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DISEÑO DE SARTA DE PERFORACIÓN... CETEPI

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CETEPI.. DISEÑO DE SARTA DE PERFORACIÓN,

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DISEÑO DE SARTA DE PERFORACIÓN... CETEPI

  1. 1. SARTAS DE PERFORACIÓN Programa de Entrenamiento Acelerado para Ingenieros Supervisores de Pozo LA SARTA DE PERFORACIÓN
  2. 2. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Típicamente, una sarta de Perforación consta de los siguientes componentes: - Barrena - Collares ó Lastra-Barrena - Tubería pesada de perforación ó Tubería de pared gruesa - Tubería de Perforación - Accesorios tales como Estabilizadores, Escariadores, Sustitutos de Acople, Conectores de Barrena, etc.
  3. 3. SARTAS DE PERFORACIÓN q Sarta de Perforación Ø Son componentes metálicos armados secuencialmente que conforman el ensamblaje de fondo (BHA) y la tubería de perforación, a fin de cumplir las siguientes funciones: § Proporcionar peso sobre la mecha o barrena (PSM) § Conducir del fluido en su ciclo de circulación § Prueba de perforabilidad (Drill off test) §Darle verticalidad o direccionalidad al hoyo § Proteger la tubería del pandeo y de la torsión § Reducir patas de perro, llaveteros y escalonamiento § Asegurar la bajada del revestidor § Reducir daño por vibración al equipo de perforación § Servir como herramienta complementaria de pesca § Construir un hoyo en calibre § Darle profundidad al pozo
  4. 4. SARTAS DE PERFORACIÓN q Componentes: § Barras ó botellas de perforación (drill collars) § Tubería de transición (hevi-wate) § Tubería de perforación (drill pipe) § Herramientas especiales § Substitutos § Cross-over § Estabilizadores § Martillos § Motores de fondo § Turbinas § Camisas desviadas (bent housing) § MWD / LWD § Otras herramientas (cesta, ampliadores, etc)
  5. 5. SARTAS DE PERFORACIÓN Barras o Botellas Tubería de Transición Tubería de Perf.
  6. 6. SARTAS DE PERFORACIÓN Tipos de Estabilizadores • Estabilizadores Definición: Herramientas que se utilizan para estabilizar el ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviación. Patines Reemplazables RWP Camisa integral Camisa reemplazable en el equipo de perforación Aleta soldada
  7. 7. SARTAS DE PERFORACIÓN Martillo Mecánico Martillo Hidráulico
  8. 8. SARTAS DE PERFORACIÓN Motor de fondo Estator Rotor
  9. 9. SARTAS DE PERFORACIÓN Turbina de fondo Álabes
  10. 10. SARTAS DE PERFORACIÓN Sarta Vertical Sarta Direccional DP (5”) HW (5”) DC (8”) HW (5”) BARRAS (6-3/4”) MECHA 12-1/4” MECHA 12.1/4” MWD + LWD MARTILLO (6-1/2”) HW (5”) DP (5”) MOTOR/ BH 2 1/2°
  11. 11. SARTAS DE PERFORACIÓN q Aspectos mecánicos § Conocidas las diferentes formaciones a penetrar, es necesario considerar los factores mecánicos que permitan optimizar la velocidad de penetración (ROP). § Dichos factores mecánicos son: § Peso sobre la mecha o barrena (P.S.M) § Revoluciones por minuto (R.P.M) § Las variables para seleccionar los factores mecánicos son: § Esfuerzo de la matriz de la roca § Tamaño y tipo de mecha § Tipo de pozo § Tipo de herramientas de fondo
  12. 12. SARTAS DE PERFORACIÓN Factores Mecánicos P.S.M R.P.M ?
  13. 13. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Acople de Tubulares Perno (Pin, macho) Caja (Box) Se fabrican en diverisdad de tamaños y en variedad de Formas de Roscas
  14. 14. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación La Barrena En general las barrenas son de dos tipos: 1. Barrenas de Conos de Rodillo (Rock Bits) 2. Barrenas de Cortadores Fijos (Drag Bits)
  15. 15. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Collares de Perforación Descripción: Son tubulares metálicos de gran espesor de pared Los extremos tienen roscas maquinadas en el torno (caja y perno) Funciones: Proveer el peso para colocar sobre la barrena (WOB) Mantener la tubería de perforación en tensión y así Prevenir el combamiento o pandeo de la sarta de perforación Proveer el efecto de Péndulo para la perforación de agujeros rectos Tipos: •Se fabrican en variedad de tamaños de diámetro externo e interno Diámetros Externos OD típicos van de 4 ¾” to 9 ½” •Por lo general en longitudes de 30 a 31 pies •Pueden tener forma de barra cuadrada para perforar en zonas con alta Tendencia natural a la desviacíon del agujero. •Espiralados para perforar en zonas con tendencia al atrapamiento de la sarta •Pueden tener recesiones para instalar elevadores y cuñas rotarias
  16. 16. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Medición de los Collares de Perforación Longitud Cuello de Pesca Receso para Elevador Receso para las Cuñas OD conexión (pin) Well# TRG 1 Bit # 1 Date: 28-Jul-03 Sl # 1234 Rig: IDPT Type atm 234 BHA#: 1 Manuf Hughes Hole Size 26" Jets 20-20-20 Item Sl # ID OD FN Pin Box Length Remarks Bit 1234 26" 7 5/8" R 0.75 New Bit Sub SL 235 3 1/8" 9 1/2" 7 5/8 R 1.01 9 1/2" Drill Collar 9546 3 1/8" 9 1/2" 0.67 7 5/8" R 7 5/8 R 8.96 Stab 237689 3 1/8" 9 1/2" 0.93 7 5/8" R 7 5/8 R 2.36 9 1/2" Drill Collar 9503 3 1/8" 9 1/2" 0.78 7 5/8" R 7 5/8 R 9.01 9 1/2" Drill Collar 9521 3 1/8" 9 1/2" 0.95 7 5/8" R 7 5/8 R 9.04 9 1/2" Drill Collar 9520 3 1/8" 9 1/2" 1.03 7 5/8" R 7 5/8 R 8.99
  17. 17. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Tubería de Perforación Funciones: •Servir como conducto o conductor del fluido de perforación •Transmitir la rotación desde la superficie hasta la barrena en el fondo Componentes: •Un tubo cilíndrico sin costura exterior y pasaje central fabricado de acero fundido o de aluminio extruído •Conectores de rosca acoplados en los extremos del cuerpo tubular sin costura Conectores de Rosca: •Proporcionan la conexión entre los componentes de la sarta de perforación. • Son piezas metálicas soldadas al cuerpo tubular sin costuras •Suficientemente gruesos y fuertes para cortar en ellos roscas de pin y de caja
  18. 18. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Clasificación de la Tubería de Perforación 1. Tamaño: de 2-3/8” a 6-5/8” (Diámetro Externo del Cuerpo) 2. Rangos de Longitud: R-1 de 18 a 22 pies, R- 2 de 27 a 30, R- 3 de 38 a 45 3. Grado del Acero: E – 75, X – 95, G – 105, S – 135 Los números indican la mínima resistencia a la cedencia en 1000 libras 4. Peso Nominal: Depende de los divesos rangos de tamaño y peso P. Ej., una TP puede ser: 5”, R-2, G-105, 19.5Lpp (Libras por pie)
  19. 19. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Tubería de Perforación Pesada - HWDP Diseño: •Con mayor espesor de pared y acoples más largos que la TP regular •Con refuerzo metálico externo en el centro del cuerpo del tubo •También disponible con diseño exterior espiralado Funciones: •Como elemento de transición entre los collares de perforación (DC) y la tubería de perforación (TP) •Esto previene el pandeo o combamiento de la TP •Puede trabajarse en compresión sin sufrir daño en los acoples •Empleada extensamente en Perforación Direccional •En ocasiones se utiliza en reemplazo de los DC •Mantiene la Tubería de Perforación rotando en tensión •No se debe usar para proporcionar peso sobre la barrena en condiciones normales
  20. 20. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Elementos Auxiliares / Accesorios de la Sarta Conector de Barrena Estabilizador de Sarta Escariador de Rodillos
  21. 21. SARTAS DE PERFORACIÓN Componentes de la Sarta de Perforación Elementos Auxiliares / Accesorios de la Sarta Sustitutos de Combinación de Roscas Ensanchador del hoyo
  22. 22. SARTAS DE PERFORACIÓN Sarta de Perforación - Herramientas de Manejo Elevadores
  23. 23. SARTAS DE PERFORACIÓN Sarta de Perforación - Herramientas de Manejo Cuñas Rotarias Cuñas Manuales Cuñas de Pié Cuñas operadas con aire
  24. 24. SARTAS DE PERFORACIÓN Sarta de Perforación - Herramientas de Manejo Llaves para Ajustar y Aflojar de Conexiones Enroscador Rápido deTubería Llave Hidráulica de Torque y Ruptura Llaves Manuales
  25. 25. SARTAS DE PERFORACIÓN Aplicación del lubricante de rosca en la caja del acople
  26. 26. SARTAS DE PERFORACIÓN Enrosque de “estocada” alineada
  27. 27. SARTAS DE PERFORACIÓN Posición de las llaves Manuales para apretar la unión enroscada
  28. 28. SARTAS DE PERFORACIÓN Llaves en posición para ajustar la unión con torque
  29. 29. SARTAS DE PERFORACIÓN Colocando el torque a la unión
  30. 30. SARTAS DE PERFORACIÓN Tensión en la línea del torque de ajuste Celda de Carga Indicador de Tensión en la Línea
  31. 31. SARTAS DE PERFORACIÓN Torque de Ajuste 4 pies 4,000lbs Cuál será la tensión mostrada en el indicador de Torque? Con cuánto torque queda apretada la unión? 4 pies 4,000lbs Cuál será la tensión mostrada en el indicador de torque? Con cuánto torque queda apretada la unión?
  32. 32. SARTAS DE PERFORACIÓN 4000lbs 4,000lbs 4 pies 4 pies Torque de Ajuste Cuál será la tensión mostrada en el indicador de Torque? Con cuánto torque queda apretada la unión? Cuál será la tensión mostrada en el indicador de torque? Con cuánto torque queda apretada la unión?
  33. 33. SARTAS DE PERFORACIÓN Peso de la Sarta de Perforación Peso Nominal (en libras por pié) para el cuerpo del tubo Ejemplo:19.5 lbs/pie para tubería de perforación de 5” y 15.5 lb/pie para TP de 3 ½” Peso Aproximado (Ajustado) incluyendo la masa de los acoples Para las TP de arriba será: 22 lb/pie para TP de 5” y 17.0 lb/pie para TP de 3 ½” Peso Flotado o Sumergido Se encuentra multiplicando el peso en el aire por el Factor de Boyancia, BF, el cual depende de la densidad del fluido dentro del pozo BF se calcula así: Peso de Acero (lb/gal) – Peso del lodo (lb/gal) Peso del Acero (lbs/gal) 65.44 - MW 65.44 BF = =
  34. 34. SARTAS DE PERFORACIÓN Peso de la Sarta de Perforación Con la siguiente información sobre una sarta de Perforación: Tubería de Perforación de 19.5 lb/pie, Grado “G” – 105 Collares de Perforacion de 6 ½”OD x 2 ¼” ID Peso del lodo dentro del hoyo = 12.0 lbs/gal a. Cuál será el peso de la sarta en el aire? b. Cuál será el peso de la sarta sumergida en el lodo?
