Clase Sartas de Perforaciondos

“HERREMIENTAS DE PERFORACION”

9 8 7

8 7 6

6 5 4

5 4 3 2

3

2 1

1

Prof. Ing. Luis Soto Pineda

$A%&'TA (E I)*E)IE+IA TEMA IV

E,ementos de -erforación Herramientas de perforación

!"eti#o: El alumno será capaz de identificar los diferentes componentes y tipos de tuberías que conforman una sarta de perforación los tipos de roscas utilizados tipos de barrenas sabrá dise!ar una sarta de perforación y elaborar un programa de barrenas.

I.

/artas de perforación a. "b#eti$o de la sarta de perforación b. %omponentes de la sarta de perforación c. &u' es una tubería de acero( d. Proceso de fabricación de las tuberías de acero e. Propiedades de las tuberías de acero f.

)uberías utilizadas en la industria petrolera

g. "b#eti$o de las tuberías de re$estimiento *. )ubería pesada y lastra barrenas i.

%one+iones o roscar en la tubería de perforación

#.

,ise!o de sartas de perforación


$A%&'TA (E I)*E)IE+IA TEMA IV


!"eti#o: El alumno será capaz de identificar los diferentes componentes y tipos de tuberías que conforman una sarta de perforación los tipos de roscas utilizados tipos de barrenas sabrá dise!ar una sarta de perforación y elaborar un programa de barrenas.

II.

0arrenas a. ,efinición b. Principio de operación c. %lasificación de las barrenas d. -arrenas tricónicas e. -arrenas de cortadores fi#os de diamante/ f.

Selección de barrenas

g. Selección del diámetro de la barrena *. 0actores que afectan el desgaste de la barrena i.

,eterminación del tiempo optimo para el cambio de la barrena


$A%&'TA (E I)*E)IE+IA TEMA IV I.

/artas de perforación


a. "b#eti$o de la sarta de perforación

La sarta de perforación es una parte importante en el proceso de perforación rotatorio su dise!o y selección requieren de un análisis cuidadoso para la obtención de resultados satisfactorios. ,entro de los ob#eti$os más importantes de una sarta de perforación se incluyen:



)ransmitir el mo$imiento rotatorio a la barrena.



Ser$ir de conducto de circulación.



,ar peso a la barrena.



Sacar y meter la barrena.



Efectuar pruebas de formación.



%olocar tapones de cemento.



%ementar las tuberías de re$estimiento.

4 3 2

1





b. %omponentes

Los componentes de una sarta de perforación son muy $ariados y cada uno tiene un ob#eti$o específico a continuación se mencionan los componentes más comunes: 

0arrena.

Porta

barrena liso o estabilizador/.

1otor

de fondo  opciona,/



T!era de perf

)9-E4I6 ,E PE40. )9-E4I6 PES6,6

,oble ca#a.

2ál$ulas

164)ILL" 5,%"

de seguridad.

%"1-I76%I"7



'astra !arrenas (ri,, %o,,ar .



3unta de seguridad.



4imas.



Estabilizadores.

Apare"o de fondo

L6S)46-644E76S

ES)6-ILI86,"4 ,. %. ,E 1"7EL



1artillos.



T!era pesada Hea# eit.

%anastas

15

26L29L6 SE

ES)6-ILI86,"4

colectoras.



T!era de perforación.



Sustituto de la flec*a.



5ules protectores.

,%

1 P"4)6-644E76

-76.





b. %omponentes

La distribución de los componentes de una sarta de perforación tiene que $er con el ob#eti$o de la misma como se muestra en las siguientes figuras:

6pare#o para incrementar el ángulo

6pare#o para mantener el ángulo


6pare#o para disminuir el ángulo




c. &u' es una tubería(

%omo se puede obser$ar a e+cepción de los *ules limpiadores todos los componentes de una sarta de perforación son segmentos tubulares o tuberías.

e es na t!era: Es un segmento cilíndrico hueco compuesto generalmente de acero con una geometría definida por el diámetro y el espesor del cuerpo. E, acero es un metal refinado que se obtiene a partir de la fundición de un lingote de *ierro combinado con otros elementos químicos. Los aceros se clasifican de acuerdo a su composición en:

Aceros ordinarios.; %uyos componentes principales son *ierro carbono y manganeso el carbono y el manganeso reunidos no representan mas del <.=> del total del metal.

