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Seccin 7eccin 7Diseo de Sartas de Perforaciniseo de Sartas de Perforacin
PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO ACELERADOROGRAMA DE ENTRENAMIENTO ACELERADOPARA INGENIEROS SUPERVISORES DE POZOARA INGENIEROS SUPERVISORES DE POZO
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
Contenido
7.1. Funciones de la Sarta de Perforacin.7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin.
7.3. Diseo Direccional
7.4. Diseo Hidrulico
7.5. Diseo Mecnico
7.6. Diseo para Pozos de Direccionales
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7. Diseo de 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
Rotatoria
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 paraMinimizar el Esfuerzo por Doblamiento.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.1. Funciones de la Sarta de Perforacin
Transmitir rotacin a la barrena
Transmitir y soportar cargas axiales Transmitir y soportar cargas de torsin.
Colocar el peso sobre la barrena paraperforar
Guiar y controlar la trayectoria del pozo
Permitir la circulacin de fluidos paralimpiar el pozo y lubricar la barrena.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin
Kelly o Sistema de Top Drive
Tubera de Perforacin Tubera de Perforacin Extrapesada
Lastra Barrenas Otras Herramientas de Fondo
Barrenas
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin
Kelly o Sistema de Top Drive
No es propiamente un elemento constituyente dela sarta de perforacin
Transmite y absorbe la torsin hacia y desde lasarta de perforacin
Soporta toda la carga de tensin ejercida por la
sarta de perforacin
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin Tubera de Perforacin
Transmite potencia rotacional a labarrena
Permite la circulacin del fluido deperforacin
Est sujeta a complejos esfuerzos
No debe correrse en compresin en
pozos verticalesPuede correrse en compresin en
perforacin direccional
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin
Tubera de Perforacin Extrapesada
Sirven de transicin entre la tubera de perforacin ylos lastra barrenas
Tambin son utilizadas para suministrar peso a labarrena en agujeros < 8 donde el efecto depandeo es mnimo
Reduce la inflexibilidad del BHA
Son ms fciles de manejar que los lastra barrenas
Reducen la posibilidad de atrapamiento diferencial.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin
Proveen peso a la barrena
Mantienen la tubera en tensin durante la perforacin
El punto neutral debe localizarse en la parte superior(75 85% mximo)
La longitud y dimetro de los DC afectar el grado, peso ydimensiones de la tubera de perforacin a utilizarse
Los espirales previenen lapega diferencial
Lastra Barrenas
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin
Incluyen: Estabilizadores, Combinaciones,Martillos de Perforacin, Ampliadores,Rimadores, Herramientas Direccionales, etc.
Todas tienen distintas funciones
Su colocacin es crucial en la sarta deperforacin
Introducen irregularidades en la sarta deperforacin
Otras Herramientas de Fondo
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Diseo de Sartas de Perforacin
Otras Herramientas de Fondo
7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.2. Componentes de la Sarta de Perforacin Barrenas
Parmetros de seleccin
Evaluacin del desgaste de barrenas previas.
Rendimientos obtenidos en pozos vecinos
Registros geofsicos del pozo y pozos vecinos
Datos ssmicos del rea
Software especializados
Propiedades del fluido de perforacin
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7.3. Diseo Direccional
7. Diseo de Sartas de Perforacin
Busca guiar y controlar la trayectoria del pozo
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.3 Diseo Direccional
Principios Bsicos del Control Direccional en Perforacin
El Principio de Fulcrum Se usa para construir el ngulo(incrementar la inclinacin del agujero)
El Principio de Estabilizacin Se usa para mantener el nguloy la direccin
El Principio del Pndulo Se usa para hacer caer (reducir) elngulo.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.3 Diseo Direccional
El Principio Fulcrum :
Un ensamblaje con un Estabilizador Cercano a la Barrena y depleno calibre, seguido por 40 120 de lastra barrena antes delprimer Estabilizador de Sarta, o an sin estabilizador de sarta, va adesarrollar un ngulo cuando se aplica el peso sobre la barrena.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.3 Diseo Direccional
El Principio Fulcrum :Distancia NBS Estabilizador de Sarta Desviacin esperada
(pies) (grados / 100 pies )
60 1.5 2.5
45 0.5 1.5
30 0.5 1.0
Nota: En pozos de dimetros ms pequeos utilizando lastra barrena mspequeos la tasa de incremento angular ser mayor.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.3 Diseo Direccional
Parmetros de perforacin Vs. Tasa de construccin
Un incremento en el peso sobre la barrena incrementar lavelocidad de construccin angular
Un incremento en la velocidad de rotacin reducir la tasa deaumento del ngulo
Un aumento en el caudal en la bomba (gasto) en formaciones
blandas disminuir la tasa de construccin angular debido a latendencia al lavado por erosin. Tipo de Formacin y el ngulo del echado de los estratos. Inclinacin del pozo.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.3 Diseo Direccional
El Principio de Estabilizacin
Ensambles Empacados.El ensamble empacado estndar es:
Barrena FG NBS lastra barrena corto FG Stab. lastra barrena estndar FGStab 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 . .
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.3 Diseo Direccional
El Principio de Pndulo:
La barrena va a tratar de llegar a la vertical debido al efectode pndulo.
Se disea colocando un estabilizador de Sarta entre 15 y 60
pies distante de la barrena Si los lastra barrena entre el estabilizador y la barrena hacen
contacto con la pared del pozo la longitud del pndulo se
reduce Se requiere de una seleccin cuidadosa de parmetros.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.3 Diseo Direccional
Tipo de Ensambles de Fondo Rotatorios
Ensamble de Pndulo
Ensamble Empacado
Ensamble para construir rotando
Ensamble Dirigible
Ensamble con Motor de Fondo de Acople Torcido
D S
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.3 Diseo DireccionalHerramientas de Fondo Tpicas Para Control Direccional
Di d S d P f i
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo HidrulicoPermite la circulacin de fluidos para optimizar
velocidad de penetracin y la limpieza del agujero.
