07 La Sarta de Perforación - Diseño y Selección
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1SARTAS DE PERFORACIN
LA SARTA DE PERFORACIN
Programa de Entrenamiento Acelerado para Ingenieros
Supervisores de Pozo
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2SARTAS DE PERFORACIN
Componentes de la Sarta de Perforacin
- Barrena
- Collares Lastra-Barrena
- Tubera pesada de perforacin Tubera de pared gruesa
- Tubera de Perforacin
- Accesorios tales como Estabilizadores, Escariadores, Sustitutosde Acople, Conectores de Barrena, etc.
Tpicamente, una sarta de Perforacin consta de los siguientes componentes:
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3SARTAS DE PERFORACIN
q Sarta de Perforacin
Son componentes metlicos armados secuencialmente que 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) Conducir del fluido en su ciclo de circulacin Prueba de perforabilidad (Drill off test)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
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4SARTAS DE PERFORACIN
q 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)
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5SARTAS DE PERFORACIN
Barras o Botellas Tubera de Transicin Tubera de Perf.
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6SARTAS DE PERFORACIN
Tipos de Estabilizadores
Definicin:Herramientas que se utilizan para estabilizarel ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviacin.
Estabilizadores
Patines Reemplazables RWP
Camisa integral
Aleta soldada
Camisa reemplazable en el equipo de perforacin
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7SARTAS DE PERFORACIN
Martillo Mecnico Martillo Hidrulico
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8SARTAS DE PERFORACIN
Motor de fondoEstator
Rotor
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9SARTAS DE PERFORACIN
Turbina de fondo
labes
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SARTAS DE PERFORACIN
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 PERFORACIN
q Aspectos mecnicos Conocidas las diferentes formaciones a penetrar, es necesarioconsiderar los factores mecnicos que permitan optimizar 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 para seleccionar los factores mecnicos son: Esfuerzo de la matriz de la roca Tamao y tipo de mecha Tipo de pozo Tipo de herramientas de fondo
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SARTAS DE PERFORACIN
P.S.MR.P.M
?
Factores Mecnicos
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SARTAS DE PERFORACIN
Acople de Tubulares
Perno (Pin, macho)
Caja (Box)
Se fabrican en diverisdad
de tamaos y en variedad
de Formas de Roscas
Componentes de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
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 Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Collares de PerforacinDescripcin:Son tubulares metlicos 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 tubera de perforacin en tensin y as Prevenir el combamiento o pandeo de la sarta de perforacinProveer el efecto de Pndulo para la perforacin de agujeros rectos Tipos:Se fabrican en variedad de tamaos de dimetro externo e interno
Dimetros Externos OD tpicos van de 4 to 9 Por lo general en longitudes de 30 a 31 piesPueden tener forma de barra cuadrada para perforar en zonas con alta
Tendencia natural a la desviacon del agujero.Espiralados para perforar en zonas con tendencia al atrapamiento de la sarta Pueden tener recesiones para instalar elevadores y cuas rotarias
Componentes de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Medicin de los Collares de PerforacinLongitud
Cuello de Pesca
Receso paraElevador
Receso paralas Cuas
OD
IDconexin (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 Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Tubera de Perforacin
Funciones:Servir como conducto o conductor del fluido de perforacinTransmitir la rotacin desde la superficie hasta la barrena en el fondo
Componentes:Un tubo cilndrico sin costura exterior y pasaje central fabricado de acerofundido o de aluminio extrudo
Conectores de rosca acoplados en los extremos del cuerpo tubular sin costura
Conectores de Rosca:Proporcionan la conexin entre los componentes de la sarta de perforacin. Son piezas metlicas soldadas al cuerpo tubular sin costurasSuficientemente gruesos y fuertes para cortar en ellos roscas de pin y de caja
Componentes de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Clasificacin de la Tubera de Perforacin
1. Tamao: de 2-3/8 a 6-5/8 (Dimetro 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 nmeros indican la mnima resistencia a la cedencia en 1000 libras
4. Peso Nominal: Depende de los divesos rangos de tamao y peso
P. Ej., una TP puede ser: 5, R-2, G-105, 19.5Lpp (Libras por pie)
Componentes de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Tubera de Perforacin Pesada - HWDP
Diseo:Con mayor espesor de pared y acoples ms largos que la TP regularCon refuerzo metlico externo en el centro del cuerpo del tuboTambin disponible con diseo exterior espiralado
Funciones:Como elemento de transicin entre los collares de perforacin (DC) y la tubera de perforacin (TP)Esto previene el pandeo o combamiento de la TPPuede trabajarse en compresin sin sufrir dao en los acoplesEmpleada extensamente en Perforacin DireccionalEn ocasiones se utiliza en reemplazo de los DCMantiene la Tubera de Perforacin rotando en tensinNo se debe usar para proporcionar peso sobre la barrena en condiciones normales
Componentes de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Elementos Auxiliares / Accesorios de la Sarta
Conector de Barrena Estabilizador de Sarta Escariador de Rodillos
Componentes de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Elementos Auxiliares / Accesorios de la Sarta
Sustitutos de Combinacin de Roscas Ensanchador del hoyo
Componentes de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Elevadores
Sarta de Perforacin - Herramientas de Manejo
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SARTAS DE PERFORACIN
Cuas Rotarias
Cuas Manuales
Cuas de PiCuas operadas con aire
Sarta de Perforacin - Herramientas de Manejo
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SARTAS DE PERFORACIN
Llaves para Ajustar y Aflojar de Conexiones
Enroscador Rpido deTubera Llave Hidrulica
de Torque y Ruptura
Llaves Manuales
Sarta de Perforacin - Herramientas de Manejo
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SARTAS DE PERFORACIN
Aplicacin del lubricante de rosca en la caja del acople
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SARTAS DE PERFORACIN
Enrosque de estocada alineada
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SARTAS DE PERFORACIN
Posicin de las llaves Manuales para apretar la unin enroscada
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SARTAS DE PERFORACIN
Llaves en posicin para ajustar la unin con torque
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SARTAS DE PERFORACIN
Colocando el torque a la unin
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SARTAS DE PERFORACIN
Tensin en la lnea del torque de ajuste
Celda de CargaIndicador de Tensin en la Lnea
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SARTAS DE PERFORACIN
Torque de Ajuste
4,000lbs
4 pies
Cul ser la tensin mostrada en el indicador de Torque?
Con cunto torque queda apretada la unin?
4,000lbs
4 pies
Cul ser la tensin mostrada en el indicador de torque?
Con cunto torque queda apretada la unin?
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SARTAS DE PERFORACIN
4000lbs4,000lbs
4 pies4 pies
Torque de Ajuste
Cul ser la tensin mostrada en el indicador de Torque?
Con cunto torque queda apretada la unin?
Cul ser la tensin mostrada en el indicador de torque?
Con cunto torque queda apretada la unin?
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SARTAS DE PERFORACIN
Peso de la Sarta de Perforacin
Peso Nominal (en libras por pi) para el cuerpo del tuboEjemplo:19.5 lbs/pie para tubera de perforacin de 5 y 15.5 lb/pie para TP de 3
Peso Aproximado (Ajustado) incluyendo la masa de los acoplesPara las TP de arriba ser: 22 lb/pie para TP de 5 y 17.0 lb/pie para TP de 3
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 as:
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 PERFORACIN
Peso de la Sarta de Perforacin
Con la siguiente informacin sobre una sarta de Perforacin:
Tubera de Perforacin de 19.5 lb/pie, Grado G 105
Collares de Perforacion de 6 OD x 2 ID
Peso del lodo dentro del hoyo = 12.0 lbs/gal
a. Cul ser el peso de la sarta en el aire?b. Cul ser el peso de la sarta sumergida en el lodo?
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SARTAS DE PERFORACIN
Punto Neutral en la Sarta de Perforacin
Definicin:
Es el punto en la sarta de perforacin en donde se pasa del estado de compresin a la tensin.
Tal punto debera estar siempre dentro de los Collares de Perforacin.
La tubera de perforacin debera estar siempre en condiciones de Tensin
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SARTAS DE PERFORACIN
Ejercicio sobre el Punto NeutralDatos:
Tub. de Perf. 19.5 lb/pie, Grado, G 105
Collares de Perf. 6 OD, 2 ID, 600 pies
Peso del lodo dentro del agujero: 12 lbs/gal
Cul ser el peso de la sarta en el aire?Cul ser el peso de la sarta sumergida en el lodo?
Si el peso requerido sobre la barrena es de 10,000 lbs,
Dnde estar ubicado el PUNTO NEUTRAL?
