Diseño avanzado de sartas de perforación 2-2013

SARTAS DE PERFORACION.SARTAS DE PERFORACION.

ING. RICARDO ESPINOSA RAMOS.

DESVIACION.

La tendencia de desviación de los pozos es función de las características de:

• Formación

• Condiciones de operación (Pb, rpm)

• Características, posición y distribución de estabilizadores y lastrabarrenas (DC).

FUERZAS QUE ACTUAN / BARRENAFUERZAS QUE ACTUAN / BARRENA

(COMPONENTES)(COMPONENTES)

Fuerza axial.Fuerza axial.

Fuerza pendular o lateralFuerza pendular o lateral

Fuerza resultante de la resistencia de la formaciónFuerza resultante de la resistencia de la formación



FUERZA AXIAL.

Suministrada por el peso de los lastrabarrenas (DC)

w


FUERZA PENDULAR:

Resultante del tramo de los lastrabarrenas situado entre la barrena y el primer punto de apoyo con la pared del pozo.


FUERZA RESULTANTE DE LA RESTRICCION DE LA FORMACION.


Entre mas flexibleflexible y mas larga la distancia entre barrena y primer estabilizador, mayor será la velocidad de incremento de ángulo cuando se aplique peso sobre barrena.

PRINCIPIOS BASICOS:

1.- FULCRO:1.- FULCRO:

Se aplica cuando se desea aumentaraumentar el ángulo de inclinación. el ángulo de inclinación.

w


Se utiliza cuando se desea mantener el ángulo de inclinación. el ángulo de inclinación.

2.- Empacado


3.- Pendulado

Se utiliza cuando se desea bajar el ángulo de inclinación. el ángulo de inclinación.

FULCRO

EMPACADA

PENDULADA

+N

-W

-S

+E

Cuadrante І

Cuadrante ИCuadrante Ш

Cuadrante ІV

VISTA DE PLANTAVISTA DE PLANTA

S 53° ERumbo

Azimuth

127°

0-360

90

180

270

NS (m) -657.97

EW (m) 924.44

EW (m) 924.44

NS (m) -657.97

Profundidad Vertical

Desplazamiento

Profundidad Vertical Proyectada

Profundidad Desarrollada

Inclinación 24.07 ° DLS (deg/30 m)DLS (deg/30 m)

1.27°

Vista transversal

PR

OF

. VE

RT

ICA

L T

OT

AL

OB

JET

IVO

480

0 M

TS

27.3727.37 °

DESPLAZAMIENTO TOTAL AL OBJETIVO

PLOTER DIRECCIONAL4159.76 MV4159.76 MV 4386 MD4386 MD

JSK 4197.58JSK 4197.58 mV ?mV ?

150 m dentro del JSK cortar

núcleo

4347 MV4347 MV

4800 MV4800 MV A/WA/W

19.57 m19.57 mCB = Tang 27.37° x 37.82 m= 19.5719.57 m

37.82 m37.82 m

H = 37.82 2 + 19.57 2

H = 42.59 m

+ 42.59 m+ 42.59 m

4428.59 m4428.59 m

150 m150 m

453 m453 m

A

C B

Desplazamiento (CB)

Determinacion de la profundidad vertical proyectada (PVV)

PVV = (4428.59 – 4386 ) * COS 27.37 + 4159.76

= 42.59 * 0.888 + 4159.76

= 4197.58 m4197.58 m

AC = 4197.58 - 4159.76 = 37.82 m

Comprobacion.

ES

PIN

OS

A


Diseño de sartas de Perforación.


Diseño.Diseño.

Las principales herramientas utilizadas para el diseño de Las principales herramientas utilizadas para el diseño de una sarta de perforación son:una sarta de perforación son:

Tubería de perforaciónTubería de perforación

Lastrabarrenas (DC)Lastrabarrenas (DC)

Tubería pesada (HW)Tubería pesada (HW)

Estabilizadores Estabilizadores

Tubería de perforaciónTubería de perforación

Es un tubo de acero usado para transmitir energía rotaria y Es un tubo de acero usado para transmitir energía rotaria y fluido de perforación a la barrena situada al fondo del pozo.fluido de perforación a la barrena situada al fondo del pozo.

RANGOS:

Rango 1 de 18 a 22 pies (5.47 a 6.71 m.) obsoleto.Rango 2 de 27 a 30 pies (8.23 a 9.14 m.) mas usual.Rango 3 de 38 a 45 pies (11.58 a 13.72 m.) especial.

