Diseño de La Sarta de Perforacion Desde El Punto de Vista de La Tension, Colapso y Torsion.

COMANDO GENERAL DEL EJÉRCITO ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA “MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE”

BOLIVIA

CARRERA

: INGENIERIA PETROLERA

SEMESTRE

MATERIA

: SEPTIMO ¨A¨

: PERFORACION PETROLERA II

TEMA: DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA TENSIÓN, COLAPSO Y TORSIÓN. NOMBRE

: DAVID JESUS PARINA NINA

DOCENTE

: ING. JOSE MEJIA RAMOS

FECHA

: 7 DE ABRIL DEL 2016

COCHABAMBA - BOLIVIA

1

C4708-2

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.











Contenido 1.

INTRODUCCION INTRODUCCION .................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. .................................. .....................4 .....4

2.

OBJETIVO................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. .................................. .................................4 ................4

3.

MARCO TEORICO ............................... ................................................ ................................... .................................. ................................. ................................. .....................4 .....4 3.1.

DISEÑO MECÁNICO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN .................................. .................................................. ........................4 ........4

3.1.1. 3.2.

PARÁMETROS DE DISEÑO SEGÚN EL API – RP 7G ......................... .......................................... ..............................5 .............5

FACTORES DE DISEÑO PARA LA SARTA DE PERFORACIÓN PERFORACIÓN............................... ................................................ ...................6 ..6

3.2.1.

FACTOR DE DISEÑO POR TENSIÓN............................... TENSIÓN................................................ .................................. ..............................6 .............6

3.2.1.1.

TENSIÓN ................................ ................................................ ................................. .................................. .................................. ...........................6 ..........6

3.2.1.2. BIAXIAL

DISEÑO DE UNA SARTA DE PERFORACIÓN POR TENSIÓN Y POR ESFUERZO 7

3.2.1.3.

LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN (Pt) ................................ ................................................. .................................8 ................8

3.2.1.4.

FALLAS A LA TENSIÓN ............................... ................................................ .................................. ................................. ......................10 ......10

3.2.1.5.

FACTOR DE SEGURIDAD POR TENSIÓN. ................................ ................................................ ............................11 ............11

3.2.1.6.

CARGA PERMISIBLE (PA). ................................ ................................................. ................................. ................................. .................11 11

3.2.1.7.

CARGA DE TRABAJO (Pw). ............................... ................................................ ................................. ................................. .................11 11

3.2.1.8.

LA MÁXIMA TENSIÓN PERMISIBLE (MTP) ............................... ................................................. ..........................11 ........11

3.2.1.9.

ESTABLECER EL MARGEN DE JALÓN (Mj) ................................. .................................................. .........................11 ........11

3.2.1.10.

DETERMINAR LA TENSIÓN DE TRABAJO (TT) ................................. ................................................. ...................13 ...13

3.2.1.11. ¿POR QUÉ NOS APLICAMOS CON MAYOR ATENCIÓN ATENCIÓN A LA RESISTENCIA RESISTENCIA DE LA TENSIÓN EN LAS SARTAS DE PERFORACIÓN? ............................. .............................................. .................................. ....................13 ...13 3.2.2.

FACTOR DE DISEÑO AL COLAPSO.................................. .................................................. ................................. ............................14 ...........14

3.2.2.1.

COLAPSO................................ ................................................ ................................. .................................. .................................. .........................14 ........14

3.2.2.2.

DISEÑO DE COLAPSO POR TENSIÓN ............................... ................................................ ...............................15 ..............15

3.2.2.3. DETERMINAR LA CAPACIDAD DE PRESIÓN INTERNA Y COLAPSO DE LA TUBERÍA DE TRABAJO................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. ................................. ......................17 ......17 3.2.2.3.1. PRESIÓN INTERNA........................... INTERNA............................................ .................................. .................................. ............................17 ...........17 3.2.2.3.2. PRESIÓN DE COLAPSO. ................................ ................................................. ................................. ................................. .................17 17











3.2.3.

FACTOR DE DISEÑO POR TORSIÓN ................................. .................................................. .................................. .........................18 ........18

3.2.3.1.

TORSIÓN ................................ ................................................ ................................. .................................. .................................. .........................18 ........18

3.2.3.2.

FALLAS A LA TORSIÓN ............................... ................................................ .................................. ................................. ......................18 ......18

3.2.3.3.

