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    UNIVERSID D UTONOM G BRIEL REN MORENOFacultad de iencias Exactas y TecnologaCarrera Ingeniera PetroleraSEMINARIO DE GRADO

    PERFORACION DIRECCIONAL

    15 de Marzo del 2013, 30 Aos Formando Ingenieros Petroleros A la altura de todas sircunstancia por ExcelenciaEDUARDO VELASQUEZ GOMEZ

    Email: [email protected] Santa Cruz - Bolivia

    INDICE

    CAPITULO I

    COODENADAS

    1. COODENADAS DEL SISTEMA GEODESIO

    2. COODENADAS EN ESPACIO

    3. COODENADAS EN PLANO

    CAPITULO II

    CAMPO MAGNETICO

    1. NORTE VERDADERO

    2. NORTE MAGNETICO

    3. NORTE DE MAPA

    CAPITULO III

    NOMENCLATURA

    CAPITULO IV

    PLANIFICACION DE UN POZO DIRECCIONAL

    TIPOS DE POZO DIRECCIONAL

    1. TIPO "J"

    2. TIPO "S"

    3. TIPO DEEP KICK OFF AND BUILD

    4. TIPO HORIZONTAL

    CAPITULO V

    HERRRAMIENTAS DE MOTOR DE FONDO

    CAPITULO IV

    METODOS DE CALCULOS

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    CAPITULO ICOODENADASCARTOGRAFIA1.- Definicin

    2 .- Sistema de coordenadas Geogrficas3 .- Forma y dimensiones de la tierra4 .- Proyecciones cartogrficas5 .- La cuadricula universal transversa de Mercator (CUTM)

    Elementos bsicos de Cartografa1.- DefinicinSe define a la Cartografa como la ciencia y el arte de hacer mapas, e incluye todos losprocesos que se siguen hasta alcanzar el producto final.

    2.- Sistema de coordenadas

    Geogrficas

    ParalelosSon crculos imaginarios que se pueden trazar por cualquier lugar de la superficieterrestre.El ecuador es el paralelo cero, el mayor, y no hay otro con esas caractersticas; y divide a laTierra en dos hemisferios: el hemisferio norte, y el hemisferio sur.

    Meridianos

    Son semicrculos perpendiculares al ecuador que pasan por los polos y, tambin, sepueden trazar por cualquier lugar de la superficie terrestre.El meridiano de Greenwich es el meridiano cero y divide a la Tierra en otros doshemisferios: el oeste (a la izquierda deGreenwich) y el este (a la derecha del meridianocero).Elementos bsicos de Cartografa

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    LATITUD Y LONGITUD

    El sistema de coordenadas geogrficas, basado en paralelos y meridianos, se utiliza paradeterminar la posicin de cualquier punto en el planeta.

    La latitud se mide desde el ecuador hasta los polos. Las lneas de latitud son los paralelos,y sus valores van desde el 0 (ecuador) al 90(polos).La latitud puede ser norte (hemisferio norte) o sur (hemisferio sur).

    La longitud se mide segn los meridianos. Las lneas de longitud son los meridianos, y susvalores van desde el 0 (meridiano de Greenwich) hasta su complementario, el 180, elmeridiano de cambio de fecha. El meridiano de Greenwich es la longitud ms baja, cero

    grados.La longitud puede ser oeste o este.

    3.- FORMA Y DIMENSIONES DE LA TIERRA

    GEOIDELos instrumentos geodsicos y topogrficos que se emplean en los levantamientoscartogrficos, se orientan con el principio de la plomada, cuya verticalidad sigue ladireccin de la fuerza de gravedad.Este fenmeno da lugar al conocimiento y estudio de una nueva superficie conocida como

    GEOIDE.El Geoide representa la superficie real de la tierra y se presenta bajo una forma no regular.

    El ElipsoidePor la forma irregular de la tierra, los clculos cartogrficos son complejos.Por lo tanto se ha adoptado el uso del Elipsoide de rotacin como una superficie regularasimilable a la forma geodica.El elipsoide queda definido por las dimensiones de sus semiejes mayor (a) y menor (b).Relacin de las coordenadas geogrficas con la hora.Una vuelta de la tierra = 360 grad = 24 hrs Por lo tanto

    1 hr de tiempo = 15 grad de longitud1 min. de tiempo = 15 de longitud1 seg. de tiempo = 15 de longitud

    4.- Proyecciones cartogrficas

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    Elementos bsicos de Cartografa5.- La cuadricula universal transversa de Mercator (CUTM)

    Configuracin de una faja de proyeccin en la Cilndrica Transversa de MercatorModificada.

