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Diseno Sarta Perfoacion
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1Fortalecer al personal adscrito a la Gerencia de Perforacin, con los conocimientos bsicos involucrados en la Ingeniera de Diseo, proporcionando las herramientas y tcnicas necesarias para lograr una mejor eficiencia operacional y una optimizacin en la Planificacin y Elaboracin de los Programas de Perforacin de Pozos
Ingeniera de Perforacin
PRPOSITO
2Ingeniera de Perforacin
CONTENIDO
Diseo de Sarta de Perforacin
Diseo de Sarta de Perforacin
Brocas e Hidrulica
de Perforacin
Brocas e Hidrulica
de Perforacin
Deteccin de Presiones Anormales
y de Fractura
Deteccin de Presiones Anormales
y de Fractura
Diseo API deRevestidores /
Cementacin de Pozos
Diseo API deRevestidores /
Cementacin de Pozos
PerforacinDireccional
PerforacinDireccional
Tpico Complementario
Tpico Complementario
3Ingeniera de Perforacin
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
Diseo de
Sarta de
Perforacin
4Ingeniera de Perforacin
CONTENIDO
Funciones y Componentes de una Sarta de Perforacin
Caractersticas y propiedades mecnicas de un BHA
Factores involucrados en el Diseo de un BHA, as como en sus conexiones
Optimizacin de los factores mecnicos. Clculos del No. de Barras o DCs. Prueba de Perforabilidad (Drill off Test)
Mecanismo de aplicacin en pozos verticales y pozos desviados
Tubera de Perforacin. Clasificacin y Propiedades Mecnicas involucradas en el diseo. Resistencia a la Tensin. Clculos
Clculo de Mxima Sobre Tensin (Over Pull). Nmero de vueltas para realizar un back off (desenrosque)
Longitud mxima alcanzable con una y dos tipos de tuberas. Clculos
5Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Sarta de Perforacin Son componentes metlicos armados secuencialmenteque conforman el ensamblaje de fondo (BHA) y la tubera de perforacin, a fin de cumplir las siguientes funciones:
Proporcionar peso sobre la mecha o barrena (PSM) Prueba de perforabilidad (Drill off test)
Conducir del fluido en su ciclo de circulacin Darle verticalidad o direccionalidad al hoyo Proteger la tubera del pandeo y de la torsin Reducir patas de perro, llaveteros y escalonamiento Asegurar la bajada del revestidor Reducir dao por vibracin al equipo de perforacin Servir como herramienta complementaria de pesca Construir un hoyo en calibre Darle profundidad al pozo
6Ingeniera de Perforacin
Componentes: Barras botellas de perforacin (drill collars)
Tubera de transicin (hevi-wate)
Tubera de perforacin (drill pipe)
Herramientas especiales Substitutos Cross-over EstabilizadoresMartillosMotores de fondo Turbinas Camisas desviadas (bent housing)MWD / LWD Otras herramientas (cesta, ampliadores, etc)
SARTA DE PERFORACIN
7Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Barras o Botellas Tubera de Transicin Tubera de Perforacin
8Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tipos de Barras de Perforacin
Barra Lisa
Barra en espiral
Barra lisa con acanaladas
Barra en espiral con acanaladas
Definicin:Componente principal del ensamblaje de fondoconstituido por tuberas de gran espesor, queproducen la carga axialRequerida por la mecha oBroca de perforacin
9Ingeniera de Perforacin
Clculo del Peso de las Barras o Botellas Barras lisas
Pb (lbs/pie) = 2,67 (OD - ID ) Barras espiraladas
Pb (lbs/pie) = 2,56 (OD - ID )
SARTA DE PERFORACIN
2 2
22
1 / 1 / 2 2 / 2 / 2 / 3 3 / 3 /
Dimetro interno (pulg)
107116125
6 /6 /
7
Dimetro externo (pulg)
3 4
3 41 2 1 4
1 2
1 2 13 16 1 4 1 2
105114123
102111120
99108117
96105114
91100110
8998
107
8593
103
808998
10
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tubera pesada (hevi-wate)
Definicin:
Componente principal de pesointermedio, pared gruesa conconexiones similares a la tuberade perforacin normal de manerade facilitar su manejo.
