DISEÑO DE SONDEO

INTEGRANTES FRANZ PEÑALOZA ROBLEDO HERNAN GUERRERO AGÜERO BRYAN SALARZAR GUERRERO ARMANDO LOPEZ APAZA ALEJANDRO AGUIRRE CRUZ VALERIA TORREZ LOPEZ EDWIN ALTAMIRANO JOSE ANGEL GARCIA HINOJOSA

DISEÑO DE SONDEO

El objetivo del diseño de sartas es dar a conocer los diferentes tipos de sartas de perforación programa dos durante las etapas de perforación y terminación de un pozo.

FUNCIONES DE LA SARTE DE PERFORACION

La sarta de perforación sirve para las siguientes funciones:

Transmitir rotación a la barrena Transmitir y soportar cargas axiales Transmitir y soportar cargas de torsión. Colocar el peso sobre la barrena para perforar

DISEÑO MECANICO

Se cubre al final, Describe las limitaciones de la tubería de perforación y de los collares a los esfuerzos de:

Tensión Sobre-Tensión Permisible Estallido Colapso Torsión Pandeo

DISEÑO DIRECCIONAL la tendencia de la sarta de perforación a causar la

desviación del hoyo hacia una predeterminada dirección.

DISEÑO HIDRAULICO

Describe la influencia que tiene la geometría interna Y externa de la sarta sobre las pérdidas friccionales en un sistema circulante de fluidos·

Recomendaciones previas al diseño de la sarta de perforación.

Se debe recabar información previa Profundidad.(Metros). Densidad (gr/cc). Profundidad y diámetro de la ultima TR.( pg) Diámetro de barrena. Seleccionar la HW por utilizar y calcular su peso

flotado. Seleccionar el margen para jalar MOP en ( Tons). Calcular la longitud de la herramienta y su peso

flotado. Anotar la resistencia a la tensión y su peso

ajustado de la tubería a utilizar.

DRILL PIPE Estos son tubos de acero ó aluminio con

caracterís ticas especiales usados para transmitir rotación y fluido a la barrena en las operaciones de perforación, ter minación y reparación de pozos

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 cada extremo.

CLASIFICACION DE LAS TUBERIAS SEGÚN SU DESGASTE

New: Sin desgaste. No ha sido usada antes Premium: Desgaste uniforme y el espesor

de pared remanente es por lo menos un 80% del tubular nuevo.

Class 2: Tubería con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el área seccional es todavía premium

Class 3: Tubería con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado.

LASTRABARRENAS (COLLARES)

Son tubos de espesor de pared gruesa que se utili zan para proporcionar peso a la barrena y rigidez a la sarta de perforación.

Protegen la Sarta de perforación de Doblamiento y la Torsión

Controlan la dirección y la inclinación 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 desempeño de la barrena.

SELECCIÓN DE LOS LASTRA BARRENA

• Tienen resistencia a la compresión• Estabilidad en vibración, bamboleo y saltos• La sarta no estará demasiado pandeada o

recostada• Espacio suficiente en los diámetros OD/ID

para acomodar los pescadores internos y externos.

• Proveen el máximo peso con la mínima longitud (manejo) Máximo OD; Mínimo ID

TUBERÍA PESADA ( H.W.)

Esta tubería se fabrica con un mayor espesor de pa red y uniones especiales extra largas con relación a la tubería de perforación normal. Su función princi pal es la de hacer la transición de esfuerzos entre la tubería de perforación y lastrabarrenas.

FUNCIONES:

Esto previene el pandeo de la TP.

Puede trabajarse en compresión sin sufrir daño en los acoples.

Empleada extensamente en Perforación Direccional.

En ocasiones se utiliza en reemplazo de los DC.

Mantiene la Tubería de Perforación rotando en tensión.

No se debe usar para proporcionar peso sobre la barrena en condiciones normales.

Los tipos de tuberías pesadas son:• Lisa• Espiral

ESTABILIZADORES

Su función principal es la de mantener la dirección programada del pozo y estabilización del mismo evitando el pandeo de la sarta de perforación, ya sea si se va a perforar un pozo vertical o direccional.

Razones para usar estabilizadores:• Se usan como el método

fundamental para controlar el comportamiento direccional de la mayoría de las herramientas de fondo.

• Ayudan a concentrar el peso de la herramienta de fondo sobre la barrena.

• Reducen al mínimo el doblamiento y las vibraciones que causan el desgaste de los acoples y dañan los componentes de la herramienta de fondo

TIPOS DE ESTABILIZADORES Y APLICACIONES

De aletas largas recomendadas para formaciones blandas, con revestimiento de carburo de tugsteno e insertos de carburo de tugsteno.

De aletas cortas recomendadas para formaciones duras, con revestimiento de carburo de tugsteno e insertos de carburo de tugsteno.