Las longitudes no incluyen la unión de tubería que va fija en cada extremo. La unión tubería es un accesorio especial enroscado, que se agrega a los

extremos de cada sección de tubería perforación, permitiendo así conectar secciones de tuberías para armar la sarta de perforación.

Clasificación de Tuberías en función a su desgaste.

» Clase Nueva» Clase Premium» Clase 2» Clase 3

DIAMETROS

E-75, con resistencia mínima a punto cedente de 75,000 lb/pg2 X-95, con resistencia mínima a punto cedente de 95,000 lb/pg2

G-105, con resistencia mínima a punto cedente de 105,000 lb/pg2 S-135, con resistencia mínima a punto cedente de 135,000 lb/pg2

La resistencia a la torsión a punto cedentepunto cedente de la tubería de perforación, es la fuerza de torsión que ella puede resistir antes de torcerse.

La resistencia a la ruptura de una tubería de perforación, es la presión interna a la que puede reventar una tubería nueva, originando una fuga.

Si la sarta de perforación esta abierta al fondo, las presiones hidrostática dentro y afuera de ella se encontrará equilibradas a cualquier profundidad.

GRADOS.GRADOS.

La mayoría de la tubería de perforación se fabrica de una sola pieza y se forma de una barra sólida, la cual se taladra en caliente hasta formar un

tubo el cual se conoce como Tubería de Perforación sin Costura.

Esta tubería se fabrica de acuerdo a las especificaciones del A.P.I. para resistencias a punto cedente y a la tensión. La resistencia mínima

a punto cendentepunto cendente se refiere es la fuerza necesaria para estirar o fuerza necesaria para estirar o comprimir la tubería de perforación hasta deformarla comprimir la tubería de perforación hasta deformarla

permanentemente. permanentemente.

La resistencia mínima a la tensióntensión se refiere a la fuerza necesaria fuerza necesaria para estirar la tubería hasta romperlapara estirar la tubería hasta romperla. Otro factor importante es la

resistencia al colapsocolapso, o la fuerza necesaria para aplastar los lados de fuerza necesaria para aplastar los lados de la tubería hasta socavarla sobre sí mismala tubería hasta socavarla sobre sí misma.

JUNTAS Y CONEXIONESJUNTAS Y CONEXIONES

R O S C A S

Junta IntegralJunta Integral

Junta AcopladaJunta Acoplada

•Recalcadas: Se incrementa el espesor y diámetro exterior de la tubería en uno o ambos extremos en un proceso de forja en

caliente, a los que posteriormente se les aplica un relevado de esfuerzos.

INTEGRALESINTEGRALES

•Formadas: El extremo piñón es suajeado (cerrado) y el extremo caja es expandido en frío sin rebasar el 5% en diámetro y el 2% en

espesor, aplicando un relevado de esfuerzos posterior.

•Lisas: Se maquinan las roscas directamente sobre los extremos del tubo sin aumentar el diámetro exterior del mismo..

•Acopladas: Se maquinan un piñón en cada extremo del tubo y se le enrosca un cople o una doble caja, quedando el tubo con

piñón de un extremo y caja el otro extremo.

ACOPLADAS.

Acopladas

APIAPI:

Enrosque complicado, apriete geométrico, Enrosque complicado, apriete geométrico, sello no hermético, escalones internos, sello no hermético, escalones internos, menor resistencia a los esfuerzos triaxiales. menor resistencia a los esfuerzos triaxiales.

Económica.Económica.

PremiumPremium:

Enrosque fácil, sello hermético, apriete Enrosque fácil, sello hermético, apriete controlado, mayor resistencia a los controlado, mayor resistencia a los esfuerzos triaxiales.esfuerzos triaxiales.

Costo elevado.Costo elevado.

Identificación de la calidad de la rosca.Identificación de la calidad de la rosca.

ROSCASROSCAS

Tipos de roscas.Tipos de roscas.Tipos de roscas.Tipos de roscas.

REDONDA DE HILOS

10°

3°

BUTTRES

10°3°

FA FC

DOBLE ENGANCHADOCOLA DE MILANO

FA FC

DINAMOMETRO (LB)

MANOMETRO (PSI)

INDICADOR DE PESO

TORQUIMETRO (AMP)

CONTADOR VUELTAS (RPM)TOP DRIVE

TORQUIMETRO (LB-PIE)

CONTADOR VUELTAS (RPM)MESA ROTARIA

TORQUIMETRO DEL EASY TORQ

(LB/PIE)

PALANCA DEL FRENO DEL MALACATE.


