de referencia variables en el tiempo resultó esencial para que los ingenieros de perforación planificaran y ejecutaran las ope-raciones de perforación en el campo Nikaitchuq. Inicialmente, los datos crudos de los levanta-mientos MWD magnéticos no lograron satisfacer los límites de aceptación de calidad en las diversas profundidades, pero mejoraron hasta alcanzar un rango aceptable cuando fueron referenciados con el observatorio DED (izquierda). Gracias a que la compañía utilizó el servicio GRS, las actividades de perforación continuaron sin necesidad de eje-cutar prospecciones dedicadas y costosas más allá de las estaciones de prospección MWD estándar.

> Flujo de trabajo del referenciamiento geomagnético. El flujo de trabajo comienza con los flujos de datos crudos MWD y del observatorio magnético (que se muestran aquí como si fueran del observatorio DED) y los combina con los datos del campo magnético cortical. Luego se pasa a las fases de procesamiento geomagnético, ajuste de los datos y control de calidad. El procesamiento genera correcciones continuas de la perforación direccional y proporciona prospecciones definitivas al final de las carreras de la barrena. (Adaptado de Poedjono et al, referencia 32.)


Iniciar

Datos crudos del levantamiento MWD en tiempo real con QA/QC (aseguramiento de la calidad/control de calidad) a cargo de Schlumberger

QA/QC •se remueven los datoscon interferencia externa

QA/QC•¿calibración?•¿sensor defectuoso?

Procesamiento delreferenciamiento

geomagnético

Observatorio DED•datos ajustados•QA/QC a cargodel USGS

Datos corticales•coordenadas de un cubo

Corrección del azimut con el servicio GRSen tiempo real para

continuar la perforación

GRS final•prospecciones definitivas•informe GRS final

GRS seccional•prospeccionesdefinitivas

¿Aprueba elQA/QC?

Detener

No

No

No

No

Sí

Sí

Sí

Sí

¿Pozo cercano?

S final

No

Sí

Sí¿Final de lacarrera de la

barrena?

GRS seccio

No

Sí

í ¿Profundidadtotal alcanzada?

Nueva carrerade la barrena

> Datos de referencia variables en el tiempo. Los datos de los levantamientos MWD magnéticos crudos (extremo superior, azul) inicialmente excedieron los límites de aceptación de la calidad (rojo) en diversas profundidades, pero fueron aceptados al ser referenciados con los datos del observatorio DED (extremo inferior). Los límites de aceptación iniciales se basaron en un valor de referencia estático (extremo superior, verde) para la intensidad del campo magnético local, en tanto que los datos DED proporcionaron valores reales variables en el tiempo (extremo inferior, verde) respecto de los cuales se podrían referenciar los límites. (Adaptado de Poedjono et al, referencia 32.)


57 03910 500 11 776 13 052 14 328 15 605

Profundidad, pies16 881 18 157 19 433 20 710

10 500 11 776 13 052 14 328 15 605

Profundidad, pies16 881 18 157 19 433 20 710

DatosReferencia

DatosReferencia

57 239

57 439

57 639

57 839

58 039

58 239

nT

56 744

57 091

57 438

57 785

58 132

58 479

58 826

nT

46 Oilfield Review

Alta densidad de pozos en la cuenca Williston ConocoPhillips Company ha demostrado que el mejoramiento de la precisión de las prospeccio-nes de pozos contribuye al incremento de la pro-ducción de petróleo. Las prospecciones más exactas posibilitan una separación más estrecha entre los pozos y la ejecución de pozos horizontales más largos para aumentar la eficiencia de los pro-gramas de inyección de agua diseñados para mejo-rar la recuperación de petróleo. Mientras operaba en dos campos cercanos al anticlinal Cedar Creek, en el límite entre Montana y Dakota del Norte, en EUA, la compañía estudió sistemática-mente la precisión de los datos de prospecciones de pozos existentes y examinó las causas de los errores de los levantamientos MWD. A través del desarrollo de metodologías mejoradas de recolec-ción de datos magnéticos y la reducción de esos errores, la compañía redujo la incertidumbre posicional y contribuyó tanto a la seguridad como a la viabilidad del programa de perforación de pozos horizontales.37