7 Di d S d P f i
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Contenido:
Conceptos bsicos de hidrulica Clculos hidrulicos
Optimizacin de la hidrulica (seleccin de toberas)
7 Di d S t d P f i
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos Definicin
La hidrulica describe la influencia que tiene la geometrainterna y externa de la sarta de perforacin sobre las prdidaspor friccin en un sistema de circulacin de fluidos
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Objetivos de la hidrulica
Forma parte del proceso de optimizacin de
la perforacin Incluye un balance calculado de los
componentes de la sarta de perforacin
El objetivo primordial es optimizar elavance y la limpieza del agujero
7 Diseo de Sartas de Perforacin
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Presin de circulacin:
Es el esfuerzo necesario para mover el fluido deperforacin a travs de todo el sistema de
circulacin y depende de las siguientes variables:
Gasto de bombeo (Caudal) :
Area de flujo Longitud del sistema de circulacin Reologa del fluido de perforacin
7 Diseo de Sartas de Perforacin
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Efecto de las variables en el sistema de circulacin
Aumenta / DisminuyeDisminuye / AumentaReologa: Baja / Alta
Aumenta / DisminuyeDisminuye / AumentaPeso de lodo: Bajo / Alto
Disminuye / AumentaAumenta / disminuyeLongitud del sistema:
Larga / Corta
Aumenta / DisminuyeDisminuye / AumentaArea de flujo: Grande / pequeaDisminuye / AumentaDisminuye / AumentaGasto: Bajo / Alto
Presin disponiblepara la barrena
Perdidas de presinen los tubulares
Variables
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos Prdidas de presin en el sistema
7 Diseo de Sartas de Perforacin
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Prdidas de presin en el sistemaLa presin leda en el manmetro de la bomba es la suma
de las prdidas de presin en el sistema.
PSist = PTP + PDC + PHtas fondo + PBna + PAn
7 Diseo de Sartas de Perforacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Prdidas de presin en el sistema
Gasto de flujo (Caudal)
Es la variable principal en las prdidas de presin
Empricamente debe mantenerse entre 30 y 60 gpm / pulg. de
dimetro de la barrena en pozos verticales o de baja inclinacin
Un gasto excesivo erosionar las paredes del agujero
un gasto insuficiente no limpiara bien el agujero.
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7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Prdidas de presin en el sistema
Area de flujoDebe disearse una sarta de perforacin que provea las
menores restricciones al flujo
Longitud del sistemaMientras ms profundo y pequeo sea el agujero mayores
sern la prdidas y menor la presin disponible para abarrena
Reologa del lodoLa densidad y la reologa del lodo afectan directamente las
prdidas de presin en el sistema de circulacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Mtodos de optimizacin hidrulica
Cada de presin en la barrena Debe estar entre el 50% y el 65% de la presin total de
circulacin en superficie.
Potencia hidrulica mxima Considerar el uso de potencia hidrulica mxima cuando
alrededor del 65% de la presin total se consume en la
barrena. Mantener el uso de potencia hidrulica entre 2.5 a 5.0 HHP
por pulgada cuadrada de dimetro de la barrena
7 Diseo de Sartas de Perforacin
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Sistema bsico optimizado
0200 400 600 800 1000 1200 1400
150
300
450
600
750
Prof. final Prof. inicial
Potencia hidrulica Vs. Gasto
HHP
GASTO (gpm)
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Mtodos de optimizacin hidrulica
Fuerza de impacto mxima Considerar el uso de fuerza de impacto mxima cuando
alrededor del 50% de la presin total se consume en la
barrena.
Velocidad del chorro Afecta la permanencia de los recortes de formacin en el
fondo, as como la velocidad de perforacin Debe mantenerse por encima de 250 pies/seg.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Velocidad Anular
Debe seleccionarse un valor ptimo entre los lmites mximo ymnimo permisibles.
Velocidad anular mnima Depende de la velocidad de asentamiento de los recortes y
est altamente influenciada por la reologa del lodo
Velocidad anular mxima Est limitada por el rgimen de flujo laminar en el espacio
anular alrededor de la tubera de perforacin.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Conceptos Bsicos
Densidad equivalente de circulacin (ECD)
Incremento aparente de la densidad del fluido mientras seest circulando en el pozo.
Depende directamente de las prdidas de presin en el
espacio anular. Parmetro crtico para evitar el fracturamiento de las
formaciones ms dbiles a perforar. La ECD se utiliza en ocasiones como factor de seguridad
para controlar la presin de formacin. La ECD se incrementa con el contenido de recortes en el
lodo
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Proceso
1. Dibujar la geometra del agujero2. Calcular la prdida total de presin3. Establecer la Densidad Equivalente de Circulacin
4. Establecer la velocidad de flujo crtica y el gasto deflujo alrededor de los lastra barrenas
5. Establecer las presiones de surgencia y pistoneo6. Calcular la eficiencia de transporte de los recortes y la
concentracin anular7. Calcular la cada de presin en la tubera8. Determinar y optimizar la hidrulica en la barrena
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin anular y ECD
Paso 1: Dibujar la geometra del agujero con todos los dimetrosinternos y externos del revestimiento y los tubulares, el tamao delagujero y la longitud de las secciones.