Lastrabarrenas (DC)Lastrabarrenas (DC)Proporcionan peso a la barrena y rigidez a la sarta de perforación. Proporcionan peso a la barrena y rigidez a la sarta de perforación.

Tipos existentes : Lisos y en Espiral.Tipos existentes : Lisos y en Espiral.

DC

TENSIÓNCOMPRESIÓN

DC

Tubería pesada (HW)Tubería pesada (HW)

Su función principal es la de hacer la transición de esfuerzos entre Su función principal es la de hacer la transición de esfuerzos entre la tubería de perforación y lastrabarrenas.la tubería de perforación y lastrabarrenas.

EstabilizadoresEstabilizadores

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

Tipo de EstabilizadoresTipo de Estabilizadores

•Aletas Largas Recomendadas para formaciones blandas, con revestimiento e insertos de carburo de tungsteno.

•Aletas Cortas Recomendadas para formaciones duras, con revestimiento e insertos de carburo de tungsteno.

Procedimiento para un diseño de sarta de perforación.Procedimiento para un diseño de sarta de perforación.

Información Previa:Información Previa:

Profundidad programada , Prof. (m)………………….

Densidad, Dens. (grs/cm3)……………………………

Profundidad y Diámetro anterior de TR (m) y (pg)……

Desviación , Desv. ( °)…………………………………

Diámetro de barrena, Diam.bna (pg)………………..…

Máximo peso para cargar en barrena, Wmb ( kg)……….

Factor de seguridad, Fs (adim)………………………..

Marjen de jalón seleccionado, MOP (tons)…………..

48004800

1.951.95

2800, 13 3/8”2800, 13 3/8”

33

10 5/8”10 5/8”

12,00012,000

0.200.20

40 a 5040 a 50

C a l c u l a r:C a l c u l a r:C a l c u l a r:C a l c u l a r:

1. El factor de flotación, Ff (adim)……………………

Ff = 1- ( Dens.lodo/ Dens.acero) = 1 – ( 1.95 / 7.85 ) = 0.7515

0.75150.7515

2.- Buscar en tablas propiedades físicas y mecánicas API de las diferentes tuberías a usar.

DIAMETRO NOMINAL

GRADONOMINAL (LB/PIE)

AJUSTADO (KG/M)

DIAMETRO INT. (PG)

DRIF CONEX. OD IDAPRIETE (LB/PIE)

NUEVA PREMIUM CLASE 2 USADAAPRIETE

(AMPERS)PRESION INT.

(PSI)

E-75 19.5 31.27 4.276 3.625 5XH 6 3/8 3 3/4 15776 179600 141436 122776 109090 939 7602X-95 19.5 31.94 4.276 3.125 5XH 6 3/8 3 1/2 20127 227493 179153 155516 138181 1198 9629

G-105 19.5 32.66 4.276 3.125 5XH 6 1/2 3 1/4 21914 251440 198012 171886 152727 1304 10643S-135 19.5 33.67 4.276 2.625 5XH 6 5/8 2 3/4 28381 323279 254586 220996 196363 1689 13684E-75 25.6 40.24 4 3.125 5XH 6 3/8 3 1/2 20127 240972 188489 158320 120430 1198 10500X-95 25.6 41.51 4 2.875 5XH 6 1/2 3 25569 304867 238474 206293 182831 1521 13300

G-105 25.6 42.19 4 2.625 5XH 6 5/8 2 3/4 27438 336959 263576 228009 202590 1633 14700S-135 25.6 43.73 4 3.125 5XH 6 5/8 2 3/4 32177 433233 338885 293154 259813 1857 18900

5

PESO JUNTAS

5

RESISTENCIA A LA TENSIÓN AL 100% EN (KG)

Tubería de perforación de 5”Tubería de perforación de 5”

PESO

DIAMETRO NOMINAL

NOMINAL (LB/PIE)

AJUSTADO (KG/M)

CONEX.

8 147 219.03 6 5/8 reg

Drill Collar de 8Drill Collar de 8”” HW de 5”HW de 5”

PESO

DIAMETRO

NOMINAL

NOMINAL (LB/PIE)

AJUSTADO

(KG/M)CONEX.