  35. 35. SARTAS DE PERFORACIÓN Punto Neutral en la Sarta de Perforación Definición: Es el punto en la sarta de perforación en donde se pasa del estado de compresión a la tensión. Tal punto debería estar siempre dentro de los Collares de Perforación. La tubería de perforación debería estar siempre en condiciones de Tensión
  36. 36. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejercicio sobre el Punto Neutral Datos: Tub. de Perf. 19.5 lb/pie, Grado, G –105 Collares de Perf. 6 ½”OD, 2 ¼” ID, 600 pies Peso del lodo dentro del agujero: 12 lbs/gal Cuál será el peso de la sarta en el aire? Cuál será el peso de la sarta sumergida en el lodo? Si el peso requerido sobre la barrena es de 10,000 lbs, Dónde estará ubicado el PUNTO NEUTRAL?
  37. 37. SARTAS DE PERFORACIÓN Collares de Perforación y Peso sobre la Barrena Sólo un porcentaje del peso de los DC se utiliza dar peso a la barrena WOB Se debe asegurar que el PUNTO NEUTRAL siempre esté dentro de los DC La práctica general de campo es utilizar del 80 % al 90% del peso de los DC para aplicarlo sobre la barrena Así, después de decidir el peso a aplicar sobre la barrena (WOB) se calcula el número de DC que se deben conectar
  38. 38. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejercicio sobre el número de DC a utilizar Máximo WOB esperado: 25,000lbs Collares en uso: 6 ½” OD x 2 ¼” ID Peso del lodo dentro del hoyo: 12 ppg
  39. 39. SARTAS DE PERFORACIÓN Programa de Entrenamiento Acelerado para Ingenieros Supervisores de Pozo Diseño de Sartas de Perforación Y de Herramientas de Fondo
  40. 40. SARTAS DE PERFORACIÓN REFERENCIAS · API RP 7G Diseño de la Sarta de Perforación y Límites de Operación · API SPEC 7 Especificaciones para los Elementos de la Perforación Rotaria · API SPEC 5D Especificaciones para la Tubería de Perforación · SLB Manual de Diseño de la Sarta de Perforación · TH Hill DS-1 Diseño de la Sarta de Perforación · WCP Recomendaciones para Diseño de la Herramienta de Fondo para Minimizar el Esfuerzo por Doblamiento.
  41. 41. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de Sartas de Perforación • Objetivos: Al finalizar esta sección USTED será capaz de describir: 1. Las funciones de la tubería de perforación, de los lastra barrena y de la Herramienta de Fondo, BHA 2. Los Grados de acero para TP y las propiedades de resistencia 3. Los tipos de rosca y de acople para conectar la TP 4. El peso de los DC y el punto neutral 5. Los métodos de diseño de la Sarta de Perforación(para los esfuerzos de doblamiento, torsión yTensión 6. El Margen de Sobre Tensión, MOP 7. Diseño de Sartas para pozos Horizontales 8. Calculos de Torque y Arrastre 9. Diseño de Sartas con el mínimo Torque y Arrastre 10. Problemas con la sarta (roturas, particiones en rotación y mecanismos de fatiga) 11. Métodos y Técnicas de Inspección
  42. 42. SARTAS DE PERFORACIÓN •• Funciones de la Sarta de Perforación 1. Transmitir rotación a la barrena 2. Transmitir y soportar cargas axiales 3. Transmitir y soportar cargas de torsión. 4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar 5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo 6. Permitir la circulación de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena DP DC WOB WOB La sarta de perforación es el enlace mecánico que conecta a la barrena de perforación que está en el fondo con el sistema de impulsión rotario que está en la superficie. La sarta de perforación sirve para las siguientes funciones:
  43. 43. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de la Sarta de Perforación 1. Transmitir rotación a la barrena 2. Transmitir y soportar cargas axiales 3. Transmitir y soportar cargas de torsión 4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar REQUIERE DE DISEÑO MECÁNICO 5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo REQUIERE DE DISEÑO DIRECCIONAL 6. Permitir la circulación de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena REQUIERE DE DISEÑO HIDRÁULICO
  44. 44. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño Mecánico · Se cubre al final · Describe las limitaciones de la tubería de perforación y de los collares a los esfuerzos de: · Tensión · Sobre-Tensión Permisible · Estallido · Colapso · Torsión · Pandeo
  45. 45. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño Direccional · Es cubierto primero · Describe la tendencia de la sarta de perforación a causar la desviación del hoyo hacia una predeterminada dirección
  46. 46. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño Hidráulico · Describe la influencia que tiene la geometría interna y externa de la sarta sobre las pérdidas friccionales en un sistema circulante de fluidos. · Se discute en la sección sobre Mecánica de Fluidos del curso. · El análisis recomienda el uso de TP de 5 ½” o 6- 5/8” para pozos ultra profundos y la conexión de la TP con la espiga hacia arriba para mejorar la hidráulica en la perforación de pozos someros.
  47. 47. SARTAS DE PERFORACIÓN Funciones Estudio de la Sarta de Perforación Componentes Básicos: 1. Tubería de Perforación, DP 2. Lastra barrena, DC Accesorios de la Sarta: – Tubería de perfoación Pesada – Estabilizadores – Escariadores – Equipo para control direccional
  48. 48. SARTAS DE PERFORACIÓN La Barra de Tranmisión Rotatoria (Kelly) / Impulsador de Rotación en el Tope de la Sarta (Top Drive) En rigor ni la Kelly ni el Top Drive son componentes de la Sarta de Perforación. Sin embargo, ellos proporcionan uno de los requerimientos esenciales para la perforación al triturar las rocas cual es la rotación.
  49. 49. SARTAS DE PERFORACIÓN La Barra de transmisión rotatoria (Kelly) Es el vínculo entre la mesa rotaria y la sarta de perforación • Transmite rotación y peso sobre la barrena • Soporta el peso de la sarta de perforación • Conecta la unión giratoria (swivel) con el tramo superior de la sarta de perforación • Conduce el fulido de perforación desde la cabeza giratoria hacia la sarta de perforación La Kelly se fabrica en longitudes de 40 a 54 pies y con sección transversal hexagonal (la más común), cuadrada o triangular.
  50. 50. SARTAS DE PERFORACIÓN Válvulas de la Kelly Por lo general se instalan dos válvulas de seguridad en la Kelly, una conectada a la rosca de caja en el tope y otra a la rosca macho en su parte inferior. Ambas válvulas se emplean para cortar el flujo a través de la sarta en el evento de un influjo del pozo. Son válvulas operadas manualmente
  51. 51. SARTAS DE PERFORACIÓN El Top Drive Es basicamente una combinación de mesa rotaria y Kelly. Está impulsado por un motor independiente y le imprime rotación a la sarta de perforación la cual está conectada en forma directa sin necesidad de una kelly o de mesa rotaria. Funciona como una Kelly con impulso rotacional propio Ventajas del Top Drive sobre el sistema de Kelly: 1. Permite circular mientras se repasa el hoyo hacia arriba 2. Se puede circular el pozo mientras se baja o se saca la tubería en paradas (tramos dobles o triples) 3. El sistema de kelly sólo puede hacer lo anterior en tramos sencillos; o sea de 30 pies
  52. 52. SARTAS DE PERFORACIÓN GRADO Drill pipe • El grado de la tubería de perforación describe la resistencia mínima a la cedencia del material. • En la mayoría de los diseños de sarta de perforación, se opta por incrementar el grado del material (acero) en lugar de aumentar el peso del tubular.
  53. 53. SARTAS DE PERFORACIÓN Grados de la Tubería de Perforación Cedencia Promedio Cedencia Grado Mínima D or D-55 55,000 65,000 E or E-75 75,000 85,000 X or X-95 95,000 110,000 G or G-105 105,000 120,000 S or S-135 135,000 145,000
  54. 54. SARTAS DE PERFORACIÓN Clasificación de la Tubería de Perforación Basada en la publicación API – R P7G A diferencia de la tubería de revestimiento y la tubería de producción, que normalmente se usan nuevas, la tubería de perforación normalmente se utiliza ya usada. Por lo tanto tiene varias clases: New: Sin desgaste. No ha sido usada antes Premium: Desgaste uniforme y el espesor de pared remanente es por lo menos un 80% del tubular nuevo. Class 2: Tubería con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el área seccional es todavía premium Class 3: Tubería con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado. Nota: El RP7G tiene diferente especificación…!!! (página 115)
  55. 55. SARTAS DE PERFORACIÓN Tubería de Perforación Un tramo de DP es un ensamblaje de tres componentes: • Un cuerpo tubular de acero con extremos lisos. • Dos conexiones de acople fuerte - una en cada extremo. Los acoples en los extremos (Tool Joint) se unen al cuerpo del tubo de dos maneras: ØEnroscados ØSoldados o embonados al tubo con arco eléctrico en el horno El acople inferior se conoce como Macho o Espiga El acople superior se denomina Caja o Hembra. La conexión entre dos tramos se logra al enroscar la espiga dentro de la caja
  56. 56. SARTAS DE PERFORACIÓN Pesos de la Tubería de Perforación Al referirse a los pesos de la tubería de perforación, hay tres que son importantes: Peso del tubular con Extremo Planos – Se refiere al peso por pie del cuerpo del tubo, sin acoples. Peso Nominal - Se refiere a una norma obsoleta. (Peso de un tubo de Rango I con conexiones) actualmente se usa para referirse a una clase de tubo de perforación. Peso Aproximado – El peso promedio por pie del tubo y de las conexiones de un tubo Rango II. Este peso aproximado es el número que se debe usar en los cálculos de la carga del gancho.
  57. 57. SARTAS DE PERFORACIÓN Peso Aproximado Ajustado • El peso nominal es un número de referencia pero no exacto. Se emplea para especificar el tubular, y se refiere tan sólo al cuerpo. • El peso Ajustado incluye el cuerpo del tubo y el de los acoples en los extremos. Es mayor que el peso nominal por tener, Ø El peso extra de los acoples y Ø Metal adicional que se agrega en los extremos del tubo par aumentar la rigidéz. • El espesor adicional agregado en los extremos se denomina “Refuerzo” y su función es reducir la frecuencia de fallas del tubular en los puntos donde se une a los acoples. • Los refuerzos a su vez puede ser de tres tipos: Refuerzo Interno (IU), Refuerzo Exterior (EU) y Refuerzo Interno y Externo (IEU)
  58. 58. SARTAS DE PERFORACIÓN peso DP approx wt tool jo . 29.4 . . int ´ + Wt 29.4 Wt DP Adjusted ToolJt Approx L ToolJtAdj Wt ft tool jo adjusted length Wt ft + = + ´ + = 29.4 / 29.4 int / Cálculo de los Pesos Ajustados
  59. 59. SARTAS DE PERFORACIÓN Cálculo de los Pesos Ajustados Nom upset Wt 29.4 Wt Tube Wt DP Adj = + ( 2 2 ) ( 3 3 ) ( ) TE = ´ - + ´ - Wt 0.222 L D d 0.167 D D Tool Jt Adj TE 2 - ´ ´ - d D D 0.501 L= combined length of pin and box (in) D= outside diameter of pin (in) d= inside diameter of pin (in) DTE= diameter of box at elevator upset (in) Datos de la Especif API 7 Fig 6 Tabla 7 ….(1) ….(2) Datos del API 5D ( ) ft +2.253´ - L D D = ….(3) L TE Tool Jt Adj 12 Datos de la Especif 7 Fig 6 Tabla 7
  60. 60. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP - 01 Calcular el peso ajustado aproximado del cuerpo del tubo con acople incluído para una tubería de perforación de 5 pulg. OD, 19.5 lbm/pie, grado E con conexión NC50 y acople tipo IEU (con refuerzo interno y externo) y dimensiones 6.375pulg. OD x 3.5 pulg. ID.