11
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tubera pesada
Propsito: Servir de zona de transicin para minimizar cambios de rigidez y reducir fallas.
Fcil manejo en el equipo de perforacin
12
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Substitutos
36 12
Caja x espiga
Caja x espiga
Substituto de junta Kelly con protector
36 3636o 48
Caja x espiga Espiga x espiga
Caja x caja
Substituto de dimetro externo recto.
36o 48
Caja x caja
36
Espiga x caja
36
Caja x espiga
48 48
Espiga x espigaCaja x espiga
Substituto de seccin reducida
Definicin:Herramientas auxiliares que seutilizan para enlazar herramientas y tuberas que no son compatibles con el tipo deconexin
13
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Definicin:
Herramientas que se utilizan para estabilizarel ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviacin.
EstabilizadoresPatines Reemplazables RWP
Camisa integral
Aleta soldada
Camisa reemplazable en el equipo de perforacin
14
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Motor de desplazamiento positivo:
Definicin:Herramienta utilizada en elBHA a fin de incrementar lasRPM en la broca
15
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Turbina de fondo
Definicin: Unidad de multi-etapas dealabes, la cual se utilizapara incrementar las RPMa nivel de la brocaUtilizado por por primeravez en la Unin Sovitica.
16
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Propiedades mecnicas del BHA y Factores paraun Diseo ptimo Todos los ensamblajes de fondo de pozo ejercen fuerzas laterales sobre la mecha que causan construccin o aumento del ngulo de inclinacin, cada o mantenimiento del mismo. Es por ello que los ensamblajes de fondo se pueden utilizar para el control de la desviacin de un pozo
La seleccin de un ensamblaje de fondo ptimo debe partir por conocer las dimensiones y propiedades mecnicas de todos los componentes de la sarta, especialmente los primeros 300 pies desde la mecha
A continuacin, un resumen de las distintas teoras que estudian el Comportamiento Fsico de los Ensamblajes de Fondo, as como algunos de los Factores que intervienen en el Diseo ptimo de un BHA
17
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Lubinsky y Woods:
Dimetro hoyo til DM+DMB
2
Patrn en el fondo de la mecha
Patrn en el tope de la mecha
X = Dimetro de la mechaX1= Dimetro de hoyo efectivo
Dimetro del hoyo til
Ecuacin: DHU = DM + DMB2
Segn Robert Hoch:
Diam. Min. Barras = 2 Diam. Coup. Rev. Diam. Mecha
18
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Longitud de las barras
Mtodos: Factor de flotacin Ley de Arqumedes Fuerza Areal
PS-PSM
PSMPSMPB
(B)
19
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mtodo: Factor de Flotacin
Consideraciones para el Diseo:
Pozos Direccionales:
Pozos Verticales:
BBf
SMB LxWxF
xPN
15,1=
CosxLxWxFxP
NBBf
SMB
15,1=
Configuracin Estndar: Barras y tubera de perforacin
Barras
P.N15%
Tubera de perforacin
Zona en tensin
85%Zona en compresin
20
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
( )1,105,1, = SBBf
SSMB FCosxLxWxF
FxPN
Configuracin de barras, tubera de transicin y tubera de perforacin. Punto neutro en las barras
5-10%
90-95% Barras
P.N
Zona entensin
Zona en compresin
Tubera de perforacin
Tubera de transicin(Hevi-wate)
Mtodo: Factor de Flotacin
Consideraciones para el Diseo:
21
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
HWTBB
f
SMSHW W
LxWCosxFFxP
L 1
=
Configuracin de barras, tubera de transicin y tubera de perforacin. Punto neutro en los Hevi-Wate
( )20,115,1: Fs80-85%
15-20%
Barras
P.N
Zona entensin
Zona en compresin
Tubera de perforacin
Tubera de transicin(Hevi-wate)
Mtodo: Factor de Flotacin
Consideraciones para el Diseo:
22