Paso 2: Calcular la velocidad del fluido para el primer intervalo de lageometra, donde:
Va = velocidad anular del fluido en el intervalo (ft/seg)Q = tasa de flujo volumtrico (tasa de bombeo), gal/minD2= dimetro del hoyo, pulgadasD1 = dimetro exterior de la tubera de perforacin, pulgadas
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Cada de presin anular y ECD
Paso 3A: Calcular el valor n (ndice de comportamiento del flujo)para el intervalo, donde:
na = ndice de comportamiento del flujo anular (adimensional)300 = medidor V-G, lectura del cuadrante para 300 rpm
3 = medidor V-G, lectura del cuadrante para 3 rpm
Paso 3B: Calcule el valor K (factor de consistencia) para el intervalo
anular, donde:Ka = factor de consistencia en el anular, poise 600 = medidor V-G, lectura del cuadrante para 600 rpm
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Cada de presin anular y ECD
Paso 4: Calcular la viscosidad efectiva ea, en el anular:ea = Viscosidad efectiva en el anular, (cp)
Paso 5: Calcular el nmero de Reynolds (Rea) para el intervalo anular
donde:Rea = nmero de Reynolds (adimensional) = densidad del fluido (lbs./gal.)
Paso 6A: Calcular el nmero de Reynolds (ReL) para el cambio de flujolaminar a transicional para el intervalo, donde:
ReL = nmero de Reynolds para el cambio de flujo (adimensional)
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin anular y ECD
Paso 6B: Calcular el nmero de Reynolds (ReT) para el cambio de flujotransicional a turbulento para el intervalo, donde:
ReT = nmero de Reynolds para el cambio de flujo (adimensional)
Paso 7: Si ReL > Rea utilice la ecuacin de flujo laminar para calcularel factor de friccin.
Si Rel
< Rea
< ReT
utilice la ecuacin de flujo transicional paracalcular el factor de friccionfa = factor de friccin de Fanning (adimensional)
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin anular y ECD Paso 8: Calcular la cada de presin (P) para el intervalo,
donde:
Pa = cada de presin en el intervalo anular (psi)L = longitud del intervalo en pies
Paso 9: los pasos 2 al 8 se repetirn para cada seccindiferente de lageometra anular
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin anular y ECD
Paso 10: Calcular la cada de presin total en el anular (PaT), sumandolas cadas de presin individual para cada intervalo (psi)
Paso 11: Calcular la densidad equivalente de circulacin (ECD), donde:
ECD = densidad equivalente de circulacin (lbs./gal.)
El siguiente diagrama de flujo contiene todas las ecuaciones necesarias:
7. Diseo de Sartas de PerforacinDi Hid li Cl l
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin anular y ECD
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad crtica y tasa de bombeo (gasto)
Paso 1: Para el primer intervalo, calcular la velocidad crtica ( Vc) defluido para la transicin desde un flujo laminar (pies/seg.)
Paso 2: Calcular la velocidad crtica para cada intervalo de lageometra anular
Paso 3: Comparar la velocidad crtica del intervalo con su velocidadanular (Va), calculado en el paso 2 del proceso anterior.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad crtica y tasa de bombeo (gasto)
Paso 4: Para velocidad anular (Va) que exceda la velocidadcrtica (Vc), calcular la tasa de bombeo mxima que causara latransicin. Este valor as obtenido se denomina tasa de flujo
crtica (Qc) para en intervalo (gal./min.).Mantenindose por debajo de este valor el flujo ser laminaren la seccin.
El siguiente diagrama de flujo contiene las ecuacionescorrespondientes a esta parte del proceso.
7. Diseo de Sartas de PerforacinD l C l l
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad crtica y tasa de bombeo (gasto)
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin en la sarta de perforacin
Paso 1: Calcular la velocidad del fluido en la tubera deperforacin (ver diagrama de flujo), donde:Vp = velocidad del fluido en la tubera, ft/segQ = tasa de flujo volumtrico (gasto), gal/min
D = dimetro interior de la tubera, pulgadas Paso 2: Calcular el valor n (ndice de comportamiento del flujo)
para el intervalo, donde:
np = ndice de comportamiento del flujo en la tubera(adimensional)600 = medidor V-G, lectura del cuadrante para 600 rpm300 = medidor V-G, lectura del cuadrante para 300 rpm
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin en la sarta de perforacin
Paso 2A: Calcular el valor K (factor de consistencia) para el
intervalo anular, donde:Kp = factor de consistencia en la tubera, poise600 = medidor V-G, lectura del cuadrante para 600 rpm
Paso 3: Calcular la viscosidad efectiva ep en la tubera, donde:ep = viscosidad efectiva en la tubera, cP
Paso 4: Calcular el nmero de Reynolds (Re) para el intervalo de latubera,
donde:Rep = nmero de Reynolds en la tubera, adimensional = densidad del fluido, lbs/gal
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin en la sarta de perforacin
Paso 5A: Calcular el nmero de Reynolds para el cambio delflujo laminar al transicional, en el intervalo, donde:
ReL = el nmero de Reynolds para el cambio del flujo
laminar al transicional, adimensional
Paso 5B: Calcular el nmero de Reynolds para el cambio deflujo transicional a turbulento en el intervalo, donde:
ReT = el nmero de Reynolds para el cambio delflujo transicional a turbulento, adimensional
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin en la sarta de perforacin
Paso 6: Si Rep
> ReL
, utilice la ecuacin de flujo laminar paracalcular el factor de friccin.
Si Rep > ReT , utilice la ecuacin del flujo turbulento paracalcular el factor de friccin.Si R
eL< R
ep< R
eT, utilice la ecuacin del flujo transicional
para calcular el factor de friccin,
donde fp = el factor de friccin de Fanning (adimensional).
Paso 7: Calcular la cada de presin (P) para el intervalo, donde:
Pp = cada de presin en la tubera (psi)
L = longitud de la seccin de tubera (pies)
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Cada de presin en la sarta de perforacin
Paso 8: Los pasos 2 al 8 se repetirn para cada diferentedimetrointerior de tubera (ID)
Paso 7: Calcule la prdida total de presin en la tubera(PpT) en psi sumando las cadas de presin individualescalculadas para cada ID de la tubera.