  61. 61. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP - 01 PASO 1: Drill Pipe adjusted weight of drillpipe Nom upset Wt 29.4 Wt Tube Wt DP Adj = + De la Tabla 7 de la especificaciones para Tubería de Perforación ( API SPEC 5D): • El peso del refuerzo en acople IEU para tubería de 5pulg. 19.5 lbm/ft es 8.6 lbs. • El diámetro interno en el cuerpo del tubo, ID es 4.276pulg. = plain _ end weight + ( ) lbm ft upset weight 29.4 5 4.276 1 4 2 3 489 .5 lbm 8.6 ft in ft in 29.4 144 2 =p 2 - 2 2 ´ ´ + = 17.93 + 0.293 = 18.22 lbm / ft
  62. 62. SARTAS DE PERFORACIÓN Información del API RP7G
  63. 63. SARTAS DE PERFORACIÓN Información del API 5D
  64. 64. SARTAS DE PERFORACIÓN Paso 2: Peso Ajustado del Acople Refiriéndose a la tabla API RP7G , el acople NC50, 6.375” OD, 3.5” ID para una tubería con peso nominal 19.5 lbm/ft está disponible en Grado X-95 unicamente (ver columnas 4, 5 y 6 de la Tabla ). L = 17 pulg, DTE = 5.125 pulg, D = 6.375 pulg, y d = 3.5 pulg Peso Ajustado aproximado del acople: 2 2 3 3 = ´ - + ´ - Wt 0 .222 L D d 0 .167 D D 2 - ´ ´ - = 0 2 2 2 ´ 1 7 ((6 3 7 5) - (3 5) ) 2 2 . . . + 0 1 6 7 ((6 3 7 5 ) - (5 1 2 5) ) 3 3 . . . - 0.5 0 1 ´ (3.5)2 (6.3 7 5 - 5.1 2 5 ) = + - 107 .15 20 .79 7.67 = 120 .27lb ( ) ( ) ( ) TE Tool Jt Adj TE d D D 0 .501
  65. 65. SARTAS DE PERFORACIÓN PASO 3: Longitud ajustada por los acoples ( ) = L + ´ D - DTE 2 253 12 . ( ) = 17 + 2 253 ´ 6 375 - 5125 . . . =1.651 ft 12 De aquí que el peso ajustado del cuerpo del tubo con los acoples será: = ´ + 18 . 22 29 . 4 120 . 26 + 1 . 651 29 . 4 ´ + Wt 29.4 Wt DPAdjusted ToolJt Approx L ToolJtAdj + 29.4 = 20.89 lbm / ft Wt ft = / Que es el mismo valor al indicado en la Tabla 8 pag 12 del API – RP7G
  66. 66. SARTAS DE PERFORACIÓN API RP 7G • Tabla 1-3 Datos de Tubería Nueva • Tabla 4-5 Datos de Tubería Clase Premium • Tabla 6-7 Datos de Tubería Clase 2 • Tabla 8 Datos de Acoples de tubería • Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexión • Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforación) • Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste • Fig 26-32 Datos de Rigidéz (BSR) de los DC
  67. 67. SARTAS DE PERFORACIÓN Acoples Todas los acoples API tienen un punto de cedencia mínimo de 120,000 psi independientemente del grado de la tubería de perforación en la que se usen (E, X, G, S) . API fija la resistencia a la torsión del acople en 80 % de la resistencia a la torsión del tubo: Esto equivale a una razón de resistencia a la torsión de 0.8. El torque para conectar se determina por el diámetro interno del pin y el diámetro externo de la caja. El torque de conexión es 60 % de la capacidad de torsión del acople. La ecuación para determinar la fuerza de conexión se puede obtener del apéndice de API RPG7. ( Numeral A.8.2 ). Esta ecuación es bastante compleja, así que API desarrolló una serie de tablas para encontrar el torque de conexión recomendado para cualquier conexión si se tiene el diámetro externo de la caja y el diámetro interno del macho para la junta. Estas tablas se pueden encontrar en API RP 7G ( Figuras 1 a 25 )
  68. 68. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP – 02 Usando las tablas 2 y 4 de API RP7G ¿cuál deberá ser el torque de conexión de tubería de perforación Nueva y Premium de 5” 19.5 ppf G105 y S135? ¿Cómo se comparan estos valores con los valores reportados en la Tabla 10?
  69. 69. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo de Gráficas de Torque de Conexión
  70. 70. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo de Tablas de Torque de Conexión
  71. 71. SARTAS DE PERFORACIÓN Repita el Ejercicio 2 usando las Tablas y Gráficas de Torque de Conexión
  72. 72. SARTAS DE PERFORACIÓN Conexiones en la Sarta de Perforación Estilos y Formas de Rosca o Cuerda 0.038” 0.025” 0.057” 0.015” 0.025” a) NC b) REG FH c) SST d) IF XH PAC OH SH DSL e) H-90 f) WEDGE THREAD V-038R V-040 V-050 SST (PINS) V-038R (BOXES) V-065 H-90 WEDGE THREAD Estilos Formas
  73. 73. SARTAS DE PERFORACIÓN Conexiones en la Sarta de Perforación NC (Conexión Numerada) Es el estilo de cuerda (rosca) más común en la tubería de perforación. La rosca tiene una forma de V y se identifica por el diámetro de paso, medido en un punto que está a 5/8 de pulgada desde el hombro. El Número de Conexión es el diámetro del paso multiplicado por 10 y truncado a los dos primeros dígitos = XY El tamaño de una conexión rotatoria con hombro se refiere a su diámetro de paso en punto de calibre a 5/8 de pulgada desde el hombro y se especifica NC (XY) 5/8” DIÁMETRO DE PASO DE PUNTO DE CALIBRE XY
  74. 74. SARTAS DE PERFORACIÓN Conexiones Numeradas para Sarta de Perforación Si el diámetro de paso es 5.0417 pulgadas àEsta es una conexión NC50 Multiplique 5.0417 por 10 ® 50.417 Escoja los primeros dos dígitos ® 50 Por lo tanto, la conexión numerada será: NC 50 Hay 17 NC’s en uso : desde la NC-10 (1-1/16”) hasta la NC-77 (7 ¾”) Tamaños típicos de Conexión Numerada, NC: NC 50 para acoples con diámetro externo de 6 ½” de la tubería de Perf. de 5” NC 38 para acoples con 4 3/4” OD en tubería de perforación de 3 ½” .
  75. 75. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo de Conexiones Intercambiables Int Flush Full Hole Extra Hole Dbl Streamline SLIM HOLE Ext Flush NC 26 NC 31 NC 38 NC 40 NC46 NC50 IF 2-3/8 2-7/8 3-1/2 4 4-1/2 FH 4 XH 2-7/8 3-1/2 4-1/2 5 DSL 3-1/2 4-1/2 5-1/2 SH 2-7/8 3-1/2 4 4-1/2 EF 4-1/2
  76. 76. SARTAS DE PERFORACIÓN Los Lastra Barrena, DC Los Collares (ó Lastra barrenas) tienen las siguientes funciones en la sarta de perforación: • Protegen la Sarta de perforación de Doblamiento y la Torsión • Controlan la dirección y la inclinación de los pozos. • Para perforar pozos rectos y pozos verticales. • Reducen las “patas de perro”, asientos de llave y salientes. • Aseguran que la sarta de revestimiento sea bajada exitosamente • Mejoran el desempeño de la barrena. • Reducen la perforación irregular, tubería pegada y brincos. • Como herramientas de pesca, para pruebas de formación y en operaciones de terminación del pozo.
  77. 77. SARTAS DE PERFORACIÓN Lastra Barrena (DC) DC Liso DC Espiralado 1. Los dos tipos de lastra barrena son ampliamente utilizados. 2. En áreas con posibilidad de que ocurra pega diferencial de la sarta se deben emplear (DC) y tubería de perforación pesada (HWDP) con superficie exterior espiralada para reducir el área de contacto con la formación.
  78. 78. SARTAS DE PERFORACIÓN Tamaños API de los Lastra Barrena
  79. 79. SARTAS DE PERFORACIÓN Tamaños API de los Lastra Barrena OD ID Range Weight Range OD ID Range Weight Range ppf ppf 2 7/8 1 - 1.5 16 - 19 6 1/4 1.5 - 3.5 72 - 98 3 1 - 1.5 18 - 21 6 1/2 1.5 - 3.5 80 - 107 3 1/8 1 - 1.5 20 - 22 6 3/4 1.5 - 3.5 89 - 116 3 1/4 1 - 1.5 22 - 26 7 1.5 - 4 84 - 125 3 1/2 1 - 1.5 27 - 30 7 1/4 1.5 - 4 93 - 134 3 3/4 1 - 1.5 32 - 35 7.5 1.5 - 4 102 - 144 4 1 - 2.25 29 - 40 7.75 1.5 - 4 112 - 154 4 1/8 1 - 2.25 32 - 43 8 1.5 - 4 122 - 165 4 1/4 1 - 2.25 35 - 46 8 1/4 1.5 - 4 133 - 176 4 1/2 1 - 2.25 41 - 51 8 1/2 1.5 - 4 150 - 187 4 3/4 1.5 - 2.5 44 - 54 9 1.5 - 4 174 - 210 5 1.5 - 2.5 50 - 61 9 1/2 1.5 - 4 198 - 234 5 1/4 1.5 - 2.5 57 - 68 9 3/4 1.5 - 4 211 - 248 5 1/2 1.5 - 2.8125 60 - 75 10 1.5 - 4 225 - 261 5 3/4 1.5 - 3.25 60 - 82 11 1.5 - 4 281 - 317 6 1.5 - 3.25 68 - 90 12 1.5 - 4 342 - 379
  80. 80. SARTAS DE PERFORACIÓN Selección de los lastra barrena • Proveen el máximo peso con la mínima longitud (manejo) Ø Máximo OD; Mínimo ID • Tienen resistencia a la compresión • Conexiones Balanceadas • Estabilidad en vibración, bamboleo y saltos Ø Gran masa para resistir los efectos de inercia y de rueda volante • Rigidéz para trayectorias direccionales Ø La sarta no estará demasiado pandeada o recostada • Condiciones de pesca Ø Los conectores macho (pin) son más débiles Ø Espacio suficiente en los díametros OD/ID para acomodar los pescadores internos y externos
  81. 81. SARTAS DE PERFORACIÓN Tubería de Perforación Pesada o de Pared Gruesa (HWDP) HEAVY-WALLED DRILL PIPE (HWDP) Tiene el mismo diámetro externo que la tubería de perforación normal pero el diámetro interno es mucho más reducido (normalmente 3”) y un refuerzo en la mitad del cuerpo del tubular del tamaño de los acoples para resistir el desgaste por abrasión contra la pared del hoyo. Se usa entre tubería de perforación normal y los lastra barrena para permitir que haya una transición suave entre los “módulos de sección” de los componentes de la sarta de perforación.
