07 la sarta de perforación - diseño y selección
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SARTAS DE PERFORACIÓN
LA SARTA DE PERFORACIÓN
Programa de Entrenamiento Acelerado para Ingenieros
Supervisores de Pozo
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Componentes de la Sarta de Perforación
- Barrena
- Collares ó Lastra-Barrena
- Tubería pesada de perforación ó Tubería de pared gruesa
- Tubería de Perforación
- Accesorios tales como Estabilizadores, Escariadores, Sustitutosde Acople, Conectores de Barrena, etc.
Típicamente, una sarta de Perforación consta de los siguientes componentes:
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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
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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)
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Barras o Botellas Tubería de Transición Tubería de Perf.
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Tipos de Estabilizadores
Definición:Herramientas que se utilizan para estabilizarel ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviación.
• Estabilizadores
Patines Reemplazables RWP
Camisa integral
Aleta soldada
Camisa reemplazable en el equipo de perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Martillo Mecánico Martillo Hidráulico
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Motor de fondoEstator
Rotor
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Turbina de fondo
Álabes
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SARTAS DE PERFORACIÓN
DP (5”)
HW (5”)
DC (8”)
MECHA
12-1/4” MECHA 12.1/4”
MWD + LWD
BARRAS
(6-3/4”)
HW (5”)
MARTILLO
(6-1/2”)
HW (5”)
DP (5”)
MOTOR/ BH 2 1/2°
Sarta Vertical Sarta Direccional
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SARTAS DE PERFORACIÓN
q Aspectos mecánicos§ Conocidas las diferentes formaciones a penetrar, es necesarioconsiderar 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
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SARTAS DE PERFORACIÓN
P.S.MR.P.M
?
Factores Mecánicos
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Acople de Tubulares
Perno (Pin, macho)
Caja (Box)
Se fabrican en diverisdad
de tamaños y en variedad
de Formas de Roscas
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS 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)
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Collares de PerforaciónDescripción:Son tubulares metálicos de gran espesor de paredLos 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 perforaciónProveer 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
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Medición de los Collares de PerforaciónLongitud
Cuello de Pesca
Receso paraElevador
Receso paralas Cuñas
OD
IDconexión (pin)
Well# TRG 1 Bit # 1Date: 28-Jul-03 Sl # 1234
Rig: IDPT Type atm 234BHA#: 1 Manuf Hughes
Hole Size 26" Jets 20-20-20
Item Sl # ID OD FN Pin Box Length RemarksBit 1234 26" 7 5/8" R 0.75 NewBit Sub SL 235 3 1/8" 9 1/2" 7 5/8 R 1.019 1/2" Drill Collar 9546 3 1/8" 9 1/2" 0.67 7 5/8" R 7 5/8 R 8.96Stab 237689 3 1/8" 9 1/2" 0.93 7 5/8" R 7 5/8 R 2.369 1/2" Drill Collar 9503 3 1/8" 9 1/2" 0.78 7 5/8" R 7 5/8 R 9.019 1/2" Drill Collar 9521 3 1/8" 9 1/2" 0.95 7 5/8" R 7 5/8 R 9.049 1/2" Drill Collar 9520 3 1/8" 9 1/2" 1.03 7 5/8" R 7 5/8 R 8.99
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS 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 acerofundido 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
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS 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 – 135Los 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)
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS 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
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Elementos Auxiliares / Accesorios de la Sarta
Conector de Barrena Estabilizador de Sarta Escariador de Rodillos
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Elementos Auxiliares / Accesorios de la Sarta
Sustitutos de Combinación de Roscas Ensanchador del hoyo
Componentes de la Sarta de Perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Elevadores
Sarta de Perforación - Herramientas de Manejo
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Cuñas Rotarias
Cuñas Manuales
Cuñas de PiéCuñas operadas con aire
Sarta de Perforación - Herramientas de Manejo
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Llaves para Ajustar y Aflojar de Conexiones
Enroscador Rápido deTubería Llave Hidráulica
de Torque y Ruptura
Llaves Manuales
Sarta de Perforación - Herramientas de Manejo
SARTAS DE PERFORACIÓN
Aplicación del lubricante de rosca en la caja del acople
SARTAS DE PERFORACIÓN
Enrosque de “estocada” alineada
SARTAS DE PERFORACIÓN
Posición de las llaves Manuales para apretar la unión enroscada
SARTAS DE PERFORACIÓN
Llaves en posición para ajustar la unión con torque
SARTAS DE PERFORACIÓN
Colocando el torque a la unión
SARTAS DE PERFORACIÓN
Tensión en la línea del torque de ajuste
Celda de CargaIndicador de Tensión en la Línea
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Torque de Ajuste
4,000lbs
4 pies
Cuál será la tensión mostrada en el indicador de Torque?