RESPUESTA A FALLAS POR TORSIÓN ............................... ................................................ .................................. .................19 19

3.2.3.4.

COMBINACIÓN COMBINACIÓN A LAS FALLAS DE TENSIÓN Y TORSIÓN ............................... .....................................19 ......19

3.2.3.5.

RESISTENCIA A LA TORSIÓN DE LAS CONEXIONES ................................. ............................................20 ...........20

3.2.3.6.

RESISTENCIA TORSIONAL DE LA CONEXIÓN DE LOS LASTRA BARRENAS...........20

3.2.4.

FACTOR DE DISEÑO PARA EL ESTALLIDO ................................. ................................................. ................................. .................20 20

3.2.5.

FACTOR DE DISEÑO PARA PANDEAMIENTO ................................. .................................................. ............................20 ...........20

3.2.6.

OTRAS REVISIONES A REALIZAR: ............................... ................................................ .................................. ...............................21 ..............21

4.

CONCLUSIÓN ................................ ................................................ ................................. .................................. .................................. ................................. .........................21 .........21

5.

BIBLIOGRAFÍA ............................... ................................................ ................................. ................................. .................................. ................................. .........................22 .........22











DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN DESDE EL E L PUNTO DE VISTA DE LA TENSIÓN, COLAPSO Y TORSIÓN. 1. INTRODUCCION En el proceso de perforación de un pozo, la sarta es el componente del equipo de perforación que más se somete a esfuerzos (tensión, compresión, presión interna y externa, doblez, fatiga, torsión, abrasión, erosión y corrosión). La acción independiente o combinada de dichos esfuerzos puede causar problemas durante la perforación, tales como: desprendimientos, pegaduras por presión diferencial, altos arrastres y fugas en los elementos tubulares. Por supuesto, estos problemas son causa de altos costos y pérdidas de tiempo de perforación. Consecuentemente, un adecuado diseño de la sarta es fundamental para el éxito de la perforación. Por supuesto, debe tomarse en cuenta que un sobre diseño, que exija componentes con resistencias mayores (tuberías con mayor diámetro en el cuerpo y junta), también incrementa el costo de la perforación y pone en riesgo la integridad de las tuberías de revestimiento. 2. OBJETIVO Conocer los criterios básicos básicos para el diseño de sartas sartas de perforación, perforación, aplicando una metodología práctica que contempla contempla los principales esfuerzos mecánicos a los que se somete una sarta durante la perforación de un pozo.

3. MARCO TEORICO 3.1. DISEÑO MECÁNICO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN Diseño de La Sarta de Perforación comprende: a) · Tubería de Perforación operando en Tensión b) · Tubería Pesada (HWDP) y a veces también la TP c) · Operando en Compresión o en Tensión d) · Lastra barrena de varios tamaños e) · Por lo general operando en Compresión f) · Accesorios tales como barrenas, estabilizadores, estabilizadores, motores, escariadores, fresas,











3.1.1. PARÁMETROS DE DISEÑO SEGÚN EL API – RP 7G • Tabla 1-3 Datos de Tubería Nueva • Tabla 4-5 Datos de Tubería Clase Premium • Tabla 6-7 Datos de Tubería Clase 2 • Tabla 8 Datos de Acoples de tubería • Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexión

• Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforación) • Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste • Fig 26-32 Datos de Rigidéz (BSR) de los DC











3.2.

FACTORES DE DISEÑO PARA LA SARTA DE PERFORACIÓN

3.2.1. FACTOR DE DISEÑO POR TENSIÓN 3.2.1.1. TENSIÓN Una sarta de trabajo al estar suspendída verticalmente, sufrirá un esfuerzo axial llamado tensión, producto de su propio peso. Cada junta debe soportar el peso de la sarta suspendida en ella. El valor de este esfuerzo varía de cero en el punto neutro hasta un máximo en el punto de apoyo, es decir en la superficie. Si la tubería estuviera suspendida en el aire soportaría todo su peso muerto. Si está sumergida en el fluido, disminuye su peso por efecto del empuje en función de la densidad del fluído; cambiando de esfuerzos de tensión a compresión a partir del punto neutro, como se aprecia en la figura.