En un comienzo, los operadores de estos campos posicionaban los pozos horizontales con un espacia-miento de 2,6 km2 [640 acres]. Subsiguientemente, redujeron ese espaciamiento a 1,3 km2 [320 acres] y reconfiguraron la distribución de los pozos para un proyecto de inyección en línea (de frente continuo), en el que las filas de pozos de inyección se alternaban con las filas de pozos de producción (arriba). El modelado de yacimientos indicó que la reducción del espaciamiento entre pozos a 0,65 km2 [160 acres] resultaría ventajoso. No obstante, antes de proceder, el operador nece-sitaba evaluar la precisión de la posición de los pozos, dado que su convergencia inadvertida podría afectar adversamente la eficiencia de barrido de la inyección de agua, reduciendo la producción de hidrocarburos e incrementando los costos de extracción y eliminación final.

Para evaluar la precisión de los levantamien-tos MWD, el operador efectuó varias prospeccio-nes estadísticas en las que las posiciones de los pozos perforados utilizando el enfoque MWD fue-

ron comparadas con las posiciones determinadas en base a prospecciones giroscópicas posteriores a la perforación. Los resultados obtenidos indica-ron que mientras la desviación azimutal promedio entre los datos MWD y los datos giroscópicos era de aproximadamente 1°, las diferencias resulta-ban mayores para un número significativo de pozos. Después de evaluar los datos, los especia-listas determinaron que la causa principal del error azimutal era la interferencia magnética inducida por el BHA. Otros factores fueron las variaciones del campo magnético local y la flexión de la sarta de perforación.

La comprensión y la minimización de la inter-ferencia magnética inducida por el BHA demos-traron ser la clave para el mejoramiento de la precisión de las prospecciones. Los especialistas utilizaron un software especial para estimar la contribución de la interferencia de la sarta de perforación al error azimutal y evaluar las venta-jas y desventajas de colocar material no magné-tico entre los magnetómetros y el resto del BHA. Dado que la separación de los sensores respecto de la barrena puede comprometer el direcciona-miento en tiempo real, los operadores minimizaron los componentes no magnéticos y en cambio emplearon técnicas de procesamiento de una sola estación y de estaciones múltiples para corregir las prospecciones en tiempo real. Las comparaciones posteriores a la perforación entre las trayectorias perforadas con levantamientos MWD y con pros-pecciones giroscópicas confirmaron que las dis-crepancias se habían reducido estadísticamente, aún en los casos con correcciones considerables por la interferencia magnética. Al considerar los EOUs, los ingenieros de perforación pudieron alter-nar las posiciones de los cabezales de pozos y opti-mizar su espaciamiento para prevenir la incursión prematura de agua (próxima página, arriba).

Variaciones corticales En ciertas situaciones, la preocupación principal no es la corrección del campo variable en el tiempo sino la corrección del campo cortical. Tal fue el caso de un operador de un campo de petróleo pesado situado en el área marina de aguas pro-fundas de Brasil.38 El proyecto se sitúa en un tirante de agua (profundidad del lecho marino) de 1 100 m [3 600 pies] en el sector norte de la cuenca de Campos. El operador había perforado varios pozos utilizando levantamientos MWD, observando discrepancias entre las lecturas de la herramienta de fondo de pozo y las lecturas espe-radas del modelo BGGM. Para mejorar las opera-ciones de prospección magnética en este campo, era necesario desarrollar un mejor modelo del campo magnético local para que las trayectorias

> Plan de desarrollo de un campo. En un campo de Montana y Dakota del Norte, EUA, los operadores pusieron en marcha la fase de desarrollo con un pozo por cada parcela de 1 mi2 [640 acres, 2,6 km2]. Las filas alternadas de pozos inyectores (azul) y productores (gris) muestran el espaciamiento descendente planificado con una separación entre pozos de 290 m [950 pies] (recuadro rojo). Es necesario minimizar la incertidumbre posicional para mantener paralelas las trayectorias de los pozos y reducir el riesgo de incursión prematura de agua de los inyectores. (Adaptado de Landry et al, referencia 37.)


