14 Diseño de Sartas de Perforación y BHA.pdf

7/22/2019 14 Diseo de Sartas de Perforacin y BHA.pdf

1/162

DPT Diseo de Sarta de Perforacin y de BHA

c

um

erger

rvae

Diseo de Sartas de PerforacinY de Herramientas de Fondo

Programa de EntrenamientoAcelerado para Supervisores


2/162


c

um

erger

rvae

REFERENCIAS

API RP 7G Diseo de la Sarta de Perforacin y Lmitesde Operacin

API SPEC 7 Especificaciones para los Elementos de laPerforacin Rotaria

API SPEC 5D Especificaciones para la Tubera dePerforacin

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 Herramientade Fondo para Minimizar el Esfuerzo por Doblamiento.


3/162


c

um

erger

rvae

Objetivos:Al finalizar esta seccin USTED ser capaz de describir:

1. Las funciones de la tubera de perforacin, de los lastra barrena y de laHerramienta 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 dedoblamiento, 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


4/162


c

um

erger

rvae

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 elpozo y enfriar la barrena

Funciones de la Sarta de PerforacinFunciones de la Sarta de Perforacin

WOB

WOBDC

DP

Drillstring Design

La sarta de perforacin es el enlace mecnico que conectaa la barrena de perforacin que est en el fondo con elsistema de impulsin rotario que est en la superficie.

La sarta de perforacin sirve para las siguientes funciones:


5/162


c

um

erger

rvae

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 yenfriar la barrena

REQUIERE DE DISEO DIRECCIONAL

REQUIERE DE DISEO HIDRULICO

Diseo de la Sarta de Perforacin


6/162


c

um

erger

rvae

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


7/162


c

um

erger

rvae

Es cubierto primero

Describe la tendencia de la sarta de perforacin acausar la desviacin del hoyo hacia unapredeterminada direccin

Diseo Direccional


8/162


c

um

erger

rvae

Describe la influencia que tiene la geometrainterna y externa de la sarta sobre las prdidasfriccionales en un sistema circulante de fluidos

Se discute en la seccin sobre Mecnica deFluidos del curso

El anlisis recomienda el uso de TP de 5 o6-5/8 para pozos ultra profundos y la conexinde la TP con la espiga hacia arriba paramejorar la hidrulica en la perforacin depozos someros

Diseo Hidrulico


9/162


c

um

erger

rvae

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

FuncionesFunciones

Estudio de la Sarta de Perforacin


10/162


c

um

erger

rvae

En rigor ni la Kelly ni el Top Drive

son componentes de la Sarta dePerforacin.

Sin embargo, ellos proporcionan unode los requerimientos esencialespara la perforacin al triturar lasrocas cual es la rotacin.

La Barra de Tranmisin Rotatoria (Kelly) /Impulsador de Rotacin en el Tope de la Sarta (Top Drive)


11/162


c

um

erger

rvae

Transmite rotacin y peso sobre la barrena

Soporta el peso de la sarta de perforacin

Conecta la unin giratoria (swivel) con el tramosuperior de la sarta de perforacin

Conduce el fulido de perforacin desde la cabezagiratoria 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 seccintransversal hexagonal (la ms comn), cuadrada o triangular.

La barra de transmisin rotatoria (Kelly)


12/162


c

um

erger

rvae

Ambas vlvulas se emplean para cortar el flujo atravs 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 eltope y otra a la rosca macho en su parte inferior.


13/162


c

um

erger

rvae

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 latubera en paradas (tramos dobles o triples)

3. El sistema de kelly slo puede hacer lo anterior en tramossencillos; o sea de 30 pies

Es basicamente una combinacin de mesa rotaria y Kelly.

Est impulsado por un motor independiente y le imprime rotacina la sarta de perforacin a la cual est conectada en forma directasin necesidad de una kelly o de mesa rotaria It is powered by aseparate motor and transmits rotation to the drill string directly

without the need for a rotary table. Funciona como una Kelly conimpulso rotacional propio

El Top Drive


14/162


c

um

erger

rvae

GRADO

El grado de la tubera de perforacin describe laresistencia 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) enlugar de aumentar el peso del tubular.

Drill pipe


15/162


c

um

erger

rvae

145,000135,000S or S-135

120,000105,000G or G-105

110,00095,000X or X-95

85,00075,000E or E-7565,00055,000D or D-55

CedenciaPromedio

CedenciaMnima

Grado

Grados de la Tubera de Perforacin


16/162


c

um

erger

rvae

New: Sin desgaste. No ha sido usada antesPremium: 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 premiumClass 3: Tubera con espesor de pared de al menos 55% conel desgaste localizado sobre un lado.

Clasificacin de la Tubera de PerforacinBasada 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 perforacinnormalmente se utiliza ya usada. Por lo tanto tiene varias clases:


17/162


c

um

erger

rvae

Un tramo de DP es un ensamblaje de tres componentes:

Un cuerpo tubular de acero con extremos lisos y

Dos conexiones de acople fuerte - una en cadaextremo.

Los acoples en los extremos (Tool Joint) se unen alcuerpo del tubo de dos maneras:

Enroscados

Soldados o embonados al tubo con arcoelctrico en el horno

El 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


18/162


c

um

erger

rvae

Pesos de la Tubera de Perforacin

Al referirse a los pesos de la tubera de perforacin, hay tres queson importantes:

Peso del tubular con Extremo Planos Se refiere al peso porpie del cuerpo del tubo, sin acoples.

Peso Nominal - Se refiere a una norma obsoleta. (Peso de untubo de Rango I con conexiones) actualmente se usa parareferirse a una clase de tubo de perforacin.

Peso Aproximado El peso promedio por pie del tubo y de lasconexiones de un tubo Rango II. Este peso aproximado es elnmero que se debe usar en los clculos de la carga delgancho.


19/162


c

um

erger

rvae

El peso nominal es un nmero de referencia pero no exacto. Seemplea 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 paraumentar la rigidz.