Los factores de diseño recomendados en la industria varían desde desde 1.3 (Neal Adams) hasta 1.8 (Preston Moore). IPM está preparando preparando una política política para este caso. API recomienda un factor de diseño de alrededor de 1.1 aplicada a la resistencia mínima o según lo recomienda el fabricante de la tubería (API RP7G R P7G pág. 42).Shell utiliza 1.15 para el diseño de sartas de perforación y 1.3 para el diseño de revestidores.













3.2.1.2.

DISEÑO DE UNA SARTA DE PERFORACIÓN POR TENSIÓN Y POR ESFUERZO BIAXIAL

El término “diseño” significa definir o establecer las especificaciones particulares para

realizar una obra o producto, es decir, decir, definir las dimensiones específicas de los insumos que se ocupan en la creación o construcción para lograr el objetivo. Por otro lado, el término “sartas de tuberías”, se hace extensivo para las tuberías de perforación, de revestimiento y producción. Por lo tanto, el t érmino “diseño de sartas de tuberías” debe

entenderse como un proceso para determinar las especificaciones que deben tener los materiales utilizados como sartas de tuberías (tubos y conexiones), con la premisa de seleccionar la (s) que más convenga (n) a partir de especificaciones preestablecidas, para una aplicación en particular en un pozo. En el ámbito de la Ingeniería de Perforación, el término “diseño de tuberías” generalmente es aplicado, como como sinónimo sinónimo de “diseño de sartas de tuberías”. tuberías”. Con base base en éstos conceptos y de acuerdo a sus componentes, el diseño de una sarta de perforación”

se puede dividir en las siguientes partes: · Diseño de tuberías. · Diseño de aparejo de fondo y longitud de de lastrabarrenas. · Selección de la barrena para para perforar. En el manual para Perforador, se han estudiado estudiado los diferentes aparejos o juegos de fondo fondo y el concepto del punto neutro. E n el caso de la selección de la barrena para perforar, se tratará en el el tema 10.1; por lo tanto, nos enfocaremos únicamente únicamente al diseño de tuberías y al cálculo de la longitud de lastrabarrenas, para éste último concepto aplicaremos el método de flotación de Lubinski, que establece, que el peso mínimo de lastrabarrenas en el lodo, debe ser mayor que el peso aplicado sobre la barrena. De ésta manera se asegura que la tendencia al pandeo permanezca en los lastrabarrenas. Lubinski define el punto neutro en una sarta sarta de perforación “cuando el peso peso flotado de la porción de una sarta de











alcanzan cualquier nivel de deformación se debe entender la situación como una condición de falla. Por lo tanto, la capacidad de resistencia de una tubería se define como aquella aptitud o condición que ofrece una tubería para reaccionar y evitar cualquier tipo de falla o deformación, ante la acción acción combinada de cargas (de presión, axiales, ambientales ambientales y mecánicas). Las principales fallas de las tuberías son básicamente: colapso, tensión, estallamiento y corrosión. El tratamiento de cada una de las fallas simplifica el estudio y análisis del comportamiento de la resistencia en los materiales. Los métodos a estudiar para el diseño diseño de la tubería de perforación los haremos con base en las siguientes cargas o esfuerzos: ·

·

Tensión.-Es una condición mecánica (tensionada) de una tubería que puede ocasionar la falla o fractura de la misma. Se origina por la acción de cargas axiales que actúan perpendicularmente sobre el área de la sección transversal del cuerpo del tubo. Esfuerzo biaxial (Tensión / presión interna interna (estallamiento) (estallamiento) y Tensión/presión Tensión/presión al colapso.)

3.2.1.3. LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN (Pt) Es un condición mecánica de una tubería que puede ocasionar la falla o fractura de la misma. Se origina por la acción de cargas axiales que actúan perpendicularmente sobre el área de sección transversal de cuerpo del tubo sin costura. Las cargas dominantes en esta condición mecánica son los efectos gravitacionales, flotación, fl otación, flexión y esfuerzo por deformación del material. Es el máximo valor para que ceda por tensión el cuerpo de la tubería y se obtiene por











Hay que recordar que la sarta de perforación es el primer contacto con la formación, por lo tanto debemos de tener suficiente valor de Resistencia a la Tensión en el cuerpo del tubo sin costura. En el API Bull 5C3, oct/94, presenta las fórmulas de Resistencia al Colapso, Presión Interna, Resistencia a la Tensión, para el cuerpo del tubo sin costura y para las conexiones. La fórmula que aplica Resistencia a la Tensión para el cuerpo de tubo tubo sin sin costura es la siguiente:

Con esta fórmula determinamos los valores de resistencia a la tensión en el cuerpo del tubo sin costura que nos muestran las tablas de los fabrican tes, pudiendo aplicar los factores de diseño, para las diferentes clases de tubería. tubería.











