HWDP (Heavy wall dri d rillll pi pipe) pe) PORTAMECHAS
HWDP Usadas para dar peso, en pozos de diámet diá metro ro peque pequeño, ño, en en rere-ent entry ry y en en pozos pozos direccionales Dan men menor or rig rigide idezz y men menor or fri fricci cción ón (torque), menor arrastre y menor riesgo de pegamientos. • En columnas Std, son un punto de transición entre la rigidez de los portamechas y la flexibilidad de las barras de sondeo normales.
HWDP Usadas para dar peso, en pozos de diámet diá metro ro peque pequeño, ño, en en rere-ent entry ry y en en pozos pozos direccionales Dan men menor or rig rigide idezz y men menor or fri fricci cción ón (torque), menor arrastre y menor riesgo de pegamientos. • En columnas Std, son un punto de transición entre la rigidez de los portamechas y la flexibilidad de las barras de sondeo normales.
Std. HWDP
Spiral HWDP Dos tipos: Standard y espiraladas
HWDP: Parámetros Extremos con aliviadores de tensión en la rosca, la norma DS1 exige aliviadores igual que los PM si el Diam. nominal > 3 ½”. (Hasta esta medida se suelen ver sin aliviadores en WO ) • Normalmente de 30” long. en pin y 27” en box –(Drilco) y 28” y 26”(Grant Prideco) • Tubo extrapesado de pared gruesa por tanto tiene mayor peso unitario que una barra std. • Tienen Recalque central que evita el desgaste del tubo, y fundamental : disminuye la esbeltez por lo que aumenta la resistencia a la flexión cuando trabaja a la compresión cuando se usa para dar peso. •
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Hard Banding o metal duro antidesgaste en ambos extremos y en el recalque o Upset central. 5” de HB en pin, 4” en box y dos bandas (3 + 3”) en el upset. Las roscas con Cold rolling, (rolado en frio de los filetes, igual que los PM) , para endurecer las raíces de los filetes y Roscas con aliviadores de tensión.
Aliviadores de Tensión Disminuyen las tensiones a las “salidas” o finales de las roscas. • En los machos o pin es una transición curva entre el final de la rosca macho y el plano del espejo. • En los BOX, es una transición con distinto ángulo entre el final de la rosca y el diámetro final interior del tubo de la unión. •
ESPECIFICACIONES de STD. HWDP
HWDP ESPIRALADAS Las HWDP espiraladas tienen el recalque central maquinado helicoidalmente igual que un portamechas espiralado, para bajar el area de contacto con la pared del pozo. • El recalque central, es std de 18 pies de largo, contra 31 ft std. total de la barra. •
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El recalque central no tiene H.Banding Veamos una tabla comparando Std y Espiraladas
ESBELTEZ Y BSR Debe respetarse una relación entre el diámetro de la HWDP y el del pozo, por una relación de esbeltez (coef . de flexión lateral): 3 ½” = hasta pozos de 7” 4 ½” = hasta pozos de 9 1/16” 5” = hasta pozos de 10 1/16” Como transición: Tener en cuenta el BSR (Bending strengh ratio o relación de flexión), entre el último portamechas y la HWDP, siendo esta relación máxima de hasta 5.5 :
BSR : Es una relación de los “Z” o MODULOS RESISTENTES DE FLEXION de una sección transversal de cualquier tubo o unión. (Estos valores estan en la API RP 7G y DS-1) Es el coefíciente o división entre el modulo de resistencia a la flexión del PORTAMECHAS inferior y de la HW superior . Como esa relación esta limitada a Max = 5.5 para evitar desbalanceos violentos de resistencia de los tubos conectados, esto limita los diámetros posibles de conectar entre HW y Portamechas a:
Z del Portamechas
Z de la HWDP Si probamos una HW de 4 ½” con un PM de 8 ¼”: 54.3 = 7.05 > 5.5 Adm. 7.7
Si la columna tiene portamechas por arriba de esas medidas, hay que hacer una transición con algunos portamechas de menor diámetro para que al llegar a las HWDP, se llegue con relaciones de BSR de 5.5 max. Este es el concepto del armado de la “COLUMNA TELESCOPICA” , tan usado y que no todos saben bien cual es el origen. SE DERIVA DEL CONCEPTO DE MODULOS DE SECCION RESISTENTE de los tubos y su relación.
RECUPERACIÓN DE EXTREMOS Debido a un tema económico, se desarrolló un proceso standard que permite soldar extremos nuevos en los Portamechas y en las HWDP denominado STUB WELDING. Asimismo, hay otro proceso, denominado BUILD UP (Recrecido), que permite recuperar los extremos gastados de Barras y HWDP aportandole material. Ambos procesos son originales de Drilco
RECUPERACIÓN DE EXTREMOS •
En el caso de HWDP que no admitan ya el recrecido, se sueldan extremos nuevos normalmente usando material de portamechas de bajo diámetro descartados.