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SARTAS DE PERFORACIN
Collares de Perforacin y Peso sobre la Barrena
Slo un porcentaje del peso de los DC se utiliza dar peso a la barrena WOB
Se debe asegurar que el PUNTO NEUTRAL siempre est dentro de los DC
La prctica general de campo es utilizar del 80 % al 90% del peso de los DC para aplicarlo sobre la barrena
As, despus de decidir el peso a aplicar sobre la barrena (WOB) se calcula el nmero de DC que se deben conectar
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SARTAS DE PERFORACIN
Ejercicio sobre el nmero de DC a utilizar
Mximo WOB esperado: 25,000lbs
Collares en uso: 6 OD x 2 ID
Peso del lodo dentro del hoyo: 12 ppg
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SARTAS DE PERFORACIN
Diseo de Sartas de Perforacin Y de Herramientas de Fondo
Programa de Entrenamiento Acelerado para Ingenieros
Supervisores de Pozo
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SARTAS DE PERFORACIN
REFERENCIAS
API RP 7G Diseo de la Sarta de Perforacin y Lmites de Operacin
API SPEC 7 Especificaciones para los Elementos de la Perforacin Rotaria
API SPEC 5D Especificaciones para la Tubera de Perforacin
SLB Manual de Diseo de la Sarta de Perforacin TH Hill DS-1 Diseo de la Sarta de Perforacin WCP Recomendaciones para Diseo de la Herramienta
de Fondo para Minimizar el Esfuerzo por Doblamiento.
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SARTAS DE PERFORACIN
Objetivos:Al finalizar esta seccin USTED ser capaz de describir:
1. Las funciones de la tubera de perforacin, 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 mtodos de diseo de la Sarta de Perforacin(para los esfuerzos de doblamiento, torsin yTensin
6. El Margen de Sobre Tensin, MOP
7. Diseo de Sartas para pozos Horizontales
8. Calculos de Torque y Arrastre
9. Diseo de Sartas con el mnimo Torque y Arrastre
10. Problemas con la sarta (roturas, particiones en rotacin y mecanismos de fatiga)
11. Mtodos y Tcnicas de Inspeccin
Diseo de Sartas de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
1. Transmitir rotacin a la barrena
2. Transmitir y soportar cargas axiales
3. Transmitir y soportar cargas de torsin.
4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar
5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo
6. Permitir la circulacin de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena
Funciones de la Sarta de PerforacinFunciones de la Sarta de Perforacin
WOB
WOBDC
DP
La sarta de perforacin es el enlace mecnico que conecta a la barrena de perforacin que est en el fondo con el sistema de impulsin rotario que est en la superficie.
La sarta de perforacin sirve para las siguientes funciones:
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SARTAS DE PERFORACIN
1. Transmitir rotacin a la barrena
2. Transmitir y soportar cargas axiales
3. Transmitir y soportar cargas de torsin
4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar
5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo
REQUIERE DE DISEO MECNICO
6. Permitir la circulacin de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena
REQUIERE DE DISEO DIRECCIONAL
REQUIERE DE DISEO HIDRULICO
Diseo de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Se cubre al final Describe las limitaciones de la tubera de
perforacin y de los collares a los esfuerzos de:
Tensin Sobre-Tensin Permisible Estallido Colapso Torsin Pandeo
Diseo Mecnico
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SARTAS DE PERFORACIN
Es cubierto primero
Describe la tendencia de la sarta de perforacin a
causar la desviacin del hoyo hacia una
predeterminada direccin
Diseo Direccional
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SARTAS DE PERFORACIN
Describe la influencia que tiene la geometra interna y externa de la sarta sobre las prdidas friccionales en un sistema circulante de fluidos.
Se discute en la seccin sobre Mecnica de Fluidos del curso.
El anlisis recomienda el uso de TP de 5 o 6-5/8 para pozos ultra profundos y la conexin de la TP con la espiga hacia arriba para mejorar la hidrulica en la perforacin de pozos someros.
Diseo Hidrulico
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SARTAS DE PERFORACIN
Componentes Bsicos:
1. Tubera de Perforacin, DP
2. Lastra barrena, DC
Accesorios de la Sarta:
Tubera de perfoacin Pesada Estabilizadores
Escariadores
Equipo para control direccional
FuncionesEstudio de la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
En rigor ni la Kelly ni el Top Drive son componentes de la Sarta de Perforacin.
Sin embargo, ellos proporcionan uno de los requerimientos esenciales para la perforacin al triturar las rocas cual es la rotacin.
La Barra de Tranmisin Rotatoria (Kelly) /Impulsador de Rotacin en el Tope de la Sarta (Top Drive)
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SARTAS DE PERFORACIN
Transmite rotacin y peso sobre la barrena
Soporta el peso de la sarta de perforacin
Conecta la unin giratoria (swivel) con el tramo superior de la sarta de perforacin
Conduce el fulido de perforacin desde la cabeza giratoria hacia la sarta de perforacin
Es el vnculo entre la mesa rotaria y la sarta de perforacin
La Kelly se fabrica en longitudes de 40 a 54 pies y con seccin transversal hexagonal (la ms comn), cuadrada o triangular.
La Barra de transmisin rotatoria (Kelly)
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SARTAS DE PERFORACIN
Ambas vlvulas se emplean para cortar el flujo a travs de la sarta en el evento de un influjo del pozo.
Son vlvulas operadas manualmente
Vlvulas de la Kelly
Por lo general se instalan dos vlvulas 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 PERFORACIN
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 tubera en paradas (tramos dobles o triples)
3. El sistema de kelly slo puede hacer lo anterior en tramos sencillos; o sea de 30 pies
Es basicamente una combinacin de mesa rotaria y Kelly.
Est impulsado por un motor independiente y le imprime rotacin a la sarta de perforacin la cual est 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 PERFORACIN
GRADO
El grado de la tubera de perforacin describe la resistencia mnima a la cedencia del material.
En la mayora de los diseos de sarta de perforacin, 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 PERFORACIN
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 Mnima Grado
Grados de la Tubera de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
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: Tubera con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el rea seccional es todava premium
Class 3: Tubera con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado.
Clasificacin de la Tubera de Perforacin Basada en la publicacin API R P7G
Nota: El RP7G tiene diferente especificacin!!! (pgina 115)
A diferencia de la tubera de revestimiento y la tubera de produccin, que normalmente se usan nuevas, la tubera de perforacin normalmente se utiliza ya usada. Por lo tanto tiene varias clases:
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SARTAS DE PERFORACIN
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:
EnroscadosSoldados o embonados al tubo con arco elctrico en el
hornoEl acople inferior se conoce como Macho o Espiga
El acople superior se denomina Caja o Hembra.
La conexin entre dos tramos se logra al enroscar la espiga dentro de la caja
Tubera de Perforacin
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56
SARTAS DE PERFORACIN
Pesos de la Tubera de Perforacin
Al referirse a los pesos de la tubera de perforacin, 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 perforacin.
Peso Aproximado El peso promedio por pie del tubo y de las conexiones de un tubo Rango II. Este peso aproximado es el nmero que se debe usar en los clculos de la carga del gancho.
-
57
SARTAS DE PERFORACIN
El peso nominal es un nmero de referencia pero no exacto. Se emplea para especificar el tubular, y se refiere tan slo 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,
El peso extra de los acoples y
Metal adicional que se agrega en los extremos del tubo par aumentar la rigidz.
El espesor adicional agregado en los extremos se denomina Refuerzo y su funcin 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 PERFORACIN
ToolJtAdj
ApproxToolJtAdjustedDP
LWtWt
ftWt
lengthadjustedjotooljotoolwtapproxDPpeso
ftWt
++
=
++
=
4.294.29
/
int4.29int..4.29.
/
Clculo de los Pesos Ajustados
-
59
SARTAS DE PERFORACIN
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 TEAdjJtTool 12
253.2 -+=
.(3)
Datos de la Especif 7 Fig 6 Tabla 7
Clculo de los Pesos Ajustados
-
60
SARTAS DE PERFORACIN
Calcular el peso ajustado aproximado del cuerpo del
tubo con acople includo para una tubera de
perforacin de 5 pulg. OD, 19.5 lbm/pie, grado E con
conexin NC50 y acople tipo IEU (con refuerzo
interno y externo) y dimensiones 6.375pulg. OD x
3.5 pulg. ID.
Ejemplo DP - 01
-
61
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP - 01
4.29WtupsetNom
WtTubeWt AdjDP +=
De la Tabla 7 de la especificaciones para Tubera de Perforacin ( API SPEC 5D):
El peso del refuerzo en acople IEU para tubera de 5pulg. 19.5 lbm/ft es 8.6 lbs. El dimetro interno en el cuerpo del tubo, ID es 4.276pulg.
( )ft
lbmft
lbminftin
4.296.85.489
1441276.45
4 322
222 +-=p
= + =17 93 0 293 18 22. . . /lbm ft
PASO 1: Drill Pipe adjusted weight of drillpipe
4.29_
weightupsetweightendplain +=
-
62
SARTAS DE PERFORACIN
Informacin del API RP7G
-
63
SARTAS DE PERFORACIN
Informacin del API 5D
-
64
SARTAS DE PERFORACIN
Refirindose a la tabla API RP7G , el acople NC50, 6.375 OD, 3.5 ID para una tubera con peso nominal 19.5 lbm/ft est 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
-
65
SARTAS DE PERFORACIN
PASO 3: Longitud ajustada por los acoples( )
=+ -L D DTE2 253
12.