El espesor adicional agregado en los extremos se denominaRefuerzo 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


20/162


c

um

erger

rvae

ToolJtAdj

ApproxToolJtAdjustedDP

L

WtWtftWt

lengthadjustedjotool

jotoolwtapproxDPpesoftWt

++

=

++=

4.29

4.29/

int4.29

int..4.29./

Clculo de los Pesos AjustadosClculo de los Pesos Ajustados


21/162


c

um

erger

rvae

4.29

WtupsetNom

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


22/162


c

um

erger

rvae

Calcular el peso ajustado aproximado del cuerpodel tubo con acople includo para una tubera deperforacin de 5 pulg. OD, 19.5 lbm/pie, grado E

con conexin NC50 y acople tipo IEU (con refuerzointerno y externo) y dimensiones 6.375pulg. OD x3.5 pulg. ID.

Ejemplo DP - 01


23/162


c

um

erger

rvae

Ejemplo DP - 01

4.29

WtupsetNomWtTubeWt 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

lbmftlbm

inftin

4.296.85.489

1441276.45

432

2222 +=

= + =17 93 0 293 18 22. . . /lbm ft

PASO 1: Drill Pipe adjusted weight of drillpipe

4.29_

weightupsetweightendplain +=


24/162


c

um

erger

rvae

Informacin del API RP7G


25/162


c

um

erger

rvae

Informacin del API 5D


26/162


c

um

erger

rvae

Refirindose a la tabla API RP7G , el acople NC50, 6.375 OD, 3.5 ID parauna tubera con peso nominal 19.5 lbm/ft est disponible en Grado X-95unicamente (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. . . .

lb27.120

67.779.2015.107

=+=

Ejemplo DP 01Paso 2: Peso Ajustado del Acople

( ) ( )

( )TE

TEAdjJtTool

DDd

DDdDLWt

+=2

3322

501.0

167.0222.0


27/162


c

um

erger

rvae

PASO 3: Longitud ajustada por los acoples

( )=

+ L D DTE

2 253

12

.

( )=

+ 17 2 253 6 375 512512

. . . ft651.1=

Ejemplo DP 01

De aqu que el peso ajustado del cuerpo del tubo conlos acoples ser:

= +

+18 22 29 4 120 26

1 651 29 4

. . .

. .

= 2089. /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/


28/162


c

um

erger

rvae

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 7GAPI RP 7G


29/162


c

um

erger

rvae

Todas los acoples API tienen un punto de cedencia mnimo de120,000 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 laresistencia a la torsin del tubo: Esto equivale a una razn deresistencia a la torsin de 0.8.

El torque para conectar se determina por el dimetro interno delpin y el dimetro externo de la caja. El torque de conexin es60 % de la capacidad de torsin del acople. La ecuacin paradeterminar la fuerza de conexin se puede obtener delapndice de API RPG7. ( Numeral A.8.2 ). Esta ecuacin es

bastante compleja, as que API desarroll una serie de tablaspara encontrar el torque de conexin recomendado paracualquier conexin si se tiene el dimetro externo de la caja yel dimetro interno del macho para la junta. Estas tablas sepueden encontrar en API RP 7G ( Figuras 1 a 25 )

Acoples


30/162


c

um

erger

rvae

Ejemplo DP 02

Usando las tablas 2 y 4 de API RP7G cul deber ser eltorque de conexin de tubera de perforacin Nueva yPremium de 5 19.5 ppf G105 y S135?

Cmo se comparan estos valores con los valoresreportados en la Tabla 10?


31/162


c

um

erger

rvae

Ejemplo de Grficas de Torque de Conexin


32/162


c

um

erger

rvae

Ejemplo de Tablas de Torque de Conexin


33/162


c

um

erger

rvae

Repita el Ejercicio 2 usando las Tablasy Grficas de Torque de Conexin


34/162


c

um

erger

rvae

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-040

V-050

SST (PINS)V-038R(BOXES)

V-065

H-90

WEDGETHREAD

Conexiones en la Sarta de PerforacinConexiones en la Sarta de Perforacin

Estilos y Formas de Rosca o Cuerda

Est

ilo

s

Formas


35/162


c

um

erger

rvae

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 ytruncado a los dos primeros dgitos = XY

5/8

Conexiones en la Sarta de PerforacinConexiones en la Sarta de Perforacin

El tamao de una con exin rotator ia con hom bro se refiere a su dimetro de paso en pun to d e

calibre a 5/8 de pulgada desd e el hom bro y se especif ic a NC (XY)

DIMETRO DE PASO DE PUNTO DE CALIBRE

XY


36/162


c

um

erger

rvae

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 50Por lo tanto, la conexin numerada ser: NC 50


37/162


c

um

erger

rvae

Ejemplo de Conexiones Intercambiables

Ext Flush

SLIM HOLE

DblStreamline

ExtraHole

Full Hole

Int Flush

4-1/2EF4-1/243-1/22-7/8SH

5-1/24-1/23-1/2DSL

54-1/23-1/22-7/8XH

4

FH

4-1/243-1/22-7/82-3/8IF

NC50NC46NC 40NC 38NC 31NC 26


38/162


c

um

erger

rvae

Los Collares ( Lastra barrenas) tienen las siguientes funcionesen 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 enoperaciones de terminacin del pozo.

Los Lastra Barrena, DCLos Lastra Barrena, DC


39/162


c

um

erger

rvae

DC Liso DC Espiralado

Lastra Barrena (DC)Lastra Barrena (DC)

1. Los dos tipos de lastra barrena sonampliamente utilizados.

2. En reas con posibilidad de que ocurrapega diferencial de la sarta se debenemplear (DC) y tubera de perforacinpesada (HWDP) con superficie exterior

espiralada para reducir el rea decontacto con la formacin.