950 p

ies

1 mi

1 m

i

Espaciamiento inicial de pozos productores:Un pozo cada 640 acres

Cuenca Williston

Volumen 25, no.3 47

de los pozos accedieran a sus objetivos. La compa-ñía necesitaba emplear un modelo geomagnético de alta precisión para evitar el incumplimiento de los criterios de aceptación del campo en la perfo-ración en tiempo real. Dicho incumplimiento podría traducirse en operaciones innecesarias de recuperación de herramientas, debido a la pre-sunta falla de las mismas.

Para resolver las discrepancias de las pros-pecciones, un equipo de investigación integrado por representantes del operador, Schlumberger, otros contratistas y el sector académico, desarro-lló un método de mapeo de las variaciones mag-néticas utilizando el Modelo Geomagnético de Alta Definición (HDGM2011), que había sido desarrollado recientemente en el NGDC de EUA. El equipo integró este modelo del campo magné-tico en gran escala con datos de una prospección aeromagnética local para extender el espectro espacial del campo magnético de las escalas regionales a la escala kilométrica (derecha, extremo inferior).

Los técnicos utilizaron dos métodos indepen-dientes para analizar el modelo magnético cortical.39 El método 1 combinó el modelo BGGM con los datos de la prospección aeromagnética y empleó un método de fuente equivalente para la continuación hacia abajo del campo hasta la profundidad del yacimiento. El método 2 combinó la prospec-ción aeromagnética con un modelo del campo cor-tical de longitud de onda larga proporcionado por la misión satelital alemana CHAMP y generó un modelo magnético 3D para el área de la concesión. El equipo de trabajo estableció la validez del método 2 a través de la comparación de los resul-tados con los perfiles magnéticos marinos obte-nidos del archivo de las NOAA/NGDC de EUA. Los atributos del modelo del campo magnético computados con estos dos métodos concordaron

>Estrategias para asegurar un espaciamiento óptimo a fin de prevenir la incursión prematura de agua. El programa de prospección B (rosado) ofrece mayor precisión que el programa de prospección A (azul). Si los pozos 1 y 2 hubiesen sido perforados desde las localizaciones de superficie adyacentes, utilizando el programa de prospección A, podrían haber colisionado en la TD. El programa de prospección B, con la compensación por la interferencia magnética, asegura la no colisión y permite que los pozos se extiendan hasta la profundidad total planificada. Modificando la posición del cabezal de pozo a la localización de superficie del pozo 3, el operador pudo incrementar la separación entre los pozos en la profundidad total, perforar los pozos con la orientación y el espaciamiento pretendidos y evitar la incursión prematura de agua. El operador optó por aplicar tanto el programa de prospección B como la disposición modificada de los cabezales de pozos (Adaptado de Landry et al, referencia 37.)


Localización de superficiePozo 1 Localización de superficie

Pozo 3Localización de superficiePozo 2

Separación entre pozos en la localización de superficie

El programa de prospección A no proporciona la separación en la TD

Separación en la profundidad medida

Separación correspondiente al programa de prospección A con respecto al desplazamiento en la TD del pozo 3

El programa de prospección Bproporciona la separación en la TD

Vista en planta

Incertidumbre del programa de prospección A

Incertidumbre del programa de prospección B

>Mapas de declinación del campo magnético en el área marina de Brasil. El modelo estándar (izquierda) muestra variaciones suaves en gran escala de la declinación del campo magnético en las proximidades del campo de hidrocarburos (polígono rojo). El modelo HDGM de mayor resolución (centro) incluye más detalles. La combinación del modelo HDGM con el modelo de la prospección aeromagnética (derecha) contiene la información de mayor resolución de los tres modelos. Todos los mapas muestran la declinación magnética en el nivel medio del mar. Entre el modelo estándar y el modelo de mayor resolución de las proximidades del campo se observan diferencias de casi 1° en la declinación magnética. (Adaptado de Poedjono et al, referencia 38.)


–23,2

–23,2

–23

–23,2

–22,2

–23,2

–23,6

–23

–22°48’

–22°24’

–22°00’

–21°36’

–21°12’

–20°48’

–40°00’ –39°36’–40°00’ –39°36’–40°00’ –39°36’

–23,4

–23,4 –23,4–23,8

Longitud

Campo

Latit

ud

–23

–22

–24

Decl

inac

ión

del c

ampo

mag

nétic

o, g

rado

s

37. Landry B, Poedjono B, Akinniranye G y Hollis M: “Survey Accuracy Extends Well Displacement at Minimum Cost,” artículo SPE 105669, presentado en la 15a Muestra y Conferencia del Petróleo y el Gas de Medio Oriente de la SPE, Bahrain, 11 al 14 de marzo de 2007.