  82. 82. SARTAS DE PERFORACIÓN Tubería de Perforación Pesada o de Pared Gruesa (HWDP) Opciones de Selección a) Lisa b) Espiral
  83. 83. SARTAS DE PERFORACIÓN Control Direccional de la Trayectoria · Los pozos se mueven debido a las fuerzas que actúan sobre la barrena. · La rotación provoca caminado o efecto de tirabuzón · El combamiento provoca fuerzas laterales · Aplica fuerzas laterales sobre la barrena o la desgasta con afilado en la punta · La gravedad siempre ejerce una fuerza que jala hacia abajo · Los pozos desviados tienden a reducir el ángulo construído
  84. 84. SARTAS DE PERFORACIÓN Control Direccional CONFIGURACIONES ESTÁNDAR DE HERRAMIENTA DE FONDO Todos los pozos ya sean verticales o desviados requieren un diseño cuidadoso de la herramienta de fondo para controlar la dirección del pozo con el propósito de lograr los objetivos del blanco. El principal medio para mantener el control de la dirección en un pozo es por medio del posicionamiento efectivo de estabilizadores dentro de la herramienta de fondo, BHA.
  85. 85. SARTAS DE PERFORACIÓN Estabilizadores Razones para usar estabilizadores: 1. Se usan como el método fundamental para controlar el comportamiento direccional de la mayoría de las herramientas de fondo. 2. Ayudan a concentrar el peso de la herramienta de fondo sobre la barrena. 3. Reducen al mínimo el doblamiento y las vibraciones que causan el desgaste de los acoples y dañan los componentes de la herramienta de fondo tales como los MWDs. 4. Reducen el torque de perforación al evitar que haya contacto del collar con las paredes del pozo y los mantiene concéntricos dentro del hoyo. 5. Ayudan a evitar el que la tubería se pegue por presión diferencial y también la formación de asientos de llave.
  86. 86. SARTAS DE PERFORACIÓN Estabilizadores Tipos de Estabilizadores y Aplicaciones : 1. Camisa Reemplazable Valioso en donde la logística es un problema 2. Cuchilla Soldada Para Pozos diámetro grande y en formaciones blandas 3. Cuchilla Integral Durabilidad máxima para aplicaciones rudas. Los de mayor uso en la actualidad 4. Camisa no rotaria Para formaciones muy duras o abrasivas 5. Escariador de rodillos Para formaciones duras
  87. 87. SARTAS DE PERFORACIÓN Tipos de Estabilizadores Estabilizadores
  88. 88. SARTAS DE PERFORACIÓN Escariadores de Rodillos
  89. 89. SARTAS DE PERFORACIÓN Control Direccional Principios Básicos del Control Direccional en Perforación 1. El Principio de Fulcrum – Se usa para construir el ángulo (incrementar la inclinación del agujero) 2. El Principio de Estabilización – Se usa para mantener el ángulo y la dirección 3. El Principio del Péndulo – Se usa para hacer caer (reducir) el ángulo.
  90. 90. SARTAS DE PERFORACIÓN Control Direccional El Principio Fulcrum: Un ensamblaje con un Estabilizador Cercano a la Barrena y de pleno calibre, seguido por 40’ – 120’ de lastra barrena antes del primer Estabilizador de Sarta, o aún sin estabilizador de sarta, va a desarrollar un ángulo cuando se aplica el peso sobre la barrena. Por ejemplo en un pozo de 17 ½” utilizando collares de perforación de 9 ½” si el primer estabilizador de la sarta se coloca a 90 pies de la barrena el ensamble puede desarrollar de 2.0 a 3.5 grados por 100 pies. Al reducir la distancia se disminuirá la tasa de construcción angular así: Distancia NBS – Estabilizador de Sarta Desviación en grados esperada (grados / 100 pies ) 60 pies 1.5 – 2.5 45 pies 0.5 – 1.5 30 pies 0.5 – 1.0 Nota: En pozos de diámetros más pequeños utilizando lastra barrena más pequeños la tasa de incremento angular será mayor.
  91. 91. SARTAS DE PERFORACIÓN Control Direccional Otros factores que afectan la tasa de construcción de ángulo: •Parámetros de Perforación: •Un incremento en el peso sobre la barrena incrementará la velocidad de construcción angular •Un incremento en la velocidad de rotación reducirá la tasa de aumento del ángulo •Un aumento en el caudal en la bomba (gasto) en formaciones blandas disminuirá la tasa de construcción angular debido a la tendencia al lavado por erosión. •Tipo de Formación y el ángulo del echado de los estratos. •Inclinación del pozo.
  92. 92. SARTAS DE PERFORACIÓN El Principio de Estabilización – Si hay tres estabilizadores colocados en la sarta de tal forma que el espaciamiento entre ellos sea corto, la herramienta de fondo va a resistirse a seguir una curva y forzará la barrena a perforar en una trayectoria relativamente recta. Las Herramientas de Fondo con este tipo de configuración se llaman “Ensambles Empacados”. El ensamble empacado estándar es: Barrena – FG NBS – lastra barrena corto – FG Stab. – lastra barrena estándar – FG Stab – lastra barrena estándar. …. Otros ensambles empacados son: Barrena – FG NBS – lastra barrena corto – UG Stab. – lastra barrena – FG Stab – lastra barrena – FG stab. Barrena – FG NBS – FG Estabilizador de Sarta - lastra barrena – FG Stab. – FG Stab. - lastra barrena . …. Control Direccional
  93. 93. SARTAS DE PERFORACIÓN Control Direccional El Principio de Péndulo: Como su nombre lo indica en un ensamble de péndulo la barrena va a tratar de llegar a la vertical debido al efecto de péndulo. Este ensamble se diseña colocando un Estabilizador de Sarta entre 15 y 60 pies distante de la barrena y no colocando un NBS ni de pleno calibre ni de calibre reducido. Si los lastra barrena entre el estabilizador y la barrena hacen contacto con la pared del pozo la longitud del péndulo se va a reducir y si se coloca demasiado peso sobre la barrena el ensamble de péndulo de hecho podría empezar a construir ángulo; por lo tanto, se requiere de una selección cuidadosa de parámetros.
  94. 94. SARTAS DE PERFORACIÓN Control Direccional Tipos de Ensamblajes de Fondo Rotacionales • Ensamble de Péndulo --x---x------> • Ensamble Empacado ---x---x---x-x> • Ensamble para construir rotando ------x------x> • Ensamble Dirigible • Ensamble de Motor de Lodo con Acople Torcido
  95. 95. SARTAS DE PERFORACIÓN 1. SLICK 2. PENDULUM Herramientas de Fondo Típicas 3. BUILD Para Control Direccional 4. PACKED II 5. PACKED III 6. PACKED IV 7. PACKED V DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR STAB DRILL COLLAR DRILL DRILL COLLAR DRILL COLLAR COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR STAB DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR STAB DRILL COLLAR DRILL COLLAR STAB DRILL COLLAR STAB DRILL COLLAR FULL GAUGE STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB SHOCK SUB SHOCK SUB SHOCK SUB SHOCK SUB SHOCK SUB SHOCK SUB FULL GAUGE STAB FULL GAUGE STAB FULL GAUGE STAB PONY PONY PONY DRILL COLLAR
  96. 96. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño Mecánico De la Sarta de Perforación
  97. 97. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de La Sarta de Perforación La sarta de perforación comprende: · Tubería de Perforación operando en Tensión · Tubería Pesada (HWDP) y a veces también la TP · Operando en Compresión o en Tensión · Lastra barrena de varios tamaños · Por lo general operando en Compresión · Accesorios tales como barrenas, estabilizadores, motores, escariadores, fresas, martillos,etc, etc para cumplir los objetivos de la perforación de POZOS VERTICALES Y DE ÁNGULO MODERADO
  98. 98. SARTAS DE PERFORACIÓN Factores de Diseño para la Sarta de Perforación Factor de Diseño por Tensión, rige que la tensión máxima permisible en el sistema En SLB el DFt = 1.1 Margen de sobre tensión MOP, Capacidad de tensión en exceso deseada por encima del peso colgante de la sarta en la superficie. En SLB el MOP se fija entre 50K y 100K Lbs. Exceso de Peso DFbha de la Herramienta de Fondo (BHA). Cantidad de la Herramienta de Fondo en términos de peso en exceso del peso usado para perforar para asegurarse de que todas las cargas de compresión y de torsión se mantengan en los lastra barrena. En SLB el Dfbha = 1.15
  99. 99. SARTAS DE PERFORACIÓN Factores de Diseño para la Sarta de Perforación Factor de diseño por Torsión, No se requiere un factor de diseño. Los acoples se ajustan hasta un 60% de su capacidad torsional y están diseñados para resistir hasta un 80 % de la capacidad de torsión del tubo. De esta forma si el diseño limita el apretado del acople, hay un factor de diseño adecuado construido dentro del sistema. Factor de Diseño al Colapso, La capacidad en el cuerpo de la tubería es considerada inferior para tomar en cuenta la reducción en el esfuerzo a la tensión biaxial y en SLB se usa un factor de diseño al colapso, DFc entre 1.1 y 1.15
  100. 100. SARTAS DE PERFORACIÓN Factores de Diseño para la Sarta de Perforación Factor de Diseño para el Estallido Se consideran estallidos simples sin tolerancia para efectos axiales. En SLB el factor de diseño al estallido, DFB = 1.0 Factor de Diseño Para Pandeamiento, DFb En pozos muy desviados es posible operar la tubería de perforación en compresión, siempre y cuando no esté pandeada. El factor de diseño al pandeamiento es análogo al factor para exceso de peso del BHA ya discutido, DFbha para pozos rectos o ligeramente desviados en el cual este factor tiene el efecto de alargar el el BHA, el DFb reducirá el peso permitido para perforar pozos altamente desviados
  101. 101. SARTAS DE PERFORACIÓN Proceso de Diseño de la Sarta de Perforación · Diseño de los lastra barrena · Diámetro externo máximo del DC que se pueda manejar, pescar y usar para perforar. · Selección de Conexiones · Razón de Resistencia a la Flexión (BSR) · Capacidad de torque · Exceso de peso en la Herramienta de Fondo para proveere el peso sobre la barrena WOB y mantener la tubería en tensión · WOB · Estabilización
  102. 102. SARTAS DE PERFORACIÓN Proceso de Diseño de la Sarta de Perforación · Fuerzas de aplastamiento de las cuñas sobre la tubería de perforación · Diseño de la Sobre Tensión aplicable en superficie · Longitudes de las secciones de tubería de perforación · Revisión de Diseño para estallido · Revisión de diseño contra el colapso por esfuerzos
  103. 103. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño Mecánico De la Sarta de Perforación Lastra barrena
  104. 104. SARTAS DE PERFORACIÓN Conexiones de los Lastra Barrena Características de Liberación de Esfuerzos • Las conexiones (roscas) de la tubería de perforación no tienen características de liberación de esfuerzo puesto que el cuerpo flexible se dobla fácilmente y absorbe la mayor parte del esfuerzo de doblamiento que se aplica. • Por lo tanto las conexiones de la tubería de perforación están sujetas a menos doblamiento que el cuerpo de la misma • En cambio DC y otros componentes de la herramienta de fondo son mucho más rígidos que la tubería de perforación y en ellos gran parte de los esfuerzos por doblamiento se transfieren a las conexiones. • Estos esfuerzos por doblamiento pueden causar falla por fatiga en las conexiones.