Con cuánto torque queda apretada la unión?
4,000lbs
4 pies
Cuál será la tensión mostrada en el indicador de torque?
Con cuánto torque queda apretada la unión?
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SARTAS DE PERFORACIÓN
4000lbs4,000lbs
4 pies4 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?
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Peso de la Sarta de Perforación
Peso Nominal (en libras por pié) para el cuerpo del tuboEjemplo: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 acoplesPara 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 SumergidoSe encuentra multiplicando el peso en el aire por el Factor de Boyancia, BF, el cualdepende de la densidad del fluido dentro del pozoBF se calcula así:
Peso de Acero (lb/gal) – Peso del lodo (lb/gal)Peso del Acero (lbs/gal)
65.44 - MW65.44
=BF =
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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?
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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
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Ejercicio sobre el Punto NeutralDatos:
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?
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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
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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
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Diseño de Sartas de Perforación Y de Herramientas de Fondo
Programa de Entrenamiento Acelerado para Ingenieros
Supervisores de Pozo
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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.
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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
Diseño de Sartas de Perforación
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SARTAS 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
•• Funciones de la Sarta de PerforaciónFunciones de la Sarta de Perforación
WOB
WOBDC
DP
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:
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SARTAS 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
REQUIERE DE DISEÑO MECÁNICO
6. Permitir la circulación de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena
REQUIERE DE DISEÑO DIRECCIONAL
REQUIERE DE DISEÑO HIDRÁULICO
Diseño de la Sarta de Perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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
Diseño Mecánico
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SARTAS DE PERFORACIÓN
• Es cubierto primero
• Describe la tendencia de la sarta de perforación a
causar la desviación del hoyo hacia una
predeterminada dirección
Diseño Direccional
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SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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.
Diseño Hidráulico
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SARTAS 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
FuncionesEstudio de la Sarta de Perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
La Barra de Tranmisión Rotatoria (Kelly) /Impulsador de Rotación en el Tope de la Sarta (Top Drive)
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SARTAS 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
Es el vínculo entre la mesa rotaria y 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.
La Barra de transmisión rotatoria (Kelly)
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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
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.
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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
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
El Top Drive
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SARTAS DE PERFORACIÓN
GRADO
• 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.
Drill pipe
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SARTAS DE PERFORACIÓN
145,000135,000S or S-135
120,000105,000G or G-105
110,00095,000X or X-95
85,00075,000E or E-75
65,00055,000D or D-55
Cedencia Promedio
Cedencia Mínima Grado
Grados de la Tubería de Perforación
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Clasificación de la Tubería de Perforación Basada en la publicación API – R P7G
Nota: El RP7G tiene diferente especificación…!!! (página 115)
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:
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SARTAS 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:
ØEnroscadosØSoldados o embonados al tubo con arco eléctrico en el
hornoEl 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
Tubería de Perforación
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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.
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SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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 acoplesen 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)
Peso Aproximado Ajustado
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SARTAS DE PERFORACIÓN
ToolJtAdj
ApproxToolJtAdjustedDP
LWtWt
ftWt
lengthadjustedjotooljotoolwtapproxDPpeso
ftWt
++×
=
++×
=
4.294.29
/
int4.29int..4.29.