El siguiente diagrama de flujo contiene las ecuacionespertinentes para esta parte del proceso.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.4. Diseo Hidrulico - Clculos Hidrulicos
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Cada de presin en la sarta de perforacin
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad de desplazamiento y limpieza del agujero
Una limpieza deficiente del agujero puede ocasionardiferentes problemas graves, incluyendo:
Elevado arrastre y torque Menor tasa de penetracin
Atascamiento de tubera
Dificultades para correr la tubera de revestimiento Fallas en la cementacin primaria
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad de desplazamiento y limpieza del agujero
La tasa de asentamiento se suele denominar velocidad dedeslizamiento (Vs). Al comparar Vs con la velocidad anular (Va)en el intervalo, es posible calcular el tiempo neto de transporte
de partculas (NPT) y el tiempo anular de transporte (ATT).Estos valores le indicarn al ingeniero el tiempo mnimorequerido para el transporte de un recorte hasta la superficie.
El proceso de clculo es como se indica a continuacin:
7. Diseo de Sartas de Perforacin
D l C l l
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad de desplazamiento y limpieza del agujero
Paso 1: A partir del anlisis hidrulico anular para cada intervalo,determine si el fluido se encuentra en flujo laminar o turbulento. Siest en flujo laminar, contine con el Paso 2 para calcular lavelocidad de deslizamiento. Si el fluido est en flujo turbulento, salteal Paso 7.
Paso 2: Calcule la tasa de corte de borde (gb), donde:
B = tasa de corte de borde, seg-1Dc = dimetro de la partcula, pulgadas = densidad del fluido, lb/gal
7. Diseo de Sartas de Perforacin
Di Hid li Cl l
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad de desplazamiento y limpieza del agujero
Paso 3: Calcule el esfuerzo de corte (tp) desarrollado por lapartcula, donde:
p = esfuerzo de corte de la partcula, lb/100 ft2T = espesor de la partcula, pulgadas
Paso 4: Calcule la tasa de corte (p) desarrollada por la partcula,utilizando p y los valores de K y n de tasa baja de corte del
fluido, donde:p = la tasa de corte de la partcula, seg-1na = el ndice de comportamiento anular a baja tasa de corte
K = el factor de consistencia anular, en base a la Figura
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Di Hid li Cl l
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad de desplazamiento y limpieza del agujero
Paso 5: Compare p con B para determinar cul ecuacin debeutilizar para el clculo de la velocidad de deslizamiento.
Paso 6: Calcule la velocidad de deslizamiento y siga con el Paso 9
Paso 7: Para cualquier intervalo en el flujo turbulento, utilice laecuacin B-1 para calcular el esfuerzo de corte desarrollado
por la partcula.Paso 8: Utilice la ecuacin B-2 para calcular la velocidad de
deslizamiento
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Di Hid li Cl l
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Velocidad de desplazamiento y limpieza del agujero
Paso 9: Calcule el NPT y el ITT, donde:
NPT = transporte neto de partcula, ft/minVA = velocidad anular del intervalo, ft/min ( = Va del diagrama
multiplicado por 60 seg/min)
Paso 10: Calcule ATT sumando los valores ITT individuales.
Paso 11: Calcule la eficiencia de transporte (Et) en porcentaje, paracualquier intervalo, dividiendo el NPT entre la velocidad anular delintervalo y multiplicando el cociente por 100%.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7 4 Diseo Hidrulico Clculos
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7.4. Diseo Hidrulico - ClculosVelocidad de desplazamiento y limpieza del agujero
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Diseo Hidrulico Clculos
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Concentracin de recortes
La concentracin de los recortes (Ca) en el fluido, en el
intervalo anular, se puede calcular utilizando las ecuaciones
siguientes. Dependiendo de las formaciones perforadas, un Ca> 6% a 8% en volumen puede conducir a problemas de limpieza
del agujero, como anillos de lodo y empaque.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Diseo Hidrulico Clculos
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Concentracin de recortes
1. Para la concentracin de recortes ( % vol), calcule:
donde:Ca = concentracin de ripios, % volD = dimetro del hoyo, pulgEt = eficiencia del transporte en el intervalo, a partir del
diagrama de flujo anterior, expresada como una fraccin decimalQ = tasa de flujo, gal /min.ROP = tasa de penetracin, pie/hora
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Diseo Hidrulico Clculos
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Concentracin de recortes
2. El peso efectivo del fluido (lbm/gal) que resulta de la
acumulacin de recortes en el anular, se puede calcularmediante la ecuacin siguiente:
donde:
e = peso efectivo del fluido debido a la concentracinde ripios, lbm/gal.
S.G.c = densidad especfica de los ripios
Ca = concentracin de ripios, % vol = densidad de fluido, lbm/gal.
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Diseo Hidrulico Clculos
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Hidrulica en la barrena
El diagrama de flujo que se muestra a continuacin contiene lasecuaciones que calculan la hidrulica en la barrena, donde:
Pb = prdida de presin en la barrena (psi)HHPb = potencia hidrulica en la barrena (HP)HHPB/in2 = potencia hidrulica por pulgada cuadrada de la barrena
Vn = velocidad del lodo en las toberas (pies /seg.)