40/162


c

um

erger

rvae

Tamaos API de los Lastra BarrenaTamaos API de los Lastra Barrena


41/162


c

um

erger

rvae

Tamaos API de los Lastra BarrenaTamaos API de los Lastra Barrena

OD ID Range Weight Range OD ID Range Weight Rangeppf ppf

2 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 - 107

3 1/8 1 - 1.5 20 - 22 6 3/4 1.5 - 3.5 89 - 116

3 1/4 1 - 1.5 22 - 26 7 1.5 - 4 84 - 125

3 1/2 1 - 1.5 27 - 30 7 1/4 1.5 - 4 93 - 134

3 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 - 154

4 1/8 1 - 2.25 32 - 43 8 1.5 - 4 122 - 165

4 1/4 1 - 2.25 35 - 46 8 1/4 1.5 - 4 133 - 176

4 1/2 1 - 2.25 41 - 51 8 1/2 1.5 - 4 150 - 187

4 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 - 248

5 1/2 1.5 - 2.8125 60 - 75 10 1.5 - 4 225 - 261

5 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


42/162


c

um

erger

rvae

Proveen el mximo peso con la mnima longitud (manejo) Mximo OD; Mnimo ID

Tienen resistencia a la compresinConexiones Balanceadas Estabilidad en vibracin, bamboleo y saltos

Gran masa para resistir los efectos de inercia y derueda 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 paraacomodar los pescadores internos y externos

Seleccin de los lastra barrena


43/162


c

um

erger

rvae

Tiene el mismo dimetro externo que la tuberade perforacin normal pero el dimetrointerno es mucho ms reducido

(normalmente 3) y un refuerzo en la mitaddel cuerpo del tubular del tamao de losacoples para resistir el desgaste por abrasincontra la pared del hoyo.

Se usa entre tubera de perforacin normal y los

lastra barrena para permitir que haya unatransicin suave entre los mdulos deseccin de los componentes de la sarta deperforacin.

HEAVY-WALLED DRILL PIPE (HWDP)

Tubera de Perforacin Pesada o de Pared Gruesa (HWDP)Tubera de Perforacin Pesada o de Pared Gruesa (HWDP)


44/162


c

um

erger

rvae

Opciones de SeleccinOpciones de Seleccin

a)a) Lisa

b) Espiral

Tubera de Perforacin Pesada o de Pared GruesaTubera de Perforacin Pesada o de Pared Gruesa(HWDP)(HWDP)


45/162


c

um

erger

rvae

Los pozos se mueven debido a lasfuerzas que actan sobre la barrena.

La rotacin provoca caminado oefecto de tirabuzn

El combamiento provoca fuerzaslaterales Aplica fuerzas laterales sobre

la barrena o la desgasta conafilado en la punta

La gravedad siempre ejerce una

fuerza que jala hacia abajo Los pozos desviados tiendena reducir el ngulo construdo

Control Direccional de la TrayectoriaControl Direccional de la Trayectoria


46/162


c

um

erger

rvae

Todos los pozos ya sean verticales o desviadosrequieren un diseo cuidadoso de la herramienta defondo para controlar la direccin del pozo con elpropsito de lograr los objetivos del blanco.

El principal medio para mantener el control de la

direccin en un pozo es por medio del posicionamientoefectivo de estabilizadores dentro de la herramienta defondo, BHA.

CONFIGURACIONES ESTNDAR DE HERRAMIENTA DE FONDO

Control DireccionalControl Direccional


47/162


c

um

erger

rvae

EstabilizadoresEstabilizadoresRazones para usar estabilizadores:

1. Se usan como el mtodo fundamental para controlar elcomportamiento direccional de la mayora de lasherramientas 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 componentesde la herramienta de fondo tales como los MWDs.

4. Reducen el torque de perforacin al evitar que haya contactodel collar con las paredes del pozo y los mantieneconcntricos dentro del hoyo.

5. Ayudan a evitar el que la tubera se pegue por presindiferencial y tambin la formacin de asientos de llave.


48/162


c

um

erger

rvae

EstabilizadoresEstabilizadoresTipos de Estabilizadores y Aplicaciones :

1. Camisa Reemplazable Valioso en donde la logstica es unproblema

2. Cuchilla Soldada Para Pozos dimetro grande y en

formaciones blandas

3. Cuchilla Integral Durabilidad mxima para aplicacionesrudas. Los de mayor uso en la actualidad

4. Camisa no rotaria Para formaciones muy duras o abrasivas

5. Escariador de rodillos Para formaciones duras


49/162


c

um

erger

rvae

Tipos de Estabilizadores

EstabilizadoresEstabilizadores


50/162


c

um

erger

rvae

Escariadores de RodillosEscariadores de Rodillos


51/162


c

um

erger

rvae


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 elngulo y la direccin

3. El Principio del Pndulo Se usa para hacer caer (reducir)el ngulo.


52/162


c

um

erger

rvae

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 deSarta, o an sin estabilizador de sarta, va a desarrollar un ngulo cuando seaplica 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 ensamblepuede desarrollar de 2.0 a 3.5 grados por 100 pies. Al reducir la distancia sedisminuir la tasa de construccin angular as:

Distancia NBS Estabilizador de Sarta Desviacin en grados esperada(grados / 100 pies )

60 pies 1.5 2.545 pies 0.5 1.530 pies 0.5 1.0

Nota: En pozos de dimetros ms pequeos utilizando lastra barrena mspequeos la tasa de incremento angular ser mayor.



53/162


c

um

erger

rvae

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 deaumento del nguloUn aumento en el caudal en la bomba (gasto) en formacionesblandas 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.



54/162


c

um

erger

rvae

El Principio de Estabilizacin

Si hay tres estabilizadores colocados en la sarta de tal forma que el espaciamiento entreellos sea corto, la herramienta de fondo va a resistirse a seguir una curva y forzar labarrena a perforar en una trayectoria relativamente recta. Las Herramientas de Fondocon 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 lastrabarrena FG stab.

Barrena FG NBS FG Estabilizador de Sarta - lastra barrena FG Stab. FG Stab. -lastra barrena . .