( )=
+ -17 2 253 6 375 512512
. . . ft651.1=
De aqu que el peso ajustado del cuerpo del tubo con los acoples ser:
= +
+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/
-
66
SARTAS DE PERFORACIN
Tabla 1-3 Datos de Tubera Nueva
Tabla 4-5 Datos de Tubera Clase Premium
Tabla 6-7 Datos de Tubera Clase 2
Tabla 8 Datos de Acoples de tubera
Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexin
Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforacin)
Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste
Fig 26-32 Datos de Rigidz (BSR) de los DC
API RP 7G
-
67
SARTAS DE PERFORACIN
Todas los acoples API tienen un punto de cedencia mnimo de 120,000 psi independientemente del grado de la tubera de perforacin en la que se usen (E, X, G, S) .
API fija la resistencia a la torsin del acople en 80 % de la resistencia a la torsin del tubo: Esto equivale a una razn de resistencia a la torsin de 0.8.
El torque para conectar se determina por el dimetro interno del pin y el dimetro externo de la caja. El torque de conexin es 60 % de la capacidad de torsin del acople. La ecuacin para determinar la fuerza de conexin se puede obtener del apndice de API RPG7. ( Numeral A.8.2 ). Esta ecuacin es bastante compleja, as que API desarroll una serie de tablas para encontrar el torque de conexin recomendado para cualquier conexin si se tiene el dimetro externo de la caja y el dimetro 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 PERFORACIN
Ejemplo DP 02
Usando las tablas 2 y 4 de API RP7G cul deber ser el torque de conexin de tubera de perforacin Nueva y Premium de 5 19.5 ppf G105 y S135?
Cmo se comparan estos valores con los valores reportados en la Tabla 10?
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SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo de Grficas de Torque de Conexin
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SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo de Tablas de Torque de Conexin
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SARTAS DE PERFORACIN
Repita el Ejercicio 2 usando las Tablas y Grficas de Torque de Conexin
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SARTAS DE PERFORACIN
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 Perforacin
Estilos y Formas de Rosca o CuerdaE
stilo
s
Form
as
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SARTAS DE PERFORACIN
NC (Conexin Numerada) Es el estilo de cuerda (rosca) ms comn en la tubera de perforacin.
La rosca tiene una forma de V y se identifica por el dimetro de paso, medido en un punto que est a 5/8 de pulgada desde el hombro.
El Nmero de Conexin es el dimetro del paso multiplicado por 10 y truncado a los dos primeros dgitos = XY
5/8
Conexiones en la Sarta de Perforacin
El tamao de una conexin rotatoria con hombro se refiere a su dimetro de paso en punto de calibre a 5/8 de pulgada desde el hombro y se especifica NC (XY)
DIMETRO DE PASO DE PUNTO DE CALIBRE
XY
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SARTAS DE PERFORACIN
Conexiones Numeradas para Sarta de Perforacin
Tamaos tpicos de Conexin Numerada, NC:
NC 50 para acoples con dimetro externo de 6 de la tubera de Perf. de 5
NC 38 para acoples con 4 3/4 OD en tubera de perforacin de 3 .
Hay 17 NCs en uso : desde la NC-10 (1-1/16) hasta la NC-77 (7 )
Si el dimetro de paso es 5.0417 pulgadas Esta es una conexin NC50
Multiplique 5.0417 por 10 50.417
Escoja los primeros dos dgitos 50
Por lo tanto, la conexin numerada ser: NC 50
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SARTAS DE PERFORACIN
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 PERFORACIN
Los Collares ( Lastra barrenas) tienen las siguientes funciones en la sarta de perforacin:
Protegen la Sarta de perforacin de Doblamiento y la Torsin
Controlan la direccin y la inclinacin 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 desempeo de la barrena.
Reducen la perforacin irregular, tubera pegada y brincos.
Como herramientas de pesca, para pruebas de formacin y en operaciones de terminacin del pozo.
Los Lastra Barrena, DC
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SARTAS DE PERFORACIN
DC Liso DC Espiralado
Lastra Barrena (DC)
1. Los dos tipos de lastra barrena son ampliamente utilizados.
2. En reas con posibilidad de que ocurra pega diferencial de la sarta se deben emplear (DC) y tubera de perforacin pesada (HWDP) con superficie exterior espiralada para reducir el rea de contacto con la formacin.
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SARTAS DE PERFORACIN
Tamaos API de los Lastra Barrena
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SARTAS DE PERFORACIN
Tamaos 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
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SARTAS DE PERFORACIN
Proveen el mximo peso con la mnima longitud (manejo) Mximo OD; Mnimo ID
Tienen resistencia a la compresin Conexiones Balanceadas Estabilidad en vibracin, bamboleo y saltos Gran masa para resistir los efectos de inercia y de rueda volante
Rigidz para trayectorias direccionales La sarta no estar demasiado pandeada o recostada
Condiciones de pesca Los conectores macho (pin) son ms dbiles Espacio suficiente en los dametros OD/ID para acomodar los pescadores internos y externos
Seleccin de los lastra barrena
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SARTAS DE PERFORACIN
Tiene el mismo dimetro externo que la tubera de perforacin normal pero el dimetro interno es mucho ms reducido (normalmente 3) y un refuerzo en la mitad del cuerpo del tubular del tamao de los acoples para resistir el desgaste por abrasin contra la pared del hoyo.
Se usa entre tubera de perforacin normal y los lastra barrena para permitir que haya una transicin suave entre los mdulos de seccinde los componentes de la sarta de perforacin.
HEAVY-WALLED DRILL PIPE (HWDP)
Tubera de Perforacin Pesada o de Pared Gruesa (HWDP)
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SARTAS DE PERFORACIN
Opciones de SeleccinOpciones de Seleccin
a) a) Lisa
b) Espiral
Tubera de Perforacin Pesada o de Pared Gruesa (HWDP)
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SARTAS DE PERFORACIN
Los pozos se mueven debido a las fuerzas que actan sobre la barrena.
La rotacin provoca caminado o efecto de tirabuzn
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 ngulo construdo
Control Direccional de la Trayectoria
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SARTAS DE PERFORACIN
Todos los pozos ya sean verticales o desviados requieren un diseo cuidadoso de la herramienta de fondo para controlar la direccin del pozo con el propsito de lograr los objetivos del blanco.
El principal medio para mantener el control de la direccin en un pozo es por medio del posicionamiento efectivo de estabilizadores dentro de la herramienta de fondo, BHA.
CONFIGURACIONES ESTNDAR DE HERRAMIENTA DE FONDO
Control Direccional
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SARTAS DE PERFORACIN
EstabilizadoresRazones para usar estabilizadores:
1. Se usan como el mtodo fundamental para controlar el comportamiento direccional de la mayora de las herramientas de fondo.
2. Ayudan a concentrar el peso de la herramienta de fondo sobre la barrena.
3. Reducen al mnimo el doblamiento y las vibraciones que causan el desgaste de los acoples y daan los componentes de la herramienta de fondo tales como los MWDs.
4. Reducen el torque de perforacin al evitar que haya contacto del collar con las paredes del pozo y los mantiene concntricos dentro del hoyo.
5. Ayudan a evitar el que la tubera se pegue por presin diferencial y tambin la formacin de asientos de llave.
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SARTAS DE PERFORACIN
EstabilizadoresTipos de Estabilizadores y Aplicaciones :
1. Camisa Reemplazable Valioso en donde la logstica es un problema
2. Cuchilla Soldada Para Pozos dimetro grande y en formaciones blandas
3. Cuchilla Integral Durabilidad mxima 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 PERFORACIN
Tipos de EstabilizadoresEstabilizadores
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SARTAS DE PERFORACIN
Escariadores de Rodillos
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SARTAS DE PERFORACIN
Control Direccional
Principios Bsicos del Control Direccional en Perforacin
1. El Principio de Fulcrum Se usa para construir el ngulo (incrementar la inclinacin del agujero)
2. El Principio de Estabilizacin Se usa para mantener el ngulo y la direccin
3. El Principio del Pndulo Se usa para hacer caer (reducir) el ngulo.
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SARTAS DE PERFORACIN
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 an sin estabilizador de sarta, va a desarrollar un ngulo cuando se aplica el peso sobre la barrena.
Por ejemplo en un pozo de 17 utilizando collares de perforacin de 9 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 disminuir la tasa de construccin angular as:Distancia NBS Estabilizador de Sarta Desviacin 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 dimetros ms pequeos utilizando lastra barrena ms pequeos la tasa de incremento angular ser mayor.