/
Cálculo de los Pesos Ajustados
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SARTAS DE PERFORACIÓN
4.29WtupsetNom
WtTubeWt AdjDP +=
( ) ( )( )TE
TEAdjJtTool
DDd
DDdDLWt
−××−
−×+−×=2
3322
501.0
167.0222.0
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
DDLL TE
AdjJtTool 12253.2 −×+
=….(3)
Datos de la Especif 7 Fig 6 Tabla 7
Cálculo de los Pesos Ajustados
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Ejemplo DP - 01
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Ejemplo DP - 01
4.29WtupsetNom
WtTubeWt AdjDP +=
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.
( )ft
lbmft
lbminftin
4.296.85.489
1441276.45
4 32
2222 +××−=π
= + =17 93 0 293 18 22. . . /lbm ft
PASO 1: Drill Pipe adjusted weight of drillpipe
4.29_
weightupsetweightendplain +=
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Información del API RP7G
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Información del API 5D
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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:
( ) ( )( )= × −0 2 2 2 1 7 6 3 7 5 3 52 2. . .( ) ( )( )+ −0 1 6 7 6 3 7 5 5 1 2 53 3. . .
( ) ( )− × −0 5 0 1 3 5 6 3 7 5 5 1 2 52. . . .
lb27.12067.779.2015.107
=−+=
Paso 2: Peso Ajustado del Acople
( ) ( )( )TE
TEAdjJtTool
DDd
DDdDLWt
−××−
−×+−×=2
3322
501.0
167.0222.0
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SARTAS DE PERFORACIÓN
PASO 3: Longitud ajustada por los acoples( )
=+ × −L D DTE2 253
12.
( )=
+ × −17 2 253 6 375 512512
. . . ft651.1=
De aquí que el peso ajustado del cuerpo del tubo con los acoples será:
=× +
+18 22 29 4 120 26
1 651 29 4. . .
. .
= 20 89. /lbm ft
Que es el mismo valor al indicado en la Tabla 8 pag 12 del API – RP7G
ToolJtAdj
ApproxToolJtAdjustedDP
L
WtWtftWt
+
+×=
4.29
4.29/
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SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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
API RP 7G
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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 )
Acoples
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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?
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Ejemplo de Gráficas de Torque de Conexión
70
SARTAS DE PERFORACIÓN
Ejemplo de Tablas de Torque de Conexión
71
SARTAS DE PERFORACIÓN
Repita el Ejercicio 2 usando las Tablas y Gráficas de Torque de Conexión
SARTAS DE PERFORACIÓN
0.038”
0.025”
0.057”
0.015”
0.025”
f) WEDGETHREAD
e) H-90
d) IFXH PACOHSHDSL
c) SST
b) REGFH
a) NCV-038R
V-040V-050
SST (PINS)V-038R(BOXES)
V-065
H-90
WEDGETHREAD
Conexiones en la Sarta de Perforación
Estilos y Formas de Rosca o CuerdaE
stilo
s
Form
as
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SARTAS 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
5/8”
Conexiones en la Sarta de Perforación
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)
DIÁMETRO DE PASO DE PUNTO DE CALIBRE
XY
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Conexiones Numeradas para Sarta de Perforación
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” .
Hay 17 NC’s en uso : desde la NC-10 (1-1/16”) hasta la NC-77 (7 ¾”)
Si el diámetro de paso es 5.0417 pulgadas à Esta 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
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Ejemplo de Conexiones Intercambiables
Ext Flush
SLIM HOLE
Dbl Streamline
Extra Hole
Full Hole
Int Flush
4-1/2EF
4-1/243-1/22-7/8SH
5-1/24-1/23-1/2DSL
54-1/23-1/22-7/8XH
4FH
4-1/243-1/22-7/82-3/8IF
NC50NC46NC 40NC 38NC 31NC 26
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Los Lastra Barrena, DC
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SARTAS DE PERFORACIÓN
DC Liso DC Espiralado
Lastra Barrena (DC)
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.