55/162


c

um

erger

rvae

El Principio de Pndulo:

Como su nombre lo indica en un ensamble de pndulo la barrenava a tratar de llegar a la vertical debido al efecto de pndulo. Esteensamble se disea colocando un Estabilizador de Sarta entre 15

y 60 pies distante de la barrena y no colocando un NBS ni depleno calibre ni de calibre reducido.

Si los lastra barrena entre el estabilizador y la barrena hacencontacto con la pared del pozo la longitud del pndulo se va a

reducir y si se coloca demasiado peso sobre la barrena elensamble de pndulo de hecho podra empezar a construirngulo; por lo tanto, se requiere de una seleccin cuidadosa deparmetros.



56/162


c

um

erger

rvae

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



57/162


c

um

erger

rvae

1.

SLICK

2.

PENDULUM

3.

BUILD

4.

PACKED II

5.

PACKED III

6.

PACKED IV

7.

PACKED V

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILL

COLLAR

DRILL

COLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR DRILL

COLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

DRILLCOLLAR

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

DRILLCOLLAR

Herramientas de Fondo TpicasHerramientas de Fondo TpicasPara Control DireccionalPara Control Direccional


58/162


c

um

erger

rvae

Diseo Mecnico

De la Sarta de Perforacin


59/162


c

um

erger

rvae

Diseo de La Sarta de Perforacin

La 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 paracumplir los objetivos de la perforacin de

POZOS VERTICALES Y DE NGULO MODERADO


60/162


c

um

erger

rvae

Factores de Diseo para la Sarta de Perforacin

Factor de Diseo por Tensin, rige que la tensin mximapermisible en el sistema En SLB el DFt = 1.1

Margen de sobre tensin MOP, Capacidad de tensin enexceso deseada por encima del peso colgante de la sarta enla 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 pesoen exceso del peso usado para perforar para asegurarse de

que todas las cargas de compresin y de torsin semantengan en los lastra barrena. En SLB el Dfbha = 1.15


61/162


c

um

erger

rvae

Factor de diseo por Torsin, No se requiere un factor dediseo. Los acoples se ajustan hasta un 60% de sucapacidad torsional y estn diseados para resistir hastaun 80 % de la capacidad de torsin del tubo. De esta formasi el diseo limita el apretado del acople, hay un factor dediseo 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 lareduccin en el esfuerzo a la tensin biaxial y en SLB seusa un factor de diseo al colapso, DFc entre 1.1 y 1.15



62/162


c

um

erger

rvae

Factor de Diseo para el Estallido Se consideran estallidossimples sin tolerancia para efectos axiales. En SLB el factorde diseo al estallido, DFB = 1.0

Factor de Diseo Para Pandeamiento, DFb

En pozos muydesviados es posible operar la tubera de perforacin encompresin, siempre y cuando no est pandeada. El factorde diseo al pandeamiento es anlogo al factor para excesode peso del BHA ya discutido, DFbha para pozos rectos oligeramente desviados en el cual este factor tiene el efecto

de alargar el el BHA, el DFb reducir el peso permitido paraperforar pozos altamente desviados



63/162


c

um

erger

rvae

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 paraproveere el peso sobre la barrena WOB y mantener la

tubera en tensin WOB Estabilizacin


64/162


c

um

erger

rvae

Proceso de Diseo de la Sarta de Perforacin

Fuerzas de aplastamiento de las cuas sobre latubera de perforacin

Diseo de la Sobre Tensin aplicable en superficie Longitudes de las secciones de tubera deperforacin

Revisin de Diseo para estallido

Revisin de diseo contra el colapso por esfuerzos


65/162


c

um

erger

rvae

Diseo Mecnico

De la Sarta de Perforacin

Lastra barrena


66/162


c

um

erger

rvae

Conexiones de los Lastra BarrenaConexiones 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 flexiblese dobla fcilmente y absorbe la mayor parte del esfuerzo dedoblamiento que se aplica.

Por lo tanto las conexiones de la tubera de perforacin estn sujetasa 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 lasconexiones.


67/162


c

um

erger

rvae

Fotografa de una Funcin del Perno de Liberacin de Esfuerzos


68/162


c

um

erger

rvae

Qu son las caractersticas de liberacin de esfuerzo y cundo se usan?

Pin (rosca macho) con ranura para alivio y conexin de cajaensanchada son diseos especiales para aliviar o liberar esfuerzos en laconexin.

Las caractersticas de liberacin de esfuerzos se deben especificar en

todas las conexiones de las herramienta de fondo tamao NC-38 omayores.

Estas caractersticas son benficas tambin para la tubera pesadaHWDP.

Las ranuras de liberacin de esfuerzos en el pin no se recomiendan enconexiones ms pequeas que NC-38 porque pueden debilitar laresistencia a la tensin y la resistencia de torsin de la conexin.

Las conexiones de caja ensanchada se podran usar en las conexionesms pequeas.

Conexiones de los lastra barrenaConexiones de los lastra barrena


69/162


c

um

erger

rvae

Los efectos de los esfuerzos dedoblamiento sobre las conexiones sepueden reducir al agregar

RANURA PARA ALIVIO DE

ESFUERZOS en el PIN y/ENSANCHADO EN EL DIMETROSUPERIOR DE LA CAJA.

Conexiones de los Lastra BarrenaConexiones de los Lastra Barrena


70/162


c

um

erger

rvae

Seleccin de los lastra barrena DC

Normalmente el DC con el dimetro externo ms grande que sepuede correr con seguridad es la mejor opcin.

La rigidez mayor para resistir pandeamiento y tendencias dedireccin lisas.

El movimiento cclico est restringido debido a espacios msreducidos. 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 paredpara reducir la exposicin a que se pegue la tubera porpresin diferencial.


71/162


c

um

erger

rvae

Diseo del Ensamblaje de Fondo, BHADiseo del Ensamblaje de Fondo, BHA

Los DC proporcionan Peso a sobre la BarrenaLos DC proporcionan Peso a sobre la Barrena

1. Los collares de perforacin permiten colocar peso al apoyarla sarta sobre la barrena porque pueden rotar en compresinsin sufrir daos en las conexiones. Al mismo tiempomantienen a la tubera de perforacin en tensin.