Control Direccional
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SARTAS DE PERFORACIN
Otros factores que afectan la tasa de construccin de ngulo:
Parmetros de Perforacin:
Un incremento en el peso sobre la barrena incrementar la velocidad de construccin angularUn incremento en la velocidad de rotacin reducir la tasa de aumento del nguloUn aumento en el caudal en la bomba (gasto) en formaciones blandas disminuir la tasa de construccin angular debido a la tendencia al lavado por erosin.
Tipo de Formacin y el ngulo del echado de los estratos.
Inclinacin del pozo.
Control Direccional
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SARTAS DE PERFORACIN
El Principio de Estabilizacin
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 forzar la barrena a perforar en una trayectoria relativamente recta. Las Herramientas de Fondo con este tipo de configuracin se llaman Ensambles Empacados.
El ensamble empacado estndar es:
Barrena FG NBS lastra barrena corto FG Stab. lastra barrena estndar FG Stab lastra barrena estndar. .
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 PERFORACIN
El Principio de Pndulo:
Como su nombre lo indica en un ensamble de pndulo la barrena va a tratar de llegar a la vertical debido al efecto de pndulo. Este ensamble se disea 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 pndulo se va a reducir y si se coloca demasiado peso sobre la barrena el ensamble de pndulo de hecho podra empezar a construir ngulo; por lo tanto, se requiere de una seleccin cuidadosa de parmetros.
Control Direccional
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SARTAS DE PERFORACIN
Ensamble de Pndulo --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
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SARTAS DE PERFORACIN
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 Tpicas Para Control Direccional
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SARTAS DE PERFORACIN
Diseo Mecnico De la Sarta de Perforacin
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SARTAS DE PERFORACIN
Diseo de La Sarta de PerforacinLa sarta de perforacin comprende:
Tubera de Perforacin operando en Tensin
Tubera Pesada (HWDP) y a veces tambin la TP Operando en Compresin o en Tensin
Lastra barrena de varios tamaos Por lo general operando en Compresin
Accesorios tales como barrenas, estabilizadores, motores, escariadores, fresas, martillos,etc, etc para cumplir los objetivos de la perforacin de
POZOS VERTICALES Y DE NGULO MODERADO
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SARTAS DE PERFORACIN
Factores de Diseo para la Sarta de Perforacin
Factor de Diseo por Tensin, rige que la tensin mxima permisible en el sistema En SLB el DFt = 1.1
Margen de sobre tensin MOP, Capacidad de tensin 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 trminos de peso en exceso del peso usado para perforar para asegurarse de que todas las cargas de compresin y de torsin se mantengan en los lastra barrena. En SLB el Dfbha = 1.15
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SARTAS DE PERFORACIN
Factor de diseo por Torsin, No se requiere un factor de diseo. Los acoples se ajustan hasta un 60% de su capacidad torsional y estn diseados para resistir hasta un 80 % de la capacidad de torsin del tubo. De esta forma si el diseo limita el apretado del acople, hay un factor de diseo adecuado construido dentro del sistema.
Factor de Diseo al Colapso, La capacidad en el cuerpo de la tubera es considerada inferior para tomar en cuenta la reduccin en el esfuerzo a la tensin biaxial y en SLB se usa un factor de diseo al colapso, DFc entre 1.1 y 1.15
Factores de Diseo para la Sarta de Perforacin
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100
SARTAS DE PERFORACIN
Factor de Diseo para el Estallido Se consideran estallidos simples sin tolerancia para efectos axiales. En SLB el factor de diseo al estallido, DFB = 1.0
Factor de Diseo Para Pandeamiento, DFb En pozos muy desviados es posible operar la tubera de perforacin en compresin, siempre y cuando no est pandeada. El factor de diseo al pandeamiento es anlogo 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 reducir el peso permitido para perforar pozos altamente desviados
Factores de Diseo para la Sarta de Perforacin
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101
SARTAS DE PERFORACIN
Proceso de Diseo de la Sarta de Perforacin
Diseo de los lastra barrena Dimetro externo mximo del DC que se pueda
manejar, pescar y usar para perforar. Seleccin de Conexiones
Razn de Resistencia a la Flexin (BSR) Capacidad de torque
Exceso de peso en la Herramienta de Fondo para proveere el peso sobre la barrena WOB y mantener la tubera en tensin
WOB Estabilizacin
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102
SARTAS DE PERFORACIN
Proceso de Diseo de la Sarta de Perforacin
Fuerzas de aplastamiento de las cuas sobre la tubera de perforacin
Diseo de la Sobre Tensin aplicable en superficie Longitudes de las secciones de tubera de
perforacin Revisin de Diseo para estallido Revisin de diseo contra el colapso por esfuerzos
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103
SARTAS DE PERFORACIN
Diseo Mecnico De la Sarta de Perforacin
Lastra barrena
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104
SARTAS DE PERFORACIN
Conexiones de los Lastra Barrena
Caractersticas de Liberacin de Esfuerzos
Las conexiones (roscas) de la tubera de perforacin no tienencaractersticas de liberacin de esfuerzo puesto que el cuerpo flexible se dobla fcilmente y absorbe la mayor parte del esfuerzo de doblamiento que se aplica.
Por lo tanto las conexiones de la tubera de perforacin estn sujetas a menos doblamiento que el cuerpo de la misma
En cambio DC y otros componentes de la herramienta de fondo sonmucho ms rgidos que la tubera de perforacin 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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105
SARTAS DE PERFORACIN
Fotografa de una Funcin del Perno de Liberacin de Esfuerzos
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106
SARTAS DE PERFORACIN
Qu son las caractersticas de liberacin de esfuerzo y cundo se usan?
Pin (rosca macho) con ranura para alivio y conexin de caja ensanchada son diseos especiales para aliviar o liberar esfuerzos en la conexin.
Las caractersticas de liberacin de esfuerzos se deben especificar en todas las conexiones de las herramienta de fondo tamao NC-38 o mayores.
Estas caractersticas son benficas tambin para la tubera pesada HWDP.
Las ranuras de liberacin de esfuerzos en el pin no se recomiendan en conexiones ms pequeas que NC-38 porque pueden debilitar la resistencia a la tensin y la resistencia de torsin de la conexin.
Las conexiones de caja ensanchada se podran usar en las conexiones ms pequeas.
Conexiones de los lastra barrena
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107
SARTAS DE PERFORACIN
Los efectos de los esfuerzos de doblamiento sobre las conexiones se pueden reducir al agregar
RANURA PARA ALIVIO DE ESFUERZOS en el PIN y/
ENSANCHADO EN EL DIMETRO SUPERIOR DE LA CAJA.
Conexiones de los Lastra Barrena
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108
SARTAS DE PERFORACIN
Seleccin de los lastra barrena DC Normalmente el DC con el dimetro externo ms grande que
se puede correr con seguridad es la mejor opcin.
La rigidez mayor para resistir pandeamiento y tendencias de direccin lisas.
El movimiento cclico est restringido debido a espacios ms 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 exposicin a que se pegue la tubera por presin diferencial.
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SARTAS DE PERFORACIN
Diseo del Ensamblaje de Fondo, BHALos DC proporcionan Peso a sobre la BarrenaLos DC proporcionan Peso a sobre la Barrena
1. Los collares de perforacin permiten colocar peso al apoyar la sarta sobre la barrena porque pueden rotar en compresin sin sufrir daos en las conexiones. Al mismo tiempo mantienen a la tubera de perforacin en tensin.
2. Los DC tienen una rigidez significativamente mayor cuando se comparan con la tubera de perforacin.
3. La tubera de perforacin tiende a pandearse en compresin.
4. Un pandeo repetido va a hacer que haya una falla temprana de la tubera de perforacin.
5. La falla por fatiga de la tubera se puede eliminar si se mantiene en condiciones de tensin constante.
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SARTAS DE PERFORACIN
Remember about Fishing
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SARTAS DE PERFORACIN
El mdulo de la Seccin es un trmino refinado para referirse al rea 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
Mdulo de la Seccin para las Conexiones
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SARTAS DE PERFORACIN
Razn o Relacin de Resistencia a la Flexin La razn de Resistencia a la Flexin es
la rigidez relativa de la caja con respecto al perno de una conexin dada.
Describe el balance entre dos miembros de una conexin y cmo es probable que se comporten en un ambiente cclico de rotacin.
RdR
DbD
ZZ
BSR
RdR
DbD
ZZ
BSR
pin
box
pin
box
)(
)(
)(32
)(32
44
44
44
44
-
-
==
-
-
==p
p
Donde:Zbox = mdulo de la seccin de la cajaZpin = mdulo de la seccin del pernoD = Dimetro exterior del perno y la cajab = Dimetro de la raz de la rosca de la caja al
final del pernoR = Dimetro de la raz de la rosca de las roscas
del perno de pulgada del hombro del perno.. d= dimetro interior o agujero.