    Estructura Geomtrica de una zona

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    El origen de las coordenadas seencuentra en el punto de interseccin del meridiano

    central, con el ecuador, ambas lneas rectas. Para fines de calculo, el origen setraslada 500.000 m. al oeste para lasbsidas (X), y 10000.000 m al surpara las ordenadas ( Y ), quedando el meridiano centralen 500.000 m y el ecuador con 10000.000 m.Este sistema de cuadriculado sedesigna como la CUADRICULAUNIVERSALTRANSVERSA DE MERCATOR y es conocida como la CUTM

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    CAPITULO IICAMPO MAGNETICO

    Medidas de DireccinLos dos mas conocidos en perforacin y registros direccionales son:1. Cuadrante2. Azimut

    Ejemplos1. CuadranteN 45 E S 38 W N 63 W

    Esta es la manera como se leera una brjula magntica2. Azimut45 142 297Este mtodo toma la direccin y la expresa como si se tomara una circunferencia y semide de 0- 360, medida en el sentido de las agujas del reloj desde el Norte comoreferencia.

    Norte VerdaderoEs la direccin del polo norte geogrfico, el cual yace sobre el eje de rotacin de la tierra

    Norte MagnticoEs la direccin de la componente horizontal del campo magntico terrestre en un punto

    seleccionado sobre la superficie de la Tierra.

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    Declinacin Magntica

    Es el ngulo entre el norte verdadero y el norte magntico

    Declinacin MagnticaDeclinacin EsteOcurre cuando el norte magntico esta al Este del verdaderoEjemploDeclinacin magntica = 8 EAzimut magntico = 56Azimut Verdadero = 64

    Declinacin Oeste

    Ocurre cuando el norte magntico esta al Oestedel verdaderoEjemploDeclinacin magntica = 8 WAzimut magntico = 56Azimut Verdadero = 48

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    Norte Cuadrcula o Norte de MapaEs la direccin norte sobre un mapa.El Norte Cuadrcula o Norte de Mapa es idntico al Norte Verdadero slo en ciertosmeridianos especficos.

    Todos los otros puntos deben corregirse por convergencia (el ngulo entre el Norte deMapa y elNorte Verdadero en cualquier punto).

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    CAPITULO IIINOMENCLATURAS

    Trminos y Definiciones DireccionalesReferencia de Profundidad

    Profundidad Medida, MDProfundidad Vertical Verdadera, TVD

    Referencia de InclinacionInclinacion.

    Referencia de AzimuthNorte MagneticoNorte Verdadero (Geografico) True NorthGrid North

    Profundidad Medida (Measured Depth / MD)Es la distancia medida a lo largo de la ruta actual del pozo, desde el punto de referenciaen la superficie hasta el punto de registros direccionales.Es la sumatoria de la longitud de tubos perforados ms el ensamblaje de fondo.

    Profundidad Vertical Verdadera (True Vertical Depth / TVD)Es la distancia vertical desde el nivel de referencia de profundidad hasta el puntocorrespondiente al curso del pozo.

    Inclinacin (desvo / Drift)

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    Es el ngulo (en grados) entre la vertical local (el vector local de gravedad como lo

    indica una plomada) y la tangente al eje del pozo en un punto determinado.Por convencin, en la industria petrolera 0 es vertical y 90 horizontal. 30

    303 10Azimuth (direccin del pozo)El azimut de un pozo en un punto es la direccin del pozo sobre el plano horizontal,medido como un ngulo en sentido de las agujas del reloj a partir del Norte dereferencia.Esta referencia puede ser el Norte Verdadero, el Magntico o el de Mapa y porconvencin se mide en sentido de las agujas del reloj. Todas las herramientas magnticasinicialmente dan la lectura de azimut con respecto al Norte Magntico.Sin embargo, las coordenadas calculadas finalmente estn referidas al NorteVerdadero o al Norte de Mapa.