BARRENAS Uno de los objetivos

en la selección de barrenas es la de reducir los costos de perforación.

Factores para la selección de barrenas:• Dureza y abrasividad

de la formación• Geometría del pozo.• Control direccional.• Sistema de rotación.• Tipo de fluido de

perforación

TIPOS DE BARRENAS

CORTADORES FIJOS PDC

Estas brocas tienen una larga vida pues sus cortadores son muy duros y no tiene rodamientos ni partes móviles.

En las brocas PDC, los diamantes policristalinos son montados en una matriz de carburo de tungsteno. los diamantes realizan la perforación, o el corte, mientras el carburo de tungsteno los sostiene proveyéndoles de resistencia y rigidez.

BROCA PDC

Ventajas de barrena PDC Alta velocidad

de perforación Potencial de

larga vidaConsideraciones de barrena PDC Daño por

impacto Abrasividad Estabilidad

CONO DE RODILLOS – DENTADOSVentajas de las barrenas DENTADAS

Alta velocidad de perforación

Buena estabilidad

Económica

Consideraciones de las barrenas DENTADAS

Velocidad de desgaste de dientes

Vida del cojineteCONO DE RODILLOS –

CONOS DENTADOS

CONO DE RODILLOS –INSERTOS

Ventajas de las barrenas de INSERTOS Durabilidad de la

estructura de corte Rango de formaciones Tolerancia entre capas Se puede dirigir y es

estableConsideraciones de las barrenas de INSERTOS Velocidad de perforación

más lenta Vida de los cojinetes

CONO DE RODILLOS - INSERTOS

LA CLASIFICACIÓN IADC SE BASA EN UN CÓDIGO DE TRES CARACTERES NUMÉRICOS.

Primer carácter (serie de la estructura cortadora 1-8). Los caracteres de esta serie indican la dureza de la

formación, así como también el tipo de estructura de corte la barrena, ya sea dientes o insertos.

Las series del 1 al 3 indican qué barrena tiene dientes de acero. la serie del 4 al 8 indica que la barrena tiene insertos de carburo de tungsteno (TCI). se considera que en la serie 1 la formación será muy blanda, aumentando hasta la serie 8, en donde la formación será muy dura.

Segundo carácter (tipos de estructura cortadora). El segundo carácter presenta una clasificación de dureza

dentro de la dureza definida anteriormente. cada serie está dividida en cuatro tipos en la mayoría de los casos. el 1 indica que es una formación muy blanda, hasta el 4 que indica una formación muy dura.

Tercer carácter (cojinete/ calibre). Este carácter indica una descripción interna y

externa de la barrena. hace referencia al diseño del cojinete y a la protección del calibre. está dividido en siete categorías:

1. cojinete de rodillo estándar no sellado 2. cojinete de rodillo enfriado con aire. 3. cojinete de rodillo con calibre protegido. 4. cojinete de rodillo sellado. 5. cojinete de rodillo sellado con calibre

protegido. 6. cojinete de fricción sellado.

•CLASIFICACIÓN IADC PARA BARRENAS DE CORTADORES FIJOS

Se utiliza un código utiliza al igual que para las barrenas tricónicas, de cuatro caracteres para clasificar las barrenas, el primero alfabético y los tres restantes numéricos

•Primer Carácter (Tipo de cuerpo de la barrena).En el primer carácter se muestra el material del que está fabricada la barrena. Con una “M” si es de matriz, y con una “S” si es de acero.•Segundo Carácter (Dureza de la formación).El segundo carácter presenta la dureza de formación. La dureza va desde el 1que indica que es una formación muy blanda, hasta el 7 que indica que se trata de una formación muy dura.•Tercer Carácter (Tamaño y tipo de cortador).Este carácter indica el tipo de cortador y el diámetro de las pastillas de PDC. Esta va desde durezas de formaciones muy blandas a medias. De las durezas de formaciones medias-duras a extremadamente duras ya no es utilizada la pastilla de PDC.•Cuarto Carácter (Perfil de la barrena).Muestra el perfil de la barrena. Se utiliza el 1 para perfil plano, hasta el 4 que es el perfil parabólico largo.

PESO SOBRE LA BARRENA (WOB)

El peso aplicado sobre la barrena es

aquel que permite incrementar la tasa

de penetración dentro de las

recomendaciones que marca la

directriz de la hoja de especificaciones

del fabricante. Suele ser un factor

importante para la perforabilidad de

los diferentes intervalos, para aumentar

o disminuir la tasa de penetración, así

como optimizar la vida de la barrena.