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Torque de apriete: Referencia API para garantizar el sello efectivo al momento de realizar una conexin y evitar lavado en las mismas
Conexin Torque de apriete mnimo lbs-piesDimetro interno de las barras (pulg)
API NC 44 5 /6
6 /6 /
*20,895*26,45327,30027,300
*20,89525,51025,51025,510
*20,89523.49323,49323.493
*20,89521,25721,25721,257
18,16118,16118,16118,161
Tipo (pulg) 1 / 2 2 / 2 / 23 4
3 4
1 41 2
1 4 1 2
23
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Seleccin de las conexiones Relacin de resistencia a la flexin (BSR):
Describe la capacidad relativa de las conexiones pararesistir fallas por fatiga debido a la flexin
BSR = Mdulo de seccin de cajaMdulo de seccin del pin
NC50
1 2 3 4 5 6 7 8
1.591.631.711.771.892.06
DI 6 6 / 6 / 6 / 6 / 6 / 6 /1.741.781.861.932.062.25
1.891.932.032.102.242.45
2.042.102.192.282.432.65
2.212.262.372.462.622.86
DE (pulg)
1.311.341.411.461.561.70
1.451.481.551.611.721.88
2 /2 /2 /33 /3 /
1 8
13 16
1 4
1 2
1 4 3 8 1 2 5 8 3 4
1 2
1 4
24
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Aplicacin BSR
Consideraciones para el Diseo:
25
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mtodo API para la seleccin de las conexiones
26
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mtodo API
1 Opcin: BSR cercano a 2,25: 1 y 2,75: 1 cercano a 2,50:1
2 Opcin: BSR a la izquierda de 2,25: 1
3 Opcin: BSR a la derecha de 2,75: 1
27
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mtodo Drilco: Principios
1- Barras pequeas 6 pulg [ 2,75:1
28
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
3- Barras cercanas al dimetro del hoyo
Mtodo Drilco: Principios
4. Condiciones abrasivas o ambientes corrosivos
Ej. 10 en , en 8 / 1 412 / 14 9 / 7 8Bajas revoluciones - formaciones duras
2,25:1< BSR< 3,20:1
2,50:1< BSR < 3,00:1
29
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mtodo Drilco: Consideraciones para el Diseo:
Barra x 2 / 13 169 / 3 4
2 / 13 16
Condiciones extremasde abrasin y corrosin
30
Ingeniera Bsica de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Experiencia de campo
Consideraciones para el Diseo:
BSR Sugerido
Menor a 6 2,25 - 2,75 1,80 - 2,50
6 a 8 2,25 - 2,75 1,80 - 2,50
Mayor a 8 2,25 - 2,75 2,50 - 3,20
DimetroExterno
BSR Tradicional
31
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tubera pesada (Hevi-Wate): Propiedades Mecnicas
Conexin
Tam.Nom.(pulg)
D.I(pulg)
Resist.a
Tensin(lbs)
Resist.a
Torsin(lbs-pie)
PropiedadesMecnicas
(seccin tubo)
Tam.Nom.(pulg)
Tamao deConexin
(pulg)
Resist.a
Tensin(pie)
Resist.a
Torsin(lbs-pie)
D.I(pulg)
D.I(pulg)
PropiedadesMecnicas
Torquede
apriete
41/2 23/4 548075 40715 41/2 NC 46(4 IF) 61/4 27/8 1024500 38800 21800
5 3 691185 56495 5 NC 50(41/2 IF) 65/8 31/16 1266000 51375 29400
32
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tubera pesada: Relacin de Rigidez Momento de Secciones
SMR =
Relacin del momento de inercia
(I/C) dimetro mayor(I/C) dimetro menor
Perforaciones suaves, SMR < 5,5 Perforaciones severas, SMR < 3,5
DEDIDE 44
32I/C=
33
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
8 / x 2 /
12 / 9 / x 3 83,8 1,5
Dimetro hoyo Barras/Tuberas I/C Relacin ObservacionesSMR
Para formacionessuaves
5 (25,6 lbs/pie)
5 (19,5 lbs/pie)
55,9
10,7
5,7
5,2
1,9
9 / x 3 83,8 1,5 Para formacionesduras (incrementartubera pesada)
5 (19,5 lbs/pie)
55,9
22,7
5,7
2,5
3,9
8 / 6 / x 2 / 22,7 3,9 Cualquier formacin
5 (19,5 lbs/pie) 5,7
12
14
1 4 13 16
12
8 / x 2 / 1 4 13 166 / x 2 / 1 4 13 16
12
14
1316
Tubera pesada (Hevi-wate)
34
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tubera pesada en perforacin direccional
Consideraciones para el Diseo
Su diseo produce menos rea de contacto conla pared del hoyo y esto tiene como ventajas:
Menor torsin.