    Medidas de DireccinLos dos mas conocidos en perforacin y registros direccionales son:1. Cuadrante (Rumbo)2. Azimut

    Ejemplos1. CuadranteN 45 E S 38 W N 63 WEsta es la manera como se leera una brjula magntica2. Azimut

    45 142 297Este mtodo toma la direccin y la expresa como si se tomara una circunferencia y semide de 0- 360, medida en el sentido de las agujas del reloj desde el Norte comoreferencia.

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    Pata de Perro ( Dog Leg / DL)Es la curvatura total del pozo (la combinacin de cambios en inclinacin y direccin)

    entre dos estaciones de registros direccionales.La pata de perro se mide en ngulos.D.L.= cos-1 [sen I1 sen I2 cos (A2-A1)+cos I1 cosI2]donde:

    I1 e I2 son dos medidas de inclinacin consecutivas.A1 y A2 son dos medidas de direccin consecutivas

    Severidad de la Pata de PerroEs la cantidad de DL referido a un intervalo estndar (usualmente 100 pies 30 metros).D.L.S. = (D.L. x 100) / C.L.donde:

    DL es la pata de perro calculada entre dos estaciones.CL (Course Length) es la profundidad medida entre dos estaciones

    Seccin VerticalEn un plano de pozo, el perfil vertical corresponde usualmente a una propuesta en unplano definido por la direccin recta entre la boca de pozo y el objetivo.Esta direccin se conoce como azimuth de la seccin verticalo ubicacin propuestadel fondo del pozo o planopropuesto o direccin del objetivo.En este caso, se llama seccin vertical a la desviacin horizontal total del pozoproyectada sobre este plano.

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    Cierre (Closure)

    Esta se define como una recta trazado desde el punto de referencia del taladro acualquier coordenada rectangular en un plano horizontal (generalmente usada paradefinir el fondo del pozo).Se calculan la longitud y la direccin de la recta.Por ejemplo, si la posicin localizada es 630 m N, 930 m E, el cierre puede ser calculadousando el Teorema de Pitgoras y la trigonometra: de manera que el cierre ser 1123.3 mcon direccin N 55.88 E.

    Diferencia de Direccion (DD)- La diferencia de Direccin (DD) representa el ngulo entre el closure y la direccin deltarget (plano Propuesto).- Usando DD, Distancia del Closure y una funcin trigonometrita simple, la Seccin Verticalpuede ser calculada.- Para calcular DD, ambos, la direccin del Target y del Closure deben ser expresados enAzimut.

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    Lado Alto ( High Side)Es el lado del pozo directamente opuesto a la fuerza de la gravedad.El punto que representa el lado alto es importante para la orientacin (toolface).Con una inclinacin de 0, no hay lado alto.Con inclinacin 0, el pozo no tiene direccin horizontal. Es decir, el eje del pozo se

    representara como un punto y no como una lnea sobre el plano horizontal.Sin inclinacin, no hay lado alto; sin lado alto, no hay direccin.

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    CAPITULO IVPLANIFICACION DE UN POZODIRECCIONAL

    Planificacin de un Pozo DireccionalDefinicin

    La Planificacin de Pozo Direccional es un proceso de diseo que utiliza un conjunto dedatos e informacin, y desarrolla un plan optimo de pozo direccional.Criterios de diseo utilizados incluyen:Localizacin en SuperficieLocalizacin del ObjetivoTamao del ObjetivoNorte de ReferenciaTendencias de FormacinRatas de Aumento y Cada (BUR&DROP)Proximidad de otros pozosPuntos de CasingTecnologa y Tcnicas de Perforacin DisponiblesAnalisis de datos

    Criterio para seleccin de CandidatosDiseo y Planificacin del Pozo

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    Evaluacin de Dificultades de Perforacin

    Seleccin del Equipo de PerforacinSeleccin de las HerramientasEstimado de Tiempo y Costo

    Planificacin del pozoPara planificar un pozo direccional se necesita un equipo integrado, multi-disciplinarioRESERVORIO - GEOLOGIA

    Caracterizacin del reservorio y caractersticas geolgicasCOMPLETACION - PRODUCCION

    Limitaciones de completacion y requerimientos de produccinPERFORACION

    Limitaciones/dificultades de perforacinRequerimientos de perfil de pozo/radio de curvaturaTamao del agujero/programa de casingEquipo de perforacin necesarioConsideraciones de costo