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Se vuelven a roscar y : Se rellena el recalque o Upset central (usando material de aporte de similar resistencia que el original, normalmente de 120.000 psi)
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Se aporta el Hardbanding en extremos y en el Upset central
Normalizado post-soldadura
HWDP con extremo nuevo antes del Hard banding
Pin con HB y box remaquinado
RECRECIDO DE UNA HWDP
PREMAQUINADO DE UNA UNION DE BARRA STD. PARA SACAR EXCENTRICIDAD
RECRECIDO DE UNA BARRA NORMAL
RECRECIDO ANTES MAQUINAR
MAQUINADO DE LA ROSCA Y DIAMETRO FINAL UNION
La corona de material nuevo, se ve con NITAL (Mezcla de ácido Nitrico y agua destilada)
BUILD UP – BS Y HWDP Desarrollamos un archivo que permite determinar cual es el punto en el cual, al detectar un diametro gastado en una union o extremo de Barra o HWDP, conviene SACARLA de servicio para proceder a recrecer la unión. ESTE PUNTO ES CRITICO, pues pasado, la union tiene un diámetro que al aplicar el recrecido (MAXIMO ½” SEGUN LAS NORMAS DE DRILCO), el nuevo diámetro no alcanza para volver la union al grado PREMIUN, por lo cual no es conveniente. DOC ANEXA \BuildUp.xls
PORTAMECHAS • • • • • •
Tipos y usos Diagrama de cargas y punto neutro Medidas nominales Roscas BSR (de un PM y de unión) Inspección de PM Y HW
PORTAMECHAS FUNCION: Dar peso para cualquier operacion de rotar. TIPOS: Lisos y espiralados: • Lisos : Tienen mayor riesgo de pegarse por presión diferencial en los pozos abiertos cuando hay zonas depletadas. • Ambos CON o SIN receso para cuñas y/o para elevador
QUE ES PRESION DIFERENCIAL •
El PM se apoya contra la pared del pozo en una zona donde la presión de formación es menor a la hidrostática del fluido, y al no estar compensado , queda “pegado” contra la pared.
El espiralado disminuye el área expuesta a la pared del pozo y la posibilidad de pegarse. La desventaja es que “pierde” peso útil por el maquinado, es entre un 4 y 6 % mas liviano que un PM liso de igual diámetro
CONEXIONES STD por DIAM. Diámetro 9 ½” Exterior
8 ¼” 6 ½”
Diámetro 3” Interior
3”
7 5 /8 Conexión Reg
6 5 /8 4 IF 3 ½ IF 2 7 /8 IF Reg =NC46 =NC38 =NC31
4 ¾”
3 ½”
2 13 /16” 2 ¼”
1 ¼”
PESO DE LOS PORTAMECHAS • Hay variadas tablas que dan los pesos
UNITARIOS segun el OD e ID. • En la pagina 29, esta la tabla de pesos de DS1 – Todos los pesos son en el aire, y por tanto deberan ser corregidos por el FACTOR DE FLOTACION , que varía con la densidad del fluido en que estan sumergidos. ( Tabla pag 1) • Manual del Master driller – Tablas de peso y factores de flotación :
Para convertir Kg/mt a Lbs/pie : MULTIPLICAR Kg/mt X 0.67 = Lbs/pie
Densidad : en Lbs/galon Para convertir gr/cm3 a lbs/gal : Multiplicar gr/cm3 x 8.34 = lbs/gal
PESO SUMERGIDO • Este factor de flotación representa el
EMPUJE que recibe la columna al estar sumergida, y como es < 1 , implica siempre PERDIDA DE PESO al estar sumergido. • Se debe MULTIPLICAR el peso de la columna de PM por este Factor de flotación para saber que peso tenemos disponible sumergido. • Por ejemplo : Supongamos 200 mts de PM de 6 ½ x 2 ½” = 96 Lbs/pie
PESO SUMERGIDO • 200 mts = 200 x 3.28 pies/mt = 656 pies • 656 pies x 96 lbs/pie = 62.976 lbs • Si esta sumergido en lodo de d = 1.2 gr/lt: • 1.2 gr/lt x 8.34 = 10 lbs/gal • • •
de tabla tenemos un factor de flotacion = 0.847 Peso columna sumergida : 62.976 x 0.847 = 53.340 lbs 53.340 lbs / 2.2 lbs / kg = 24.245 kg
DIAGRAMA DE CARGAS •
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Aplicando peso sobre el trépano, en la columna de PM y barras, hay una distribución de cargas que va desde la máxima compresión en el fondo a la máxima tracción en la primera barra. Hay un punto neutro que no esta sometido ni a compresión ni a tracción : Ese punto nunca debe estar ubicado físicamente sobre las barras (NO ESTAN DISEÑADAS PARA RESISTIR CARGAS DE COMPRESION COMBINADA CON TORQUE ....... – – ES PESCA SEGURA- ....¡¡¡¡¡¡¡ )
MAXIMA TRACCION
Este punto debe caer entre el 75 y 85 % del peso sumergido de los PM, o sea si es una columna de diametros iguales, al 75/85% del largo.