Menor posibilidad de atascamiento.
Menor arrastre vertical.
Mejor control de la direccin.
35
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Se pueden utilizar para reemplazar partede las barras y reducir la carga en el
gancho, en formaciones blandas.
Se puede aplicar peso sobre la mechaen pozos hasta 4 pulgadas ms grande que las conexiones.
Tubera pesada en perforacin vertical
Consideraciones para el Diseo
36
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tubera pesada: Longitud requerida de acuerdo al tipo de pozo
Consideraciones para el Diseo
Pozos verticales: 18 a 21 tubos
Pozos direccionales: 30 ms tubos
El uso de la Tubera pesada estar asociada con el clculo previo de la Relacin de Rigidez o tambin conocida como Momento de las Secciones (SMR)
Se ha demostrado que el valor de SMR debe ser menor de 5,5, caso contrario se necesitar una tubera de transicin (Hevi-Wate)
37
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Estabilizadores: Funciones Generales
Controlan la desviacin, aumentan la tasa de penetracin y mantienen la rotacin de la mecha alrededor del eje de la sarta.
Resultado: Mayor vida til de la mecha
Controlan la centralizacin y reducen los problemas asociados a la dinmica de la sarta.
Evitan cambios bruscos de la inclinacin del pozo.
BHA sin estabilizadores y formacin sin Buzamiento genera un hoyo en forma de espiral
BHA sin estabilizadores y formacin con Buzamiento genera un hoyo en forma escalonada
38
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Estabilizadores: Funciones en la perforacin vertical
Funciones:
Limitan el movimiento lateral oscilatorio
Minimizan esfuerzos generados por pandeo.
Aumentan ciclos de oscilacin de fatiga mecnica del material.
39
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Estabilizadores: Funciones en la perforacindireccional
Funciones:
Limitan la longitud de contacto de las barrascon la pared del hoyo.
TorqueReducen Arrastre
Pegas diferenciales
40
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tipos de ensamblajes: empacados
Consideraciones para el Diseo:
Mxima deflexin permisible en la perforacin de un objetivo
Simulacin de la trayectoria de un ensamblaje de fondo de pozo con dos
y tres puntos de apoyo
41
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Otras herramientas para las Consideraciones de Diseo:
Amortiguadores: Herramienta que se utiliza para incrementar la vida til de la broca, disminuir posible dao a las barras y a la tubera de perforacin, as como a los equipos en superficie, produciendo una mejor eficiencia en la penetracin
Martillos: Herramienta que tiene como propsito utilizarlo en caso de atascamiento de la sarta en el hoyo.
Puede ser de acondicionamiento mecnico, hidrulico y hidro-mecnico
Puede golpear en forma ascendente o descendente
42
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Optimizacin de los Factores Mecnicos Conocidas las diferentes formaciones a penetrar, esnecesario considerar los factores mecnicos que permitanoptimizar la velocidad de penetracin (ROP).