  105. 105. SARTAS DE PERFORACIÓN Fotografía de una Función del Perno de Liberación de Esfuerzos
  106. 106. SARTAS DE PERFORACIÓN Conexiones de los lastra barrena ¿Qué son las características de liberación de esfuerzo y cuándo se usan? • Piñón (rosca macho) con ranura para alivio y conexión de caja ensanchada son diseños especiales para aliviar o liberar esfuerzos en la conexión. • Las características de liberación de esfuerzos se deben especificar en todas las conexiones de las herramienta de fondo tamaño NC-38 o mayores. • Estas características son benéficas también para la tubería pesada HWDP. • Las ranuras de liberación de esfuerzos en el pin no se recomiendan en conexiones más pequeñas que NC-38 porque pueden debilitar la resistencia a la tensión y la resistencia de torsión de la conexión. • Las conexiones de caja ensanchada se podrían usar en las conexiones más pequeñas.
  107. 107. SARTAS DE PERFORACIÓN Conexiones de los Lastra Barrena Los efectos de los esfuerzos de doblamiento sobre las conexiones se pueden reducir al agregar “RANURA PARA ALIVIO DE ESFUERZOS” en el PIN y/ó “ENSANCHADO EN EL DIÁMETRO SUPERIOR DE LA CAJA”.
  108. 108. SARTAS DE PERFORACIÓN Selección de los lastra barrena ó DC · Normalmente el DC con el diámetro externo más grande que se puede correr con seguridad es la mejor opción. · La rigidez mayor para resistir pandeamiento y tendencias de dirección lisas. · El movimiento cíclico está restringido debido a espacios más reducidos. · Se acorta la herramienta de fondo para · Reducir el tiempo de manejo en la superficie · Reducir la cantidad de conexiones (puntos de falla) en el pozo. · Disminuir la longitud de los DC en contacto con la pared para reducir la exposición a que se pegue la tubería por presión diferencial.
  109. 109. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño del Ensamblaje de Fondo, BHA Los DC proporcionan Peso a sobre la Barrena 1. Los collares de perforación permiten colocar peso al apoyar la sarta sobre la barrena porque pueden rotar en compresión sin sufrir daños en las conexiones. Al mismo tiempo mantienen a la tubería de perforación en tensión. 2. Los DC tienen una rigidez significativamente mayor cuando se comparan con la tubería de perforación. 3. La tubería de perforación tiende a pandearse en compresión. 4. Un pandeo repetido va a hacer que haya una falla temprana de la tubería de perforación. 5. La falla por fatiga de la tubería se puede eliminar si se mantiene en condiciones de tensión constante.
  110. 110. SARTAS DE PERFORACIÓN Remember about Fishing
  111. 111. SARTAS DE PERFORACIÓN Módulo de la Sección para las Conexiones El módulo de la Sección es un término refinado para referirse al área y al grado de alejamiento de una forma de material dividido por la distancia desde el extremo de la forma hasta el punto donde los esfuerzos son cero
  112. 112. SARTAS DE PERFORACIÓN Razón o Relación de Resistencia a la Flexión La razón de Resistencia a la Flexión es la rigidez relativa de la caja con respecto al perno de una conexión dada. Describe el balance entre dos miembros de una conexión y cómo es probable que se comporten en un ambiente cíclico de rotación. 4 4 - ( D b ) D 4 4 ( R d ) p 32 32 4 4 - ( D b ) D 4 4 - R d R Z Z Z BSR R Z BSR box pin box pin ( ) = = - = = p Donde: Zbox = módulo de la sección de la caja Zpin = módulo de la sección del perno D = Diámetro exterior del perno y la caja b = Diámetro de la raíz de la rosca de la caja al final del perno R = Diámetro de la raíz de la rosca de las roscas del perno ¾ de pulgada del hombro del perno. d= diámetro interior o agujero. Ver el diagrama de la siguiente lámina ) Se aplica a tanto a las conexiones y a los cambios de diámetro de los components de la sarta
  113. 113. SARTAS DE PERFORACIÓN Módulo de Sección para Conexiones •Para la caja, el diámetro interno es medido en la base de la rosca, frente al extremo del pin, b •Para el pin, el diámetro Externo es medido en la raíz de la rosca a una distancia de ¾” desde la cara o sello de espejo del acople, R •Las dimensions son del API o de las especificaciónes del fabricante de la conexión
  114. 114. SARTAS DE PERFORACIÓN Razón o Relación de resistencia a la Flexión para las Conexiones Se dice que una conexión está balanceada si la razón de resistencia a la flexión es 2.5 · Cuando la razón de resistencia a la flexión es superior se tienden a ver fallas de pernos o pines. · Cuando la razón de resistencia a la flexión es inferior se tienden a ver más fallas en las cajas. Sin embargo, la experiencia en campo ha mostrado que: · Un collar de perforación de 8” que tiene una razón de resistencia a la flexión de 2.5 normalmente falla en la caja. · Un collar de perforación de 4-3/4” que tiene una razón de resistencia a la flexión tan baja como 1.8 muy rara vez falla en la caja.
  115. 115. SARTAS DE PERFORACIÓN Razón o Relación de resistencia a la Flexión para las Conexiones Esta tabla está extraída de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1.
  116. 116. SARTAS DE PERFORACIÓN Directrices Adicionales para la Razón de Resistencia a la Flexión · RPM Elevadas, una Formación Blanda con collar de perforación pequeño (8 pulgadas en un pozo de 12.25 o 6 pulgadas en un pozo de 8.25), 2.25-2.75 · RPM Bajas, formaciones duras, collar de perforación grande (10 pulgadas en pozo12-1/4, 2.5-3.2 (3.4 si se usa conexión tipo lo-torq) · Formaciones Abrasivas, 2.5-3.0 · Cargas de choque o torque / barrenas bi-céntricas para aplicaciones URWD URF ERD, 2.5-2.75`
  117. 117. SARTAS DE PERFORACIÓN Función Lo-Torq •La función “low torque” consiste en quitar parte del área del hombro del perno y de la caja. •Esto permite tener un torque para conexión menor y mantener una carga de hombro adecuada. •Es una característica común en conexiones con diámetro externo grande.
  118. 118. SARTAS DE PERFORACIÓN Razones BSR para Conexiones • Afortunadamente para usted API ya ha resuelto el problema. • Las páginas 39-44 del API RP7G dan una lista de las razones de resistencia a la flexión para conexiones de acuerdo con el diámetro externo e interno del DC.
  119. 119. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo de Tablas de Razón de Resistencia a la Flexión (Manual DS1 - T.H. Hill )
  120. 120. SARTAS DE PERFORACIÓN Relación de Rigidez para Transiciones · Basados en experiencia de campo, en una transición de un tamaño de DC o tubería a otro, la razón de rigidez (SR) no deberá exceder · 5.5 para perforación de rutina · 3.5 para perforación en condiciones severas o difíciles ( 4 - 4 ) ( 4 4 ) OD OD ID upr lwr lwr lwr upr upr lwr upr OD OD ID Z Z SR - = = Nota: Las razones de rigidez se calculan utilizando los diámetros externos y los diámetros internos de los tubos, no las conexiones.
  121. 121. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-03 Razón de Resistencia a la Flexión · Dado que vamos a perforar un pozo de 15 pulgadas, en un ambiente relativamente duro, de perforación difícil, ¿qué collar API usted recomendaría? ¿Cuál sería su recomendación para la razón de resistencia a la flexión para la conexión seleccionada y cuáles serían sus límites en los diámetros interno y externo permisibles para los collares? · ¿Cuál sería la razón de rigidez entre el DC y la tubería de perforación de 4-1/2? ¿Es aceptable? ¿Si no lo es, usted qué haría?
  122. 122. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de la Herramienta de Fondo Peso Mínimo de DC para colocar sobre la barrena y mantener el Punto Neutral dentro del BHA 1. Factor de Diseño para exceso de herramienta de fondo =1.15 Max Available Wt 2. El Punto Neutral (NP) a la tensión debe estar dentro de los collares de perforación = 1.15 Max WorkingWt
  123. 123. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de la Herramienta de Fondo Peso de los lastra barrena y Punto Neutral Tensión Compresión Punto neutral WOB de Diseño WOB WOB
  124. 124. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de la Herramienta de Fondo Procedimiento para selección de los lastra barrena: 1. Determine el factor de flotación para el peso del lodo que se está en el pozo empleando la fórmula siguiente: BF = 1- (MW/65.5) donde BF = Factor de Flotación, adimensional MW = Peso del lodo dentro del pozo, en lbs/gal 65.5 = Peso de un galón de acero, lbs/gal
  125. 125. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de la Herramienta de Fondo Procedimiento para Seleccionar los collares de perforación: 2. Calcular la longitud de DC requerida para lograr el peso deseado en la barrena: Longitud del DC = 1.15* WOB / (BF*Wdc) donde: WOB = Peso deseado en la barrena, lbf (x 1000) BF = Factor de flotación, adimensional W dc = Peso del collar de perforación en el aire, lb/ft 1.15 =15% factor de seguridad. El factor de seguridad de 15% asegura que el punto neutro permanezca dentro de los collares cuando fuerzas imprevistas (rebote, desviación pequeña y fricción del pozo) están presentes.
  126. 126. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de la Herramienta de Fondo Procedimiento para selección de los lastra barrena: 3. Para pozos direccionales: Longitud del DC = Longitud Vertical del DC / Cos I donde: I = Inclinación del pozo Observe que para los pozos horizontales los collares de perforación no se usan normalmente y la selección de la herramienta de fondo se basa totalmente en la prevención del pandeo.