Barras
Portamechas
PUNTO NEUTRO
ESTO ES : 15/25% coef. seg MAXIMA COMPRESION
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Esto es correcto, cuando la columna es de igual o similares diámetros, pero si la columna es telescopica, el % del punto neutro en PORCENTUAL de PESO puede ser distinto al punto neutro en PORCENTUAL DE LONGITUD : No es comun hacer los calculos en pozos relativamente someros o poco exigidos, si los diam. de los PM son cercanos. Si es importante en pozos profundos y exigidos con posible “Buckling” – (pandeo) si el P.Neutro cae arriba , en la parte de la columna con PM de diametro muy chico en relacion al diam. del pozo y a la columna inferior de PM “mas gordos”
COLUMNA TELESCOP. DE PM MAXIMA TRACCION
Barras
Portamechas PUNTO NEUTRO BAJAR EL P. NEUTRO A LOS PM DE MAYOR DIAM. AGREGANDO PM PARA PODER DAR EL PESO.
Efecto del pandeo en el espejo de un PM
Efecto del pandeo en el espejo de un PM
BSR • Hay una relación ideal entre la
resistencia del BOX y del PIN al esfuerzo de FLEXION alternativa provocada por la rotacion. • Esa relación se llama BSR (bending strengh ratio), o “Relación de resistencia a la flexión” • El BSR es un número que depende de: - Tipo de rosca - Diámetro externo del BOX - Diámetro interno del PIN
BSR • El BSR es la relación entre el
“módulo de resistencia” del BOX dividido el “módulo de resistencia” del PIN, aplicado en las secciones mas solicitadas de la rosca. • Esas secciones son las siguientes: - PIN : a una dist. = ¾” del espejo. - BOX : donde termina el PIN.
Depende del tipo de rosca y del diam. exterior box.
Depende del tipo de rosca y del diam. interior del pin.
Pin
El BSR es una función de los diámetros y del tipo de rosca
CALCULO DEL BSR UNION
• Es una formula compleja, el análisis
puede encontrarse en API RP7G, pag. 135 y ss. En resumen es la relación, (Cociente), entre el modulo de la sección transversal del box al modulo de la sección transversal del pin.
BSR = Z box /
Z
pin
BSR = 0.098 (D4-b4) / 0.098 (R4-d4) D R
CALCULO DEL BSR BSR = (D4-b4) / (R4-d4) D R D= diam. ext. del box d = diam. int. del pin b = diámetro de raíz del filete del box en donde termina el pin. R = diámetro de raíz del filete del pin a ¾” del hombro del pin.
b y R son función del tipo de rosca, y se pueden obtener solo de los manuales de fabricación de roscas.
CALCULO DEL BSR • El BSR da idea de cuan fuerte es el macho o
la hembra de una conexión. • Para calcularlo hay gráficos (Drilco) , tablas (DS1) y programas de computadora. • El valor OPTIMO DEL BSR = 2.5 (de experiencias )
• La norma API acepta valores entre 1.9 y 3.2 • DS1 acepta entre 2 y 3 en pozos NO
exigidos y entre 2.25 / 2.75 en pozos mas exigidos o con desviación.
VALORES DEL BSR : • Cuanto mayor el BSR, mas fuerte el box,
cuanto menor el BSR, mas fuerte el pin. • En los PM nuevos vienen con BSR cercanos a 3 ( mas fuerte el BOX) , de manera que al desgastarse el diam. exterior del box , el valor del BSR de las columnas tienda a ser el optimo a medida que aumenta la fatiga de las conexiones por el uso. • Veamos como obtenemos el BSR de un portamechas, y luego de una conexion entre 2 PM , que es lo que importa realmente:
213 /16 ”
Gráficos Drilco Al gastarse el diam. ext. del box, tiende al optimo de 2.5 – por tanto es preferible que de nuevo tenga más de 2.5, es decir que tienda a hacer un poco más fuerte el box.