I.F = fuerza de impacto (lbsf)
% PSIb = porcentaje de presin disponible para la barrena (psi)
HHP = potencia hidrulica del sistema total de circulacin (HP)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
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7.4. Diseo Hidrulico Clculos
Hidrulica en la barrena
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Di Hid li Cl l
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7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Seleccin de toberas
Paso 1: Seleccionar el equipo de superficie (ver tabla en lasiguiente lmina)
Paso 2: Determinar la prdida de presin en el equipo desuperficie (PS)
Paso 3: Calcular la presin disponible para la barrena (PB)
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Diseo Hidrulico - Clculos
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico Clculos
Seleccin de toberas
Paso 1: Seleccionar el equipo de superficie (ver tabla en lasiguiente lmina)Paso 2: Determinar la prdida de presin en el equipo de
superficie (PS)
Paso 3: Calcular la presin disponible para la barrena (PB)
El diagrama de flujo muestra las frmulas necesarias para realizarlos clculo
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 4 Diseo Hidrulico - Clculos
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7.4. Diseo Hidrulico Clculos
Prdidas de presin en la superficie
Se han establecido varios coeficientes de friccin debido al nmerode combinaciones del equipo de superficie.
4440363554454
53.25402.553554453
83.5402.552.5553.5402
222.2540242453401
D.I.
(pulg.)
Long.
(pies)
D.I.
(pulg.)
Long.
(pies)
D.I.
(pulg.)
Long.
(pies)
D.I.
(pulg.)
Long.
(pies)
Coefic.KellySwivelMangueraStand PipeCaso
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico Clculos
Seleccin de toberas
En la tabla de la siguiente presentacin se pueden seleccionar lostamaos requeridos de toberas de acuerdo con el TFA calculado
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
Anlisis de Hidrulica
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Anlisis de Hidrulica Seleccin de toberas
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.4. Diseo Hidrulico - Clculos
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Mtodos declculo
Mtodo manual previamente discutido
Mtodos grficos
Reglas de clculo de las compaas de barrenas
Por medio de hojas electrnicas de clculo
Por medio de calculadoras de mano
Por medio de software especializados
Mtodo del supervisor de pozo.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
Transmitir rotacin y peso a la barrena, soportar cargasaxiales, de tensin y presin.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 5 Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
Para perforar pozos verticales o de ngulo moderado, la sarta de
perforacin comprende:
Tubera de Perforacin operando en Tensin
Tubera pesada (HWTP) operando en Tensin o en Compresin
Lastra barrena de varios tamaos, por lo general operando enCompresin
Accesorios tales como barrenas, estabilizadores, motores,escariadores, fresas, martillos, etc.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 5 Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
Factores de Diseo para la Sarta de Perforacin
Factor de Diseo por Tensin: Limita la tensin mximapermisible en superficie, regularmente DFt = 1.1
Margen de sobre tensin MOP: Capacidad de tensin en exceso
deseada por encima carga de la sarta en la superficie. El MOPse fija por cada operador, generalmente oscila entre 50 Klb y 100Klb.
Exceso de Peso DFBHA: Factor que asegura que el peso sobre labarrena sea aplicado manteniendo el punto neutro dentro delBHA. La mayora de los operadores manejan DFBHA = 1.15
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 5 Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
Factores de Diseo para la Sarta de Perforacin
Factor de diseo por Torsin: No se requiere un factor de diseo. Losacoples se ajustan hasta un 60% de su capacidad de torsin y estndiseados para resistir hasta un 80 % de la capacidad de torsin del
tubo. De esta forma si el diseo limita el apretado del acople, hay unfactor 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 elesfuerzo a la tensin biaxial. Normalmente se usa un factor dediseo al colapso, DFC entre 1.1 y 1.15
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7 5 Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
Factores de Diseo para la Sarta de Perforacin
Factor de Diseo para el Estallido: Normalmente se consideranestallidos simples sin tolerancia para efectos axiales.
Factor de Diseo Para Pandeo, DFb: El factor de diseo al pandeo esanlogo al factor para exceso de peso del BHA ya discutido (DFBHA)para pozos rectos o ligeramente desviados en los cuales este factortiene el efecto de alargar el BHA, el DFb reducir el peso permitidopara perforar pozos altamente desviados
7. Diseo de Sartas de Perforacin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
Propiedades Fsicas de la Tubera de Perforacin
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacinAPI RPG7
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 Rigidez (BSR) de los DC
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin
Grado
El grado de la tubera de perforacin describela 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 elpeso del tubular.
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7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin
Clasificacin de la tubera segn API RP 7G
Nueva : Sin desgaste. No ha sido usada antes
Premium: Desgaste uniforme con espesor de paredremanente mnimo del 80% del tubular nuevo.
Clase 2: Espesor de pared remanente mnimo del 70% contodo el desgaste sobre un lado con lo que el reaseccional es todava premium
Clase 3 : Tubera con espesor de pared mnimo 55% con eldesgaste localizado sobre un lado
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin
Componentes de la tubera de perforacin
Cuerpo tubular de acero con extremos lisos
Dos conexiones de acople fuerte - una en cadaextremo.
Enroscados
Soldados o embonados al tubo con arco
elctrico a alta emperatura.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin Pesos
Peso del tubular con extremos lisos Se refiere alpeso 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). Actualmentese usa para referirse a una clase de tubo deperforacin.
Peso ajustado El peso promedio por pie del tubo yde las conexiones de un tubo Rango II. Debe usarsepara todos los clculos de carga obre el gancho.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin
Peso Ajustado
El peso nominal es un nmero de referencia inexacto. El peso Ajustado incluye el cuerpo del tubo y el de los
acoples. Es mayor que el peso nominal e incluye :
El peso extra de los acoples y El espesor adicional de los refuerzos de la tubera.
Los refuerzos a su vez puede ser de tres tipos: Refuerzo
Interno (IU), Refuerzo Externo (EU) y Refuerzo Interno yExterno (IEU)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin Clculo de los Pesos Ajustados
Wt DP Adjust x 29.4 + Wt. Tool Jt Approx
Wt (lb./pie) = 29.4 + L Tool jt. Adj.