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Tamaños API de los Lastra Barrena
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Tamaños API de los Lastra BarrenaOD ID Range Weight Range OD ID Range Weight Range
ppf ppf2 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 - 1073 1/8 1 - 1.5 20 - 22 6 3/4 1.5 - 3.5 89 - 1163 1/4 1 - 1.5 22 - 26 7 1.5 - 4 84 - 1253 1/2 1 - 1.5 27 - 30 7 1/4 1.5 - 4 93 - 1343 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 - 1544 1/8 1 - 2.25 32 - 43 8 1.5 - 4 122 - 1654 1/4 1 - 2.25 35 - 46 8 1/4 1.5 - 4 133 - 1764 1/2 1 - 2.25 41 - 51 8 1/2 1.5 - 4 150 - 1874 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 - 2345 1/4 1.5 - 2.5 57 - 68 9 3/4 1.5 - 4 211 - 2485 1/2 1.5 - 2.8125 60 - 75 10 1.5 - 4 225 - 2615 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
SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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 saltosØ Gran masa para resistir los efectos de inercia y de rueda volante
• Rigidéz para trayectorias direccionalesØ La sarta no estará demasiado pandeada o recostada
• Condiciones de pescaØ Los conectores macho (pin) son más débilesØ Espacio suficiente en los díametros OD/ID para acomodar los pescadores internos y externos
Selección de los lastra barrena
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
HEAVY-WALLED DRILL PIPE (HWDP)
Tubería de Perforación Pesada o de Pared Gruesa (HWDP)
82
SARTAS DE PERFORACIÓN
Opciones de SelecciónOpciones de Selección
a) a) Lisa
b) Espiral
Tubería de Perforación Pesada o de Pared Gruesa (HWDP)
83
SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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
Control Direccional de la Trayectoria
84
SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
CONFIGURACIONES ESTÁNDAR DE HERRAMIENTA DE FONDO
Control Direccional
85
SARTAS DE PERFORACIÓN
EstabilizadoresRazones 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.
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SARTAS DE PERFORACIÓN
EstabilizadoresTipos 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
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Tipos de EstabilizadoresEstabilizadores
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Escariadores de Rodillos
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Control Direccional
91
SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Control Direccional
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
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SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Control Direccional
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SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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
Tipos de Ensamblajes de Fondo RotacionalesTipos de Ensamblajes de Fondo Rotacionales
Control Direccional
SARTAS DE PERFORACIÓN
1.SLICK
2.PENDULUM
3.BUILD
4.PACKED II
5.PACKED III
6.PACKED IV
7.PACKED V
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR DRILL
COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
STAB
STAB
STABSTAB
STAB
STAB
STAB
STABSTAB
STAB
STAB
STAB
STAB
STAB
STAB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
FULLGAUGESTAB
FULLGAUGESTAB
FULLGAUGESTAB
FULLGAUGESTAB
PONY
PONY
PONY
DRILL COLLAR
Herramientas de Fondo Típicas Para Control Direccional
96
SARTAS DE PERFORACIÓN
Diseño Mecánico De la Sarta de Perforación
97
SARTAS DE PERFORACIÓN
Diseño de La Sarta de PerforaciónLa 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
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
SARTAS 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
Factores de Diseño para la Sarta de Perforación
100
SARTAS 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
Factores de Diseño para la Sarta de Perforación
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
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
Diseño Mecánico De la Sarta de Perforación
Lastra barrena
104
SARTAS DE PERFORACIÓN
Conexiones de los Lastra Barrena
Características de Liberación de Esfuerzos
• Las conexiones (roscas) de la tubería de perforación no tienencaracterísticas 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 sonmucho 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.
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SARTAS DE PERFORACIÓN
Fotografía de una Función del Perno de Liberación de Esfuerzos
106
SARTAS DE PERFORACIÓN
¿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.