Aceros especia,es.; Se *acen como los ordinarios pero se les agrega níquel cromo cobre molibdeno $anadio y tungsteno.





c. &u' es una tubería(

La tubería utilizada en la industria petrolera debe cumplir con ciertas características geom'tricas y mecánicas como son: %lase rado

,iámetro e+terior Geométricas

,iámetro interior Espesor

Mecánicas

4esistencia a la tensión 4esistencia a la presión interna 4esistencia al colapso 4esistencia a la torsión

La clase en una tubería se refiere al grado de usabilidad que *a tenido dic*a tubería. El grado en una tubería nos indica el tipo de acero con que fue construido.





d. Proceso de fabricación

,ebido a la importancia que tiene la tubería de acero en la industria petrolera la fabricación debe contar con características de calidad e+trema acordes a los esfuerzos y riesgos potenciales a los que estará sometida. E+isten tres procesos de fabricación de tuberías: <. %onstrucción sin costura ?. %onstrucción con soldadura el'ctrica B. %onstrucción con soldadura el'ctrica instantánea flas*/ El proceso mas utilizado dentro del ámbito de perforación en tuberías con diámetros e+teriores de ?@A y menores es sin duda lafa!ricación de t!era sin costra. El proceso de construcción consta de los siguientes pasos: <. 1ateria prima ?. 6cería B. %olada continua C. Laminado

0usión 6cería

2aciado 6finación






1.; Materia prima La materia prima utilizada en la fabricación de tubería es básicamente un B@> de fierro espon#a fierro natural/ y un D@> de c*atarra.

2.; Acera Es un proceso que consta de tres etapas fusión $aciado y afinación y su ob#eti$o es la fabricación de los toc*os barras de acero/.

$sión.; La materia y fierro las aleaciones se calientan *asta alcanzar una temperatura cercana a los <?@F% en ese punto el acero se encuentra en estado liquido la inyección de gas argon se realiza por la parte inferior de la olla de fusión con la finalidad de *omogeneizar la composición química del acero.

Vaciado.; Posteriormente el acero de la olla de afinación es lle$ado y $aciado al un distribuidor para obtener la colada continua.

Afinación.; ,espu's de realizar el $aciado de la olla de fusión a la olla de afinación con precisión se realiza la afinación del acero mediante la adición de aleaciones carbono cromo manganeso níquel etc./ y así se obtiene el grado del acero requerido.






3.; %o,ada contina El distribuidor de la colada continua *a sido dese!ado con deflectores especiales que e$itan la turbulencia con el propósito de obtener barras de sección redonda que finalmente son cortadas en secciones dependiendo del diámetro esta sección es comGnmente llamada toco.

4.; 'aminado El toc*o entra al *orno giratorio que contiene nue$e zonas de calentamiento alcanzando





Aceria

Fusión

Vaciado

Afinación


Colada Continua




d. Proceso de fabricación Olla

Distribuidor Molde

Máquinas ExtractorasEnderezadoras

Máquina de corte


Torreta




0usión

2aciado

6finación

%olada continua






Tratamiento tado. Los dos primeros son para aceros %D= LH@ 7H@ )4%= P<<@ )6%
Aca!ado de, t!o.; )erminado el tubo se realizan las siguientes pruebas: 

Prueba de inspección electromagn'tica longitud espesor grado de acero etc/



4oscado segGn normas 6PI/



Prueba *idrostática





e. Propiedades de las tuberías de acero

4esistencia.; Es el esfuerzo má+imo que un material puede soportar antes de que ocurra una falla resistencia a la tensión colapso y presión interna/. 4igidez.; 9na estructura es rígida si soporta un gran esfuerzo con una mínima deformación. ,uctilidad.; Es la capacidad de un material para soportar grandes deformaciones inelásticas antes de la fractura. Se asocia con los esfuerzos de tensión. 1aleabilidad.; Es la capacidad de un material para soportar grandes deformaciones inelásticas antes de la fractura. Se asocia con los esfuerzos de compresión. 1aquinabilidad.; Es la facilidad con la que un material puede maquinarse.




f.



En la industria petrolera se utiliza una gran $ariedad de tuberías de acero siendo en los procesos de perforación y terminación de pozos donde se utiliza la mayoría a continuación se mencionan las más usadas: Tuberías de Perforación

Tuberías de Revestimiento (TR!

