Herramientas Direccionales y Métodos de Deflexión
CONTENIDO • • • • • •
Herramientas Direccionales Herramientas Direccionales Metodos Deflexión Metodos dede Deflexión Principios de Estabilización Principios de Estabilización Motores Fondo Motores dede Fondo Operación Motores de Fondo Operación de de Motores de Fondo Fundamentos de BHA’s Fundamentos de BHA’s
Herramientas Direccionales
Drill Collars • Redondos • Espiralados (afectan la rigidéz) • Manejo en la superficie: – Receso para las cuñas – Receso para elevador
• Cuadrados
Sustitutos • Combinación sin cambio en el diámetro externo, OD • Combinaciones con cambio en el diámetro exterior, OD • Protectores para conexiones especiales
Estabilizadores Integrales •
Forjados en una sóla pieza de acero
•
Cuchillas endurecidas con insertos de carburo detungsteno en las caras
•
De envoltura ambierta (cubrimiento de 270o)
•
De envoltura plena (cubrimiento de 360o)
•
De cuchilla recta
•
Perfil de la cuchilla: – Paralela – Tipo melón
Estabilizadores de camisa • Construcción en 2 piezas: – Mandril – Camisa
• Se pueden desconectar dentro del agujero cuando se perfora en ambiente de alta vibración
Tubería de perforación pesada, HWDP • Construida en acero; material de DC, no de TP! • Pueden ser No-Magnéticos • Se manejan igual que la tubería de perforación • El tipo estándar tiene un refuerzo externo en el cuerpo del tubular • El tipo espiral Spiral se obtiene a partir de un DC.
Tubería Perforación - Específica Específica • Características: – Los refuerzos externos tienen perfil de mini-estabilizador para ayudar en la remoción de camas de recortes
• Manejo en superficie: – Igual que para la tubería de perforación regular.
Martillos de Perforación •
Condiciones de operación: – Se debe conocer o predecir el punto y el mecanismo de pega para conseguir un martillado efectivo – No se deben correr en posición neutral (sólo en tensión o en compresión) – No instalar un componente flexible cercano al martillo
•
Tipos: – Mecánico – Hidráulico – Hidro-Mecánico
Uniones Flexibles
• Son una aproximación ‘gilligan’ a los sistemas dirigibles – Corridos con Sistema Dirible Rotacional, “ – Corridos con Motor de Fondo, “ PDM”
• Se parecen a una HWDP corta • Trabajan separando las deflexiones angulares del BHA de la parte dirigible del ensamblaje de per
Ampliadores • Difíciles de utilizar • Ver recomendaciones del BHA • Se corren en conjunto con naríz redonda y estabilizadores para prevenir la salida hacia agujeros laterales
Ensanchador de Subsuelo • Amplía el tamaño del agujero por debajo de un revestidor de menor diámetro o de restricciones en el diámetro interno, ID • Activados hidráulicamente • Se puede verificar su apertura al indicar sobre tensión cuando se trata de entrar la herramienta en el revestidor
Turbinas de Perforación •
Serie de estatores y rotores inclinados
•
Con altas velocidades de rotación: ~ 900 rpm
•
La nueva tecnología ha logrado reducir la velocidad para incrementar el torque
•
Se requiere muy alta presión de bomba para lograr las tasas de flujo necesarias para limpieza del agujero
Métodos de Desviación
Elementos de Desviación
• Características: – Herramientas y Técnicas para deflectar el curso forma controlada, venciendo las “ tendencias na desviación • Conceptos básicos: – “Kick-off” (Punto de Quiebre): Codo – construc desde la vertical hacia una dirección deseada – Corrección de la Trayectoria: giro, construcció la trayectoria – Agujero Lateral: desviación del pozo desde su
Desviación con chorro • Se usa en formaciones suaves • Una gran tobera de la barrena se orienta en la dirección deseada. • Ensamblaje flexible con estabilizador cercano a la barrena. • Erosiona la formación creando cavidades o “ bolsillos” • Movimientos de la sarta arriba y abajo hasta que se logre construir el ángulo deseado. • Se sigue incrementando con Herramienta de Fondo rotativa. • Las correcciones de azimut son más difíciles con >
Desviación con cuchara en agujero abie
• Se usa en formaciones medias a duras. • Barrena y Estabilizador cercano a la barrena fijad con pin al desviador y llevados al fondo • Cara de la herramienta desviadora es orientada. • El desviador se afianza en el fondo y se corta el p sujetador colocando peso sobre la barr • Se perfora un agujero piloto de tamaño más pequeñ que el agujero principal. • Sólo se perfora un tramo de tubería antes de saca del agujero el ensamblaje de fondo. • Se ensancha el agujero piloto y se repite el proceso.