2. Los DC tienen una rigidez significativamente mayor cuandose 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 semantiene en condiciones de tensin constante.


72/162


c

um

erger

rvae

Remember about Fishing


73/162


c

um

erger

rvae

El mdulo de la Seccin es un trmino refinado para referirse

al rea y al grado de alejamiento de una forma de materialdividido por la distancia desde el extremo de la forma hasta elpunto donde los esfuerzos son cero

Mdulo de la Seccin para las Conexiones


74/162


c

um

erger

rvae

Razn o Relacin de Resistencia a la Flexin La razn de Resistencia a la Flexin es

la rigidez relativa de la caja conrespecto al perno de una conexindada.

Describe el balance entre dosmiembros de una conexin y cmo esprobable que se comporten en unambiente cclico de rotacin.

R

dRD

bD

Z

ZBSR

R

dR

D

bD

Z

ZBSR

pin

box

pin

box

)(

)(

)(

32

)(

32

44

44

44

44

==

==

Donde:Zbox = mdulo de la seccin de la caja

Zpin = mdulo de la seccin del perno

D = Dimetro exterior del perno y la caja

b = Dimetro de la raz de la rosca de la caja al

final del perno

R = 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


75/162


c

um

erger

rvae

Mdulo de Seccin para Conexiones

Para la caja, el dimetro interno es medido en la base de larosca, frente al extremo del pin, b

Para el pin, el dimetro Externo es medido en la raz de larosca a una distancia de desde la cara o sello de espejodel acople, RLas dimensions son del API o de las especificacines delfabricante de la conexin

R R l i d i i l Fl i


76/162


c

um

erger

rvae

Razn o Relacin de resistencia a la Flexinpara las Conexiones

Se dice que una conexin est balanceadasi la razn de resistencia a la flexin es 2.5

Cuando la razn de resistencia a laflexin es superior se tienden a verfallas de pernos o pines.

Cuando la razn de resistencia a laflexin es inferior se tienden a ver msfallas en las cajas.

Sin embargo, la experiencia en campo hamostrado que:

Un collar de perforacin de 8 que tieneuna razn de resistencia a la flexin de2.5 normalmente falla en la caja.

Un collar de perforacin de 4-3/4 quetiene una razn de resistencia a laflexin tan baja como 1.8 muy rara vezfalla en la caja.


77/162


c

um

erger

rvae

Esta tabla est extrada de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1.

Razn o Relacin de resistencia a la Flexinpara las Conexiones

i i di i l l


78/162


c

um

erger

rvae

Directrices Adicionales para la Raznde 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 perforacingrande (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


79/162


c

um

erger

rvae

Funcin Lo-Torq

La funcin low torqueconsiste en quitar parte delrea del hombro del perno y dela caja.

Esto permite tener un torquepara conexin menor ymantener una carga de hombroadecuada.

Es una caracterstica comnen conexiones con dimetroexterno grande.


80/162


c

um

e

rger

rvae

Afortunadamente parausted API ya ha resuelto elproblema.

Las pginas 39-44 del APIRP7G dan una lista de lasrazones de resistencia a laflexin para conexiones deacuerdo con el dimetroexterno e interno del DC.

Razones BSR paraConexiones


81/162


c

um

e

rger

rvae

Ejemplo de Tablas de Razn de Resistencia a la Flexin (Manual DS1 - T.H. Hill )

R l i d Ri id T i i


82/162


c

um

e

rger

rvae

Relacin de Rigidez para Transiciones

Basados en experiencia decampo, en una transicin de untamao de DC o tubera a otro, larazn de rigidez (SR) no deberexceder 5.5 para perforacin de rutina

3.5 para perforacin en condicionesseveras o difciles

( )

( )44

44

upruprlwr

lwrlwrupr

upr

lwr

IDODOD

IDODOD

Z

Z

SR

==Nota: Las razones de rigidez se calculan utilizando los dimetros externos y los dimetros internos de los tubos, no las conexiones.


83/162


c

um

e

rger

rvae

Ejemplo DP-03 Razn de Resistencia a la Flexin

Dado que vamos a perforar un pozo de 15pulgadas, en un ambiente relativamente duro, deperforacin difcil, qu collar API ustedrecomendara? Cul sera su recomendacinpara la razn de resistencia a la flexin para laconexin seleccionada y cules seran sus lmitesen los dimetros interno y externo permisiblespara 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?


84/162


c

um

e

rger

rvae

1. Factor de Diseo para exceso de herramienta de fondo =1.15

2. El Punto Neutral (NP) a la tensin debe estar dentro de loscollares de perforacin

Peso Mnimo de DC para colocar sobre la barrena ymantener el Punto Neutral dentro del BHA

Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de Fondo

15.1=WtWorkingMax

WtAvailableMax


85/162


c

um

e

rger

rvae

Compresin

Tensin

Puntoneutral

WOB deDiseo

WOBWOB


Peso de los lastra barrena y Punto Neutral


86/162


c

um

e

rger

rvae

Procedimiento para seleccin de los lastra barrena:

1. Determine el factor de flotacin para el peso del lodo que se est enel 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

Diseo de la herramienta de FondoDiseo de la herramienta de Fondo

BF = 1- (MW/65.5)

Di d l H i t d F dDi d l H i t d F d


87/162


c

um

e

rger

rvae

2. Calcular la longitud de DC requerida para lograr el peso deseadoen 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 neutropermanezca 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:


88/162


c

um

e

rger

rvae

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 sebasa totalmente en la prevencin del pandeo.