Dichos factores mecnicos son: Peso sobre la mecha o barrena (P.S.M) Revoluciones por minuto (R.P.M)
Las variables involucradas para seleccionar los factoresmecnicos son:
Esfuerzo de la matriz de la roca Tamao y tipo de mecha Tipo de pozo Tipo de herramientas de fondo
43
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
P.S.M
R.P.MFactores Mecnicos
?
44
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Ejercicios de Diseo: No. 1: Datos: Dhoyo = 12 Dlodo = 12 ppg Barras de 8 OD x 2 13/16 ID Longitud de cada barra = 30 pies PSM requerido = 35.000 lbs
Calcule el No. de barras si el pozo fuese vertical ?
Supongamos que existe un ngulo de desvi de 20Calcule el No. de barras ?
45
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Ejercicios de Diseo: No. 2: Datos: Dhoyo = 12 Dlodo = 12 ppg 4 Barras de 8 OD x 2 13/16 ID Barras de 7 OD x 2 13/16 ID Longitud de cada barra = 30 pies PSM requerido= 35.000 lbs
Se desea utilizar una combinacin de las barras disponible de 8 con 7 . Calcule el No. de barras de 7 que se requiren para poder suministrarle a la broca el PSM requerido ?
46
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Prueba de Perforabilidad
La Prueba de Perforabilidad es un mecanismo que nos permite las bsqueda de nuevos valores de Peso sobre la mecha (PSM) y Revoluciones por minuto (RPM) durante la perforacin de un pozo con el fin de obtener un incremento en la Tasa o Rata de Penetracin (ROP) o sea de mejorar la eficiencia de penetracin en un pozo
Para su aplicabilidad se deben tener ciertas condiciones que favorezcan la prueba y no retarde su aplicacin, entre otras:
Valores de ROP no muy bajos
Intervalo a perforar homogneo
No existencia de un alto diferencial entre el gradiente del fluido y el gradiente de la formacin
47
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Existen dos mtodos para realizar la Prueba en cuestin, a continuacin se explicar uno de ellos:
Procedimiento:
Seleccione un valor de PSM de 5.000 lbs como referencia para la toma del tiempoMantenga fijo un valor de RPM Vari los valores de PSM seleccionados y anote el menor tiempo en que se pierdan las 5.000 lbs de referencia. Repetir 3 o 4 veces Seleccione un valor fijo de PSM, el cual deber ser el de menor tiempo anterior Vari los valores de RPM y seleccione el de menor tiempo. Repetir Evalu la ROP con estos dos valores durante un intervalo Compare la nueva ROP con los valores de la ROP anterior a la prueba Seleccione en definitiva cuales sern ahora los factores mecnicos
48
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Prueba de Perforabilidad
Construya la siguiente tabla para la prueba:
RPM = 100 (valor fijo)
Como se puede ver en la Tabla anterior, el menor tiempo en la cual se perdieron las 5.000 lbs de referencia, se obtuvo con un PSM que variaba entre 30 y 35 mil lbs
PSM Pr.1 Pr. 2 Pr. 3 Pr. 4
20 - 25 mil lbs
12 seg
14seg
15seg
14seg
25 - 30 mil lbs
12seg
11 seg
12seg
13seg
30 - 35mil lbs
11seg
10seg
10 seg
9 Seg
49
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Ahora se variar las RPM y se dejar fijo el PSM obtenido
PSM = 30 - 35 mil lbs (valor fijo)
El valor de RPM = 110 es ahora el menor tiempo en perder las 5.000 lbs de referencia. De all que se tienen dos valores, con el fin de evaluar su ROP durante un intervalo, estos son RPM = 110 y unPSM = 30 a 35 mil lbs. Comparar
RPM Pr.1 Pr. 2 Pr. 3 Pr. 4
90rpm
16 seg
17seg
17seg
19seg
100 rpm
17seg
16seg
17seg
16seg
110rpm
14seg
14seg
13 seg
12 seg
50
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mecanismo de Aplicacin Durante la perforacin de un hoyo, existen algunas consideraciones directamente relacionadas con el diseo previo del BHA y con el tipo de pozo que se tiene planificado perforar
Las consideraciones relacionadas con el BHA, estn asociadas a la caractersticas de las formaciones a atravesar, su rumbo, buzamiento, as como al esfuerzo neto de la matriz de la roca