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin
Ejemplo No. 1. Calculo de Pesos Ajustados
Calcular el peso ajustado aproximado de un tubo con acople
incluido para una tubera de perforacin de 5. OD, 19.5 lbm/pie,grado X-95 con conexin NC50 y acople tipo IEU (con refuerzo
interno y externo) y dimensiones 6.375pulg. OD x 3.5 pulg. ID.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacinEjemplo No. 1. Calculo de Pesos Ajustados (Paso 1)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
(Informacin tomada del API RPG7) Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin
7. Diseo de Sartas de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin7.5. Diseo Mecnico
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
(Tomado de la tabla 7 API 5D)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
l T
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacinEjemplo No. 1. Peso Ajustado del Acople (Paso 2)
Refirindose a la tabla API RP7G , el acople NC50, 6.375 OD, 3.5 ID para una tuberacon peso nominal 19.5 lbm/ft est disponible en Grado X-95 nicamente (ver columnas4, 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:
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
P i d d F i d l T b d f i
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacinEjemplo No. 1. Longitud Ajustada de los Acoples (Paso 3)
De aqu que el peso ajustado del cuerpo del tubo con los acoples ser:
Que es el valor al indicado en la Tabla 9 pag. 14 del API RP7G
21.12
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
P i d d F i d l T b d f i
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin Torque de conexin
Los acoples API tienen un punto de cedencia mnimo de 120,000 psiindependientemente del grado de la tubera (E, X, G, S) .
API fija la resistencia a la torsin del acople en 80 % de laresistencia a la torsin del tubo: Esto equivale a una razn de
resistencia a la torsin de 0.8. La torsin 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. Los valores son obtenidos grficamente conociendo ID y OD
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
P i d d F i d l T b d f i
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Propiedades Fsicas de la Tubera de perforacin Ejemplo de Grficas de Torque de conexin
7. Diseo de Sartas de Perforacin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Tubera de Perforacin Extrapesada (HWTP)
7.5. Diseo Mecnico
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
T E T
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Tubera de Perforacin Extrapesada (HWTP)
Igual dimetro externo que la tubera de perforacin ydimetro interno ms reducido
Refuerzo en la mitad del cuerpo del tubular del tamao de losacoples para resistir el desgaste por abrasin
Se usa entre tubera de perforacin y los lastra barrena paraproporcionar una transicin suave entre los mdulos deseccin de los componentes de la sarta de perforacin.
Trabaja en compresin y en tensin sin problemas
7. Diseo de Sartas de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
T E ( T )
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96/143
96/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Tubera de Perforacin Extrapesada (HWTP)
Opciones de Seleccin
Solo se tiene dos opciones de seleccin deacuerdo al ambiente donde se perfore.
a) Lisab) Espiral
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Conexiones Numeradas NC
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
97/143
97/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Conexiones Numeradas NC
Es el estilo de rosca ms comn en la sarta de perforacin. La rosca tiene forma de V y se identifica por el dimetro
de paso, medido en un punto que est a 5/8 de pulgada
desde la base del pin.
El Nmero de Conexin es el dimetro del paso multiplicado
por 10 y truncado a los dos primeros dgitos = XY
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Conexiones NumeradasEl
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98/143
98/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Conexiones NumeradasEl tamao de una conexin rotatoria numerada se refiere a su dimetro depaso en el pin un punto de calibre a 5/8 de pulgada desde el hombro(base) y se especifica as: NC (XY)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Conexiones Numeradas
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99/143
99/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Conexiones Numeradas
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
Hay 17 NCs en uso: desde la NC-10 (1 1/16) hasta la NC-77 (7 )
Tamaos tpicos de Conexin Numerada, NC:
NC 50 para acoples con dimetro externo de 6 de la tubera de Perf. de 5NC 38 para acoples con 4 3/4 OD en tubera de perforacin de 3 .
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Conexiones Numeradas
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100/143
100/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Conexiones NumeradasEjemplo de conexiones Intercambiables
7. Diseo de Sartas de Perforacin
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101/143
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico Diseo del Ensamble de Fondo BHA)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Dise
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102/143
102/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Lastra barrenas
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 proveer
el peso sobre la barrena (WOB) y mantener la tubera entensin
Estabilizacin
Diseo del Ensamble de Fondo BHA)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Dise
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103/143
103/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de conexiones
Caractersticas de Liberacin de Esfuerzos
Los DC y otros componentes de la herramienta de fondo son
mucho ms rgidos que la tubera de perforacin y en ellosgran parte de los esfuerzos por doblamiento se transfieren a
las conexiones.
Estos esfuerzos pueden causar falla por fatiga en lasconexiones.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de conexiones
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104/143
104/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Dise Seleccin de conexiones
Ranura para liberacin de
esfuerzos en el pin
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de conexiones
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105/143
105/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Dise Seleccin de conexiones
caractersticas de liberacin de esfuerzo
Pin con ranura y caja ensanchada son los diseos especiales paraaliviar o liberar esfuerzos en la conexin.
Se deben especif icar en todas las conexiones de las herramienta defondo tamao NC-38 o mayores.
Estas caractersticas son benficas tambin para la tubera extrapesada HWDP.
Las ranuras de liberacin de esfuerzos en el pin no se recomiendan
en conexiones ms pequeas que NC-38 por debilitamiento de laconexin. Las conexiones de caja ensanchada se podran usar en las
conexiones ms pequeas.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de conexiones
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106/143
106/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
DiseSeleccin de conexiones
Los efectos de los esfuerzos dedoblamiento sobre las conexiones
se pueden reducir al agregar
RANURA PARA ALIVIO DEESFUERZOS en el PIN
y/
ENSANCHADO EN EL DIMETROSUPERIOR DE LA CAJA.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA)
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107/143
107/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Seleccin de lastra barrenas
Normalmente la mejor opcin es el DC de mayor tamao que sepueda utilizar.