    Kick Off Point y Build Up RateLa seleccin del KOP y BUR dependen:

    Tipo del Perfil Direccional seleccionadoPrograma de CaeraPrograma de Lodo

    Desplazamiento Horizontal requeridoAngulo de Inclinacin MximoRequerimientos de anti-colisinRangos Normales de BUR: 1.5 a 4.0 Grad/100 MD

    Planificacin del pozo

    El target define el perfil mas apropiado para el pozoConsiderar requerimientos de completacionDefinir el Fluido de Perforacin mas ApropiadoDisear un Programa Apropiado para TrpanosDisear perfil de casing; definir procedimientos de carreras/cementacionUsar programa de Torque y Drag para predecir y evaluar futuras dificultades deperforacinOptimizar el programa basado en la capacidad disponible del equipo deperforacin

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    Planificacin de laTrayectoria del PozoTipos Tradicionales de Trayectorias DirectionalesTipo 1 Pozo Tipo J (Build & Hold)Tipo 2 - Pozo TipoSTipo 3 - Deep Kick-Off and BuildTipe 4 - Horizontal

    Trayectoria del PozoTipo 1 Tipo J Build and HoldTipo 2 - Tipo STipo 3 - Deep Kick-Off and BuildTipo 4 Horizontal

    CARACTERISTICAS:KOP SomeroNormalmente un solo BURSeccion Tangente

    APLICACIONES:Pozos Profundos c/ VS grandesPozos medianos con Despl. Moderados.

    Trayectoria del PozoTipo De Trayectoria Direccional

    Tipo 1 - Build and HoldTipo 2 - Pozo Tipo STipo 3 - Deep Kick-Off and BuildTipo 4 Horizontal

    CARACTERISTICAS:KOP Somero

    -Seccion de Build Up-Seccion Tangente-Seccion Drop-off

    VARIACIONES:-Build, Hold & Drop a la Vertical.

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    -Build, Hold & Drop no a la Vert.

    -Build, Hold & Drop continuo a lo largoReservorio.

    Trayectoria del PozoTipo de Trayectoria Direccional

    Tipo 1 - Build and HoldTipo 2 - Pozo tipo STipo 3 - Deep Kick-Off and BuildTipo 4 Horizontal

    CARACTERISTICASKOP ProfundoSeccion Tangente Corta (opcional)

    APLICACIONESReubicacion del fondo del pozoPresencia de un domo salino

    DESVENTAJAS

    Dificultad del Kick Off (Form. Duras)Dificultad de conseguir el TF.(Torq.React.)Cambios de BHAs largos.

    Trayectoria del PozoTipo de Patrn Direccional

    Tipo 1 - Build and HoldTipo 2 - Pozo Tipo STipo 3 - Deep Kick-Off and BuildTipo 4 Horizontal

    CATEGORIASRadio: Corto, Medio y LargoAPLICACIONESAtravesar fracturas naturales verticalesMinimizar conificacin de gas y agua

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    Maximizar la produccin

    Optimizar la produccin en campos debaja presin y baja produccin.Aplicaciones en Minera.

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    CAPITULO VHERRAMIENTAS DE FONDO

    HERRAMIENTAS DE FONDO ROTARIAMTODOS DE CONTROL DIRECCIONAL

    - ENSAMBLAJE ROTARIOFuerza Lateral y ngulo de apoyo

    Principio de FulcrumPrincipio de estabilizacinPrincipio de PnduloRigidez del Drill Collar

    - Efecto del tipo de Barrena- Efecto de Formacin- Motores de Fondo

    Modos de Operacin Orientado Rotado

    Fuerza Lateral-Angulo de ApoyoFactores que afectan la trayectoria de la barrena

    Medida y lugar de estabilizadores Dimetro y longitud de collares Peso sobre la barrena Velocidad de rotacin de la barrena Tipo de barrena Formacin anistropa y buzamiento de las capas Dureza de formacin Tasa de flujo (caudal) Tasa de penetracin

    El principio de Fulcrumes usado para levantar ngulo (i.e. incrementar inclinacin)

    El principio de Estabilizacines usado para mantener el ngulo y direccin

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    El principio de Pndulo

    es usado para bajar el ngulo

    EL PRINCIPIO DE FULCRUMes usado para levantar ngulo (incrementar inclinacin)