Las consideraciones del tipo de pozo estn asociadas a la incorporacin de elementos principales al BHA que permitan obtener los resultados previstos en la planificacin y ejecucin del proyecto pozo
51
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mecanismo de Aplicacin Pozos Verticales En el caso de pozos verticales, la consideracin de mayor impacto est asociada al tipo de formacin a atravesar. Esto a fin de armar un BHA que permita perforar un hoyo til y recto, con un mximo de ngulo de 5 grados y con la mejor configuracin del mismo que permita realizar la entrada y salida, evitando los esfuerzos crticos comnmente presentes en los hoyos desviados
Pozos Direccionales En este caso, la consideracin del diseo es el punto de partida para cualquier planificacin ptima. Esto debido a que la forma del pozo conlleva a tener una disposicin de herramientas en la sarta de acuerdo a las secciones del pozo que se perforar
52
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mecanismo de Aplicacin Pozos Direccionales Para este tipo de pozos tal como lo mencionamos estar asociada a la seccin del hoyo, para ello se determinara la posicin de una herramienta clave para los pozos desviados como lo son los estabilizadores, esto a saber:
Seccin de construccin o aumento de ngulo Sarta de construccin
Seccin tangencial o de mantenimiento de ngulo Sarta empacada o rgida
Seccin de descenso o de disminucin de ngulo Sarta de descenso o pendular
53
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mecanismo de Aplicacin Sarta de construccin: Posicin estndar de los estabilizadores: Near Bit Estabilizador a 60 pies de la mecha (0- 60)
Sarta empacada o rigda Posicin estndar de los estabilizadores: Near Bit Estabilizador a 30 pies Estabilizador a 60 pies de la mecha (0- 30- 60) Near Bit Pony Collars de 10 pies Estabilizador a 10 pies, a 40 pies y a 70 pies de la mecha (0- 10- 40- 70)
Sarta de descenso o pendular Posicin estndar de los estabilizadores: Estabilizador a 60 pies de la mecha (60)
54
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mecanismo de Aplicacin Pozos Direccionales Los mecanismos utilizados en los pozos direccionales, est relacionado con la forma de penetrar las formaciones en funcin del ngulo construido o no y en funcin de la seccin que se perfora. De all, que existen dos mecanismos o modalidades convencionales para esto, los cuales son:
Modalidad de Deslizamiento Posicin de la cara de la herramienta (tool face) en alta (high tool face) o en baja (low tool face), en la cual solo rota el motor de fondo o turbina y no rota la mesa rotaria o top drive. Esto se ejecuta para construir o descender ngulo en el pozo
55
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Mecanismo de Aplicacin Modalidad de Rotacin Existe una doble rotacin, la del motor de fondo de la turbina y la de la mesa rotaria o top drive. Esta modalidad se ejecuta para mantener el ngulo en el pozo
En conclusin, podemos combinar la posicin de los estabilizadores con la modalidad de penetrar el pozo en la seccin requerida, pero siempre debemos tomar una medicin puntual o continua desde la estacin o punto de inicio hasta obtener el ngulo referido por cada cierta cantidad de pies planificados (ej: 2 grado / 100 pies)
56
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Tubera de Perforacin Componente de la Sarta de Perforacin, que va desde el BHA hasta la superficie
La misma, est formada por un cuerpo tubular y juntas anexas (caja y pin) de dimetros diferentes
Funciones Trasmitir la potencia generada por los equipos de rotacin a la broca o mecha
Servir como canal de flujo para transportar los fluidos a alta presin, desde los equipos de bombeo del taladro a la broca o mecha
Su funcin principal es DARLE PROFUNDIDAD AL POZO, considerando su trabajo en Tensin