Mayor rigidez para resistir pandeo y tendencia de cambio en
direccin. Movimiento cclico restringido Menor longitud de la herramientas de fondo Menor cantidad de conexiones (puntos de falla) en el pozo.
Menor riesgo de pega diferencia
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de lastra barrenas
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108/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Seleccin de lastra barrenas
Mdulo de la Seccin para las Conexiones (Z)
Se refiere al rea y al grado de alejamiento de una forma de material divididapor la distancia desde el extremo de la forma hasta el punto donde losesfuerzos son cero
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de lastra barrenas
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Seleccin de lastra barrenas
Razn o Relacin de Resistencia a la Flexin (BSR) Es la rigidez relativa de la caja con respecto al pin de una
conexin dada.
Describe el balance entre dos miembros de una conexin y suprobable comportamiento en un ambiente cclico de rotacin.
Se aplica tanto a las conexiones como a los cambios de
dimetro de los componentes de la sarta
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA)
Seleccin de lastra barrenas
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110/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Seleccin de lastra barrenas Razn o Relacin de Resistencia a la Flexin (BSR)
Donde:Zbox = mdulo de la seccin de la caja
Zpin = mdulo de la seccin del perno
D = Dimetro externo del pin y de la caja (pulgadas)b = Dimetro de la raz de la rosca de la caja al
final del pin (pulgadas)
R = Dimetro de la raz de las roscas del pin a de
pulgada del hombro. (pulgadas)
d= dimetro interno (pulgadas)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Dise
o del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de lastra barrenas
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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Seleccin de lastra barrenas
Razn de resistencia a la Flexin para las Conexiones
Se dice que una conexin est balanceada si la razn deresistencia a la flexin es 2.5
Cuando la razn de resistencia a la flexin es superior setiende a ver fallas de piones.
Cuando la razn de resistencia a la flexin es inferior se
tienden a ver ms fallas en las cajas.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Dise
o del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de lastra barrenas
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112/143
112/143
Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Razn de resistencia
a la Flexin para lasConexiones
Seleccin de lastra barrenas
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de lastra barrenas
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113/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Seleccin de lastra barrenas
Razn de resistencia a la Flexin para las Conexiones
Esta tabla est extrada de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1.
Razones BSR para Conexiones - API RP7G pginas 39-447. Diseo de Sartas de Perforacin
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114/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin de lastra barrenas ODu r
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115/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
ODlwrIDlwr
ODuprIDupr
Relacin de Rigidez para Transiciones
La experiencia de campo ha demostradoque
BSR < 5.5 para perforacin rutinaria
BSR < 3.5 para perforacin severa
Las razones de rigidez se calculan utilizando los dimetros externos e internos de los cuerpos.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin del nmero de lastra barrenas
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116/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Seleccin del nmero de lastra barrenas
Punto neutral y Peso sobre la barrena
1. Factor de Diseo para exceso de herramienta de fondo = 1.15
Peso requerido de DCPeso sobre la barrena (WOB) = 1.15
2. El Punto Neutral (NP) a la tensin debe estar dentro de los lastrabarrenas
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin del nmero de lastra barrenas
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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117/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Punto neutral y Peso sobre la barrena
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin del nmero de lastra barrenas
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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118/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
1. Determinar el factor de flotacin para el peso del lodo que se est enel pozo empleando la frmula siguiente:
BF = 1 (MW / 65.5)Donde
BF = Factor de Flotacin, adimensional
MW = Peso del lodo dentro del pozo, en lbs /gal65.5 = Densidad del acero, lbs/gal
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin del nmero de lastra barrenas
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119/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
2. Calcular la longitud de DC requerida para lograr el peso deseado
sobre la barrena:LDC = 1.15* WOB / (BF * WDC)
donde:
LDC = Longitud requerida de DCWOB = Peso deseado en la barrena, lbf (x 1000)
BF = Factor de flotacin, adimensional
WDC = 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 neutropermanezca dentro de drill collars.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin del nmero de lastra barrenas
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120/143
120/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
3. Para pozos direccionales :
LDCd = LDC / Cos donde: = ngulo de inclinacin del pozo
LDCd
= longitud de los DC para la seccin inclinada
LCD = longitud de los DC para aplicar el mismo WOBen agujero vertical
Para pozos horizontales los lastra barrenas no se usan y laseleccin de la herramienta de fondo se basa en la prevencindel pandeo.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin del nmero de lastra barrenas
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
121/143
121/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Ejemplo: Cantidad de lastra barrenas
Determine la cantidad de lastra barrenas de 9 pulgadas de dimetroexterno por 3 pulgadas de dimetro interno que se requieren paraobtener un peso sobre la barrena de 55,000 lbf.
Desviacin del pozo = 0 Densidad de Lodo = 12 lbs / gal
Longitud del tramo = 30 pies. Peso unitario del DC = 192 lbs / pie
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin del nmero de lastra barrenas
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
122/143
122/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Solucin al Ejemplo
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 = 67,336 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 = 67,336 x 1.15 = 77,436 lbf
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Seleccin del nmero de lastra barrenas
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
123/143
123/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Continuacin de la Solucin al Ejemplo
Un lastra barrena pesa: 30*192 = 5,760 lb
Cantidad de lastra barrena = 77,416 / 5,760 = 13.54
La cantidad de lastra barrenas (DC) se aproxima siempre porarriba por tanto se necesitarn 14 DC.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo del Ensamble de Fondo BHA) Limites de Torsin para los Lastra Barrenas
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124/143
124/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
El torque est limitado por la conexin del DC
Usualmente es mayor para la tubera en superficie y menor paralos 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 paraevitar 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
7. Diseo de Sartas de Perforacin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
125/143
125/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacinDatos para el diseo API RP 7G
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126/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos 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 Rigidez (BSR) de los DC
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
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127/143
127/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
p
El ltimo tramo de tubera en superficie debe:
Sostener el peso de la herramienta de fondo (BHA) Sostener el peso de la tubera subsiguiente hasta el BHA
Soportar el margen de jaln seleccionado (MOP).