  127. 127. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-04 Cantidad y Tamaño de lastra barrena Determine el tamaño y la cantidad de collares de perforación de 9 pulgadas de diámetro externo por 3 pulgadas de diámetro interno que se requieren para obtener un peso sobre la barrena de 55,000 lbf, suponiendo Desviación del pozo = 0° Densidad de Lodo = 12 ppg
  128. 128. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-04 Solución Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotación BF = 1- (12/65.5) = 0.817 Peso en el aire de los lastra barrena = 55,000/0.817 = 67,319 lbf Por lo tanto, el peso en el aire requerido de los DC deberá ser un 15% adicional para asegurar que el NP esté en el BHA Peso de los DC = 67,319 x 1.15 = 77,416 lbf
  129. 129. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-04 Suponga que los tamaños de lastra barrena disponibles son DE x DI, 9”x 3”. De los cálculos, el peso por pie para este tamaño es 192 lb/ft. (La mayoría de los DC están en longitudes de 30 pies) Un lastra barrena pesa = 30*192 = 5,760 lb Cantidad de lastra barrena = 77,416 / 5,760 = 13.54 ==> 14 Juntas Continuación de la Solución
  130. 130. SARTAS DE PERFORACIÓN Límites de Torsión para los lastra barrena · El torque está limitado por la conexión del DC · Usualmente es mayor para la tubería en superficie y menor para los lastra barrena de fondo · Si el torque de ajuste en la conexión de los DC es mayor que el torque de ajuste en la conexión de la tubería de perforación no se deberán tener problemas rutinarios. · El torque del BHA en cualquier punto no deberá exceder de 80 % del torque de ajuste para las conexiones en el pozo para evitar sobre apretar las conexiones lo cual puede hacer que se dañen los sellos. · Posible incremento del torque en la conexión · Uso de lastra barrena con menor Diámetro Interno, ID · Cambio de parámetros para reducir el torque en el BHA
  131. 131. SARTAS DE PERFORACIÓN Límites de torsión para los lastra barrena TORQUE DE CONEXIÓN COMO PORCENTAJE DEL TORQUE TOTAL El torque de ajuste recomendado por el API para las conexiones es un porcentaje de la cedencia total a la torsión de la conexión DC< 7 in DC>7 in PAC 79.5% N/a H-90 51.1% 56.2% API NC 56.8% 62.5%
  132. 132. SARTAS DE PERFORACIÓN Tablas de Torque de Ajuste para Conexión los DC
  133. 133. SARTAS DE PERFORACIÓN Límites de torsión para los lastra barrena •Normativa del API El torque de ajuste del acople deberá ser el 60% de la resistencia del acople a la cedencia que a su vez es el 80% de la cedencia torsional en el cuerpo del tubo
  134. 134. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-05 · Planeamos perforar un pozo recto de 16 pulgadas hasta 15,000 pies. Anticipamos que la perforación va a ser difícil y deseamos usar 6,000 lb por pulgada de diámetro para el peso de la barrena. El pozo se va a perforar en lodo de 10 ppg. En existencia tenemos · 10,000 pies de 5” S135 NC50 6 ½” X 2 7/8” · 5,000 pies de 5” G105 NC50 6 1/8” X 3 3/8” · 24 tramos de 5 pulg tubería HW, NC50, 6 5/8” X 2 ¾” · 18 tramos de DC de 6 ¾” x 2 ½” · 12 tramos de DC de 8” x 3”. · 6 tramos de DC de 9” x 3” · Si se necesita, se podrían rentar hasta 6 DCde perforación de 11” x 3”
  135. 135. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-05 · ¿Qué sarta de DC recomendaría usted y porqué? · ¿Cuál es el peso permisible máximo? · ¿Dónde está el punto neutral a la tensión? · ¿Cuál es la relación de resistencia a la flexión de las conexiones que seleccionó? · ¿Cuál es la relación · de rigidez para cada transición? · ¿Cuál es el torque máximo permisible sobre la herramienta de fondo y cuál es su resistencia torsional?
  136. 136. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-05 – Solución WOB requerido = 16 x 6000 = 96,000 lbs. Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotación BF = 1 - (10/65.5) = 0.8473 Peso en el aire de los lastra barrena = 96,000/0.8473 = 113,301 lbf Por lo tanto, peso requerido de los lastra barrena = 113,301 x 1.15 = 130,296 lbf
  137. 137. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-05 – Solución Determinando Cantidad y Tamaños 9 jts de HWDP de 5” = 9 X 30 X 53.7 = 14,499 lbs 12 jts DC de 6 ¾” x 2 ½” = 12 X 30 X 105 = 37,800 lbs 6 jts DC de 9” x 3” = 6 X 30 X 192 = 34,560 lbs 5 jts DC de 11”x 3” = 5 X 30 X 299 = 44,850 lbs Longitud de BHA = 960 ft. Peso Total BHA = 131,709 lbs.
  138. 138. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-05 – Solución Selección de Conexiones ·9 jts HDP de 5” = NC50 => BSR = ·12 jts DC de 6 ¾”x 2 ½” = NC46 => BSR = 3.3 ·6 jts DC de 9” x 3” = NC61 => BSR = 3.22 ·5 jts DC de 11” x 3” = 8 5/8” Reg => BSR = 2.84 ·SR de 11”X 3” a 9”X 3” = 1.83 ·SR de 9”X3” a 6 ¾”X 2.5” = 2.38 ·SR de 6 ¾” X 2.5 a 5” X 3” = 2.77 ·SR de 5” X 3” a 5” X 4.276” = 1.87
  139. 139. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-05 – Solución Limitaciones de Torque ·5” NC50, S135 DP = 34,190 ft/lb ·5” NC50, G105 DP = 22,820 ft/lb ·NC 50 HWDP = 38,040 ft/lb ·6 ¾” x 2 ½” NC46 = 25,850 ft/lb ·9” x 3” NC61 = 74,090 ft/lb ·11”x 3” 8 5/8” Reg = 130,680 ft/lb ·Más bajo = 22,820 x 0.8 = 18,256 ft/lbs
  140. 140. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de Sarta de Perforación Diseño de Tubería de Perforación
  141. 141. SARTAS DE PERFORACIÓN Parámetros de Diseño según el API –– RP 7G • Tabla 1-3 Datos de Tubería Nueva • Tabla 4-5 Datos de Tubería Clase Premium • Tabla 6-7 Datos de Tubería Clase 2 • Tabla 8 Datos de Acoples de tubería • Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexión • Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforación) • Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste • Fig 26-32 Datos de Rigidéz (BSR) de los DC
  142. 142. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de la Sarta por Tensión · Una vez que ya se ha diseñado la herramienta de fondo, se necesita: · Añadir la tubería de perforación para que en la superficie se pueda · Sostener el peso de la herramienta de fondo · Sostener el peso de la tubería entre la herramienta de fondo y la superficie · Soportar el margen de sobre tensión seleccionado. · Soportar las fuerzas de las cuñas sobre la tubería que tratan de aplastarla. · Esto se hace utilizando un factor de seguridad a la tensión, SF de 1.1 · Esto también supone que nunca salimos del rango elástico de la tubería
  143. 143. SARTAS DE PERFORACIÓN La mayor tensión (carga de trabajo Pw) sobre la sarta de perforación se presenta en el tramo superior cuando se llega a la máxima profundidad perforada. Working Strength Tubería de perforación Ldp Collares de perforación Ldc Parámetros de Diseño P Diseño para la Tensión
  144. 144. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño para la Tensión Peso Total, Tsurf, soportado por la junta superior de la tubería de perforación cuando la barrena está justo arriba del fondo; T [(L W L W )] BF surf dp dp dc dc = ´ + ´ ´ BF m s = 1 - r r Ldp = longitud de la tubería de perforación Wdp = peso de la tubería de perforación por unidad de longitud Ldc = Peso de los lastra barrena Wdc = peso de los lastra barrena por unidad de longitud. Resistencia de Trabajo ….(1) LLP Tubería de perforación Collares de perforación Parámetros de Diseño
  145. 145. SARTAS DE PERFORACIÓN Parámetros de Diseño Diseño para la Tensión La sarta de perforación no está diseñada de acuerdo con la resistencia de cedencia mínima. Si al tensionar la la tubería de perforación se alcanza su punto de cedencia: 1. Tendrá una deformación total que es la suma de las deformaciones elástica y plástica (permanente). 2. El estiramiento permanente se quedará en la tubería de perforación (no desaparecerá al quitar la tensión aplicada) 3. Será difícil conservar la tubería recta.
  146. 146. SARTAS DE PERFORACIÓN Carga de Diseño Máxima Permisible Para evitar daño por deformación a la tubería de perforación, API recomienda que se use una carga máxima de diseño permisible ( Pa) Pa = 0.9 x Tyield ….(2) Pa = Carga de diseño máxima permisible en tensión, lb Tyield = Resistencia a la cedencia teórica dada en las tablas API, lbs 0.9 = Un límite proporcional constante relacionado con el punto de cedencia IPM Define que un factor de diseño de tensión de 1.1 se debe aplicar a las cargas de diseño. Por medio de esto se logra lo mismo. NO HAGA DOBLE BUZAMIENTO
  147. 147. SARTAS DE PERFORACIÓN Margen de sobre tensión El margen de sobre tensión es nominalmente de 50- 100 k, o en el límite de la diferencia entre la carga máxima permisible menos la carga real. Opciones del Margen de Sobre Tensión que se deben considerar: – Condiciones generales de perforación – Arrastre de la sarta en el pozo – Posibilidad de atrapamiento de la sarta –Aplastamiento con las cuñas al asentarse sobre la MR – Cargas dinámicas
  148. 148. SARTAS DE PERFORACIÓN Procedimiento de Diseño Margen de sobre tensión 1. Determine la carga máxima de diseño (Tmax) : (máxima carga para la que se debe diseñar la sarta de perforación) Tmax = 0.9 x Punto de Cedencia mínimo … lb Se debe considerar la clase de tubería
  149. 149. SARTAS DE PERFORACIÓN 2. Calcule la carga total en superficie usando T [(L W L W )] BF surf dp dp dc dc = ´ + ´ ´ 3. Margen de Sobre Tensión: Fuerza de tensión mínima por encima de la carga de trabajo esperada para tomar en cuenta cualquier arrastre o que se atore la tubería. MOP T - Tsurf max = ….(3) ….(1) Procedimiento de Diseño
  150. 150. SARTAS DE PERFORACIÓN 4. La longitud máxima de la tubería de perforación que se puede usar se obtiene al combinar las ecuaciones 1 y 3 y despejando la longitud de la tubería de perforación. dc ´ - L - dc ´ dp T MOP dp yield W dp L W ´ W BF = 0.9 ….(4) Procedimiento de Diseño
  151. 151. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado · Longitud de los collares de perforación: 600’ y peso en el aire es de 150 lb/ft. · Margen de sobretensión = 100,000 lbs. · 5” / 19.5 lb/ft Premium G-105 DP con conexiones NC50. Calcule la profundidad máxima del pozo que se puede perforar Suponga que BF= 0.85 · Realice los cálculos sin Margen de Sobre Tensión y con un Margen de Sobre Tensión de 100,000 lb · Utilice las tablas API - RP7G para los valores del Peso Aproximado (Wdp) y para el Punto de Cedencia Mínimo.