Conexiones de los lastra barrena
107
SARTAS DE PERFORACIÓN
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”.
Conexiones de los Lastra Barrena
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
Diseño del Ensamblaje de Fondo, BHALos DC proporcionan Peso a sobre la BarrenaLos 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
SARTAS DE PERFORACIÓN
Remember about Fishing
111
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Módulo de la Sección para las Conexiones
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.
RdR
DbD
ZZ
BSR
RdR
DbD
ZZ
BSR
pin
box
pin
box
)(
)(
)(32
)(32
44
44
44
44
−
−
==
−
−
==π
π
Donde:Zbox = módulo de la sección de la cajaZpin = módulo de la sección del pernoD = Diámetro exterior del perno y la cajab = Diámetro de la raíz de la rosca de la caja al
final del pernoR = 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
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
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
Esta tabla está extraída de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1.
Razón o Relación de resistencia a la Flexión para las Conexiones
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
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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.
Razones BSR para Conexiones
119
SARTAS DE PERFORACIÓN
Ejemplo de Tablas de Razón de Resistencia a la Flexión (Manual DS1 - T.H. Hill )
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
( )( )44
44
upruprlwr
lwrlwrupr
upr
lwr
IDODOD
IDODOD
ZZ
SR−
−==
Nota: Las razones de rigidez se calculan utilizando los diámetros externos y los diámetros internos de los tubos, no las conexiones.
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
1. Factor de Diseño para exceso de herramienta de fondo =1.15
2. El Punto Neutral (NP) a la tensión debe estar dentro de los collares de perforación
Peso Mínimo de DC para colocar sobre la barrena y mantener el Punto Neutral dentro del BHA
Diseño de la Herramienta de FondoDiseño de la Herramienta de Fondo
15.1=WtWorkingMaxWtAvailableMax
123
SARTAS DE PERFORACIÓN
Compresión
Tensión
Punto neutral
WOB de Diseño
WOBWOB
Diseño de la Herramienta de FondoDiseño de la Herramienta de FondoPeso de los lastra barrena y Punto Neutral
124
SARTAS DE PERFORACIÓN
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:
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
BF = 1- (MW/65.5)
Diseño de la Herramienta de FondoDiseño de la Herramienta de Fondo
125
SARTAS 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.
Diseño de la Herramienta de FondoDiseño de la Herramienta de FondoProcedimiento para Seleccionar los collares de perforación:
126
SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Procedimiento para selección de los lastra barrena:
Diseño de la Herramienta de FondoDiseño de la Herramienta de Fondo
127
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Cantidad y Tamaño de lastra barrena
Ejemplo DPEjemplo DP--0404
128
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Ejemplo DPEjemplo DP--0404
129
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Ejemplo DPEjemplo DP--0404
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
62.5%56.8%API NC56.2%51.1%H-90
N/a79.5%PACDC>7 inDC< 7 in
Límites de torsión para los lastra barrena
132
SARTAS DE PERFORACIÓN
Tablas de Torque de Ajuste para Conexión los DC
133
SARTAS DE PERFORACIÓN
•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
Límites de torsión para los lastra barrena
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
• ¿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?
Ejemplo DP-05
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
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Ejemplo DP-05 – Solución
139
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Ejemplo DP-05 – Solución
140
SARTAS DE PERFORACIÓN
Diseño de Sarta de Perforación
Diseño de Tubería de Perforación
141
SARTAS DE PERFORACIÓN
Parámetros de Diseño según el API Parámetros de Diseño según el API –– RP 7GRP 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
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
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
Collares deperforación
Tubería deperforación Ldp
Ldc
PParámetros de DiseñoParámetros de Diseño
Diseño para la Tensión
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;
( )[ ] BFWLWLT dcdcdpdpsurf ××+×=
BF m
s
= −1ρρ
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.