38. Poedjono B, Montenegro D, Clark P, Okewunmi S, Maus S y Li X: “Successful Application of Geomagnetic Referencing for Accurate Wellbore Positioning in a Deepwater Project Offshore Brazil,” artículo IADC/SPE 150107, presentado en la Conferencia y Exhibición de Perforación de las IADC/SPE, San Diego, California, 6 al 8 de marzo de 2012.

39. Dos métodos de procesamiento patentados, desarrollados para analizar el campo cortical, se analizan en Poedjono et al, referencia 38. El método 1 fue desarrollado por Fugro Gravity & Magnetic Services Inc, que ahora forma parte de CGG. El método 2 fue desarrollado por Magnetic Variation Services LLC.

48 Oilfield Review

significativamente entre sí cuando se compararon en el nivel medio del mar y en la profundidad del yacimiento de 5 000 m [16 400 pies] (arriba).

El equipo de trabajo descubrió que las anoma-lías de longitud de onda intermedia causadas por la magnetización en gran escala de la corteza oceánica producían un impacto significativo en la declinación magnética local. Los modelos de referencia geomagnética de alta resolución posi-bilitaron la compensación más refinada de las estaciones múltiples por la interferencia de la sarta de perforación. Mediante la comparación de las predicciones de las componentes horizontal y vertical del campo magnético con las de las lectu-ras de las herramientas MWD, los técnicos estable-cieron la validez de los modelos de banda ancha. Los puntos de medición afectados por la interfe-rencia de la sarta de perforación se encontraban fuera de las bandas de aceptación del control de calidad si se procesaban con el modelo BGGM, pero resultaban consistentes con los otros datos al efectuar el procesamiento con un modelo de alta resolución.

Los profesionales evaluaron la importancia del campo de perturbaciones variable en el tiempo utilizando los datos del Observatorio Magnético de Vassouras en Brasil. Los resultados obtenidos indicaron variaciones pequeñas en la declinación magnética, el buzamiento y la intensidad del campo total. Las variaciones diurnas fueron insignificantes en las posiciones de los pozos

durante los períodos de poca actividad solar, y los datos derivados de los modelos estáticos de alta resolución fueron suficientes para esos períodos. Los representantes del operador llegaron a la con-clusión de que el análisis de estaciones múltiples se mejoraba cuando utilizaban los modelos geomag-néticos de alta resolución en lugar de las predic-ciones del campo magnético del modelo BGGM. Y además registraron mejoras significativas en las localizaciones cuando utilizaron el servicio GRS para corregir las lecturas MWD sin procesar. Las localizaciones estimadas de fondo de pozo se desplazaron significativamente y los tamaños de los elipsoides de incertidumbre y la incertidumbre asociada con la TVD se redujeron en consecuencia.

El éxito en aguas profundas Las prospecciones magnéticas precisas en tiempo real permiten a los perforadores direccionales mantenerse en el trayecto y reducir el número de prospecciones giroscópicas confirmatorias reque-ridas. Tullow Ghana Ltd. utilizó la técnica de refe-renciamiento geomagnético para lograr el acceso a los objetivos remotos de manera exacta y dentro del presupuesto durante el desarrollo del campo Jubilee del área marina de Ghana.40

El operador pretendía perforar todos los pozos de manera segura y exitosa en el menor tiempo posible porque en esta área los costos diferenciales del equipo de perforación son excepcionalmente elevados. Para posibilitar un servicio GRS preciso,

los especialistas de Schlumberger llevaron a cabo simulaciones numéricas, que cuantificaron la sensibilidad de la medición magnética a la trayectoria del pozo y a la inclusión de collarines no magnéticos por las variaciones del BHA (próxima página, a la izquierda).