57
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Clasificacin y Propiedades Mecnicas La tubera de perforacin se clasifica de acuerdo a su:
Longitud
Grado de acero
Condicin de uso
Esta clasificacin involucra una serie de aspectos que son considerados en un diseo ptimo de la sarta de perforacin en su conjunto
A continuacin una descripcin general de las mismas:
58
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Clasificacin y Propiedades Mecnicas Longitud: Los valores de longitud de la tubera de perforacin y otros tubulares, estn clasificados por la API en Rangos, a saber:
Rango 1 Longitud de: 16 a 25 pies
Rango 2 Longitud de : 26 a 34 pies
Rango 3 Longitud de: 35 a 45 pies
59
Ingeniera de Perforacin
SARTA DE PERFORACIN
Clasificacin y Propiedades Mecnicas Grado de acero: Existen cinco grupos comnmente utilizado a nivel de los Taladros en la Industria Petrolera Mundial
Estos se diferencian en su punto de Esfuerzo de Ruptura o Cedencia Mnima y Mxima, lo cual representa el factor principal de diseo para los pozos y sus profundidades respectivas, a saber:
Grado de acero Esf. rup. min Esf.rup.maxD 55.000 psi 85.000 psiE 75.000 psi 105.000 psiX 95.000 psi 125.000 psiG 105.000 psi 135.000 psiS-135 135.000 psi 165.000 psi
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Clasificacin y Propiedades Mecnicas Condicin de uso: Est relacionada con la CLASE del tubular, el cual no es ms que la identificacin de una tubera que ha sufrido en sus propiedades fsicas, esto es, tanto condiciones internas como externas, por supuesto despus de ser utilizada
Tipos de Clase: Nueva Premium Class Class 2 Class 3
Evidentemente, esta clasificacin redunda tambin en el Torque aplicado a cada tipo de tubera
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Clasificacin y Propiedades Mecnicas Consideraciones para el Diseo: Para el criterio de diseo de la Tubera de Perforacin, se toma como referencia que la seccin mas baja o inferior de la Sarta siempre este el tubular que posea la menor Resistencia al Esfuerzo de Ruptura o Cedencia y en la parte ms alta o superior la de mayor Resistencia
Esta consideracin esta asociada para que dicho tubular pueda soportar el peso de las barras, de la tubera de transicin (Hevi-Wate) y de su propio peso
Adicionalmente, la tubera de la seccin inferior debe soportar la presin de colapso que produce la hidrosttica ejercida por el fluido de perforacin
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Clasificacin y Propiedades Mecnicas Consideraciones para el Diseo: Fundamentalmente uno de los criterios para un diseo ptimo de la Tubera de Perforacin es lo referente a su Resistencia a la Tensin
Este valor esta asociado directamente con el Esfuerzo a la Ruptura o Cedencia y el rea seccional del tubo y es un valor fundamental a tomar en cuenta al momento de decidir el Tipo de Tubular a utilizar
As mismo, para contingencias en el pozo, tales como atascamiento de la Sarta es necesario conocer el valor de Mxima Sobre Tensin (Over Pull) que se dispone, a fin de evitar mayores complicaciones en el pozo, a continuacin las formulaciones
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rea seccional (Asecc) de la Tubera:
Asecc = / 4 x (DE tp di tp ) = pulgs
donde: / 4 = 3,1416 / 4 = 0,7854DE tp = Dimetro externo de la tubera de perforacin, pulgsdi tp = Dimetro interno de la tubera de perforacin, pulgs
2 2 2
Resistencia a la Tensin (Rt)
Rt = Esf. rup min. x Asecc x F.S = lbs
donde:Esf. rup. min = Esfuerzo de ruptura mnimo de la tubera, psiAsecc = rea seccional del tubo, pulgsF.S = Factor de Seguridad (90 %)
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Mximo Sobre Tensin (MST) o Mximo Over Pull
MST = Rt Ps flu = lbs
donde:Rt = Resistencia a la Tensin, lbsPs. flu = Peso de la sarta en el fluido, lbs
No. de vueltas Back off (No.vuelt.)