Tuberías de "roducci#n

Tuberías de Línea

En este curso estudiaremos las tuberías de perforación ya que forma parte esencial de la sarta de perforación. %omo ya se menciono la sección más larga de una sarta de perforación está constituida por la t!era de perforación y es 'sta la que más se da!a durante el proceso de perforación razón por la cual le dedicaremos más tiempo. La tubería de perforación al igual que las otras tuberías tiene las siguientes especificaciones: (. e?t (. int p p

-eso ,!@pie

Espesor p

+osca

*rado

%edencia ,!@p2

+. %o,apso ,!@p2


+. -. Int. ,!@p2

+. Tensión 1 ,!



f.



rados más comunes en la )P

%lasificación de la )P Por longitud

Bie,d /trent *rado

M in p s i

Ma? psi

ED=

D=@@@

<@=@@@

K =

=@@@

<@=

<@=@@@

S

<=@@@

+ano1 Longitudpies/

Identificación de ,a T- en campo

E C

Longitud mt/

=.C a .D<

+ano2

+ano3

?DaB@

BHaC=

H.?B a .<=

<<.= a
'a T- se encentra en diDmetros de 2 3@8 asta 6 5@8 -esos nitarios mDs comnes

-esos nitarios mDs comnes

(iDmetro e?t. p

(iDmetro e?t. p

-eso nomina, ,!@pie

BH ?

DH ?

*

B <?

/

C


C.H= .=

C <?

.H= <@.C@

-eso nomina, ,!@pie
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=<?

?<.@ ?C.D@

 =H

?=.?@



f.


)uberías utilizadas en la industria petrolera %,asificación de ,a T- por sa!i,idad

El Instituto 6mericano del Petróleo 6PI *a establecido di$ersos lineamientos para la

Tipo

(escripción

%ódiodeco,or

clasificación de la tubería de perforación en

función

del

desgaste

que

esta

presente. El desgaste afecta directamente a la resistencia del tubo.

%lase I

)ubería nue$a

Premium

4esistencia del H@>

,os fran#as blancas

%lase II

4esistencia del =>

9na fran#a amarilla

%lase III %laseI2

4esistencia del ==> ,es*ec*o

9na fran#a azul 9nafran#aro#a


9na fran#a blanca



f.







g. "b#eti$o de las tuberías de re$estimiento

Las tuberías de re$estimiento son de gran importancia en la perforación de pozos razón por la cual mencionaremos su clasificación y principales ob#eti$os. )ubería conductora )uberías de re$estimiento )4

)ubería de re$estimiento superficial )ubería de re$estimiento intermedia )ubería de re$estimiento de e+plotación

)ubería conductora.; Es la primera que se introduce y puede ser *incada o cementada. Su ob#eti$o es permitir la instalación del primer pre$entor en algunos casos se instala el cabezal/ donde se instalan las cone+iones superficiales de control y establecer un medio de circulación para el fluido de perforación. )ubería superficial.; La introducción de esta tubería tiene como ob#eti$os instalar las cone+iones superficiales de control definiti$as aislar acuíferos superficiales zonas de p'rdida y zonas de gas someras. Esta tubería se cementa *asta la superficie. )ubería intermedia.; Estas tuberías se introducen con la finalidad de aislar las zonas de presión normal anormal y depresionadas permitiendo incrementar o disminuir la densidad del fluido de perforación para continuar con la etapa siguiente. Estas tuberías pueden ser introducidas en una sola etapa corrida/ o en dos etapas liner y complemento/ y la cementación de igual manera puede ser en una o dos etapas.





g. "b#eti$o de las tuberías de re$estimiento

)ubería de e+plotación.; Esta tubería tiene como finalidad aislar las zonas productoras de zonas indeseables acuíferos zonas depresionadas etc./ y permitir una e+plotación selecti$a del yacimiento. eneralmente esta tubería no se e+tiende *asta la superficie y comGnmente se le llama tubería corta o liner. En el dise!o de esta tubería se debe poner especial atención ya que siempre estará en contacto con los fluidos producidos e inyectados soportando las presiones del yacimiento y las de tratamiento  estimulación o fracturamiento/. 6 continuación se muestran di$ersos arreglos de tuberías de re$estimiento.

Conductor

Conductor

Superficial

Superficial

Intermedia

Intermedia

Intermedia

Boca de liner Intermedia Boca de liner Intermedia

Intermedia

Explotación

Explotación


Tubing Less




*. )ubería pesada y lastra barrena

El uso de la t!era pesada es una práctica ampliamente aceptada en la industria de la perforación ya que debido a su mayor espesor de pared el peso unitario se duplica o triplica. Los diámetros más comunes son: ,iámetroe+terno pg/ M

,iámetro interno pg/

B

<< ?

C M

<

C =

NA

Peso lbpie/ ?

?

?

?H C?

B

=@

Las principales ventajas que se tienen con el uso de esta tubería son: 

4educe los costos de perforación ya que al colocarla en la zona de transición inmediatamente

arriba de los lastra barrenas/ se eliminan las fallas de la tubería. 