Peso Total, Tsurf, soportado por la junta superior de la tubería de perforación cuando la barrena está justo arriba del fondo:

Si al tensionar la tubería de perforación se alcanza su punto de cedencia, tendremos: Una deformación total, que es la suma de las deformaciones elástica y plástica. Estiramiento, que será permanente en la tubería. Dificultad para mantenerla recta. 3.2.1.4. FALLAS A LA TENSIÓN Las fallas por tensión ocurren cuando se excede la capacidad de carga del componente más débil de la sarta de perforación. perforación. Generalmente es la tubería de perforación en el tope del hoyo. Ocasionalmente falla la junta si se le aplica Torque por encima enci ma del recomendó a. La carga a la tensión es mayor que la resistencia máxima a la tensión. b. La superficie de la falla esta escarpada y a 45 grados del eje de la tubería.











3.2.1.5. FACTOR DE SEGURIDAD POR TENSIÓN. Se aplica para disminuir la capacidad de la resistencia a la tensión de la tubería, de manera que se obtenga una carga permisible (máxima). El valor generalmente es 1,1.

3.2.1.6. CARGA PERMISIBLE (PA). Carga máxima que puede colocarse en la tubería, incluyendo las contingencias. Es igual a: P a

P t Fact or ..de..diseño ..a..la..tension

3.2.1.7. CARGA DE TRABAJO (Pw). Es la tensión máxima esperada que puede ocurrir durante operaciones normales. Se la obtiene: P W

P a

MOP

Dónde: MOP = Margen de Sobre tensionamiento, (lbs.) Es la capacidad adicional a la carga de trabajo (Pw), y que se utiliza para superar problemas como el arrastre esperado, posible atrapamiento y aplastamiento por cuñas. Los valores típicos de “Overpull” están entre 50,000 y 150,000 lbs.

3.2.1.8. LA MÁXIMA TENSIÓN PERMISIBLE (MTP) Se calcula con la siguiente con unidades de tonelada:













establece de acuerdo con la experiencia y las condiciones de perforación esperadas. El arrastre se puede obtener de pozos de correlación o estimar con la siguiente ecuación empírica.

Donde A sección (toneladas) es el arrastre por sección, P sección (lbs/pie) es el peso en el aire del tubular de la sección sección y L sección (m) es la longitud del tubular tubular de la sección. Para estimar el arrastre total de la sarta de perforación, se calculan los arrastres de las secciones comprendidas entre la barrena y el punto de desviación (KOP).











Por lo tanto, el margen de jalón mínimo debe ser mayor al arrastre calculado y satisfacer la siguiente ecuación:

Satisfaciendo la ecuación 8, se garantiza que la tensión de trabajo afectada por las cuñas siempre sea menor a la máxima tensión permisible, es decir:











Cuando se encuentra colgada del elevador de TP de 18°, en el momento que se está sacando o metiendo la sarta de perforación Cuando se está perforando, solo perderá el peso de los DC que se cargue a la barrena moviendo su punto neutro, en esta condición la sarta de perforación sigue en tensión En un último de los casos cuando se encuentre afectado por un problema mecánico del pozo, atrapada la sarta de perforación. La tención rige que la tensión máxima permisible en el sistema En SLB SLB el DF t=1.1 Margen de sobre tensión MOP, Capacidad de tensión en exceso deseada por encima del peso colgante de la sarta en la superficie. En SLB el MOP se fija entre entre 50K y 100K Lbs. Exceso de Peso DF bha de la Herramienta de Fondo (BHA). Cantidad de la Herramienta de Fondo en términos de peso en exceso del peso usado para perforar para asegurarse asegurarse de que todas las cargas de compresión y de torsión se mantengan en los lastra barrena. En En SLB el Df bha= 1.15 3.2.2. FACTOR DE DISEÑO AL COLAPSO 3.2.2.1.