….(1)
Ldp
Ldc
PResistencia de Trabajo
Tubería deperforación
Collares deperforación
Parámetros de DiseñoParámetros de Diseño
145
SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Diseño para la Tensión
Parámetros de DiseñoParámetros de Diseño
146
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Carga de Diseño Máxima Permisible
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Margen de sobre tensión
148
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Procedimiento de DiseñoProcedimiento de DiseñoMargen de sobre tensión
149
SARTAS DE PERFORACIÓN
surf- TTMOP max =
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.
2. Calcule la carga total en superficie usando
( )[ ] BFWLWLT dcdcdpdpsurf ××+×=
….(3)
….(1)
Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño
150
SARTAS DE PERFORACIÓN
dcdp
dc
dp
yielddp L
WW
BFW
MOPTL ×−
×
−×=
9.0
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.
….(4)
Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño
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 perforarSuponga 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
SARTAS DE PERFORACIÓN
Carga real soportada ( Pf)
P = 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] … (2) (RP7G T9)
ftx
962,16600*92.21
15085.092.21
0535,392L dp =−−=
Máxima profund.a perforar = Ldp + Ldc = 16,962 + 600 = 17,562 pies
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)
Solución sin Margen de sobre tensión
Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado
153
SARTAS DE PERFORACIÓN
Repita el ejemplo anterior con Margen de sobre tensión utilizando la fórmula;
dcdp
dc
dp
yielddp L
WW
BFW
MOPTL ×−
×
−×=
9.0
Máxima Profundidad de Perforación = Ldp + Ldc
Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado
154
SARTAS DE PERFORACIÓN
Carga real soportada ( P)
Tsurf= 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] … (2) (RP7G T9)
ftx
595,11600*92.21
15085.092.21
000,100535,392L dp =−−=
Profund.Máxima a Perforar = Ldp + Ldc = 11,595 + 600 = 12,195 pies
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)
Solución con Margen de sobre tensión
Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado
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.
( )
( )dopeforFrictioncoeffArcTanzTaperSlipyzyK
inlengthSlipLinODPipeD
LDK
LDK
SS
StressTensileStressHoop
s
sst
h
08.0;)()45279(;)tan(/1
;)(
221
'''
2
===+=
==
++=
µµ
ο
156
SARTAS DE PERFORACIÓN
• Generalmente se expresa como un factor
DPTUBE 12 in 16 in2 3/8 1.25 1.182 7/8 1.31 1.223 1/2 1.39 1.284 1.45 1.324 1/2 1.52 1.375 1.59 1.425 1/2 1.66 1.476 5/8 1.82 1.59
SLIP LENGTHHorz to Tang Stress Ratio
LoadAxialEquivalentStressTensile
StressHooploadWorking =*
Axialt
hLoad P
SS
P =
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.
dcdp
dc
dp
T
h
yield
dp LWW
BFWS
ST
L ×−×
×
=
9.0
158
SARTAS DE PERFORACIÓN
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?
dcdp
dc
dp
yielddp L
WW
BFW
MOPTL ×−
×−×
=9.0
Diseño por Tensión con Margen de Sobre Tensión y Fuerza de Aplastamiento con las Cuñas
Ejemplo DP-07
159
SARTAS DE PERFORACIÓN
Solución
(a) El peso del collar de perforación por pie es:
donde, ρs = densidad del acero = 489.5 lbm/ft
A = área de la sección transversal (pulg).
(Nota: De las tablas API, peso del collar de perforación = 161 lbm/ft).
( ) ( )( )A ft s× × = − × × ×14
825 28125 1 48951
1442 2ρ
π. . .
ftlbm /5.160=
Ejemplo DP-07
160
SARTAS DE PERFORACIÓN
LP MOP
W BFWW
Ldpt
dp
dc
dpdc
× −×
− ×0 9.
( )P lb for Grade X new pipet = 501 090 95,
BF m
s
= − = −1 110
65 44ρρ .