COMPONENTES AUXILIARES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN

Los elementos auxiliares de la sarte de perforación son:

Conector de barrena Estabilizador de sarta Escariador de rodillos Sustitutos de combinación de roscas Ensanchador del hoyo Elevadores Cuñas rotarias Llaves para ajustes y aflojar conexiones

PREVENCION DE FALLASSe puede recordar estos cinco elementos utilizando el

acrónimo “ADIOS”. Atributos (A): Los atributos típicos son resistencia,

dureza y otras propiedades metalúrgicas. Diseño (D): El objetivo es proveer una sarta de

perforación que puede soportar las cargas requeridas sin fallar.

Inspección (I): La Inspección de la sarta de perforación se utiliza para determinar si sus componentes pueden ser utilizados.

Operación (O): Las operaciones de perforación presentan muchas oportunidades para sobrecargar y mal utilizar la sarta de perforación.

Ambiente alrededor (S): El ambiente químico y mecánico que rodea la sarta de perforación puede tener un efecto importante en las probabilidades de falla.

RECONOCIMIENTO Y RESPUESTA A FALLAS EN LA SARTA DE PERFORACIÓN.

Fallas prematuras e inesperadas en sarta de perforación causan pérdidas de tiempo y dinero cuantiosos.

Reduciendo las fallas en la sarta de perforación aumenta la eficiencia del equipo y reduce los costos.

Generalmente cuando hay: Cuando un componente que no puede realizar sus

funciones Separación Completa (partición) Fuga

Tipo de FallasMecanismos que pueden causar fallas Tensión; Las fallas por tensión ocurren cuando se

excede la capacidad de carga del componente más débil de la sarta de perforación. Generalmente es la tubería de perforación en el tope del hoyo.

Torsión; Las juntas estándar API tienen una resistencia a la torsión del 80% sobre el tubo al que encuentran soldadas. Por esta razón en todos los casos las fallas por torsión siempre van a ocurrir en las juntas ya sea por las siguientes razones:

Por exceso del Máximo esfuerzo a la tensión. La forma de las fallas es un pin estirado o una caja

en forma de campana. Las fallas por torsión ocurren generalmente en las

juntas.

Colapso o estallido; La tubería de perforación puede estallar o colapsarse si se excede la capacidad en cargas de presión.

El estallido es más probable que ocurra en la parte superior del hoyo.

El Colapso es más probable que ocurra en la parte inferior del hoyo, cuando la tubería es evacuada para realizar pruebas de pozo.

Corrosión; La corrosión reduce el espesor de las paredes de la tubería. Existen tres patrones de corrosión:

Reducción Uniforme del espesor de las paredes. Patrones puntuales de perdida de metal. Picaduras

El problema principal son las picaduras. Las cuales son perdidas muy puntuales de metal que penetran la pared del tubo. La tasa de corrosión se incrementa por:

Alta temperatura. La tasa se duplica por cada 31 °C. Tasa de Bombeo. Especialmente si existen sólidos

abrasivos presentes. La erosión remueve la capa protectora de productos anticorrosivos y expone al metal nuevo.

Concentración alta de agentes corrosivos (O2, H2S, CO2). Fatiga.- Factores que contribuyen a la Fatiga: Rotar la sarta en una pata de perro Rotar el BHA a través de un cambio de diámetro en el

hoyo. Pegadura/Deslizamiento de los estabilizadores. Rotar la tubería en un área lavada. Remolinos en la Barrena Rebote de la barrena

Fallas Relacionadas con la Soldadura; Con la obvia excepción de la soldadura de la junta al cuerpo del tubo de perforación, se debe evitar soldar componentes en la sarta de perforación. La soldadura altera las propiedades mecánicas del acero a menos que el componente reciba un tratamiento térmico.

PREVENCION DE FALLAS

a) Tensión o torsión; La mayoría de las fallas por tensión o torsión se pueden eliminar utilizando un proceso efectivo de diseño y buenas practicas en las inspecciones como las siguentes:• Seleccionar tubería de perforación capaz de

soportar las cargas anticipadas mas un margen de sobre tensión, mas un factor de diseño.

• Asegurarse que el indicador de peso del equipo de perforación esta calibrado correctamente y no excede de la carga a la tensión permitida.

b)Torsión.- Se siguen las distintas prevenciones:

Seleccionar el DE y el DI de la junta de manera que el torque de apriete máximo exceda la torsión máxima anticipada.

Revisar todas la juntas para asegurar que cumplan con todas las dimensiones requeridas.

Asegúrese que la herramienta para aplicar el torque funciona y esta calibrada correctamente.

Utilizar grasa para juntas API con un factor de fricción (FF) entre 0.95 y 1.05 o compensar apropiadamente el torque aplicado.

Apretar las conexiones hasta el Torque recomendado.

c) Fatiga.- La Fatiga no se puede eliminar,se puede

limitar el daño cuando:

Detectar en forma temprana las vibraciones y lavados.

Comenzar con buenos materiales y buen diseño de componentes.