COLAPSO











Cuando un tubo está sometido a una presión exterior uniforme, el metal está sujeto a esfuerzos de compresión, al aumentar la presión en condiciones de equilibrio, se contraerá uniformemente como cualquier cuerpo elástico, hasta una presión crítica donde el tubo es inestable y ocurre la falla plástica o colapso. Las tuberías pueden estar sujetas a presiones de colapso a través través de su vida. Generalmente se aplica un factor de diseño de 1 a la presión mínima de colapso. El boletín 5C2 de API presenta la resistencia resistencia a presiones de colapso colapso (incluyendo (incluyendo las Biaxiales).











El punto de cedencia promedio, es la media aritmética de la mínima y máxima resistencia cedente, para cada calidad de acero, como se aprecia en la siguiente tabla:













3.2.2.3.

DETERMINAR LA CAPACIDAD DE PRESIÓN INTERNA Y COLAPSO DE LA TUBERÍA DE TRABAJO La premisa en este punto es comparar las condiciones más críticas a las que se someterá la tubería (adicionando un factor de seguridad) contra su resistencia. Cabe mencionar que la falla de la tubería de perforación, ya sea por presión interna o de colapso, es una situación que difícilmente se da. Sin embargo, es necesario considerarla en el diseño de la sarta, por situaciones críticas que pudieran presentarse. 3.2.2.3.1. PRESIÓN INTERNA La sarta de perforación está sujeta a una presión interna de cedencia cuando la presión interna ejercida es mayor que la presión externa. Esta diferencial de presión se puede presentar, por ejemplo, cuando se inducen presiones en la superficie para algún control











3.2.3. FACTOR DE DISEÑO POR TORSIÓN 3.2.3.1. TORSIÓN Este tipo de esfuerzo se presenta debido al movimiento rotativo de la sarta de perforación. La cantidad de esfuerzo por torsión torsión que resiste una tubería bajo tensión debe debe calcularse en cada cambio de grado diámetro y peso de la tubería. El valor mínimo que resulte en cualquiera de los puntos analizados será la condición de frontera en operaciones reales de campo. En el caso de herramientas que se operan con torsión como es el de algunas herramientas de percusión, el valor de torsión obtenido por diseño deberá ser superior a la torsión necesaria, de lo contrario deberá cambiarse el diseño de la sarta.











3.2.3.3.

RESPUESTA A FALLAS POR TORSIÓN •Seleccionar el DE y el DI de la junta de manera que el tor

de apriete máximo exceda











3.2.3.5. RESISTENCIA A LA TORSIÓN DE LAS CONEXIONES La mayoría de las conexiones estándares son son mas débiles a la torsión que los tubos a los que están soldadas. API coloca la resistencia a la torsión de las l as conexiones a un valor arbitrario de 80% de la resistencia a la torsión del tubo tubo en la mayoría mayoría de los casos.

3.2.3.6. RESISTENCIA TORSIONAL DE LA CONEXIÓN DE LOS LASTRA BARRENAS La resistencia Torsional de la conexión de un Lastra barrena siempre será diferente difer ente del de una conexión de las mismas dimensiones. La capacidad Torsional de los Lastra barrenas raramente es una preocupación pre ocupación porque sus conexiones son más grandes y están sujetas a menores cargas de torsión que las conexiones de la tubería de perforación.











3.2.6. OTRAS REVISIONES A REALIZAR: Cargas Combinadas • La Tensión reduce la capacidad de presión al colapso de la tubería de perforación. • La Torsión reduce la capacidad de tensión de la tubería de perforación. • Apretar la conexión después de un cierto punto reduce la capacidad a la tensión de la

conexión. • La Tensión reduce la resistencia a la torsión de conexiones débiles en el Pin.

4. CONCLUSIÓN













5. BIBLIOGRAFÍA http://es.slideshare.net/MagnusMG/15-criterios-de-dieo-de http://es.slideshare.net/M agnusMG/15-criterios-de-dieo-de-sartas-y-fallas-del-sartas-y-fallas-delmaterial?qid=12efa8c7-80cd-40aa-abd7-97e29730faaf&v=&b= material?qid= 12efa8c7-80cd-40aa-abd7-97e29730faaf&v=&b=&from_search= &from_search=12 12

Diseño de La Sarta de Perforacion Desde El Punto de Vista de La Tension, Colapso y Torsion.

Recommend Documents