Margen de Sobre Tensión, MOP = 100,000 lb
Ejemplo DP-07
161
SARTAS DE PERFORACIÓN
( )45.21
6005.160847.045.21
000,1009.0090,501 ×−
×−×
=dpL
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
.428,15600828,14 ft=+
= 14,828 ft
Profundidad de perforación máxima = Ldp + Ldc
Ejemplo DP-07
162
SARTAS DE PERFORACIÓN
Ejemplo DP-07 considerando la Fuerza de Aplastamiento por las Cuñas
dcdp
dc
dp
T
h
yield
dp LWW
BFW
Drag
SS
T
L ×−×
−×
=
9.0
ftL
L
dp
dp
991,12
60045.21
5.160847.045.21
42.19.0090,501
=
×−×
×
=
Profundidad máxima a perforar = Ldp + Ldc= 12,991+600=13,591 ft
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
ftL
L
pd
pd
553,945.21
600*5.160847.0*45.21
000,1009.0*600,394
=
−−
=
Máxima Profundidad de Pozo
ft153,10600553,9 =+=Prof. de Perforación Maxima = Ldp + Ldc
Ejemplo DP-07 considerandoTubería Premium
P lbt = 394 600, :Ahora,
165
SARTAS DE PERFORACIÓN
Ejemplo DP-07 Aplastamiento por las Cuñas
ftL
L
dp
dp
276,9
60045.21
5.160847.045.21
42.19.0600,394
=
×−×
×
=
Profundidad de Perforación Máxima = Ldp + Ldc= 9,276+600=9,876 pies
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
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?
dcdp
dc
dp
yielddp L
WW
BFW
MOPTL ×−
×−×
=9.0
EjercicioEjemplo DP – 08
168
SARTAS DE PERFORACIÓN
• Paso 2
• 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.
• Paso 1
• 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.
dcdp
dc
dp
tdp L
WW
BFWMOPP
L ×−×−×
=9.0
Diseño de Sarta Mixta
169
SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta
170
SARTAS DE PERFORACIÓN
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.
dcdp
dc
dp
yielddp L
WW
BFW
MOPTL ×−
×
−×=
9.0
7954.05.654.13
1 =−=BF
E Ldp1
G105
Ldp2
LBHA
Solución:
(a)
y,
Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta
171
SARTAS DE PERFORACIÓN
HWDPofweightDCsofweightLW dcdc +=×
lb000,101=
ftL
L
dp
dp
595,1385.20000,101
796.0 85.20
000,509.0 600,395
=
−×
−×=
Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta
172
SARTAS DE PERFORACIÓN
ftL
L
dp
dp
263,1085.20000,101
796.085.2042.1
9.0600,395
=
−×
×
=
Ejemplo DP – 08. Aplastamiento por las Cuñas en el tope de la tubería Grado E
173
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
314,105726,2509.0600,395
9.0*@
=−×=
−=
MOP
PPMOP WorkingYp
DP – 08. Margen de Sobre Tensión en la Junta Superior de la Tubería Grado “E”
174
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Ejemplo DP-08. Procedimiento para el Diseño
175
SARTAS DE PERFORACIÓN
984,314000,10185.20263,10""
=+×=GBelowWt
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.
E Ldp1
G105
Ldp2
LBHA
Ejemplo DP – 08. Longitud de tubería grado “G” para producirse el aplastamiento
ftL
L
dp
dp
745,593.21984,314
796.093.2142.1
9.0830,553
=
−×
×
=
176
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Ejemplo DP – 08. Margen de Sobre-Tensión. “G”
449,177998,3209.0830,553
9.0*@
=−×=
−=
MOP
PPMOP WorkingYp La sobre tensión está limitada por la tubería Grado “E”
( )
449,177090,35142.1/9.0830,553
42.1
9.0*
5
@
==×=
=
MOPlb
PLoadSlipMax
DPinFor
Yp
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
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?