( Ver el diagrama de la siguiente lmina )
Se aplica a tanto a las conexiones y a los cambios de dimetro de los components de la sarta
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113
SARTAS DE PERFORACIN
Mdulo de Seccin para Conexiones
Para la caja, el dimetro interno es medido en la base de la rosca, frente al extremo del pin, b
Para el pin, el dimetro Externo es medido en la raz de la rosca a una distancia de desde la cara o sello de espejo del acople, R
Las dimensions son del API o de las especificacines del fabricante de la conexin
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114
SARTAS DE PERFORACIN
Razn o Relacin de resistencia a la Flexin para las Conexiones
Se dice que una conexin est balanceada si la razn de resistencia a la flexin es 2.5 Cuando la razn de resistencia a la
flexin es superior se tienden a ver fallas de pernos o pines.
Cuando la razn de resistencia a la flexin es inferior se tienden a ver ms fallas en las cajas.
Sin embargo, la experiencia en campo ha mostrado que: Un collar de perforacin de 8 que tiene
una razn de resistencia a la flexin de 2.5 normalmente falla en la caja.
Un collar de perforacin de 4-3/4 que tiene una razn de resistencia a la flexin tan baja como 1.8 muy rara vez falla en la caja.
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115
SARTAS DE PERFORACIN
Esta tabla est extrada de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1.
Razn o Relacin de resistencia a la Flexin para las Conexiones
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116
SARTAS DE PERFORACIN
Directrices Adicionales para la Razn de Resistencia a la Flexin
RPM Elevadas, una Formacin Blanda con collar de
perforacin pequeo (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 perforacin
grande (10 pulgadas en pozo12-1/4, 2.5-3.2 (3.4 si se
usa conexin tipo lo-torq)
Formaciones Abrasivas, 2.5-3.0
Cargas de choque o torque / barrenas bi-cntricas para
aplicaciones URWD URF ERD, 2.5-2.75`
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SARTAS DE PERFORACIN
Funcin Lo-Torq
La funcin low torque consiste en quitar parte del rea del hombro del perno y de la caja.
Esto permite tener un torque para conexin menor y mantener una carga de hombro adecuada.
Es una caracterstica comn en conexiones con dimetro externo grande.
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118
SARTAS DE PERFORACIN
Afortunadamente para usted API ya ha resuelto el problema.
Las pginas 39-44 del API RP7G dan una lista de las razones de resistencia a la flexin para conexiones de acuerdo con el dimetro externo e interno del DC.
Razones BSR para Conexiones
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119
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo de Tablas de Razn de Resistencia a la Flexin (Manual DS1 - T.H. Hill )
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120
SARTAS DE PERFORACIN
Relacin de Rigidez para Transiciones
Basados en experiencia de campo, en una transicin de un tamao de DC o tubera a otro, la razn de rigidez (SR) no deber exceder 5.5 para perforacin de rutina 3.5 para perforacin en condiciones
severas o difciles
( )( )44
44
upruprlwr
lwrlwrupr
upr
lwr
IDODOD
IDODOD
ZZ
SR-
-==
Nota: Las razones de rigidez se calculan utilizando los dimetros externos y los dimetros internos de los tubos, no las conexiones.
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121
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP-03 Razn de Resistencia a la Flexin Dado que vamos a perforar un pozo de 15
pulgadas, en un ambiente relativamente duro, de perforacin difcil, qu collar API usted recomendara? Cul sera su recomendacin para la razn de resistencia a la flexin para la conexin seleccionada y cules seran sus lmites en los dimetros interno y externo permisibles para los collares?
Cul sera la razn de rigidez entre el DC y la tubera de perforacin de 4-1/2? Es aceptable? Si no lo es, usted qu hara?
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122
SARTAS DE PERFORACIN
1. Factor de Diseo para exceso de herramienta de fondo =1.15
2. El Punto Neutral (NP) a la tensin debe estar dentro de los collares de perforacin
Peso Mnimo de DC para colocar sobre la barrena y mantener el Punto Neutral dentro del BHA
Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de Fondo
15.1=WtWorkingMaxWtAvailableMax
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123
SARTAS DE PERFORACIN
Compresin
Tensin
Punto neutral
WOB de Diseo
WOBWOB
Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de FondoPeso de los lastra barrena y Punto Neutral
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124
SARTAS DE PERFORACIN
Procedimiento para seleccin de los lastra barrena:
1. Determine el factor de flotacin para el peso del lodo que se est en el pozo empleando la frmula siguiente:
donde
BF = Factor de Flotacin, adimensional
MW = Peso del lodo dentro del pozo, en lbs/gal
65.5 = Peso de un galn de acero, lbs/gal
BF = 1- (MW/65.5)
Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de Fondo
-
125
SARTAS DE PERFORACIN
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 flotacin, adimensional
W dc = Peso del collar de perforacin 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, desviacin pequea y friccin del pozo) estn presentes.
Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de FondoProcedimiento para Seleccionar los collares de perforacin:
-
126
SARTAS DE PERFORACIN
3. Para pozos direccionales:
Longitud del DC = Longitud Vertical del DC / Cos I
donde: I = Inclinacin del pozo
Observe que para los pozos horizontales los collares de perforacin no se usan normalmente y la seleccin de la herramienta de fondo se basa totalmente en la prevencin del pandeo.
Procedimiento para seleccin de los lastra barrena:
Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de Fondo
-
127
SARTAS DE PERFORACIN
Determine el tamao y la cantidad de collares de perforacin de 9 pulgadas de dimetro externo por 3 pulgadas de dimetro interno que se requieren para obtener un peso sobre la barrena de 55,000 lbf, suponiendo
Desviacin del pozo = 0
Densidad de Lodo = 12 ppg
Cantidad y Tamao de lastra barrena
Ejemplo DPEjemplo DP--0404
-
128
SARTAS DE PERFORACIN
Solucin
Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotacin
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 deber ser un 15% adicional para asegurar que el NP est en el BHA
Peso de los DC = 67,319 x 1.15 = 77,416 lbf
Ejemplo DPEjemplo DP--0404
-
129
SARTAS DE PERFORACIN
Suponga que los tamaos de lastra barrena disponibles son DE x DI, 9x 3. De los clculos, el peso por pie para este tamao es 192 lb/ft. (La mayora de los DC estn 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
Continuacin de la Solucin
Ejemplo DPEjemplo DP--0404
-
130
SARTAS DE PERFORACIN
Lmites de Torsin para los lastra barrena El torque est limitado por la conexin del DC Usualmente es mayor para la tubera en superficie y
menor para los lastra barrena de fondo Si el torque de ajuste en la conexin de los DC es mayor
que el torque de ajuste en la conexin de la tubera de perforacin no se debern tener problemas rutinarios.
El torque del BHA en cualquier punto no deber 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 daen los sellos. Posible incremento del torque en la conexin Uso de lastra barrena con menor Dimetro Interno, ID Cambio de parmetros para reducir el torque en el BHA
-
131
SARTAS DE PERFORACIN
TORQUE DE CONEXIN 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 torsin de la conexin
62.5%56.8%API NC56.2%51.1%H-90
N/a79.5%PACDC>7 inDC< 7 in
Lmites de torsin para los lastra barrena
-
132
SARTAS DE PERFORACIN
Tablas de Torque de Ajuste para Conexin los DC
-
133
SARTAS DE PERFORACIN
Normativa del API
El torque de ajuste del acople deber 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
Lmites de torsin para los lastra barrena
-
134
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP-05 Planeamos perforar un pozo recto de 16 pulgadas hasta 15,000 pies.
Anticipamos que la perforacin va a ser difcil y deseamos usar 6,000 lb por pulgada de dimetro 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 X 2 7/8 5,000 pies de 5 G105 NC50 6 1/8 X 3 3/8 24 tramos de 5 pulg tubera HW, NC50, 6 5/8 X 2 18 tramos de DC de 6 x 2 12 tramos de DC de 8 x 3. 6 tramos de DC de 9 x 3
Si se necesita, se podran rentar hasta 6 DCde perforacin de 11 x 3
-
135
SARTAS DE PERFORACIN
Qu sarta de DC recomendara usted y porqu? Cul es el peso permisible mximo? Dnde est el punto neutral a la tensin? Cul es la relacin de resistencia a la flexin de las
conexiones que seleccion? Cul es la relacin de rigidez para cada transicin? Cul es el torque mximo permisible sobre la
herramienta de fondo y cul es su resistencia torsional?
Ejemplo DP-05
-
136
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP-05 Solucin
WOB requerido = 16 x 6000 = 96,000 lbs.
Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotacin
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 PERFORACIN
Ejemplo DP-05 Solucin
Determinando Cantidad y Tamaos
9 jts de HWDP de 5 = 9 X 30 X 53.7 = 14,499 lbs
12 jts DC de 6 x 2 = 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 11x 3 = 5 X 30 X 299 = 44,850 lbs
Longitud de BHA = 960 ft.