    El incremento en ngulo depender de lo siguiente:incremento en la distancia del estabilizador de barrena al primer estabilizador de

    tuberaIncremento en inclinacin del pozoReduccin en el dimetro del drill collarIncremento en peso sobre la barrenaReduccin en la velocidad de rotacinReduccin en la tasa de flujo (formaciones suaves)

    HERRAMIENTA ROTARIA FULCRUM

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    EL PRINCIPIO DE ESTABILIZACIONes usado para mantener el angulo y direccionalto rpm y suficiente peso sobre la barrenapara perforar

    STABILIZACIONAlta revolucinBajo WOBEste ensamblaje es bastante rgido con alto torque

    HERRAMIENTA ROTARIA EMPACADA

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    EL PRINCIPIO DE PNDULOes usado para reducir angulo de inclinacinalto rpm y bajo peso sobre la barrena

    HERRAMIENTA ROTARIA PENDULO

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    Stabilizacion

    BHA esta dieseado para subir, bajar o mantener la inclinacion Elementos Criticos:-Calibre del estabilizador-Posicion del estabilizador-Drill collar OD/Peso/momento de inercia-Inclinacion del pozo-WOB, RPM, Caudal-Calibre del pozo-Tipo de trepano

    EFECTOS DE ESTABILIZACIN Full Gauge Vs Under Gauge para un Estabilizador Nepar Bit Full Gauge vs Under Gauge para un estabilizador de sarta

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    CAPITULO VICALCULOS DIRECCIONALES

    CLCULOS DIRECCIONALESINTRODUCCINLos resultados de un registro direccional de un pozo, se dan en trminos de inclinaciony azimut, a una cierta profundidad.Se debe analizar esta informacin para calcular la posicin actual del pozo, en relacina su ubicacin respecto a la superficie.Para hacer esto se deben calcular las distancias progresivas entre las estaciones deregistros direccionales.Por lo tanto, es necesario asumir alguna clase de trayectoria idealizada entre lasestaciones. La trayectoria asumida puede ser simplemente una lnea recta que una dosestaciones o alguna clase de curva definida por dos puntos extremos.

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    MTODO: ANGULO PROMEDIO- Asume que el pozo es paralelo al promedio simple de los ngulos de inclinacin ydireccin y realiza el clculo entre dos estaciones localizadoras.- Es un mtodo bastante preciso y los clculos son suficientemente simple.

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    MTODO: RADIO DE CURVATURA- Usa los ngulos medidos en los extremos de las secciones a lo largo de la longitudregistrada. Este mtodo genera una curva en el espacio que representa la trayectoria delpozo.Para cada intervalo de registros direccionales el mtodo asume que las proyeccionesvertical y horizontal de la curva tienen radio de curvatura constante.

    MTODO: MINIMA CURVATURA- Asume que el pozo es un arco de circunferencia con mnima curvatura (mximo radio decurvatura) entre dos estaciones de registros direccionales. Este mtodo es el mas preciso

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    para la mayora de las trayectorias de pozos. Sin embargo el mtodo conlleva clculos

    complejos que usualmente se hacen con una computadora

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    Conceptos de Registros Direccionales1. Paralelos de latitud:

    d. Son lneas que corren paralelas al ecuador

    2. Para ser til, los datos del fondo del pozo deben estar:c. Relacionado a una posicin de superficie o elevacin

    3. Longitud:c. Est dividida en 180 grados en el Hemisferio Occidental y 180 grados en el

    Hemisferio Oriental

    4. Lneas de latitud:b. Se miden de 0 a 90, con 90 en el polo Norte o Sur

    5. El ngulo entre el Norte Cuadrcula o Norte de Mapa y el norte verdadero se llama:b. Convergencia

    8. Con la excepcin de los sistemas inerciales, todos los sistemas de registro direccional miden_________________ y _________________ en ciertas profundidades medidas

    9. La profundidad medida siempre se mide de alguna manera, mientras que la profundidad

    ________________ es, en general, un valor calculado

    10.RKB es:b. Una referencia de profundidad

    11. Si un pozo tiene una inclinacin de 25, hay un ngulo de 25 entre la tangente al eje del pozo y____________________

    12. Los tres sistemas de referencia Norte ms usados en registros direccionales son Norte __________,Norte ____________ y Norte _____________