Procedimiento para seleccin de los lastra barrena:


89/162


c

um

e

rger

rvae

Determine el tamao y la cantidad de collares de perforacinde 9 pulgadas de dimetro externo por 3 pulgadas dedimetro interno que se requieren para obtener un pesosobre 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


90/162


c

um

e

rger

rvae

Solucin

Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotacin

BF = 1- (12/65.5) = 0.817Peso en el aire de los lastra barrena = 55,000/0.817

= 67,319 lbfPor 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



91/162


c

um

e

rger

rvae

Suponga que los tamaos de lastra barrena disponiblesson DE x DI, 9x 3. De los clculos, el peso por pie paraeste 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



92/162


c

um

e

rger

rvae

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 elpozo para evitar sobre apretar las conexiones lo cualpuede 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


93/162


c

um

e

rger

rvae

TORQUE DE CONEXIN COMOPORCENTAJE DEL TORQUE TOTAL

El torque de ajusterecomendado por el APIpara las conexiones es unporcentaje de la cedenciatotal a la torsin de laconexin

62.5%56.8%API NC56.2%51.1%H-90

N/a79.5%PAC

DC>7 inDC< 7 in

Lmites de torsin para los lastra barrena


94/162


c

um

e

rger

rvae

Tablas de Torque de Ajuste para Conexin los DC


95/162


c

um

e

rger

rvae

Normativa del API

El torque de ajustedel acople deber ser

el 60% de laresistencia del acoplea la cedencia que asu vez es el 80% dela cedencia torsional

en el cuerpo del tubo

Lmites de torsin para los lastra barrena


96/162


c

um

e

rger

rvae

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 lbpor pulgada de dimetro para el peso de la barrena. El pozo se va aperforar 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

Ej l DP 05 ti i


97/162


c

um

e

rger

rvae

Ejemplo DP-05 continuacin

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 resistenciatorsional?

Ejemplo DP 05 Solucin


98/162


c

um

e

rger

rvae

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


99/162


c

um

erger

rvae


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 lbs6 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.


100/162


c

um

erger

rvae

Seleccin de Conexiones9 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 = 2.38SR de 6 X 2.5 a 5 X 3 = 2.77

SR de 5 X 3 a 5 X 4.276 = 1.87


j l 0 S l i


101/162


c

um

erger

rvae

Limitaciones de Torque5 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



102/162


c

um

erger

rvae

Diseo de Sarta de Perforacin

Diseo de Tubera de Perforacin


103/162


c

um

erger

rvae

Parmetros de Diseo segn el APIParmetros 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

Diseo de la Sarta por Tensin


104/162


c

um

erger

rvae

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 sepueda

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 latubera

d i P t d Di


105/162


c

um

erger

rvae

La mayor tensin (carga de trabajo Pw)

sobre la sarta de perforacin se presentaen el tramo superior cuando se llega a lamxima profundidad perforada.

Working Strength

Collares de

perforacin

Tubera deperforacin Ldp

Ldc

P

Parmetros de DiseoParmetros de Diseo

Diseo para la Tensin



106/162


c

um

erger

rvae

Diseo para la TensinPeso Total, Tsurf, soportado por la junta superior de la tubera

de perforacin cuando la barrena est justo arriba del fondo;

BFWLWLTdcdcdpdpsurf

+=

BFm

s

= 1

Ldp = longitud de la tubera de perforacin

Wdp = peso de la tubera de perforacin por unidad de longitudLdc = 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

P t d Di P t d Di


107/162


c

um

erger

rvae

La sarta de perforacin no est diseada de acuerdo con laresistencia de cedencia mnima.

Si al tensionar la la tubera de perforacin se alcanza su punto decedencia:

1. Tendr una deformacin total que es la suma de lasdeformaciones elstica y plstica (permanente).

2. El estiramiento permanente se quedar en la tubera deperforacin (no desaparecer al quitar la tensin aplicada)

3. Ser difcil conservar la tubera recta.


Diseo para la Tensin

Carga de Diseo Mxima Permisible


108/162


c

um

erger

rvae

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 decedencia

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 estose logra lo mismo.

NO HAGA DOBLE BUZAMIENTO

Margen de sobre tensin


109/162


c

um

erger

rvae

El margen de sobre tensin es nominalmente de 50-100 k, o en el lmite de la diferencia entre la cargamxima permisible menos la carga real.

Opciones del Margen de Sobre Tensin que se debenconsiderar

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


P di i t d Di P di i t d Di


110/162


c

um

erger

rvae

1. Determine la carga mxima de diseo (Tmax) :

(mxima carga para la que se debe disear lasarta de perforacin)

Tmax = 0.9 x Punto de Cedencia mnimo lb

Se debe considerar la clase de tubera

Procedimiento de DiseoProcedimiento de Diseo


P di i t d Di P di i t d Di


111/162


c

um

er

ger

rvae

surf- TTMOP

max=

3. Margen de Sobre Tensin: Fuerza de tensinmnima por encima de la carga de trabajo esperadapara tomar en cuenta cualquier arrastre o que se

atore la tubera.

2. Calcule la carga total en superficie usando

BFWLWLT dcdcdpdpsurf +=


.(3)

.(1)

P di i t d Di Procedimiento de Diseo


112/162


c

um

er

ger

rvae

dc

dp

dc

dp

yield

dp L

W

W

BFW

MOPTL

=

9.0

4. La longitud mxima de la tubera de perforacin quese puede usar se obtiene al combinar las ecuaciones1 y 3 y despejando la longitud de la tubera de

perforacin.

.(4)


Ejemplo DP-06 Tubera de Perforacin deunsolo Grado


113/162


c

um

er

ger

rvae

Ejemplo DP 06 Tubera de Perforacin de un solo Grado

Longitud de los collares de perforacin: 600 y peso enel 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 puedeperforarSuponga que BF= 0.85

Realice los clculos sin Margen de Sobre Tensin ycon un Margen de Sobre Tensin de 100,000 lb

Utilice las tablas API - RP7G para los valores delPeso Aproximado (Wdp) y para el Punto de CedenciaMnimo.