Desviación con Motores de Fondo, P
• Potencia hidráulica convertida a potencia dinámica para impulsar la barrena
• La sarta se mantiene estacionaria – sólo se desliza para avanzar • El acople curvo arriba del motor provee la fuerza lateral a la barrena.
• Desvía la trayectoria del pozo – Quiebre desde la vertical, agujero lateral, corrección d etc. • Muy eficiente si se le compara con otros aparatos contemporáneos de desviación (chorro
Desviación con Sistema Dirigible Rotacion
• Herramienta que desarrolla fuerzas de empuje lateral sobre la barrena
• Cojines metálicos retráctiles que se extienden dinámicamente desde una carcaza rotaci
Principios de Estabilización
Ensamblajes de Fondo Básicos Utilizados en Perforación Direcciona Para Constru BHA#1 Ensamblajes Rotacionales Estándar
Para Mantene
Para Tumbar
BHA#2 Sistema Dirigible No Rotacional BHA#3 stema Dirigible otacional, RSS
Orientar la car la herramienta dirigir el Pozo
Empuje ó fuerza laterales en la Barrena para de
Estabilización
• El Estabilizador en el BHA está diseñado para subir, mantener ó caer la inclinación. • Elementos críticos:
-Posición del Estabilizador en el BHA. -O.D. de los Drill Collars, peso de la sarta y momento de Inercia. -Inclinación del Pozo. -WOB, RPM, gasto (tasa de bombeo). -Tamaño del Agujero. -Tipo de Barrena -Diámetro del Estabilizador o tamaño de las aletas
• Problemas de Predicción (Efectos de la Formación, Giro del Pozo, caverna
Efectos de la ubicación de los Estabilizad
Ubicación de Estabilizadores y resultado de fuerzas late
Efectos de la ubicación de los Estabilizad
Construir
Mantener
Tumbar
Tumbar
Estabilización para Construir Inclinaci
Estabilización para Mantener Inclinaci
Estabilización para Disminuir Inclinac
Motores PowerPak
Motores PowerPak • 80 modelos desde 2 1/8” OD hasta 11 ¼” OD. • Secciones de potencia extendida en los modelos PowerPak “XP” & PowerPack “ GT” • Perforación de radio corto con los modelos PowerPak “ XF” & PowerPac “ XC” • Chumaceras selladas lubricadas con aceite o abiertas lubricadas con lodo
Rangos de desempeño de la Flotilla Rango de Tamaños -
2 1/8” – 11 ¼”
Tamaño del Agujero -
2 3/8” – 26”
Longitudes -
8.4’ – 32.02’
Rango de Flujo -
20 gpm – 1,700 gpm
Velocidad de la barrena 4 - 5 rpm – 640 rpm Potencia -
6.5 hp – 750 hp
Rango de Torque -
90 ft-lbs – 1,550 ft-lbs
Fines de los años 80: Motores Diri • Sustituto de acople curvo (Bent Sub): (0° a 3°).
• Motor de Carcaza Curva (Bent Housing): de 0° a 3 ° da mayor eficiencia en el efecto de desviación de la vertical).
Fines de los años 80: Motores Diri
• El doblez más cerca de la barrena red la excentricidad de la mism curvatura equivalente: -Menor excentricidad de la barr menor esfuerzo sobre los comp posible la rotación sin falla de componentes del ensamblaje. • Después del punto de desvío inicia perforan las secciones tang ajusta la trayectoria sin saca agujero. -El desplazamiento de la barre tendencias de incremento y ca ángulo no son siempre predeci herramienta de fondo rotator • La eficiencia se logra con barre especiales para motor, seccion potencia de lóbulos múltiples e registro MWD inalámbrico.
