Sartas de Perforacion - Perforacion Direccional 1

Diseñode Sartas

yPerforaciónDireccional

(Teoría – Diseño – Cálculos)

Prep:Jairo C. Molero

http://www.pdfcomplete.com/cms/hppl/tabid/108/Default.aspx?r=q8b3uige22

SARTA DE PERFORACIÓN

Sarta de PerforaciónSon 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)Prueba de perforabilidad (Drill off test)

Conducir del fluido en su ciclo de circulaciónDarle verticalidad o direccionalidad al hoyoProteger la tubería del pandeo y de la torsiónReducir patas de perro, llaveteros y escalonamientoAsegurar la bajada del revestidorReducir daño por vibración al equipo de perforación Servir como herramienta complementaria de pescaConstruir un hoyo en calibreDarle profundidad al pozo

Diseño de Sartas de Perforac ión


Componentes:Barras ó botellas de perforación (drill collars)

Tubería de transición (hevi-wate)

Tubería de perforación (drill pipe)

Herramientas especialesSubstitutosCross-overEstabilizadoresMartillosMotores de fondo TurbinasCamisas desviadas (bent housing)MWD / LWDOtras herramientas (cesta, ampliadores, etc)





• Tipos de Barras (DC´s) de Perforación

Barra Lisa

Barra en espiral

Barra lisa con acanaladas

Barra en espiral con acanaladas

Definición:Componente principal del ensamblaje de fondoconstituido por tuberías de gran espesor, queproducen la carga axialRequerida por la mecha oBroca de perforación




• Tubería pesada (hevi-wate)

Definición:

Componente pri ncipal de pesointermedio, pared gruesa conconexiones similares a la tuberíade perforación normal de manerade facilitar su manejo.




• Tubería pesada

Propósito:• Servir de zona de transición para minimizar cambios de rigidez y reducir fallas.

Fácil manejo en el equipo de perforación




• Substitutos

36” 12½”

Caja x espiga

Caja x espiga

Substituto de junta Kelly con protector

36” 36”36”o 48”

Caja x espiga Espiga x espiga

Caja x caja

Substituto de diámetro externo recto.

36”o 48”

Caja x caja

36”

Espiga x caja

36”

Caja x espiga

48” 48”

Espiga x espigaCaja x espiga

Substituto de sección reducida

Definición:Herramientas auxiliares que seutilizan para enlazar herramientas y tuberías que no son compatibles con el tipo deconexión




Definición:

Herramientas que se utilizan para estabilizarel ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviación.

• EstabilizadoresPatines Reemplazables RWP

Camisa integral

Aleta soldada

Camisa reemplazable en el equipo de perforación




• Motor de desplazamiento positivo:

• Definición:Herramienta utilizada en elBHA a fin de incrementar lasRPM en la broca




• Turbina de fondo

• Definición: Unidad de multi-etapas dealabes, la cual se utilizapara incrementar las RPMa nivel de la broca.Utilizado por por primeravez en la Unión Soviética.




Propiedades mecánicas del BHA y Factores paraun Diseño Óptimo

Todos los ensamblajes de fondo de pozo ejercen fuerzas laterales sobre la mecha que causan construcción o aumento del ángulo de inclinación, caída o mantenimiento del mismo. Es por ello que los ensamblajes de fondo se pueden utilizar para el control de la desviación de un pozo

La selección de un ensamblaje de fondo óptimo debe partir por conocer las dimensiones y propiedades mecánicas de todos los componentes de la sarta, especialmente los primeros 300 pies desde la mecha

A continuación, un resumen de las distintas teorías que estudian el Comportamiento Físico de los Ensamblajes de Fondo, así como algunos de los Factores que intervienen en el Diseño óptimo de un BHA




Lubinsky y Woods:

Diámetro hoyo útil DM+DMB

2

Patrón en el fondo de la mecha

Patrón en el tope de la mecha

X = Diámetro de la mechaX1= Diámetro de hoyo efectivo

• Diámetro del hoyo útil

Ecuación: DHU = DM + DMB2

Según Robert Hoch:

Diam. Min. Barras = 2 Diam. Coup. Rev. – Diam. Mecha




• Longitud de las barras (botellas ó drill collars)

Métodos:• Factor de flotación• Ley de Arquímedes• Fuerza Areal

PS-PSM

PSMPSM<PB

(A)

PS-PSM

PSMPSM>PB

(B)




• Método: Factor de Flotación

• Consideraciones para el Diseño:

Pozos Direccionales:

Pozos Verticales:

BBf

SMB LxWxF

xPN

15,1

CosxLxWxFxP

NBBf

SMB

15,1

• Configuración Estándar: Barras y tubería de perforación

Barras

P.N15%

Tubería deperforación

Zona en tensión

85%Zona en compresión




1,105,1, SBBf

SSMB F

CosxLxWxFFxP

N

• Configuración de barras, tubería de transición y tubería de perforación. Punto neutro en las barras

5-10%

90-95% Barras

P.N

Zona entensión

Zona en compresión

Tubería de perforación

Tubería de transición(Hevi-wate)






HWTBB

f

SMSHW W

LxWCosxF

FxPL 1

• Configuración de barras, tubería de transición y tubería de perforación. Punto neutro en los Hevi-Wate

20,115,1:Fs

80-85%

15-20%

Barras

P.N

Zona entensión

Zona en compresión

Tubería de perforación

Tubería de transición(Hevi-wate)






• Torque de apriete:• Referencia API para garantizar el sello efectivo al momento de realizar una conexión y evi tar lavado en las mismas

Conexión Torque de apriete mínimo lbs-piesDiámetro 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




• Tubería pesada en perforación direccional

• Consideraciones para el Diseño

Su diseño produce menos área de contacto conla pared del hoyo y esto tiene como ventajas:

• Menor torsión.

• Menor posibilidad de atascami ento.

• Menor arrastre vertical.

• Mejor control de la dirección.




• Se pueden utilizar para reemplazar parte de las barras y reducir la carga en el gancho, en formaciones blandas.

• Se puede aplicar peso sobre la mecha en pozos hasta 4 pulgadas más grande que las conexiones

• Ej: TP: 5”, 19,5 lbs/pie - Diámetro del TJ: 6 5/8”

Dhoyo 4” + 6 5/8” = 10 5/8”

• Tubería pesada en perforación vertical





• Tubería pesada: Longitud requerida de acuerdo al tipo de pozo


Pozos verticales: 18 a 21 tubos

Pozos direccionales: 30 ó más tubos

• El uso de la Tubería pesada estará asociada con el cálculo previo de la Relación de Rigidez o también conocida como Momento de l as Secciones (SMR)

• Se ha demostrado que el valor de SMR debe ser menor de 5,5, caso contrario se necesitará una tubería de transición (Hevi-Wate) (3,5 form. severas)




• Estabilizadores: Funciones Generales

• Controlan la desviación, aumentan la tasa de penetración y mantienen la rotación de la mecha alrededor del eje de la sarta.

Resultado: Mayor vi da útil de la mecha

• Controlan la centralización y reducen los problemas asoci ados a la dinámica de la sarta.

• Evitan cambios bruscos de la i nclinación del pozo.

• BHA sin estabilizadores y formación sin Buzamiento genera un hoyo en for ma de espiral

• BHA sin estabilizadores y formaci ón con Buzamiento genera un hoyo en forma escal onada




Optimización de los Factores MecánicosConocidas las diferentes formaciones a penetrar, es

necesario considerar los factores mecánicos quepermitan 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 involucradas para seleccionar losfactores mecánicos son:

Esfuerzo de la matriz de la rocaTamaño y tipo de mechaTipo de pozoTipo de herramientas de fondo




Prueba de Perforabilidad

La Prueba de Perforabilidad es un mecanismo que nos permite las búsqueda de nuevos valores de Peso sobre la mecha (PSM) y Revoluciones por minuto (RPM) durante la perforación de un pozo con el fin de obtener un incremento en la Tasa o Rata de Penetración (ROP) o sea de mejorar la eficiencia de penetración en un pozo

Para su aplicabilidad se deben tener ciertas condiciones que favorezcan la prueba y no retarde su aplicación, entre otras:

Valores de ROP no muy bajos

Intervalo a perforar homogéneo

No existencia de un alto diferencial entre el gradiente del fluido y el gradiente de la formación




Existen dos métodos para realizar la Prueba en cuestión, a continuación se explicará uno de ellos:

Procedimiento:

Seleccione un valor de PSM de 5.000 lbs como referencia para la toma del tiempo

Mantenga fijo un valor de RPMVarié los valores de PSM seleccionados y anote el menor tiempo

en que se pierdan las 5.000 lbs de referencia. Repetir 3 o 4 vecesSeleccione un valor fijo de PSM, el cual deberá ser el de menor

tiempo anteriorVarié los valores de RPM y seleccione el de menor tiempo.

RepetirEvalué la ROP con estos dos valores durante un intervaloCompare la nueva ROP con los valores de la ROP anterior a la

pruebaSeleccione en definitiva cuales serán ahora los factores mecánicos



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