114/162


c

um

er

ger

rvae

Carga real soportada ( Pf)P = 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] (2) (RP7G T9)

ft962,16600*

92.21

150

85.092.21

0535,392Ldp =

=

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




115/162


c

um

er

ger

rvae

Repita el ejemplo anterior con Margen de sobre tensinutilizando la frmula;

dc

dp

dc

dp

yield

dp LW

W

BFW

MOPT

L

=

9.0

Mxima Profundidad de Perforacin = Ldp + Ldc


Ejemplo DP-06 Tubera de Perforacin de un solo Grado


116/162


c

um

er

ger

rvae

Carga real soportada ( P)

Tsurf= 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] (2) (RP7G T9)

ftx 595,11600*92.21

150

85.092.21

000,100535,392

Ldp =

=

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

j p

Fuerza de Aplastamiento por Las Cuas


117/162


c

um

er

ger

rvae

p p

Las cuas debido a la forma cnica tratan deaplastar a la tubera de perforacin. Esteesfuerzo en anillo es resistido por el tubo y a lavez incrementa el esfuerzo global en el acero.

( )

( )dopeforFrictioncoeffArcTanz

TaperSlipyzyK

inlengthSlipLinODPipeD

L

DK

L

DK

S

S

StressTensile

StressHoop

s

sst

h

08.0;)(

)45279(;)tan(/1

;)(

221

'''

2

===+=

==

++=

Fuerza de Aplastamiento por las Cuas


118/162


c

um

er

ger

rvae

p p

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 1.32

4 1/2 1.52 1.375 1.59 1.425 1/2 1.66 1.476 5/8 1.82 1.59

SLIP LENGTH

Horz to Tang Stress Ratio

LoadAxialEquivalentStressTensile

StressHooploadWorking =*

Axial

t

hLoad P

S

SP =

Como un Parmetro de Diseo


119/162


c

um

er

ger

rvae

nicamente puede perforar hasta donde puedaponer la tubera en las cuas. Diferente a la Sobre Tensin, este se basa en las

cargas de trabajo.

dc

dp

dc

dp

T

h

yield

dp L

W

W

BFW

SS

T

L

=

9.0

Ejemplo DP-07


120/162


c

um

er

ger

rvae

Una sarta de perforacin consiste de 600 pies de collares de 8 x 2-13/16 y el restoes 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 elpozo es 10 ppg, calcule:

1) La profundidad mxima que se puede perforar cuando (a) se usa tubera deperforacin nueva y (b) tubera de perforacin Premium. (nicamente Margen desobre tensin)

2) Cul es la profundidad mxima a la que se puede perforar tomando enconsideracin 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?

dc

dp

dc

dp

yield

dp LW

W

BFW

MOPTL

=9.0

Diseo por Tensin con Margen de Sobre Tensin

y Fuerza de Aplastamiento con las Cuas

j p

Ejemplo DP-07


121/162


c

um

erger

rvae

Solucin(a) El peso del collar de perforacin por pie es:

donde, s = densidad del acero = 489.5 lbm/ftA = rea de la seccin transversal (pulg).

(Nota: De las tablas API, peso del collar de perforacin = 161 lbm/ft).

( ) ( )

( )A ft

s

= 14

825 28125 1 48951

144

2 2

. . .

ftlbm /5.160=

Ejemplo DP-07

Ejemplo DP 07


122/162


c

um

erger

rvae

LP MOP

W BF

W

WLdp

t

dp

dc

dp

dc

0 9.

( )P lb for Grade X new pipet = 501 090 95,

BF ms

= = 1 110

6544

.

Margen de Sobre Tensin, MOP = 100,000 lb

j p

Ejemplo DP-07


123/162


c

um

erger

rvae

( )

45.21

6005.160

847.045.21

000,1009.0090,501

=dpL

La profundidad mxima del pozo que se puede perforar con unatubera de perforacin nueva de Grado X95 bajo las condiciones decarga dadas es de

.428,15600828,14 ft=+

= 14,828 ft

Profundidad de perforacin mxima = Ldp + Ldc

Ejemplo DP 07

Ejemplo DP-07 considerando la Fuerza de


124/162


c

um

erger

rvae

j pAplastamiento por las Cuas

dc

dp

dc

dp

T

h

yield

dp LW

W

BFW

Drag

SS

T

L

=

9.0

ftL

L

dp

dp

991,12

60045.21

5.160

847.045.21

42.19.0090,501

=

=

Profundidad mxima a perforar = Ldp + Ldc= 12,991+600=13,591 ft

Ejemplo DP-07considerandoTubera Nueva


125/162


c

um

erger

rvae

Ejemplo DP 07 considerandoTubera Nueva

En el caso de Tubera Nueva, las fuerzas deaplastamiento por las cuas determinan la mximaprofundidad a la que se puede perforar de 13,591 yno de 15,428 pies.

La carga de gancho mxima indicada que se puedefijar con seguridad en las cuas es de 317,590 lb El margen de sobre tensin en este caso es de

133,400 lbs

Ejemplo DP-07 considerandoTubera Premium


126/162


c

um

erger

rvaeftL

L

pd

pd

553,945.21

600*5.160

847.0*45.21

000,1009.0*600,394

=

=

Mxima Profundidad de Pozo

ft153,10600553,9 =+=Prof. de Perforacin Maxima = Ldp + Ldc

je po 0 co s de a do ube a e u

P lbt = 394 600, :Ahora,

Ejemplo DP 07 Aplastamiento por las Cuas


127/162


c

um

erger

rvae

Ejemplo DP-07 Aplastamiento por las Cuas

ftL

L

dp

dp

276,9

600

45.21

5.160

847.045.21

42.1

9.0600,394

=

=

Profundidad de Perforacin Mxima = Ldp + Ldc= 9,276+600=9,876 pies

Ejemplo DP-07 Considerando Tubera Usada


128/162


c

um

erger

rvae

Ejemplo DP 07 Considerando Tubera Usada

En el caso de Tubera Usada (Premium), las fuerzasde aplastamiento por las cuas determinan lamxima profundidad a la que se puede perforar quees de 9,876, no 10,153.