Peso Total BHA = 131,709 lbs.
-
138
SARTAS DE PERFORACIN
Seleccin de Conexiones
9 jts HDP de 5 = NC50 => BSR =
12 jts DC de 6 x 2 = 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 11X 3 a 9X 3 = 1.83
SR de 9X3 a 6 X 2.5 = 2.38
SR de 6 X 2.5 a 5 X 3 = 2.77
SR de 5 X 3 a 5 X 4.276 = 1.87
Ejemplo DP-05 Solucin
-
139
SARTAS DE PERFORACIN
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 x 2 NC46 = 25,850 ft/lb
9 x 3 NC61 = 74,090 ft/lb
11x 3 8 5/8 Reg = 130,680 ft/lb
Ms bajo = 22,820 x 0.8 = 18,256 ft/lbs
Ejemplo DP-05 Solucin
-
140
SARTAS DE PERFORACIN
Diseo de Sarta de Perforacin
Diseo de Tubera de Perforacin
-
141
SARTAS DE PERFORACIN
Parmetros de Diseo segn el API Parmetros de Diseo segn el API RP 7GRP 7G Tabla 1-3 Datos de Tubera Nueva
Tabla 4-5 Datos de Tubera Clase Premium
Tabla 6-7 Datos de Tubera Clase 2
Tabla 8 Datos de Acoples de tubera
Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexin
Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforacin)
Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste
Fig 26-32 Datos de Rigidz (BSR) de los DC
-
142
SARTAS DE PERFORACIN
Diseo de la Sarta por Tensin Una vez que ya se ha diseado la herramienta de fondo, se necesita:
Aadir la tubera de perforacin para que en la superficie se pueda
Sostener el peso de la herramienta de fondo Sostener el peso de la tubera entre la herramienta de fondo y la
superficie Soportar el margen de sobre tensin seleccionado. Soportar las fuerzas de las cuas sobre la tubera que tratan de
aplastarla.
Esto se hace utilizando un factor de seguridad a la tensin, SF de 1.1 Esto tambin supone que nunca salimos del rango elstico de la
tubera
-
143
SARTAS DE PERFORACIN
La mayor tensin (carga de trabajo Pw) sobre la sarta de perforacin se presenta en el tramo superior cuando se llega a la mxima profundidad perforada.
Working Strength
Collares deperforacin
Tubera deperforacin Ldp
Ldc
PParmetros de DiseoParmetros de Diseo
Diseo para la Tensin
-
144
SARTAS DE PERFORACIN
Diseo para la Tensin
Peso Total, Tsurf, soportado por la junta superior de la tubera de perforacin cuando la barrena est justo arriba del fondo;
( )[ ] BFWLWLT dcdcdpdpsurf +=BF m
s
= -1rr
Ldp = longitud de la tubera de perforacin
Wdp = peso de la tubera de perforacin 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
Tubera deperforacin
Collares deperforacin
Parmetros de DiseoParmetros de Diseo
-
145
SARTAS DE PERFORACIN
La sarta de perforacin no est diseada de acuerdo con la resistencia de cedencia mnima.
Si al tensionar la la tubera de perforacin se alcanza su punto de cedencia:
1. Tendr una deformacin total que es la suma de las deformaciones elstica y plstica (permanente).
2. El estiramiento permanente se quedar en la tubera de perforacin (no desaparecer al quitar la tensin aplicada)
3. Ser difcil conservar la tubera recta.
Diseo para la Tensin
Parmetros de DiseoParmetros de Diseo
-
146
SARTAS DE PERFORACIN
Para evitar dao por deformacin a la tubera de perforacin, API recomienda que se use una carga mxima de diseo permisible ( Pa)
Pa = 0.9 x Tyield .(2)
Pa = Carga de diseo mxima permisible en tensin, lb
Tyield = Resistencia a la cedencia terica dada en las tablas API, lbs
0.9 = Un lmite proporcional constante relacionado con el punto de cedencia
Carga de Diseo Mxima Permisible
IPM Define que un factor de diseo de tensin de 1.1 se debe aplicar a las cargas de diseo. Por medio de esto se logra lo mismo.
NO HAGA DOBLE BUZAMIENTO
-
147
SARTAS DE PERFORACIN
El margen de sobre tensin es nominalmente de 50-100 k, o en el lmite de la diferencia entre la carga mxima permisible menos la carga real.
Opciones del Margen de Sobre Tensin que se deben considerar:
Condiciones generales de perforacin
Arrastre de la sarta en el pozo
Posibilidad de atrapamiento de la sarta
Aplastamiento con las cuas al asentarse sobre la MR
Cargas dinmicas
Margen de sobre tensin
-
148
SARTAS DE PERFORACIN
1. Determine la carga mxima de diseo (Tmax) : (mxima carga para la que se debe disear la sarta de perforacin)
Tmax = 0.9 x Punto de Cedencia mnimo lb
Se debe considerar la clase de tubera
Procedimiento de DiseoProcedimiento de DiseoMargen de sobre tensin
-
149
SARTAS DE PERFORACIN
surf- TTMOP max =
3. Margen de Sobre Tensin: Fuerza de tensin mnima por encima de la carga de trabajo esperada para tomar en cuenta cualquier arrastre o que se atore la tubera.
2. Calcule la carga total en superficie usando
( )[ ] BFWLWLT dcdcdpdpsurf +=
.(3)
.(1)
Procedimiento de DiseoProcedimiento de Diseo
-
150
SARTAS DE PERFORACIN
dcdp
dc
dp
yielddp LW
WBFW
MOPTL -
-=
9.0
4. La longitud mxima de la tubera de perforacin que se puede usar se obtiene al combinar las ecuaciones 1 y 3 y despejando la longitud de la tubera de perforacin.
.(4)
Procedimiento de DiseoProcedimiento de Diseo
-
151
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP-06 Tubera de Perforacin de un solo Grado
Longitud de los collares de perforacin: 600 y peso en el aire es de 150 lb/ft. Margen de sobretensin = 100,000 lbs. 5 / 19.5 lb/ft Premium G-105 DP con conexiones NC50. Calcule la profundidad mxima del pozo que se puede perforarSuponga que BF= 0.85
Realice los clculos sin Margen de Sobre Tensin y con un Margen de Sobre Tensin de 100,000 lb
Utilice las tablas API - RP7G para los valores del Peso Aproximado (Wdp) y para el Punto de Cedencia Mnimo.
-
152
SARTAS DE PERFORACIN
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 =-
-=
Mxima profund.a perforar = Ldp + Ldc = 16,962 + 600 = 17,562 pies
Carga de diseo mxima ( Tmax)
Pa = 0.9 x Mnimo punto de cedencia
Pa = 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb (1) (RP7G T4)
Solucin sin Margen de sobre tensin
Ejemplo DP-06 Tubera de Perforacin de un solo Grado
-
153
SARTAS DE PERFORACIN
Repita el ejemplo anterior con Margen de sobre tensin utilizando la frmula;
dcdp
dc
dp
yielddp LW
WBFW
MOPTL -
-=
9.0
Mxima Profundidad de Perforacin = Ldp + Ldc
Ejemplo DP-06 Tubera de Perforacin de un solo Grado
-
154
SARTAS DE PERFORACIN
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.Mxima a Perforar = Ldp + Ldc = 11,595 + 600 = 12,195 pies
Carga de diseo mxima ( Pa)
Tmax = 0.9 x Punto de cedencia mnimo
Tmax= 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb (1) (RP7G T4)
Solucin con Margen de sobre tensin
Ejemplo DP-06 Tubera de Perforacin de un solo Grado
-
155
SARTAS DE PERFORACIN
Fuerza de Aplastamiento por Las Cuas Las cuas debido a la forma cnica tratan de
aplastar a la tubera de perforacin. 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
===+=
==
++=
mm
o
-
156
SARTAS DE PERFORACIN
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 PS
SP =
-
157
SARTAS DE PERFORACIN
Como un Parmetro de Diseo
nicamente puede perforar hasta donde pueda poner la tubera en las cuas.
Diferente a la Sobre Tensin, este se basa en las cargas de trabajo.
dcdp
dc
dp
T
h
yield
dp LWW
BFWS
ST
L -
=
9.0
-
158
SARTAS DE PERFORACIN
Una sarta de perforacin consiste de 600 pies de collares de 8 x 2-13/16 y el resto es tubera de perforacin de 5, 19.5 lbm/pie, Grado X95 con conexiones NC50. Si el Margen de Sobre Tensin requerido es de 100,000 lb y el peso del lodo en el pozo es 10 ppg, calcule:
1) La profundidad mxima que se puede perforar cuando (a) se usa tubera de perforacin nueva y (b) tubera de perforacin Premium. (nicamente Margen de sobre tensin)
2) Cul es la profundidad mxima a la que se puede perforar tomando en consideracin la fuerza de aplastamiento por cuas para (a) y (b) anteriores ? Para qu carga de gancho corresponde esto? Cul es el Margen de sobre tensin en este caso?
dcdp
dc
dp
yielddp LW
WBFW
MOPTL -
-
=9.0
Diseo por Tensin con Margen de Sobre Tensin y Fuerza de Aplastamiento con las Cuas
Ejemplo DP-07
-
159
SARTAS DE PERFORACIN
Solucin
(a) El peso del collar de perforacin por pie es:
donde, rs = densidad del acero = 489.5 lbm/ft
A = rea de la seccin transversal (pulg).