Incrementa significati$amente la capacidad de los equipos peque!os al eliminar los lastra

barrenas. 

6*orros en la perforación direccional al disminuir el nGmero de lastra barrenas reduce la

torsión y disminuye las tendencias al cambio de ángulo. El uso de la tubería pesada *elicoidal minimiza los problemas de pegadura por presión diferencial.




E,ementos de -erforación Herramientas de perforación *. )ubería pesada y lastra barrena




E,ementos de -erforación Herramientas de perforación *. )ubería pesada y lastra barrena

'as fnciones mDs importantes de ,os ,astra !arrenas sonF 

,ar peso a la barrena



1inimizar los problemas de estabilidad del agu#ero



1inimizar los problemas de control direccional.

Las formas de los lastra barrenas son $ariados siendo los más comunes los lisos y los ranurados en espiral. El uso de lastra barrenas de maor diDmetro tiene las siguientes $enta#as: Se requieren menos lastra barrenas para proporcionar el mismo peso. 

,isminuye el tiempo de cone+ión.



Se obtiene mayor rigidez.



Se mantiene la $erticalidad.

6l igual que en la tubería pesada el uso de lastra barrenas ranurados disminuye el área de contacto con la pared del pozo disminuyendo los problemas de pegadura por presión diferencial.




i.


%one+iones o #untas en la tubería de perforación

,ebido a que las tuberías que se utilizan en los pozos tienen un limite de longitud es necesario unir estas tuberías para introducirlas al pozo con la premisa de que la unión debe ser *erm'tica y capaz de soportar cualquier esfuerzo al que se someterá a esta unión se le conoce como Gnta o %one?ión.

%,ases de "ntas

E$isten dos clases de %untas de acuerdo a su forma de uni#n

6copladas.; Son las que integran un tercer elemento llamado cop,e para realizar la unión de dos tubos. Gntas acop,adas )ota.; 'a resistencia de, cop,e se considera ia, a ,a de, t!o

Intera,es.; En un e+tremo del tubo se maquina la cuerda e+teriormente y en el otro interiormente y se clasifican en: Recalcadas, Formadas y Lisas .



/artas de perforación Gntas intera,es

i.


%one+iones o #untas en la tubería de perforación &ependiendo del tipo de rosca se clasifican en'

+oscas A-I El sello se realiza mediante un anillo u " 4ing y por la grasa aplicada. E+isten cuatro tipos: 

)ubería de línea



4edondas



-utress



E+treme line

+oscas -remim Son roscar me#oradas y el sello es metal ; metal entre el pi!ón y la ca#a




i.



+oscas A-I

+oscas-remim

Ventajas: Son económicas esventajas: ,ifícil enrosque menor resistencia a los esfuerzos a+iales y sello no *erm'tico.

Ventajas: 0ácil enrosque sello *erm'tico y mayor resistencia a los esfuerzos a+iales esventajas: %osto ele$ado

Para seleccionar las #untas apropiadas para un pozo se deben analizar las $enta#as y des$enta#as de cada una y realizar el análisis económico sin ol$idar la seguridad.




i.



Las cone+iones en la tubería de perforaci#n generalmente son del tipo reca,cado debido a que son sometidas como sartas de traba#o a grandes esfuerzos durante las operaciones de perforación: Las roscas más comunes en la tubería de perforación son:

IE& Interna,  e?terna, &pset.; Esta #unta se caracteriza por tener un diámetro e+terno mayor que el cuerpo del tubo y un diámetro interno menor que el diámetro interno del tubo.

I$ Interna, $,s.; El diámetro interno es apro+imadamente igual al diámetro interno del tubo y el diámetro e+terno es mayor que el del tubo.

I&  Interna, &pset.; El diámetro e+terno es casi el del tubo y el diámetro interno es menor que el diámetro interno del tubo. En la actualidad se tiene mas di$ersidad de roscas para la tubería de perforación como: 4E 7% ;=@ E)%. Es importante mencionar que estas #untas están dise!adas para traba#ar en tensión.




i.