Una prospección aeromagnética constituyó la base para el modelo geomagnético diseñado a medida. Esta prospección de 80 km × 80 km [50 mi × 50 mi] se centró en el campo Jubilee a una altitud de 80 m [260 pies], e incluyó vuelos de prueba previos a la prospección para la calibración y la utilización de una estación base como referencia para los cambios variables en el tiempo producidos en el campo magnético. Los analistas computaron una cuadrícula de anomalías de intensidad magnética total (TMI) utilizando el campo magnético total medido en la prospección aeromagnética, combinado con el modelo del campo magnético principal BGGM 2010.41 El procesamiento del campo magnético cortical dio como resultado un campo magnético actualizado, desde el nivel del mar hasta una profundidad de 4 500 m [14 800 pies], utilizando la continuación

40. Poedjono B, Olalere IB, Shevchenko I, Lawson F, Crozier S y Li X: “Improved Drilling Economics and Enhanced Target Acquisition Through the Application of Effective Geomagnetic Referencing,” artículo SPE 140436, presentado en la Conferencia y Exhibición Anual de EUROPEC/EAGE de la SPE, Viena, Austria, 23 al 26 de mayo de 2011.

41. Para obtener más información sobre el flujo de trabajo de procesamiento, consulte: Poedjono et al, referencia 32.

> Contribución del campo cortical a la declinación del campo magnético en dos profundidades diferentes cerca de un campo ubicado en el área marina de Brasil. La contribución del campo cortical a la declinación magnética se muestra como una vista en planta en el nivel medio del mar (izquierda) y a una profundidad de 5 000 m (derecha). Los valores fueron calculados utilizando un método en el que se combinó un prospección aeromagnética con un modelo del campo cortical de longitud de onda larga suministrado por la misión satelital alemana CHAMP; luego, el método generó un modelo magnético 3D para el área de la concesión. El campo magnético 3D cambia con la profundidad, debido en gran parte a las propiedades magnéticas de la corteza terrestre que infrayace los sedimentos del área marina de Brasil. (Adaptado de Poedjono et al, referencia 38.)


2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

–0,2

–0,4

–0,6

0

0,20,4 0,6

0,8

Decl

inac

ión

del c

ampo

mag

nétic

o, g

rado

s10 000 m

10 0

00 m

Contribución del campo cortical en el nivel del mar

Decl

inac

ión

del c

ampo

mag

nétic

o, g

rado

s

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

–0,2

–0,4

–0,6

0

0,2

–0,2

0,40,6

0,6

0,8

1,2

1,4

10 000 m

10 0

00 m

Contribución del campo cortical a 5 000 m de profundidad

Volumen 25, no.3 49

hacia abajo de la anomalía TMI escalar. En el procesamiento subsiguiente, se determinaron los componentes este, norte y vertical del campo magnético y se los convirtió en perturbaciones de declinación magnética e inclinación con respecto al campo magnético principal.

Para los pozos iniciales del campo Jubilee, los levantamientos MWD estándar proporcionaron EOUs suficientemente pequeños para tener acceso a los objetivos geológicos con seguridad. Estos trayectos de pozos iniciales tenían ángulos de inclinación relativamente someros. Para los objetivos más remotos, con ángulos de inclina-ción más altos y secciones tangentes más largas, la incertidumbre asociada con los levantamien-tos MWD estándar fue inaceptablemente grande, pero resultó considerablemente más pequeña para los datos magnéticos procesados con el ser-vicio GRS y los perforadores alcanzaron sus obje-tivos con una alta confiabilidad. Mediante la utilización del servicio GRS, el operador pudo perforar el pozo con la garantía de posicionarlo dentro del objetivo (arriba, a la derecha).

Acceso al objetivoEstos ejemplos ilustran diversos requerimientos nuevos y exigentes para la orientación de los pozos y la tecnología de mediciones geomagnéti-cas que ha sido desarrollada para satisfacer esos requerimientos. Los desafíos planteados incluyeron la colisión de los pozos, la reducción de la interferencia magnética de la sarta de per-foración y la consideración de las variaciones del campo geomagnético asociadas con el magne-tismo cortical y las variaciones temporales del campo magnético.