5 50 74.54 6 1/2 NC-50

3.- Calcular la longitud de D.C o Herramienta a utilizar, LDC (m)

LDC (m) = Wmb (kg) x Fs (adim)

Ff (adim) x WajDC (kg/m)

De tablas:

WajDC = Peso ajustado DC

WajDC = 219.03 (kg/m)Sustituyendo valores:

LDC (m) = 12,000 (kg) x 1.20 (adim)

0.7515 (adim) x 219.03 (kg/m)= 87.48 m ≈ 88 m

88 m / 9 = 9.7 Tramos

Por arreglo se usan 9 tramos para formar 3 lingadas y poderlas acomodarlas en peines.

4.- Calcular el peso total flotado de DC (kg)

WtfDCf (kg) = LDC (m) x WajDC (kg/m) x Ff (adim)

14, 485 (kg)14, 485 (kg) = 88 (m) x 219.03 (kg/m) x .7515 (adim)

5.- Determinar el punto neutro (m), Pn

Es la posición del tubo que esta sufriendo el movimiento cíclico de tensión y compresión durante la perforación. Por lo tanto es importante que este punto se

encuentre trabajando en tubos de pared gruesa, como lo son los DC o la TP extrapesada (HW).

Pn (m) = Wmb (kg) = 12,000 = 72.85 mFf (adim) x WajDC (kg/m) 0.7515 x 219.03

88 (m) de DC > 72.85 (m) Cumple.

6.- Determinar el numero de tubería extrapesada (HW) por utilizar.

El numero de HW promedio utilizado por mucho tiempo es de 12 tramos, principalmente para confirmar o apoyar el ajuste del Pn (Punto neutro), además de dar

mas peso en caso necesario y mantener en tensión la sarta diseñada.

En la actualidad es de extrema importancia considerar que si la zona a perforar es de presión anormal es prudente disminuir el área de contacto de los DC disminuyendo el numero de estos y aumentando el de HW, otra razón de importancia es para tener peso sobre el martillo en caso necesario. Considerando su función principal la de transición

de esfuerzos entre la tubería de perforación y los DC.

7.- Determinar el peso ajustado total flotado de la tubería extrapesada, WtfHW (kg).

WtfHW (kg) = LHW (m) x WajHW (kg/m) x Ff (adim)

6,143.92 (kg) = 109.68 (m) x 74.54 (kg/m) x 0.7515 (adim)

1 HW = 9.14 m

12 HW = 109.68 m

8.- Determinar la longitud L1, (m) de TP 5” Grado E-75, 19.5 lb/pie

L1 (m) = Res.Tens 90% (kg) – (WtfDC (kg) + WtfHW (kg)+ MOP (kg) )WajTPE° ( kg/m) x Ff (adim)

2,836.81 (m) = (141,436 kg x 0.9)– (14,485 (kg) + 6143.92 (kg) + 40,000 (kg))

31.27 (kg/m) x 0.7515 (adim)

L1= 2836.81 m / 9.14 m = 310.37 tramos.

HW= 109.68 m

DC= 88 m

3,034.49 m

9.- Determinar la longitud L2, (m) de TP 5” Grado X-95, 19.5 lb/pie

L2 (m) = Res.Tens X° al 90% (kg) – (Res.Tens E° al 90% (kg)

WajTPX° ( kg/m) x Ff (adim)

1414.21 (m) = (179,153 (kg) x 0.9) – (141,436 (kg) x 0.9)

31.94 (kg/m) x 0.7515 (adim)

L2 = 1,414.21 m

L1 = 2,836.81 m

HW= 109.68 m

DC= 88.0 m

4448.70 m

Longitud Restante = 4,800 m - 4448.70 m = 351.30 m

Profundidad programada 4800 m

10.- Determinar la longitud L3, (m) de TP 5” Grado G-105, 19.5 lb/pie

L3 (m) = Res.Tens G° al 90% (kg) – (Res.Tens X° al 90% (kg)

WajTPG° ( kg/m) x Ff (adim)

691.53 (m) = (198,012 (kg) x 0.9) – (179,153 (kg) x 0.9)

32.66 (kg/m) x 0.7515 (adim)

De los cuales se utilizaran solo 351.30 m para llegar al programa.

L3 = TP 5” °G-105; 19.5 lb/pie; 32.66 kg/m, 351.30 mL2 = TP 5” °X-95; 19.5 lb/pie; 31.91 kg/m, 1414.21 mL1 = TP 5” ° E-75; 19.5 lb/pie; 31.27 kg/m, 2836.81 mTP-HW 5°, 50 lb/pie; 74.54 kg/m, 109.68 m

DC-8” ; 147 lb/pie; 219.03 kg/m, 88.00 m

4800 m4800 m

Engineering

Diseño avanzado de sartas de perforación 2-2013