No. vuelt. = Torq. / Factor K = vueltas1000
donde:Torq.: Torque aplicado a la tubera, lbs-pieFactor K : Factor de Torque para los distintos tipos de tuberaFactor K tp nueva = 51.405 (DEtp ditp ) 4 4
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Profundidad mxima alcanzable con la tubera de perforacin. (Prof. max.)
Con un solo tipo de tubera: Prof. max = Lmax 1 + Long.b
Lmax1 = (Rt MST) - Long.b x Pba = piesPtp x F.F Ptp
Con dos tipos de tubera diferentes: Prof. max = Lmax 1 + Lmax2 + Long.b
Lmax2 = (Rtn MST) - (Lmax1 x Ptp + Long.b x Pba) = piesPtp x F.F Ptp
donde:Ptp = Peso ajustado de la tubera de perf.incluye tool joints), lbs / pieRtn = Resistencia a la tensin de la nueva tubera, lbs
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Altura mxima del Tool Joint (hmax)
Para Llaves colocadas a 180
hmax = 0,038 x Esf.rup. min x Lb x (I/C) = pies0,9 x Torque
Para Llaves colocadas a 90
hmax = 0,053 x Esf. rup.min x Lb x (I/C) = pies0,9 x Torque
donde:Esf. rup. min = Esfuerzo de ruptura o cedencia mnima, psiI/C = Momento de la seccin de la tubera, pulgs , I = / 4 (OD - ID ) y C = OD / 2Lb = Longitud del brazo, pies y Torque = Torque aplicado. lbs-pie
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Clasificacin y Propiedades Mecnicas Consideraciones para el Diseo: Otras consideraciones que se toman en cuenta para el Diseo de la Tubera de Perforacin son:
Tipo de conexiones
Tipo de reforzamiento
Torque aplicado al tubular
Estas consideraciones estn en lnea con un ptimo diseo y bsicamente la informacin asociada se presentan en Tabla API de uso comn. A continuacin una descripcin general:
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Clasificacin y Propiedades Mecnicas Consideraciones para el Diseo:
Tipo de conexiones:
Sistema API Sistema NC2 3/8 IF NC 262 7/8 IF NC 313 IF NC 384 FH NC 404 IF NC 464 IF NC 50
La nomenclatura utilizada en la actualidad es NC (Conexin Numerada)
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Clasificacin y Propiedades Mecnicas Consideraciones para el Diseo:
Tipo de reforzamiento del tubular: Los reforzamientos de los tubulares estn asociados a la resistencia que la conexin del mismo posee. Ellos se clasifican en tres tipos, a saber:
IU = Internal upset : La tubera en los extremos se hace ms gruesa disminuyendo el ID
EU = External upset: La tubera en los extremos se hace ms gruesa aumentando el ID
IEU = Internal External upset: La tubera en los extremos se hace ms gruesa aumentando el OD y disminuyendo el ID
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Ejercicio General Datos: Dlodo = 13 ppg y Dhoyo = 8 Barras: 6 OD x 2 ID Longitud de cada barra = 30 pies PSM requerido = 25.000 lbs Tubera de perforacin: 5 19,5 lbs/pie, Grado E y S-135 Profundidad del pozo: 15.000 pies
Calcule el No. de barras requeridas Calcule el tramo mximo de longitud de tubera Eque se podr utilizar Calcule la profundidad mxima si se utilizan los tipos de tuberas disponibles, utilice el valor de Sobre-Tensin menor calculado Verifique si para este pozo se requiere el uso de Hevi-Wate