La carga de gancho mxima indicada que se puedeasentar en forma segura sobre las cuas es de250,098 lb

En este caso el margen de sobre tensin es de105,000 lbs

Ejemplo DP 08


129/162


c

um

erger

rvae

La longitud de la Herramienta de Fondo es 600 y el peso enel 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 pozoes MW = 13.0 ppg.

Cul es la profundidad mxima a la que se puede perforar coneste ensamble?

dc

dp

dc

dp

yield

dp LW

W

BFW

MOPTL

=9.0

Ejercicio

Ejemplo DP 08

Diseo de Sarta Mixta


130/162


c

um

erger

rvae

Paso 2 Los collares de perforacin y la tubera de perforacin del fondo

actan como el peso que es soportado por la seccin superiorefectivamente 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 esla 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.

dc

dp

dc

dp

tdp LW

W

BFW

MOPPL

=

9.0

Ejemplo DP-08 Tubera de Perforacin Mixta


131/162


c

um

erger

rvae

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 GradoE. La longitud total y el peso total de los collares de perforacin ms latubera de perforacin con pared gruesa son de 984 pies y 101,000 lbrespectivamente. 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.



132/162


c

um

erger

rvae

El grado ms ligero (Grado E) se debe usar para la parte delfondo del pozo, mientras que la tubera de grado ms elevado

se debe usar en la seccin superior. De esta manera, elGrado E va a soportar el peso de los lastra barrena y de latubera de perforacin de pared gruesa. El trmino debeincluir el peso combinado de estos artculos.

dc

dp

dc

dp

yield

dp LWW

BFWMOPTL

= 9.0

7954.05.65

4.131 ==BF

E Ldp1

G

1

0

5

Ldp2

LBHA

j p

Solucin:

(a)

y,



133/162


c

um

erg

er

rvae

HWDPofweightDCsofweightLW dcdc +=lb000,101=

ftL

L

dp

dp

595,13

85.20

000,101

796.085.20

000,509.0600,395

=

=

j p

Ejemplo DP 08. Aplastamiento por las


134/162


c

um

erg

er

rvae

ftL

L

dp

dp

263,10

85.20

000,101

796.085.20

42.1

9.0600,395

=

=

Ejemplo DP 08. Aplastamiento por lasCuas en el tope de la tubera Grado E

DP 08. Margen de Sobre Tensin en la


135/162


c

um

erg

er

rvae

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 LbsPeso 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 laJ unta Superior de la Tubera Grado E

Ejemplo DP-08 Procedimiento para el Diseo


136/162


c

um

erg

er

rvae

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 piesLa 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

Ejemplo DP 08. Longitud de tubera grado Gd i l l t i t


137/162


c

um

erg

er

rvae

984,314

000,10185.20263,10""

=+=GBelowWt

Por lo tanto, bajo las condiciones de carga existentes, sepodran utilizar 5,745 pies de tubera grado G en laseccin superior de la sarta. En el ejemplo que seanaliza, slo se requieren 3,752 pies.

ELdp1

G

1

0

5

Ldp2

LBHA

para producirse el aplastamiento

ftL

L

dp

dp

745,5

93.21

984,314

796.093.21

42.1

9.0830,553

=

=

P l j t i d l t b d G (P dEjemplo DP 08. Margen de Sobre-Tensin. G


138/162


c

um

erg

er

rvae

Peso en la junta superior de la tubera grado G (Peso detoda 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

449,177

998,3209.0830,553

9.0*@

==

=

MOP

PPMOP WorkingYp La sobre tensinest limitada por latubera Grado E

( )

449,177

090,35142.1/9.0830,553

42.19.0*

5

@

===

=

MOP

lb

PLoadSlipMaxDPinFor

Yp

Ejemplo DP 08. Resultados del Diseo


139/162


c

um

erg

er

rvae

j p

Herramienta de Fondo de 984 pies de longitud que pesa101,000 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

Ejemplo DP-09 Diseo con DP combinada


140/162


c

um

erg

er

rvae

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, ClasePremium, Grado G-105 , conexin NC50 y (b) 5OD, 19.5lb/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

Factores de DiseoFactores de Diseo


141/162


c

um

erg

er

rvae

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 pozoinclinado, multiplicando su peso en el

aire por el coseno del nulo:

Peso = BHA x cos

Ldp

LBHA



142/162


c

um

erg

er

rvae

MOP en un pozo desviado

30

TVD

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 =



143/162


c

um

erg

er

rvae

Ejercicio:

Con los datos del grfico, calcular el MOP para una sartade DP combinada si el pozo tiene 40 de inclinacin.

40

TVD

10,000

17200

18000

S135

G105

BHA weight = 80,000 lb

Factores de DiseoFactores de Diseo


144/162


c

um

erg

er

rvae

1. Un factor de diseo de 1.6 se deber aplicar para lascargas de tensin debido a la naturaleza tpica detubera usada as como para considerar las posiblescargas de impacto que se produzcan cuando la

tubera se asienta sobre las cuas.

2. Si las cargas de impacto se cuantifican y se incluyenen los clculos, se puede utilizar un factor deseguridad de 1.3

Diseo de Sartas de PerforacinDiseo de Sartas de Perforacin


145/162


c

um

erg

er

rvae

En un pozo desviado se pueden identificar las siguientessecciones:

1.Seccin de Trayectoria Vertical2.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

para pozos Desviadospara pozos Desviados

Diseo de Sartas de PerforacinDiseo de Sartas de Perforacin


146/162


c

um

erg

er

rvae

KOP

T BHA

para pozos Desviadospara pozos Desviados

Seccin Vertical

Seccin de Construccin

Seccin Tangente

Diseo de Sartas de PerforacinDiseo de Sartas de Perforacinpara pozos Desviadospara pozos Desviados


147/162


c

um

erg

er

rvae

2. Seccin de levantamiento de nguloBFWlengthWeight dp =

( )=

Sin BUW BFT dp

5729 6.

Donde: Wdp = peso de la tubera de perf. en lbs/pie

BU = Tasa de construccin de ngulo

Documents

14 Diseño de Sartas de Perforación y BHA.pdf