Perforación Direccional con P
• Potencia hidráulica convertida a Mecánica para impulsar la
• Versatilidad - componentes flexibles, sensores agregados, variedad de f • Posibilidad de curvas de radio corto y radio medio. • Reducción en:
Peso de los componentes de la Herramienta de Fondo. –Rotación de la sarta. –Desgaste de la tubería de revestimiento. –Vibración de la sarta. –
• Cuestiones:
Tortuosidad en el agujero. –Vida de la barrena, adaptación de las barrenas al motor/forma –Perforación en modo deslizante (no rotacional). –Resistencia del Estator (longitud y respuesta del Ensamblaje de –
Sección de Potencia
• Aplicación inversa de una bomba de Moin
• El fluido de perforación es forzado dentro las cámaras elastoméricas del estator girar el rotor.
• El rotor y el estator tienen perfiles helicoid similares pero el estator tiene un lóbu que el rotor.
• El rotor se mueve oscilane dentro del esta
Motor de Desplazamiento PDM Componentes Bási
• El Acople Superior conecta el estator a la sarta de perforación (también la válvula de desc curvada…). • Sección de Potencia = conjunto Rotor/Estator.
• El eje de transmisión transforma la rotación excéntric en rotación concéntrica. • Sección de Rodamiento. • Acople de transmisión de la rotación a la barrena.
Sección de Potencia Stator
Potencia y Velocidad de Rotac • Etapa del Estator = Cylinder • Más etapas = Más potencia disponible
• Más etapas = menos trabajo requerido p para un caballaje dado
Interferencias entre Rotor y Estat
Sección de Transmisión
• Transforma la rotación excéntrica (d rotor) a rotación concéntrica (ha eje o sub de acople a la Barrena
Herramienta e Navegación Geológica GeoSteering • Motor instrumentado • Sensores en la barrena: - Inclinación - Rayos Gamma - Resistividad - Resistividad en la barrena - Rayos Gamma Enfocados - Resistividad Enfocada • Datos transmitidos al MWD vía telemetría electromagnética • Las lecturas de MWD se combinan con los datos de D&I y de LWD y se transmiten a la superficie
Motores de Fondo Principios de Operación
Condiciones de Equipo de Perforac
•Las bombas deben ser capaces de las tasas de flujo y las pre esperadas para la profundidad a perforar, la sarta de perfora trayectoria propuesta
•Tener adecuada instrumentación del equipo, incluyendo torque de apriete, indicadores de peso, contador de embo de presión e indicadores de RPM. •Disponer del Equipo para Control de Sólidos.
•Bloqueo de la mesa rotaria u otro equipo para inmoviliz perforar en modo deslizante. •Disponer de suficiente torque rotario para perforar.
•La mesa rotaria debe ser de tamaño suficiente para acom fondo de gran diámetro.
Sección de Potencia La Sección de Potencia convierte la energía hidráulica del fluido de alta presión a energía mecánica en forma de torque entregado para la barrena. La Sección de Poder se compone del rotor y estator de forma helicoidal El rotor tiene un lóbulo menos que el estator Número de lóbulos del Estator = Número de lóbulos del Rotor + 1
Estator l
Formado por elastómero adherido al interio
l
Elastómero RM100 (UF100) para lodos base
l
Elastómero RM145 (HN89) – ODM para > 28
l
Elastómero RM245 para temperaturas >300
l
Re-linepossible.
Lacarcazadel estatorpuedeserdepare las conexiones son susceptibles a la corrosió l
Nozzle - Rotor Rotor -
GPM
2
×
MW
P 10850 Area Total de Flujo (TFA) = ×
TFA Q MW P
= Area Total de Flujo (tamaño de toberas, pulg.²) = cantidad de flujo desviado (gpm) = peso del lodo (ppg) = presión diferencial esperada + presión de fricción (psi). La presión de fricción es de 125psi para el motor A475 y mayores, y de 150 ps
Interferencia entre Rotor y Esta l
l
l
l
Lainterferenciacorr operación es de +0.020
El elastómerosehin temperatura y la absor fluido
El elastómerosecom la presión
Existenprogramasco PowerFit para calcular a condiciones del talle
Ejemplo de curvas de Potencia d
Resumen • Más Lóbulos = Más Torque • Más Lóbulos = Menos RPM • Más Etapas = Más Torque • Más Etapas = Más presión disponible
• Mayor Ajuste = Mayor Torque / Menos desli
• Exceso de Presión = Vida reducida del elastó
rientación Magnética de la cara de la herramie •
Mira el fondo del Pozo
•
Usado cuando está muy cerca a la Vertical. (Baja inclinación)
•
El ángulo que describe la orientación del Bent Housing (Codo) relativo al Norte.