    13. La declinacin es una correccin:c. Desde el Norte Magntico al Norte Verdadero

    14. Si un lugar en un pozo tiene un Azimuth magntico de 123, y la declinacin para ese punto es 2Este, el Azimuth de Norte Verdadero es:

    a. 121 b. 123 c. 125 d. 100

    15. Un elipsoide de incertidumbre es una forma de definir el volumen de incertidumbre alrededor decualquier punto en un registro direccional. Esta incertidumbre es causada por errores de

    ______________ inherentes a los diversos tipos de herramientas de registros direccionales

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    16. El toolfaceprovee un punto de referencia para el alineamiento en el ensamblaje de fondo del pozo.Este se usa para cambiar la _____________ y la ______________ del pozo mientras se perfora

    17. La cantidad de curvatura del pozo entre dos puntos se llama:b. Pata de Perro

    19. El magnetismo de la sarta de perforacin puede causar:b. Lecturas incorrectas de la brjula

    20. La desviacin horizontal total del pozo proyectada sobre el plano de propuesta se llama

    ____________ ________________

    21. _______________ puede ser la distancia recta desde el punto de referencia del taladro hasta elfondo del pozo en una vista de planta

    Herramientas1. INTEQ define las herramientas convencionales de registros direccionales como las que tienen (entreotras)

    c. Unidades mecnicas angulares y cmaras con pelcula fotogrfica

    2. Los instrumentos magnticos necesitan espaciarse de la sarta de perforacin y elBHAparaminimizar la interferencia con el ____________ _______________

    3. Se necesita separacin entre __________ y __________ pies de espacio para evitar interferencias

    magnticas cuando se usan instrumentos de registros direccionales magnticos alrededor derevestimientos existentes

    4. Una desventaja del giroscopio convencional es que debe tener un ___________

    ________________________, el cual se mantiene por medio de ungimbal mecnico. Un giroscopio detasa de giro, por otra parte, toma lecturas basadas en la ___________________ _________

    _________________de la tierra

    5. Los registros direccionales magnticos de toma nica (single shot) fotografan el instrumento en unaposicin nica y se pueden usar para:

    b. Seguir el progreso de la broca mientras se perfora el pozo

    6. Los componentes bsicos de un instrumento convencional de toma nica son:a.

    b.c.

    d.7. Los magnetmetros se usan para el mismo propsito que un ____________________ en uninstrumento de registros direccionales convencional:

    b. Carta de brjula

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    8. Los acelermetros se usan para el mismo propsito que un ____________________ en uninstrumento de registro convencional:

    a. Pndulo y anillo de vidrio con escala

    9. Un registro direccional multitomas:

    b. Es una sucesin de registros direccionales tomados a intervalos regulares deprofundidad

    10. Una herramienta de registros direccionales que se usa para obtener lecturas continuas en lasuperficie de los registros direccionales mientras se perfora es un:

    c. Herramienta dirigible wireline

    11. Adems de la inclinacin y la direccin, elEMS calcula ____________________ y______________en cada estacin de registros direccionales

    12. Las herramientas giroscpicas se usan en lugar de las magnticas cuando:c. Se ha corrido revestimiento y hay interferencia magntica

    13. Normalmente, un registro direccional con giroscopio de tasa de giro es ms exacto que uno congiroscopio convencional porque:

    a. No necesita orientacin en superficieb. No necesita correcciones por variaciones de rotacin (drift)

    c. No est sujeta a las tendencias del sensor y a la desalineamiento que se encuentran algunasveces en los sistemas de giroscopio convencional

    d. Todas las anteriores

    Haga corresponder la mejor respuesta de la columna de la derecha con cada afirmacin de la columna

    izquierda

    1. Asume que las proyecciones vertical y horizontal de la curva tienen curvatura constante

    2. Mtodo de clculo estndar de BHI

    3. Clculos complejos, necesita de una calculadora programable o un computador

    4. Asume que la trayectoria del pozo es un arco de circunferencia con curvatura mnima entre

    estaciones de desviacin

    5. Es bastante exacto y lo suficientemente simple como para usar en el campo con unacalculadora no programable1. a. Radio de Curvatura

    2. b. Mnima Curvatura3. a. Radio de Curvatura ;b. Mnima Curvatura

    4. b. Mnima Curvatura

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    5. c. Angulo Promedio

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