%)ECI)E/

I7)E46LES

6%"PL6,6S

4E%6L%6,6S

0"416,6S SE1I LIS6S/

LIS6S 0L9S5/

6PI

6PI E+treme line 6PI )ubing 2am;6ce;KL 5,

5, O =?< 5, O SLK 16% II

261 O 03L 5, O =<< 5, ; =
H 544 <@ 544 -9)4ESS


P4E1I91

19L)I 261 261 6%E 261 SL 5, =B




R,ise!o de sartas de perforación

+e,as prDcticas para esta!i,i>ar ,a sarta de perforación %omo resultado de modelos comple#os B,/ que consideran fuerzas de inclinación y direccional de la barrena cur$atura del agu#ero diferentes diámetros del agu#ero y ensamble de fondo y puntos de tangencia entre la barrena y estabilizadores y entre estabilizadores a continuación se presentan algunas reglas practicas para determinar el nGmero y posición de los estabilizadores.

a. Ensam!,e de fondo para incrementar e, Dn,o El arreglo < es utilizado para obtener moderados incrementos de ángulo . Los arreglos ? y B permiten obtener incrementos de < y BF B@ m. El arreglo C proporciona mayor fuerza de pandeo que los arreglos = y  en agu#eros con inclinación  a HF. Los arreglos = y  permiten incrementos de ángulo de ? y =F B@m en pozos cuya inclinación es Q a HF.

< a <.=






!. Ensam!,e de fondo para redcir e, Dn,o Este tipo de arreglo es conocido como arreglos tipo p'ndulo debido a que la fuerza lateral de p'ndulo e#ercida por la gra$edad es superior a la de pandeo y se logra eliminando el estabilizador colocado arriba de la barrena e instalándolo aba#o del primer punto de tangencia. Los arreglos = y  proporcionan la me#or respuesta para reducir el ángulo. %uando se tienen pozos con alta inclinación el nGmero de puntos de contacto entre la barrena y el primer estabilizador se incrementa causando reducción en la fuerza de p'ndulo srcinando una menor respuesta a reducir el ángulo del pozo. Para contrarrestar lo anterior se disminuye la distancia de la barrena al primer estabilizador como lo muestran los arreglos < y ?. Estos arreglos son más utilizados para controlar la des$iación del pozo.






c. Ensam!,e de fondo para mantener e, Dn,o Estos ensambles son conocidos como sartas empacadas. En estos arreglos los estabilizadores se colocan de tal manera que las fuerzas laterales de pandeo y p'ndulo se neutralicen. Este efecto generalmente se logra colocando dos estabilizadores cerca de la barrena el primero inmediatamente arriba de la barrena y el segundo a  m o menos. Los arreglos < y ? mantienen el ángulo de incremento los arreglos C y = mantienen la reducción. El arreglo B en pozos con inclinación menor a <@F mantiene el incremento de ángulo y para mayores de <@F mantiene la reducción. Los ensambles empacados en realidad tienen la función de incrementar o reducir paulatinamente el ángulo de inclinación del pozo e$itando cambios bruscos.






+ecomendaciones <.

En

situaciones

donde

la

sarta

de

perforación

estará

sometida

a

condiciones

e+tremadamente se$eras como en pozos de alta inclinación o de largo alcance se recomienda dise!ar la sarta tomando en cuenta esfuerzos combinados tensióncolapso ?.

tensióntorsión etc./. ,urante el dise!o de una sarta de perforación se recomienda contar con tablas de especificaciones de la tubería actualizadas.

B.

E+iste sofare t'cnico como *erramienta de cálculo para el dise!o de la sarta de perforación por lo que se recomienda su empleo una $ez que se *an comprendido los conceptos y criterios básicos.






Ta se mencionó con anterioridad que la sarta de perforación es sometida a grandes esfuerzos durante la perforación y operaciones de pesca razón por la cual es de suma importancia que sea inspeccionada continuamente para: a.

%uantificar el desgaste del cuerpo del tubo y determinar su clase.

b.

2er si no e+isten fracturas en el tubo.

c.

,eterminar las condiciones de la rosca.

+ecomendaciones para e, cidado e inspección de ,a t!era de perforación <.

Lle$ar el control de las re$isiones *ec*as por inspección tubular con la finalidad de tener actualizada las condiciones de la sarta de perforación.

?.

6plicar el apriete óptimo durante su introducción para e$itar deformaciones en ca#a y pi!ón.

B.

Los instrumentos de medida de apriete se deben re$isar y calibrar periódicamente.

C.

2erificar las condiciones de la tubería de perforación nue$a y usada de acuerdo a la codificación 6PI.

=.

2erificar las condiciones de las cu!as y bu#e maestro. Es recomendable una prueba de las cu!as cada tres meses o de acuerdo a las condiciones obser$adas.


“SARTAS DE PERFORACIÓN”

Diseño de sartas de perforació A-A+EG (E $)(

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Diseño de sartas de perforació



Diseño de sartas de perforació A-A+EG (E $)(

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Clase Sartas de Perforaciondos

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