(Nota: De las tablas API, peso del collar de perforacin = 161 lbm/ft).
( ) ( )( )A ft s = - 1 4 825 28125 1 48951
1442 2r
p. . .
ftlbm /5.160=
Ejemplo DP-07
-
160
SARTAS DE PERFORACIN
LP MOP
W BFWW
Ldpt
dp
dc
dpdc
-
- 0 9.
( )P lb for Grade X new pipet = 501 090 95,
BF ms
= - = -1 110
65 44rr .
Margen de Sobre Tensin, MOP = 100,000 lb
Ejemplo DP-07
-
161
SARTAS DE PERFORACIN
( )45.21
6005.160847.045.21
000,1009.0090,501 -
-
=dpL
La profundidad mxima del pozo que se puede perforar con una tubera de perforacin nueva de Grado X95 bajo las condiciones de carga dadas es de
.428,15600828,14 ft=+
= 14,828 ft
Profundidad de perforacin mxima = Ldp + Ldc
Ejemplo DP-07
-
162
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP-07 considerando la Fuerza de Aplastamiento por las Cuas
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 mxima a perforar = Ldp + Ldc= 12,991+600=13,591 ft
-
163
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP-07 considerandoTubera Nueva
En el caso de Tubera Nueva, las fuerzas de aplastamiento por las cuas determinan la mxima profundidad a la que se puede perforar de 13,591 y no de 15,428 pies.
La carga de gancho mxima indicada que se puede fijar con seguridad en las cuas es de 317,590 lb
El margen de sobre tensin en este caso es de 133,400 lbs
-
164
SARTAS DE PERFORACIN
ftL
L
pd
pd
553,945.21
600*5.160847.0*45.21
000,1009.0*600,394
=
--
=
Mxima Profundidad de Pozo
ft153,10600553,9 =+=Prof. de Perforacin Maxima = Ldp + Ldc
Ejemplo DP-07 considerandoTubera Premium
P lbt = 394 600, :Ahora,
-
165
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP-07 Aplastamiento por las Cuas
ftL
L
dp
dp
276,9
60045.21
5.160847.045.21
42.19.0600,394
=
-
=
Profundidad de Perforacin Mxima = Ldp + Ldc= 9,276+600=9,876 pies
-
166
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP-07 Considerando Tubera Usada
En el caso de Tubera Usada (Premium), las fuerzas de aplastamiento por las cuas determinan la mxima profundidad a la que se puede perforar que es de 9,876, no 10,153.
La carga de gancho mxima indicada que se puede asentar en forma segura sobre las cuas es de 250,098 lb
En este caso el margen de sobre tensin es de 105,000 lbs
-
167
SARTAS DE PERFORACIN
La longitud de la Herramienta de Fondo es 600 y el peso en el aire es de 70,000 lbs.Margen de Sobre Tensin = 80,000 lbs. Tubera de perforacin 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.
Cul es la profundidad mxima a la que se puede perforar con este ensamble?
dcdp
dc
dp
yielddp LW
WBFW
MOPTL -
-
=9.0
EjercicioEjemplo DP 08
-
168
SARTAS DE PERFORACIN
Paso 2 Los collares de perforacin y la tubera de perforacin del fondo
actan como el peso que es soportado por la seccin superior efectivamente el collar de perforacin.
Aplique la ecuacin para la tubera de perforacin superior al ltimo.
Paso 1
Si usamos diferentes tuberas de perforacin, la tubera ms dbil es la que va en el fondo y la tubera ms fuerte en la parte superior.
Aplique la ecuacin primero a la tubera de perforacin del fondo.
dcdp
dc
dp
tdp LW
WBFWMOPP
L --
=9.0
Diseo de Sarta Mixta
-
169
SARTAS DE PERFORACIN
Un equipo de perforacin de exploracin tiene los siguientes grados de tubera de perforacin 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 tensin de 50,000 lbs en la tubera Grado E. La longitud total y el peso total de los collares de perforacin ms la tubera de perforacin con pared gruesa son de 984 pies y 101,000 lb respectivamente. MW a 15,000 pies = 13.4 ppg.
Calcule :
1. Mxima longitud de la tubera E que se puede usar.
2. Longitud de tubera G que se debe usar.
3. Margen de sobre tensin para la tubera G y para la tubera E.
4. Peso mximo en las cuas para la tubera G y para la tubera E.
Ejemplo DP-08 Tubera de Perforacin Mixta
-
170
SARTAS DE PERFORACIN
El grado ms ligero (Grado E) se debe usar para la parte del fondo del pozo, mientras que la tubera de grado ms elevado se debe usar en la seccin superior. De esta manera, el Grado E va a soportar el peso de los lastra barrena y de la tubera de perforacin de pared gruesa. El trmino debe incluir el peso combinado de estos artculos.
dcdp
dc
dp
yielddp LW
WBFW
MOPTL -
-=
9.0
7954.05.654.13
1 =-=BF
E Ldp1
G105
Ldp2
LBHA
Solucin:
(a)
y,
Ejemplo DP-08 Tubera de Perforacin Mixta
-
171
SARTAS DE PERFORACIN
HWDPofweightDCsofweightLW dcdc +=
lb000,101=
ftL
L
dp
dp
595,1385.20000,101
796.0 85.20
000,509.0 600,395
=
-
-=
Ejemplo DP-08 Tubera de Perforacin Mixta
-
172
SARTAS DE PERFORACIN
ftL
L
dp
dp
263,1085.20000,101
796.085.2042.1
9.0600,395
=
-
=
Ejemplo DP 08. Aplastamiento por las Cuas en el tope de la tubera Grado E
-
173
SARTAS DE PERFORACIN
Peso colgando de la junta superior de la tubera Grado E
10,263 x 20.85 = 213,983 lb Grade E
ms 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 Tensin en la Junta Superior de la Tubera Grado E
-
174
SARTAS DE PERFORACIN
La longitud acumulada de la sarta esta compuesta por:
Collares de perforacin y tubera pesada = 984 pies
Tubera de Perforacin, Grado E = 10,263 pies
Longitud Total, = 11,247 pies
La seccin superior de la sarta estar compuesta por tubera Grado Gde longitud:
15,000 11,247 = 3,752 pies
Verificar que la tubera grado G sea adecuada:
Ella va a soportar el peso de la tubera grado E ms el peso del BHA
Ejemplo DP-08. Procedimiento para el Diseo
-
175
SARTAS DE PERFORACIN
984,314000,10185.20263,10""
=+=GBelowWt
Por lo tanto, bajo las condiciones de carga existentes, se podran utilizar 5,745 pies de tubera grado G en la seccin superior de la sarta. En el ejemplo que se analiza, slo se requieren 3,752 pies.
E Ldp1
G105
Ldp2
LBHA
Ejemplo DP 08. Longitud de tubera grado G para producirse el aplastamiento
ftL
L
dp
dp
745,593.21984,314
796.093.2142.1
9.0830,553
=
-
=
-
176
SARTAS DE PERFORACIN
Peso en la junta superior de la tubera grado G (Peso de toda la sarta)
3,752 ft x 21.93 = 88,281 lbs (peso de la tubera Grado G)
ms 314,983 lbs que pesan la tubera 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-Tensin. G
449,177998,3209.0830,553
9.0*@
=-=
-=
MOP
PPMOP WorkingYp La sobre tensin est limitada por la tubera Grado E
( )
449,177090,35142.1/9.0830,553
42.1
9.0*
5
@
===
=
MOPlb
PLoadSlipMax
DPinFor
Yp
-
177
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP 08. Resultados del Diseo
Herramienta de Fondo de 984 pies de longitud que pesa 101,000 lb en el aire
Aproximadamente 336 tramos son tubera Grado E con longitud mxima de 10,263 pies
Aproximadamente123 tramos de tubera Grado G con longitud mxima 3,752 pies
Sobre-Tensin mxima para tubera Grado G = 182,458 lbs Sobre-Tensin mxima para tubera Grado E = 105,000 lbs
(MOP limitado al menor valor de 105,000 lbs) Mximo peso en las cuas para Grado G 351,000 lbs Mximo peso en las cuas para Grado E 250,000 lbs
-
178
SARTAS DE PERFORACIN
Dada la siguiente informacin: Longitud del BHA = 800 Peso en el aire del BHA = 80,000 lbs. Margen de Sobre-Tensin deseado, MOP = 100,000 lbs. Tuberas de perforacin: (a) 5OD, 19.5 lb./pie, Clase
Premium, Grado G-105 , conexin NC50 y (b) 5OD, 19.5 lb/pie, Clase Premium, grado S-135, NC 50
Peso de lodo en el pozo = 11 lb/gal.Calcular:
1. Cul es la mxima profundidad de perforacin posible? 2. MOP disponible a la mxima profundidad?
Ejemplo DP-09. Diseo con DP combinada
-
179
SARTAS DE PERFORACIN
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 nulo:
Peso = BHA x cos q
qLdp
LBHA
Factores de DiseoFactores de Diseo
-
180
SARTAS DE PERFORACIN
MOP en un pozo desviado
30
TV
D
Long. De Tubera 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 DiseoProcedimiento de Diseo
-
181
SARTAS DE PERFORACIN
Ejercicio:Con los datos del grfico, calcular el MOP para una sarta de DP combinada si el pozo tiene 40 de inclinacin.