Ejemplo DP-09. Diseño con DP combinada
179
SARTAS DE PERFORACIÓN
MOP en un pozo desviadoSe debe considerar siemprela 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 θ
θLdp
LBHA
Factores de DiseñoFactores de Diseño
180
SARTAS DE PERFORACIÓN
MOP en un pozo desviado
30°
TV
D
Long. De Tubería Ldp = 11500=11500 x cos 30°
12,000’
80,000 lbs. x cos 30° = 69,282 lbs.
Prof. Vertical de Ldp
Peso del BHA =
Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño
181
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño
182
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Factores de DiseñoFactores de Diseño
183
SARTAS DE PERFORACIÓN
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
Diseño de Sartas de Perforación Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados para pozos Desviados
184
SARTAS DE PERFORACIÓN
KOP
θT BHA
Sección Vertical
Sección de Construcción
Sección Tangente
Diseño de Sartas de Perforación Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados para pozos Desviados
185
SARTAS DE PERFORACIÓN
2. Sección de levantamiento de ánguloBFWlengthWeight dp ××=
( )=
×Sin
BUW BFT dpθ
5729 6.
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
θT = ángulo por debajo del punto de tangencia
KOP
θT BHA
Sección de Construcción
Sección Vertical
Sección Tangente
Diseño de Sartas de Perforación Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados para pozos Desviados
186
SARTAS DE PERFORACIÓN
3. Peso de la tubería en la sección tangente
[ ]BHABHAdpdpT LWLWCosxBF += θ
Diseño de Sartas de Perforación Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados para pozos Desviados
187
SARTAS DE PERFORACIÓN
Pozo de Alcance ExtendidoDada la siguiente información para un pozo de Alcance Extendido:KOP = 8000 piesAngulo Final = 80 gradosRev. de 13 3/8” asentado en el tope de la sección tangente a 9,146 piesTasa de construcción angular = 5 grados /100 piesBHA = 180 pies con peso de 100 lb/pie incluye herramientas(Barrena /Combinaciones / Motor de Fondo / MWD)
Profundidad Total del Objetivo TD = 17,000 piesTubería 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 SOBMLa barrena está a 2000 pies por debajo de la zapata del revest. 13 3/8”.Calcular los pesos en las respectivas secciones del agujero.
Ejemplo DP – 10
188
SARTAS DE PERFORACIÓN
Current depth = 9146 + 2000 = 11,146 ft
BF = 0.809
Wdp = 22.6 lb/ft
Solución:
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
( )lbfWFs dp×=1500
Cargas de Impacto
La fuerza de tensión adicional generada por los impactos estádada por:
( )lbfODWFb dp ×××= θ63
Doblamiento
La fuerza de tensión adicional generada por el doblamiento estádada por:
Otras CargasOtras Cargas
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
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
• Observe que se utiliza el punto de cedencia promedio no el mínimo
Average
CollapsealNo
CollapseBiaxial
YpIDODLoad
Z
ZZP
P
*)(7854.0
234
22
2
min
−=
−−=
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
145,000S120,000G110,000X85,000EYpAvgGrado
Colapso Biaxial
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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”
1417.0000,85*)276.4855.4(7854.0
000,50
*)(7854.0
22
22
=−
=
−=
Z
Z
YpIDODLoad
ZAverage
Ejercicio DP-11
195
SARTAS DE PERFORACIÓN
• Colapso Nominal es 7,041• El colapso Biaxial reducido es 6,489
922.0
214167.014167.0*34
234
min
2
2
min
=
−−=
−−=
CollapsealNo
CollapseBiaxial
CollapsealNo
CollapseBiaxial
P
P
ZZP
P
Ejercicio DP-11
196
SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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
Ejemplo DP – 11. Solución
197
SARTAS DE PERFORACIÓN
Diseño para el Estallido
• Se aplica la formula de Barlows
• 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
DtYp
PBurst**2
=
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
SARTAS DE PERFORACIÓN
• 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
Ejemplo DP – 12. Carga para el Estallido
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.