No alcanzar la resistencia mnima de cedencia
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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128/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
La mayor tensin (carga de trabajo Pw) sobre lasarta de perforacin se presenta en el tramo
superior cuando se llega a la mxima profundidadperforada
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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129/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Peso Total, Tsurf, soportado por la junta superior de la
tubera de perforacin cuando la barrena est justoarriba del fondo;
donde:
Ldp = longitud de la tubera de perforacin, pies
Wdp = peso unitario de la tubera de perforacin, lbs / pieLdc = longitud de los lastra barrena, piesWdc = peso unitario de los lastra barrena, lbs / pie
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
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130/143
130/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
La sarta de perforacin est diseada con el objetivo de no alcanzarel valor mnimo de la resistencia a la cedencia.
Si al tensionar 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.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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131/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Carga de Diseo Mxima Permisible
Para evitar dao por deformacin a la tubera de perforacin, el API
recomienda que se use una carga mxima de diseo permisible ( Pa)
Tmax = 0.9 x Tyield .(2)Tmax = Carga de diseo mxima permisible en tensin, lb
Tyield = Resistencia mnima a la cedencia (segn el API), lbs
0.9 = Factor de diseo por tensin ( Recomendado por API = 1.1)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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132/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Margen de jaln (sobre tensin MOP)
El margen de jaln es generalmente seleccionado por los operadoresentre 50 y 100 Klb, o se determina por la diferencia entre la carga dediseo mxima (Tmax) menos la carga total en superficie.
MOP = Tmax Tsurf . (3)
Tmax = como se calcul en la formula (2), lbsTsurf = carga total registrada en el gancho, lbs
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
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133/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Mxima longitud permisible de tubera
Combinando las ecuaciones (1) y (3) y despejando la longitud de latubera se perforacin (Ldp), se obtiene:
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin Mxima longitud permisible de tubera
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134/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Ejemplo
Tubera de Perforacin de un solo Grado Longitud de los lastra barrenas (DC): 600pies de 150 lb/ft.
Margen de sobre tensin = 100,000 lbs.
5 / 19.5 lb/ft Premium G-105 DP con conexiones NC50. (Wdp) = 21.92 lbs/pie Margen de Sobre Tensin (MOP): 100,000 lbs
Factor de flotacin (BF) : 0.85
Calcule la profundidad mxima a la cual se puede perforar. Utilice las tablas API - RP7G para los valores del Peso Aproximado (Wdp) y
para el Punto de Cedencia Mnimo.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
Mxima longitud permisible de tubera
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135/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Solucin al ejemplo
La mxima longitud permisible de tubera se calcula mediante:
Mxima Profundidad de Perforacin = Ldp + Ldc
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
Mxima longitud permisible de tubera
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136/143
136/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Solucin al ejemplo
Carga de diseo mxima ( Tmax)
Tmax = 0.9 x Punto de cedencia mnimo
Tmax = 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb (1) (RP7G T4)
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
Mxima longitud permisible de tubera
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
137/143
137/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
EjercicioUna sarta de perforacin costa de 600 pies de lastra barrenas de 8 x 2-13/16 y el resto es tubera de perforacin de 5, 19.5 lbm/pie,Grado X-95 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 usatubera de perforacin nueva y (b) tubera de perforacin Premium.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
Mxima longitud permisible de tubera - Tubera combinada
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138/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Paso 1
Si usamos diferentes tuberas de perforacin, la tubera ms dbil es laque va en el fondo y la tubera ms fuerte en la parte superior.
Aplique la ecuacin primero a la tubera de perforacin del fondo.
Ldp =Pt x 0.9 MOP Wdc
Wdp x BF Wdpx Ldc
Paso 2
Los lastra barrenas y la tubera de perforacin del fondo actan comoel peso que es soportado por la seccin superior efectivamente.
Aplique la ecuacin para la tubera de perforacin superior al ltimo.
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Diseo de la Sarta por Tensin
Ejercicio Mxima longitud permisible de tubera Tuberia mixta
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
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139/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Ejercicio
Agujero 15,000 pies de profundidad: Grado E-75 : Nueva, 5 OD, 19.5 lb/pie, NC 50
Grado G-105 : Nueva, 5 OD, 19.5 lb/pie, NC 50
Margen de sobre tensin de 50,000 lbs en la tubera Grado E.
Longitud total BHA = 984 pies., Peso BHA = 101,000 lb respectivamente.
MW = 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.
Factores de Diseo
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
140/143
140/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
TVD
Lbha
Ldp
MOP en un pozo desviadoSe debe considerar siempre la profundidad
vertical, TVD
Calcular la TVD para Ldp.
Calcular el peso del BHA en un pozo
inclinado, multiplicando su peso en el aire
por el coseno del ngulo:
Peso = BHA x cos O
MOP en un pozo desviado
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
141/143
141/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
TVD
Long. TP = 15,000 pies
Peso BHA aire = 80,000 lbs.
Inclinacin = 30 =>
Peso = 80,000 x cos 30 = 69,282 lbs.
TVD dp = 15,000 x cos 30 = 9,959 pies
12,000 pies
Lbha
Ldp
30
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
142/143
7. Diseo de Sartas de Perforacin7.5. Diseo Mecnico
Diseo de la tubera de perforacin Oras cargas
Colapso bajo Tensin
8/13/2019 07 Diseo de Sartas de perforacin
143/143
143/143Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin
Colapso bajo Tensin
Estallido Cargas de Impacto
Cargas de doblamiento
Cargas de Pandeo o Encombamiento
Cargas de Torsin
Torsin con Tensin Simultnea
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