40
TVD
10,000
17200
18000
S135
G105
BHA weight = 80,000 lb
Procedimiento de DiseoProcedimiento de Diseo
-
182
SARTAS DE PERFORACIN
1. Un factor de diseo de 1.6 se deber aplicar para las cargas de tensin debido a la naturaleza tpica de tubera usada as como para considerar las posibles cargas de impacto que se produzcan cuando la tubera se asienta sobre las cuas.
2. Si las cargas de impacto se cuantifican y se incluyen en los clculos, se puede utilizar un factor de seguridad de 1.3
Factores de DiseoFactores de Diseo
-
183
SARTAS DE PERFORACIN
En un pozo desviado se pueden identificar las siguientes secciones:
1.Seccin de Trayectoria Vertical
2.Seccin de Construccin o Levantamiento de ngulo
3.Seccin Tangente o de sostenimiento del ngulo
4.Seccin de Reduccin o Tumbado de ngulo
5.Seccin de Navegacin Horizontal
Diseo de Sartas de Perforacin Diseo de Sartas de Perforacin para pozos Desviados para pozos Desviados
-
184
SARTAS DE PERFORACIN
KOP
qT BHA
Seccin Vertical
Seccin de Construccin
Seccin Tangente
Diseo de Sartas de Perforacin Diseo de Sartas de Perforacin para pozos Desviados para pozos Desviados
-
185
SARTAS DE PERFORACIN
2. Seccin de levantamiento de nguloBFWlengthWeight dp =
( )= Sin BU
W BFT dpq5729 6.
Donde: Wdp = peso de la tubera de perf. en lbs/pie
BU = Tasa de construccin de ngulo en (grados/100 pies)
BF = Factor de Flotacin
qT = ngulo por debajo del punto de tangencia
KOP
qT BHA
Seccin de Construccin
Seccin Vertical
Seccin Tangente
Diseo de Sartas de Perforacin Diseo de Sartas de Perforacin para pozos Desviados para pozos Desviados
-
186
SARTAS DE PERFORACIN
3. Peso de la tubera en la seccin tangente
[ ]BHABHAdpdpT LWLWCosxBF += q
Diseo de Sartas de Perforacin Diseo de Sartas de Perforacin para pozos Desviados para pozos Desviados
-
187
SARTAS DE PERFORACIN
Pozo de Alcance ExtendidoDada la siguiente informacin para un pozo de Alcance Extendido:KOP = 8000 piesAngulo Final = 80 gradosRev. de 13 3/8 asentado en el tope de la seccin tangente a 9,146 piesTasa de construccin 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 piesTubera de perforacin = 5OD, 19.5 lb/pie, NC 50, Grado SDimetro del Agujero = 12 Peso del lodo en el hoyo = 12.5 lbs/gal, Tipo SOBMLa barrena est 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 PERFORACIN
Current depth = 9146 + 2000 = 11,146 ft
BF = 0.809
Wdp = 22.6 lb/ft
Solucin:
Peso el BHA = 180 pie x 100 lb/pie x 0.809 x cos 80 = 2,529 klb
Peso de Secc. Tangente = (2000-180)x22.6x0.809 x cos 80 = 5,651 klb
Peso de Seccin 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 PERFORACIN
( )lbfWFs dp=1500
Cargas de Impacto
La fuerza de tensin adicional generada por los impactos estdada por:
( )lbfODWFb dp = q63
Doblamiento
La fuerza de tensin adicional generada por el doblamiento estdada por:
Otras CargasOtras Cargas
-
190
SARTAS DE PERFORACIN
Otras Cargas Colapso bajo Tensin Estallido Otras cargas no includas aqu
Cargas de Impacto Cargas de doblamiento Cargas de Pandeo o Encombamiento Cargas de Torsin Torsin con Tensin Simultnea
-
191
SARTAS DE PERFORACIN
Colapso Biaxial La carga de colapso es peor cuando se llevan a
cabo pruebas en seco en las que la tubera se corre vaca
Observe que se utiliza el punto de cedencia promedio no el mnimo
Average
CollapsealNo
CollapseBiaxial
YpIDODLoad
Z
ZZP
P
*)(7854.0
234
22
2
min
-=
--=
-
192
SARTAS DE PERFORACIN
Para Colapso Nominal
Use D/t y la frmula correcta de la Spec 7G Apndice A 3
Use los resultados que se encuentran en la Tabla 3-6 RP-7G
Para Dimetro Externo y Dimetro Interno, use la Tabla 1 RP-7G
Para Punto de Cedencia Promedio use la Tabla que est en la Seccin 12.8 RP 7G
145,000S120,000G110,000X85,000EYpAvgGrado
Colapso Biaxial
-
193
SARTAS DE PERFORACIN
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 tubera de perforacin de 5 pulgadas 19.5 #/ pies, Grado E, clase Premium y se asienta con 50,000 lb de tensi. En el momento de la prueba la tubera de perforacin est vaca. El espacio anular est lleno con lodo de 12.0 lbs/gal. Cul es la carga de colapso en la junta del fondo de la tubera de perforacin?
Para una tubera de Perforacin de 5OD x 4.276 ID, Grado E, el punto de cedencia promedio es 85,000 psi
-
194
SARTAS DE PERFORACIN
La Tubera Premium tienen todava el 80% del espesor de pared de la tubera nueva remanente El espesor ser = 0.8 x (5.0 - 4.276)/2 = 0.2896
El dimetro interno es 4.276
El dimetro externo ser: 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 PERFORACIN
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 PERFORACIN
La carga de colapso es 9,000 x 0.052 x 12 = 5,616 psi La carga de diseo es 5,616 x 1.15= 6,458 El colapso con cambio de calidad de tubera es 6,489, as
que estamos bien El factor de diseo del colapso es 6,489/5,616=1.16
El factor de diseo del colapso especificado por IPM es 1.1-1.15
Ejemplo DP 11. Solucin
-
197
SARTAS DE PERFORACIN
Diseo para el Estallido
Se aplica la formula de Barlows
Note que no hay tolerancia para variaciones en el espesor de pared
Algunos diseos utilizan un factor del 90% en el Yp para asegurar que nunca se caiga en la regin de deformacin plstica
Los resultados se encuentran en Spec 7G Tabla 3, 5 y 7
DtYp
PBurst**2
=
-
198
SARTAS DE PERFORACIN
Ejemplo DP 12. Carga para el Estallido
El peor caso de carga sucede durante las operaciones de prueba de formacin (DST), en un pozo para gas. La presin en superficie es la presin de fondo gradiente de gas sin respaldo.
En el ltimo ejemplo suponga que estamos realizando una prueba de formacin en el pozo a 9,000 pies con presin de fondo de 200 psi menos que la columna de lodo. Cul es el Factor de Diseo para Estallido en la parte superior de la tubera de perforacin Premium Grado E?
-
199
SARTAS DE PERFORACIN
Del ltimo ejemplo: DP de 5 19.5 # E, Premium Dimetro externo = 5, Espesor de Pared = 0.2896 Punto de Cedencia = 75,000 lbs
Presin de Estallido = 8,688 psi Presin 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 Diseo = 8,688/4,516 = 1.92
Ejemplo DP 12. Carga para el Estallido
-
200
SARTAS DE PERFORACIN
Ahora usted debe poder describir:
1. Funciones de la tubera de perforacin, los lastra barrena y la seleccin de la herramienta de fondo.
2. Los grados de la tubera de perforacin 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 flexin y de rigidez.6. Margen de sobre tensin.
7. Clculos de diseo basados en la profundidad a la que se va a perforar.
8. Conceptos bsicos del control direccional usando ensamblajes de fondo rotacionales
9. Funciones de los estabilizadores y de los escariadores de rodillos.