TABLAS
PROGRAMAS • Hay programs para calcular el BSR de un PM o de
la union de 2 PM, (rosca box inferior y pin superior) – Esto interesa para armar la columna lo mas pareja desde el punto de vista del BSR:
• DOC ANEXA\BSR.xls • DOC ANEXA\BSR uniones RANGO LIMITADO.xls
TORQUE DE LOS PM • Las infinidad de tablas de los
fabricantes, de API y DS-1, etc, que dan los valores INDICATIVOS del torque de ajuste a aplicar según los diámetros interiores y exteriores del PM según la conexión (Rosca) • p. ej : Tabla DS1 – 2.11 pag. 41 a 44 • Tabla manual M. Driller Ensign :
Los valores de la tabla de las normas API o DS-1 son valores mas exactos que los valores dados en tablas generales. ES CONVENIENTE USAR LOS VALORES DE LAS NORMAS PARA MAYOR EXACTITUD.
TORQUE DE LOS PM • VALEN IDENTICAS CONSIDERACIONES
QUE PARA EL TORQUE DE LAS BARRAS, en lo referente a posición de llaves, limpieza de uniones e inspección antes del uso, engrases, cuidado de las roscas, estado de guardarroscas, etc. • NUNCA desenrosque usando la mesa....¡¡¡¡¡- Esto trae SIEMPRE “FFG” = Flanco filetes gastados, y “salta” en la inspección.
INSPECCION API RP7G • API exige mediciones de diámetros,
estiramiento de roscas, revisión de espejos , estiramiento, abocardamiento del counterbore en box , y partículas magnéticas húmedas en las roscas. • Normalmente se chequean diámetros , largos y partículas en los recesos para cuñas y elevadores si existen.
INSPECCION DS1 A la inspección API le agrega: • Categorías : Va aumentando las exigencias según las mismas, estableciendo insp. “Dimensionales”. • Exige “Dimensional 2” en la categoría 3 y “dimensional 3” en la categoría 3-5 (Agrupa las categorias en los BHA) –(BSR, Largo PM, insp. de recesos para elevadores y cuñas, espacio de llave, medidas de aliviadores, diámetros de biseles, etc) – • VER TABLAS DE CRITERIOS DE ACEPTACIÓN:
3.8 – Pag 30 a 39 (Para PM) y tabla 3.9 Pag. 40 (para HWDP).
COMPARACION INSPECC. VEAMOS QUE INFORMACION DAN AMBOS TIPOS DE INSPECCIONES: DOC ANEXA\INSP API HW.JPG DOC ANEXA\INSP DSI HW.JPG DOC ANEXA\INSP API PM.jpg DOC ANEXA\INSP DS1 PM.JPG
INSPECCIONES 1. Pozos verticales , de hasta 3000 mts, la Cat. 3-5 de DS1 es equivalente a la inspección API RP 7G , pero con mas exigencias del dimensional, y por tanto su costo es mayor , por los rechazos , y esto se traslada a la tarifa. 2. Pozos donde es esperable problemas de desgaste, pandeo, vibraciones, o problemas , de mas de 3000 mts, es conveniente usar DS1 Cat. 3-5
INSPECCIONES 4. Si se quiere asegurar la calidad del BHA a utilizar , van a pedir DS1 , Cat. 3-5 que es lo optimo. 5 A tener en cuenta : El mantenimiento del sondeo : Una inspección DS1 al inicio, no asegura que a lo largo del contrato se mantengan las condiciones, por tanto debe preestablecerse frecuencias de inspección. En general esto lo establece el operador.
INSPECCIONES 6. En la mayoría de los casos, las Cias. inspeccionan el BHA cada 1000-1200 Hrs. 7. Esto puede o no ser aceptable para las condiciones de pozos a perforar – Una evaluacion correcta puede limitar esto a tiempos de rotacion menores, aun superando los especificados por DS1 – (El operador puede hacerlo, fijando un programa- La norma solo recomienda)
INSPECCIONES 8. En yacimientos conocidos, puede optarse por una inspección API RP 7G , y agregar condiciones particulares tales como : No aceptación de BSR fuera de ciertos valores para cada PM – No aceptación de LARGOS menores que no aseguren la operación en el piso. Aumentar la frecuencia de inspecciones.
DURANTE LA OPERACION REGISTRAR pozo por pozo y agregados, correctamente la columna de PM , (Secuencia y diámetros) , y las HWDP : ESTO ES LO ÚNICO QUE ASEGURA SABER QUE BAJAR EN UNA PESCA, Asegurar el punto neutro dentro de la columna, con un Fs = 15/25% en peso ,y no admitir bajar ese valor. No aceptar dejar el PN en Portamechas de diametro bajo en col. telescopicas (Pandeo)
DURANTE LA OPERACION Verificar en las maniobras conexiones FLOJAS, esto es índicio de pandeo o VIBRACIONES. RECOMENDACIÓN: En caso de pandeo, SOBRETORQUEAR las conexiones con un 15% de exceso, lo que evita el daño en espejos. Esto es normal en pozos de gran diámetro y columnas mal diseñadas por el operador.