Ahora, los perforadores direccionales empla-zan los pozos con objetivos cada vez más exigentes basándose en prospecciones de pozos obtenidas en tiempo real y EOUs pequeños. Los modelos de referencia geomagnética de alta resolución asis-

ten en el procesamiento para la compensación de la interferencia de la sarta de perforación y mejo-ran el control de calidad de las mediciones mediante la utilización de criterios de aceptación personalizados. La técnica de referenciamiento geomagnético mejora la precisión del posiciona-miento de los pozos, reduce la incertidumbre posicional y mitiga el riesgo de colisión con los pozos existentes. Si se utiliza en la navegación de pozos en tiempo real, el servicio GRS ahorra tiempo de equipo de perforación, reduce los cos-tos de perforación y ayuda a los perforadores a alcanzar sus objetivos. —HDL

> Cuantificación de la sensibilidad de las mediciones magnéticas con respecto a la interferencia de la sarta de herramientas. Para simular la magnitud de la interferencia magnética para diversas orientaciones de prospecciones y diferentes diseños de BHA se utilizan códigos de modelado. Esta simulación, obtenida de la caja de herramientas de prospecciones de Schlumberger Drilling & Measurements, muestra el error azimutal considerable (rojo) que se produciría con este azimut de cuadrícula de 270° y la inclinación de 90° de este pozo en particular si el perforador no agregaba material de separación no magnético al BHA además del material incluido en el diseño inicial (azul). Los ingenieros de perforación utilizan estas simulaciones para determinar la longitud del material no magnético, por encima y por debajo del punto de medición MWD, necesario para reducir lo suficiente el error.


BHA Collar Size

Azimuth Reference

Nonmagnetic Spacing of BHA Elements

Units Survey Data Geomagnetic Reference

Schlumberger Drilling & Measurements Survey Tool Box

BHA Configuration Type

1

2

3

4

Results

Small (4.75” OD or Less)

MetersGridAzimuth

Inclination

Declination GeoMag Field Geographic Region

Grid Convergence Total lBl

RegionDEM Total CorrectionCheck Reference

Minimum Number of Surveys Required for DMAG

deg

deg

deg

deg

ft

ft ft

ft

Steel

NonMag

ft

ft ft

ft ft

degDip nT Feet

True North

Grid North

Medium (6.75” and all Medium sizes)

PowerDrive Rotary Steerable

Steerable Motor Assembly

NonMag Steerable Motor

Drill Collars or Other BHA

Stabilizer + Bit Only Below MWD

Azimuth Error:Add Nonmagnetic Spacing

4.22

270.00 4.5900

0.2100

4.3800

49895 61.7590.00

25

D2

D2

L2 L1S2 S1

D1

D1

MP

MP

100.51 52.78 36.02

deg

NMR

deg

nT

nT

1746

330.0

0.00.07

Calculate

Open Save Save As .. Clear Exit

Report

Interfering Field:Above MWD Add ..

Undo LastBelow MWD

Delta FAC dlBl

Delta FAC dDip

Large (8” OD or More)

Main

EDI Calculator Reference Check Benchmark Rotation Shot BHA Survey Frequency

File Launch Help

> Un pozo de alcance extendido del campo Jubilee en el área marina de Ghana. El pozo 4 de Tullow Ghana Ltd. posee una extensión de gran longitud y un perfil tangente para tener acceso al objetivo (rojo). El EOU obtenido con las herramientas MWD estándar (extremo superior izquierdo, verde) es más grande que el objetivo geológico rectangular. Debido al EOU más pequeño obtenido con el servicio GRS (extremo superior derecho, azul), el operador pudo perforar el pozo con la confiabilidad de que penetraría en el objetivo. (Adaptado de Poedjono et al, referencia 40. Las imágenes de esta figura corresponden al Copyright 2011, Conferencia y Exhibición Anual de EUROPEC/EAGE de la SPE. Reproducido con la autorización de la SPE. Se prohíbe cualquier otra reproducción sin autorización.)


0 m

0 –400 m

–400 –800 m

–800 –1 200 m

–1 200 –1 600 m

–1 600 –2 000 m

–2 000 –2 400 m

–2 400 –2 800 m

–2 800 m –3 200 m

–3 200 m 515 000 m

515 000 m

514 000 m

514 000 m

513 000 m

513 000

512 000 m

512 000

Eje X

Eje XEje Y

Eje Z

Eje X

511 600 m

511 800 m

512 000 m

511 600 m

511 800 m

512 000 m

Eje X

Eje Y

Documents

Referenciamiento geomagnético: La brújula en tiempo real .../media/Files/resources/oilfield_review/... · tante, la introducción de la técnica de perfora-ción horizontal y la