Reducir los esfuerzos cíclicos y las concentraciones de esfuerzos.

Reducir la corrosividad del ambiente. Asegurar buenas prácticas operativas en el campo Seguir un plan de inspección Planear la trayectoria del pozo con la menor

severidad posible.

ENSAMBLAJE DE FONDO DIRECCIONAL

Durante la perforación de pozos direccionales de petróleo uno de los componentes más importantes, es el ensamblaje de fondo, su optimización es el objetivo al momento de seleccionar el ensamblaje de fondo. En la actualidad existen dos tipos de ensamblajes que son mayormente utilizados en la perforación de pozos direccionales de petróleo, estos son:

Ensamblaje con motor de fondo y

ensamblaje direccionable rotatorio. Si bien el

primero tiene un bajo costo relativo al segundo,

tiene limitantes en la tasa de perforación y en

parámetros de calibración del hoyo que pueden

añadir un costo adicional al proceso de

perforación. En cambio, el ensamblaje

direccionable rotatorio presenta mayores

ventajas en la calibración del hoyo a medida que

se perfora, pero esto representa un valor

agregado al costo de la perforación.

Recomendaciones Se recomienda perforar otros pozos tipo “S” con herramienta rotatoria para tener una mejor comprensión del comportamiento del mismo. Sin embargo, si la dificultad del pozo tipo “S” es pequeña, el uso de herramienta de motor de fondo es conveniente usar debido a los bajos costos que representa. En pozos tipo “J corto alcance” la herramienta convencional es adecuada por factores costos cuando se trata de ·ángulos bajos. Si los ·ángulos son altos y críticos, la herramienta rotatoria es la mejor opción para reducir el porcentaje de deslizamiento incrementando la tasa de perforación. En pozos tipo “J largo alcance”, la herramienta convencional sería una buena opción si los ángulos de los pozos son bajos. Si los pozos, como en la mayoría de los casos en este perfil, tienen ángulos críticos y altos desplazamientos, el uso de la herramienta rotatoria es la mejor opción para perforar.

MOTOR DE PERFORACIÓN DE FONDO

Principios de funcionamiento

El motor de perforación de fondo es un tipo de

motor de desplazamiento positivo (PDM) por

sus siglas en ingles. El fluido de perforación de

alta presión pasa al motor de desplazamiento

positivo a través de la barra de perforación y

después el rotor gira bajo la acción de la presión

hidráulica. Por lo tanto, el torque se transfiere a la

broca.

CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR DE PERFORACIÓN DE FONDO

El motor de perforación de fondo está diseñado con una cubierta ajustable a 19 inclinaciones, con un rango entre 0 y 4 grados.

El motor es resistente al calor, funciona de manera normal en ambientes con altas temperaturas, mayores a 180°.

El rotor está recubierto con carburo de tungsteno resistente a la corrosión, por lo tanto se puede utilizar en agua salada y barro.

TIPOS DE MOTORES DE FONDO

Los motores de fondo son potenciados por el flujo de lodo de perforación. Los dos importantes tipos de motores de fondo son:

a) MOTORES DE DESPLAZAMIENTO (PDM)

b) TURBINAS

MOTOR TIPO TURBINA

La turbina convierte la energía hidráulica proveniente del lodo en energía mecánica rotativa para ser entregada a la mecha de perforación.

MOTOR TIPO TURBINA

Capaz de generar altas potencias.

La velocidad y el torque son manipulados desde la superficie.

Las turbinas no tienen aplicación con trépanos ticónicos.

La aplicación y el desarrollo de las turbinas que sean comercialmente viable y confiable es difícil y costosa.

CARACTERÍSTICAS DE LAS TURBINAS

DESVENTAJAS DE LA TURBINAS

MOTORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO (PDM)

Consta de un motor helicoidal de dos etapas, válvula de descarga, conjunto de bielas, conjunto de cojinetes y eje. Este motor posee una cavidad en espiral forrada de caucho, provista de una sección transversal elíptica que aloja un rotor sinuidal del acero.

PDM VS TURBINAS

Permite el paso de lodo hacia la sección de potencia.

La válvula opera a través de un soporte el cual presiona un pistón.

El pistón de la válvula es activo por presión diferencial.

Transmite la velocidad rotacional y el torque hacia la sección giratoria y de este al trepano.

Es colocado en la parte de abajo del rotor, dentro de la sección ajustable.

VALVULA DE DESCARGA TRANSMISION

SECCION DE RODAMIENTO Y GIRATORIA

Transmite la potencia rotacional y el esfuerzo de la perforación al trepano de perforación.

Permite la rotación de la barrena sin necesidad de la rotación de la sarta.

La sección giratoria se encuentra apoyado dentro de la sección de rodamiento soportando esfuerzos radiales y axiales.