•
0º de MTF representa que la tendencia del Sistema Navegable del BHA está en Dirección de navegación el Norte.
•
180º de MTF representa que la tendencia del Sistema Navegable del BHS está hacia el Sur.
Norte
Orientación Gravitacional de la cara de la herramienta
• Mira sección transversal del pozo Mira lalasección transversal del pozo • Ángulo quedescribe describe la orientation Ángulo que la orientation del del bent housing relativa a la dirección de la gravedad. • Oº GFTsignifica significa que la tendenciaLado alto del pozo Oº de de GFT que la tendencia del Sistema Navegable del BHA está completamente hacia arriba. • 180º deGTF GTFsignifica significa la tendencia 180º de queque la tendencia del Sistema Navegable del BHA esta completamente hacia arriba. • 90° debegirar girar a derecha la derecha y 270° 90°GTF GTF debe a la y 270°
Direcci de Naveg
Pantalla de la cara de la herramienta, T
• EL Face Gravitacional Gravitacional 0°180° a 180° (+) para EL Tool Tool Face es es de de 0° a (+) para dirigir de Pozo hacia la derecha. Y de 0° a 180° -)) para para (dirigir el P dirigir el Poz hacia la Izquierda. EL Tool Face Magnético es de 0° a 3 el sentido de las agujas del reloj 0
MTF
GTF
-9 0
90
270
0
90
Indicación de la Cara de la Herram •
La Cara de la Herramienta Gravitacional, GTF está de 0º a 180º para dirigirse a la Derecha ó de 0º a –180º para Dirigirse a la Izquierda,según e • La Cara de la Herramienta Magnética, MTF está a 360º en el sentido de las manecillas del reloj e indica la posición de la herramienta d con la sección transversal del pozo. MTF
Oeste- 9 0 º
Lado alto
Norte 0º
Plano Geográfico
180º
GTF
9 0 ºEste
Lado 270º izquierdo
0º
Pozo
180º
9 0 º Lado
derec
Ensamblajes de Fondo – BHA’s BHA’s –
Cálculo del Punto Neutro del BHA (Pozo
• El PN es el punto donde l sarta de perforación tensión a compresión • Se debe mantener dentro de BHA • Los DC y la HWDP s ensamblan en el BHA p asegurar que haya sufic peso disponible
Cálculo del Punto Neutro del BHA (Pozo D
• Para un pozo desviado, se debe tener en cuenta la inclinación para determ la posición del PN.
• Así, para un pozo con 45º de inclinación sólo el 71% d peso del BHA en el aire estará disponible.
Punto Neutro del BHA • En pozos Desviados:
Peso disponible sobre la barrena, WOB = (peso del BHA sumergido) x (coseno del ángul
• Peso del BHA en el aire =
Available WOB x FD BF x cos
α
Donde, FD = Factor de Diseño. (usualmente, FD = 1.10) BF = Factor de Flotación
Punto Neutro Ejemplo: Tamaño del agujero: 12 ¼ “ Inclinación del pozo: 45° Densidad del Lodo: 11 ppg Peso sobre la barrena requerido, WOB : 40,000 lbs a) Cuántos DC’s (de 8 ¼ ” OD, 160 lb/pie) necesita este BHA b) If the number of DC’s is limited to 6, how many HWDP should be added to the string? (HW= 5”, 49.7 lbs/ft)
Pandeo de la sarta FC R
=
2×
E
×
I
×
K
×W ×
B
s i nθ
r
FCR
=
Carga critica de pandeo sinusoidal, lbs
θ
=
E
=
KB
=
Factor de Boyancia, adimensional
I
=
Momento de Inercia, pulg
W
=
Peso unitario en el aire, lb/pulg
r
=
Separación Radial entre el acople de la tubería y el agujero. pulg
Inclinación del agujero en el punto de interés, grados Módulo de Young 4
Consideraciones sobre el BHA
• Los DC se colocan para proveer peso • Reducir los DC en pozos de alto ángulo • Reducir los estabilizadores para evitar colg permitir la perforación deslizante (dos estab sarta encima del motor) • Diseño de BHA para alto porcentaje de perforación en modo rotatorio • La agresividad de las barrenas PDC debe ajustarse a la capacidad de torque del motor • Hidráulica: – La caída de presión en la barrena debe b empuje hidráulico sobre los rodamientos axi