  152. 152. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado Solución sin Margen de sobre tensión Carga de diseño máxima ( Tmax) Pa = 0.9 x Mínimo punto de cedencia Pa = 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb …(1) (RP7G – T4) Carga real soportada ( Pf) P = 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] … (2) (RP7G T9) ft 392,535 - 0 L= - = dp x *600 16,962 150 21.92 21.92 0.85 Máxima profund.a perforar = Ldp + Ldc = 16,962 + 600 = 17,562 pies
  153. 153. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado Repita el ejemplo anterior con Margen de sobre tensión utilizando la fórmula; dc ´ - L - dc ´ dp T MOP dp yield W dp L W ´ W BF = 0.9 Máxima Profundidad de Perforación = Ldp + Ldc
  154. 154. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado Solución con Margen de sobre tensión Carga de diseño máxima ( Pa) Tmax = 0.9 x Punto de cedencia mínimo Tmax= 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb …(1) (RP7G – T4) Carga real soportada ( P) Tsurf= 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] … (2) (RP7G T9) ft 392,535 - 100,000 L= - = dp x * 600 11,595 150 21.92 21.92 0.85 Profund.Máxima a Perforar = Ldp + Ldc = 11,595 + 600 = 12,195 pies
  155. 155. SARTAS DE PERFORACIÓN Fuerza de Aplastamiento por Las Cuñas · Las cuñas debido a la forma cónica tratan de aplastar a la tubería de perforación. Este esfuerzo en anillo es resistido por el tubo y a la vez incrementa el esfuerzo global en el acero. DK L h æ ç çè = + + 2 2 1 t s s 2 ö ÷ ÷ø ( ) DK L S S Hoop Stress Tensile Stress = = D Pipe OD in L Slip length in s ( ); = + = K y z y Slip Taper ' '' o 1/ tan( ); (9 27 45 ) z = ArcTan ( m ) ; m = coeff Friction ( 0.08 for dope)
  156. 156. SARTAS DE PERFORACIÓN · Generalmente se expresa como un factor Equivalent Axial Load Horz to Tang Stress Ratio DP TUBE 12 in 16 in 2 3/8 1.25 1.18 2 7/8 1.31 1.22 3 1/2 1.39 1.28 4 1.45 1.32 4 1/2 1.52 1.37 5 1.59 1.42 5 1/2 1.66 1.47 6 5/8 1.82 1.59 SLIP LENGTH Hoop Stress Working load * = Tensile Stress S P = Load P Axial h t S
  157. 157. SARTAS DE PERFORACIÓN Como un Parámetro de Diseño · Únicamente puede perforar hasta donde pueda poner la tubería en las cuñas. · Diferente a la Sobre Tensión, este se basa en las cargas de trabajo. dc ´ L - dc ´ dp yield S dp T h W S T dp L W ´ W BF = 0.9
  158. 158. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-07 Diseño por Tensión con Margen de Sobre Tensión y Fuerza de Aplastamiento con las Cuñas Una sarta de perforación consiste de 600 pies de collares de 8 ¼ “ x 2-13/16” y el resto es tubería de perforación de 5”, 19.5 lbm/pie, Grado X95 con conexiones NC50. Si el Margen de Sobre Tensión requerido es de 100,000 lb y el peso del lodo en el pozo es 10 ppg, calcule: 1) La profundidad máxima que se puede perforar cuando (a) se usa tubería de perforación nueva y (b) tubería de perforación Premium. (únicamente Margen de sobre tensión) 2) ¿Cuál es la profundidad máxima a la que se puede perforar tomando en consideración la fuerza de aplastamiento por cuñas para (a) y (b) anteriores ? ¿Para qué carga de gancho corresponde esto? ¿Cuál es el Margen de sobre tensión en este caso? dc ´ - L - dc ´ dp T MOP dp yield W dp L W ´ W BF = 0.9
  159. 159. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-07 Solución (a) El peso del collar de perforación por pie es: p A ´1 ft ´ r = (( ) 2 - ( ) 2 ) ´ ´ ´ s 4 825 . 28125 . 1 4895 . =160.5 lbm / ft donde, rs = densidad del acero = 489.5 lbm/ft A = área de la sección transversal (pulg). 1 144 (Nota: De las tablas API, peso del collar de perforación = 161 lbm/ft).
  160. 160. SARTAS DE PERFORACIÓN L Ejemplo DP-07 P MOP W BF W W t L dp dp dc dp dc ´ - ´ - ´ 0 9 . r r . BF m = 1 - = 1 - s 10 65 44 P lb (for Grade X new pipe) t = 501,090 95 Margen de Sobre Tensión, MOP = 100,000 lb
  161. 161. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-07 ( ) 501,090 0.9 100,000 ´ 160.5 600 21.45 ´ - 21.45 0.847 - ´ = dp L La profundidad máxima del pozo que se puede perforar con una tubería de perforación nueva de Grado X95 bajo las condiciones de carga dadas es de 14,828 +600 =15,428 ft. = 14,828 ft Profundidad de perforación máxima = Ldp + Ldc
  162. 162. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-07 considerando la Fuerza de Aplastamiento por las Cuñas dc dc dp T dp yield h W Drag S dp L W W BF S T L - ´ ´ - ´ = 0.9 L dp 501 ,090 0.9 1.42 L ft dp 12 ,991 600 160 .5 21 .45 21 .45 0.847 = - ´ ´ ´ = Profundidad máxima a perforar = Ldp + Ldc= 12,991+600=13,591
  163. 163. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-07 considerandoTubería Nueva · En el caso de Tubería Nueva, las fuerzas de aplastamiento por las cuñas determinan la máxima profundidad a la que se puede perforar de 13,591 y no de 15,428 pies. · La carga de gancho máxima indicada que se puede fijar con seguridad en las cuñas es de 317,590 lb · El margen de sobre tensión en este caso es de 133,400 lbs
  164. 164. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-07 considerandoTubería Premium P lb t Ahora, = 394,600 : L pd 394,600 * 0.9 100,000 L ft pd 9,553 160.5 * 600 21.45 21.45 * 0.847 = - - = Máxima Profundidad de Pozo Prof. de Perforación Maxima = Ldp + Ldc =9,553+600 =10,153 ft
  165. 165. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-07 Aplastamiento por las Cuñas L dp 394 ,600 0.9 1.42 L ft dp 9,276 600 160 .5 21 .45 21 .45 0.847 = - ´ ´ ´ = Profundidad de Perforación Máxima = Ldp + Ldc= 9,276+600=9,876 pies
  166. 166. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-07 Considerando Tubería Usada · En el caso de Tubería Usada (Premium), las fuerzas de aplastamiento por las cuñas determinan la máxima profundidad a la que se puede perforar que es de 9,876, no 10,153. · La carga de gancho máxima indicada que se puede asentar en forma segura sobre las cuñas es de 250,098 lb · En este caso el margen de sobre tensión es de 105,000 lbs
  167. 167. SARTAS DE PERFORACIÓN La longitud de la Herramienta de Fondo es 600’ y el peso en el aire es de 70,000 lbs. Margen de Sobre Tensión = 80,000 lbs. Tubería de perforación de 5” 19.50 lb./ft, Clase Premium, Grado X95 con conexiones NC50. El peso del lodo en el pozo es MW = 13.0 ppg. ¿Cuál es la profundidad máxima a la que se puede perforar con este ensamble? dc ´ - L - dc ´ dp T MOP dp yield W dp L W ´ W BF = 0.9 Ejercicio Ejemplo DP – 08
  168. 168. SARTAS DE PERFORACIÓN · Paso 1 Diseño de Sarta Mixta · Si usamos diferentes tuberías de perforación, la tubería más débil es la que va en el fondo y la tubería más fuerte en la parte superior. · Aplique la ecuación primero a la tubería de perforación del fondo. · Paso 2 dc W ´ - P 0.9 MOP L = - ´ dc L dp dp ´ W BF dp t W · Los collares de perforación y la tubería de perforación del fondo actúan como el peso que es soportado por la sección superior… efectivamente el collar de perforación. · Aplique la ecuación para la tubería de perforación superior al último.
  169. 169. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta Un equipo de perforación de exploración tiene los siguientes grados de tubería de perforación para correrlos en un pozo de 15,000 pies de profundidad: • Grado E : Nueva, 5” OD, 19.5 lb/pie, NC 50 • Grado G : Nueva, 5” OD, 19.5 lb/pie, NC 50 Se desea tener un Margen de sobre tensión de 50,000 lbs en la tubería Grado E. La longitud total y el peso total de los collares de perforación más la tubería de perforación con pared gruesa son de 984 pies y 101,000 lb respectivamente. MW a 15,000 pies = 13.4 ppg. Calcule : 1. Máxima longitud de la tubería E que se puede usar. 2. Longitud de tubería G que se debe usar. 3. Margen de sobre tensión para la tubería G y para la tubería E. 4. Peso máximo en las cuñas para la tubería G y para la tubería E.
  170. 170. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta dc W 13.4 BF =1- = 65.5 ´ - 0.7954 T 0.9 MOP L = - ´ dc L dp dp ´ W BF dp yield W El grado más ligero (Grado E) se debe usar para la parte del fondo del pozo, mientras que la tubería de grado más elevado se debe usar en la sección superior. De esta manera, el Grado E va a soportar el peso de los lastra barrena y de la tubería de perforación de pared gruesa. El término debe incluir el peso combinado de estos artículos. G105 Ldp2 E Ldp1 LBHA Solución: (a) y,
  171. 171. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta W L weight of DCs weight of HWDP dc dc ´ = + =101,000 lb L ´ - 395,600 0.9 50,000 dp 13,595 L ft dp 101,000 20.85 20.85 0.796 = - ´ =
  172. 172. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP – 08. Aplastamiento por las Cuñas en el tope de la tubería Grado E L dp 395 ,600 0.9 1.42 L ft dp 10 ,263 101 ,000 20 .85 20 .85 0.796 = - ´ ´ =
  173. 173. SARTAS DE PERFORACIÓN DP – 08. Margen de Sobre Tensión en la Junta Superior de la Tubería Grado “E” Peso colgando de la junta superior de la tubería Grado “E” 10,263 x 20.85 = 213,983 lb Grade “E” más 101,000 lb BHA Peso total en el aire = 314,983 Lbs Peso sumergido en el lodo de 13.4 ppg = 314,983 x 0.796=250,726 Lbs = - MOP P * 0.9 P@ Yp Working = ´ - 395,600 0.9 250,726 105,314 = MOP
  174. 174. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-08. Procedimiento para el Diseño La longitud acumulada de la sarta esta compuesta por: Collares de perforación y tubería pesada = 984 pies Tubería de Perforación, Grado “E” = 10,263 pies Longitud Total, = 11,247 pies La sección superior de la sarta estará compuesta por tubería Grado “G” de longitud: 15,000 – 11,247 = 3,752 pies Verificar que la tubería grado “G” sea adecuada: Ella va a soportar el peso de la tubería grado “E” más el peso del BHA
  175. 175. SARTAS DE PERFORACIÓN Wt Below G = ´ + " " 10,263 20.85 101,000 314 ,984 = L dp 314 ,984 553 ,830 0.9 1.42 Por lo tanto, bajo las condiciones de carga existentes, se podrían utilizar 5,745 pies de tubería grado “G” en la sección superior de la sarta. En el ejemplo que se analiza, sólo se requieren 3,752 pies. G105 Ldp2 E Ldp1 LBHA Ejemplo DP – 08. Longitud de tubería grado “G” para producirse el aplastamiento L ft dp 5,745 21 .93 21 .93 0.796 = - ´ ´ =
  176. 176. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP – 08. Margen de Sobre-Tensión. “G” Peso en la junta superior de la tubería grado “G” (Peso de toda la sarta) 3,752 ft x 21.93 = 88,281 lbs (peso de la tubería Grado “G”) más 314,983 lbs que pesan la tubería Grado “E” y el BHA Peso total de la sarta en el aire = 403,264 Lbs Peso total sumergido en el lodo de 13.4 ppg = 403,264 x 0.796 = 320,998 Lbs = - MOP P * 0 .9 P@ Yp Working La sobre tensión = ´ - 553 ,830 0.9 320 ,998 177 ,449 = MOP está limitada por la tubería Grado “E” Yp ( ) = ´ = 553 ,830 0.9 / 1.42 351 ,090 177 ,449 1 .42 * 0.9 5 @ = = MOP lb P Max Slip Load For in DP
  177. 177. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP – 08. Resultados del Diseño · Herramienta de Fondo de 984 pies de longitud que pesa 101,000 lb en el aire · Aproximadamente 336 tramos son tubería Grado “E” con longitud máxima de 10,263 pies · Aproximadamente123 tramos de tubería Grado “G” con longitud máxima 3,752 pies · Sobre-Tensión máxima para tubería Grado “G” = 182,458 lbs · Sobre-Tensión máxima para tubería Grado “E “= 105,000 lbs (MOP limitado al menor valor de 105,000 lbs) · Máximo peso en las cuñas para Grado “G” 351,000 lbs · Máximo peso en las cuñas para Grado “E” 250,000 lbs
  178. 178. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP-09. Diseño con DP combinada Dada la siguiente información: · Longitud del BHA = 800’ · Peso en el aire del BHA = 80,000 lbs. · Margen de Sobre-Tensión deseado, MOP = 100,000 lbs. · Tuberías de perforación: (a) 5”OD, 19.5 lb./pie, Clase Premium, Grado “G”-105 , conexión NC50 y (b) 5”OD, 19.5 lb/pie, Clase Premium, grado “S”-135, NC 50 · Peso de lodo en el pozo = 11 lb/gal. Calcular: 1. Cuál es la máxima profundidad de perforación posible? 2. MOP disponible a la máxima profundidad?
  179. 179. SARTAS DE PERFORACIÓN MOP en un pozo desviado Se debe considerar siempre la profundidad vertical, TVD TVD 1. Calcular la TVD para Ldp. 2. Calcular el peso del BHA en un pozo inclinado, multiplicando su peso en el aire por el coseno del ánulo: Peso = BHA x cos q q Ldp LBHA Factores de Diseño
  180. 180. SARTAS DE PERFORACIÓN Procedimiento de Diseño MOP en un pozo desviado 30° TVD 80,000 lbs. x cos 30° = 69,282 lbs. Long. De Tubería Ldp = 11500 =11500 x cos 30° 12,000’ Prof. Vertical de Ldp Peso del BHA =
  181. 181. SARTAS DE PERFORACIÓN Procedimiento de Diseño Ejercicio: Con los datos del gráfico, calcular el MOP para una sarta de DP combinada si el pozo tiene 40º de inclinación. 40° TVD 10,000’ 17200 18000 S135 G105 BHA weight = 80,000 lb
  182. 182. SARTAS DE PERFORACIÓN Factores de Diseño 1. Un factor de diseño de 1.6 se deberá aplicar para las cargas de tensión debido a la naturaleza típica de tubería usada así como para considerar las posibles cargas de impacto que se produzcan cuando la tubería se asienta sobre las cuñas. 2. Si las cargas de impacto se cuantifican y se incluyen en los cálculos, se puede utilizar un factor de seguridad de 1.3
  183. 183. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados En un pozo desviado se pueden identificar las siguientes secciones: 1.Sección de Trayectoria Vertical 2.Sección de Construcción o Levantamiento de ángulo 3.Sección Tangente o de sostenimiento del ángulo 4.Sección de Reducción o Tumbado de ángulo 5.Sección de Navegación Horizontal
  184. 184. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados KOP qT BHA Sección Vertical Sección de Construcción Sección Tangente
  185. 185. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de Sartas de Perforación 2. Sección de levantamiento de ángulo Weight length W BF dp= ´ ´ = ( ) æè ç öø ÷ 5729.6 Sin ´ W BF T dp q BU Donde: Wdp = peso de la tubería de perf. en lbs/pie BU = Tasa de construcción de ángulo en (grados/100 pies) BF = Factor de Flotación qT = ángulo por debajo del punto de tangencia Sección Vertical KOP Sección de Construcción qT BHA Sección Tangente para pozos Desviados
  186. 186. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados 3. Peso de la tubería en la sección tangente T [ dp dp BHA BHA ] =BF x Cosq W L +W L
  187. 187. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP – 10 Pozo de Alcance Extendido Dada la siguiente información para un pozo de Alcance Extendido: KOP = 8000 pies Angulo Final = 80 grados Rev. de 13 3/8” asentado en el tope de la sección tangente a 9,146 pies Tasa de construcción angular = 5 grados /100 pies BHA = 180 pies con peso de 100 lb/pie incluye herramientas (Barrena /Combinaciones / Motor de Fondo / MWD) Profundidad Total del Objetivo TD = 17,000 pies Tubería de perforación = 5”OD, 19.5 lb/pie, NC 50, Grado “S” Diámetro del Agujero = 12 ¼” Peso del lodo en el hoyo = 12.5 lbs/gal, Tipo SOBM La barrena está a 2000 pies por debajo de la zapata del revest. 13 3/8”. Calcular los pesos en las respectivas secciones del agujero.
  188. 188. SARTAS DE PERFORACIÓN Solución: Current depth = 9146 + 2000 = 11,146 ft BF = 0.809 Wdp = 22.6 lb/ft Peso el BHA = 180 pie x 100 lb/pie x 0.809 x cos 80º = 2,529 klb Peso de Secc. Tangente = (2000-180)x22.6x0.809 x cos 80 = 5,651 klb Peso de Sección Curva = ( 5729.6 x sin 80 ) x 22.6x 0.809 = 20,63 klb 5 Peso Secc. Vertical = 8000 x 22.6x 0.809 = 146,267 klb
  189. 189. SARTAS DE PERFORACIÓN Otras Cargas Cargas de Impacto La fuerza de tensión adicional generada por los impactos está dada por: Fs W (lbf ) dp =1500 ´ Doblamiento La fuerza de tensión adicional generada por el doblamiento está dada por: Fb W OD(lbf ) dp =63´q ´ ´
  190. 190. SARTAS DE PERFORACIÓN Otras Cargas · Colapso bajo Tensión · Estallido · Otras cargas no incluídas aquí · Cargas de Impacto · Cargas de doblamiento · Cargas de Pandeo o Encombamiento · Cargas de Torsión · Torsión con Tensión Simultánea
  191. 191. SARTAS DE PERFORACIÓN Colapso Biaxial · La carga de colapso es peor cuando se llevan a cabo pruebas en seco en las que la tubería se corre vacía 2 - - Z Z Average P Biaxial Collapse P No al Collapse 4 3 Load 2 2 2 min - = 0.7854( )* OD ID Yp Z = · Observe que se utiliza el punto de cedencia promedio no el mínimo
  192. 192. SARTAS DE PERFORACIÓN · Para Colapso Nominal · Use D/t y la fórmula correcta de la Spec 7G Apéndice A 3 · Use los resultados que se encuentran en la Tabla 3-6 RP-7G · Para Diámetro Externo y Diámetro Interno, use la Tabla 1 RP-7G · Para Punto de Cedencia Promedio use la Tabla que está en la Sección 12.8 RP 7G Grado YpAvg E 85,000 X 110,000 G 120,000 S 145,000 Colapso Biaxial
  193. 193. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejercicio DP-11 · Para hacer una prueba seca al traslape de un liner a 9,000 pies se corre un empacador en el extremo de una tubería de perforación de 5 pulgadas 19.5 #/ pies, Grado E, clase Premium y se asienta con 50,000 lb de tensió. En el momento de la prueba la tubería de perforación está vacía. El espacio anular está lleno con lodo de 12.0 lbs/gal. ¿Cuál es la carga de colapso en la junta del fondo de la tubería de perforación? · Para una tubería de Perforación de 5”OD x 4.276” ID, Grado E, el punto de cedencia promedio es 85,000 psi
  194. 194. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejercicio DP-11 · La Tubería Premium tienen todavía el 80% del espesor de pared de la tubería nueva remanente · El espesor será = 0.8 x (5.0” - 4.276”)/2 = 0.2896” · El diámetro interno es 4.276” · El diámetro externo será: 4.276” + 2 x 0.2896” = 4.855” Load 2 2 0.7854( )* 0.7854(4.855 4.276 ) *85,000 0.1417 50,000 2 2 = - = - = Z Z OD ID Yp Z Average
  195. 195. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejercicio DP-11 - - 4 3 Z Z 2 2 2 P Biaxial Collapse P No min al Collapse = - - 4 3*0.14167 0.14167 2 0.922 P Biaxial Collapse P No min al Collapse = = · Colapso Nominal es 7,041 · El colapso Biaxial reducido es 6,489
  196. 196. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP – 11. Solución · La carga de colapso es 9,000 x 0.052 x 12 = 5,616 psi · La carga de diseño es 5,616 x 1.15= 6,458 · El colapso con cambio de calidad de tubería es 6,489, así que estamos bien · El factor de diseño del colapso es 6,489/5,616=1.16 · El factor de diseño del colapso especificado por IPM es 1.1-1.15
  197. 197. SARTAS DE PERFORACIÓN Diseño para el Estallido · Se aplica la formula de Barlows 2* * = Yp t D PBurst · Note que no hay tolerancia para variaciones en el espesor de pared · Algunos diseños utilizan un factor del 90% en el Yp para asegurar que nunca se caiga en la región de deformación plástica · Los resultados se encuentran en Spec 7G Tabla 3, 5 y 7
  198. 198. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP – 12. Carga para el Estallido · El peor caso de carga sucede durante las operaciones de prueba de formación (DST), en un pozo para gas. La presión en superficie es la presión de fondo – gradiente de gas sin respaldo. · En el último ejemplo suponga que estamos realizando una prueba de formación en el pozo a 9,000 pies con presión de fondo de 200 psi menos que la columna de lodo. ¿Cuál es el Factor de Diseño para Estallido en la parte superior de la tubería de perforación Premium Grado E?
  199. 199. SARTAS DE PERFORACIÓN Ejemplo DP – 12. Carga para el Estallido · Del último ejemplo: DP de 5” 19.5 # E, Premium · Diámetro externo = 5”, Espesor de Pared = 0.2896” · Punto de Cedencia = 75,000 lbs · Presión de Estallido = 8,688 psi · Presión en el Fondo (HP)lodo – 200 = 12 x 0.052 x 9,000 – 200 = 5,416 psi · P. en Superficie = 5,416 – 900 = 4,516 psi · Factor de Diseño = 8,688/4,516 = 1.92
  200. 200. SARTAS DE PERFORACIÓN Ahora usted debe poder describir: 1. Funciones de la tubería de perforación, los lastra barrena y la selección de la herramienta de fondo. 2. Los grados de la tubería de perforación y las propiedades de resistencia. 3. Tipos de roscas y de acoples. 4. Peso y punto neutral del lastra barrena. 5. Relaciones de los esfuerzo de flexión y de rigidez. 6. Margen de sobre tensión. 7. Cálculos de diseño basados en la profundidad a la que se va a perforar. 8. Conceptos básicos del control direccional usando ensamblajes de fondo rotacionales 9. Funciones de los estabilizadores y de los escariadores de rodillos.

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