DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACION INTRODUCCION La sarta de perforación es una parte importante del proceso de perforación rotatoria. Es la conexión entre el equipo de perforación y la barrena La sarta de perforación o también conocida como columna de perforación es la encargada de transmitir las fuerzas de empuje y rotación al tricono, ademas de determinar la profundidad del pozo. Por dentro de la sarta circula aire aire para evacua el detritus y además además enfriar la broca y agua que sirve para estabilizar las paredes del pozo
FUNCIONES Las funciones principales de la sarta de perforación son: Proporciona un conducto de fluido para perforar, limpiar y cementar el pozo Transmite rotación a la barrena Guía y controla la trayectoria hacia el pozo Coloca el peso sobre la barrena para perforar
COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACION
TUBERIA DE PERFORACION Transmite portencia por medio del movimiento rotatorio del piso del equipo de perforación a la barrena y permite la circulación del lodo
TUBERIA DE PERFORACION PESADA (HDWP) Es un elemento intermedio de la sarta de perforación y consiste en tubos de paredes mas gruesas. Su mayor aplicación esta en ubicarlas en la zona de transición y en pozos horizontales. Tiene esencialmente el mismo diámetro exterior que la tubería de perforación convencional; convencional; su diámetro interior es menor debido a que el espesor de pared es mayor provocándole a esta un peso de 2 a 3 veces el peso de la tubería convencional
DRILL COLLARS (LASTRABARRENAS, COLLARES, BOTELLAS O PORTAMECHAS) Son barras de acero huecas utilizadas para auxiliar a la tubería de perforación y dar peso a la barrena durante las operaciones de perforación
COPLES (CROSSOVER)
Son los elementos estructurales que unen dos botellas y deben ser lo suficientemente fuertes para soportar la tensión y compresión en las operaciones de perforación
ESTABILIZADORES
Son tramos cortos de tubería, posicionados entre los lastrabarrenas con el fin de mantenerlos centrados dentro del hueco, mantener el pozo derecho y el diámetro correcto en la pared del pozo
RIMAS (REAMERS) Estos tienen la función de desgastar las paredes del pozo a un diámetro mayor o igual al de la barrena, y realizan una función similar al de los estabilizadores, en cuanto ayudan a estabilizar el ensamblaje de fondo usando unas cuchillas rimadoras
EQUIPOS ADICIONALES Motores de fondo Los motores de fondo (DHM) son herramientas herramientas que convierten la energía hidráulica del flujo del lodo en energía mecánica que permiten la rotación de la barrena sin necesidad de transmitir esta rotación desde la superficie
Martillo El martillo es una herramienta de acero de alta calidad, diseñado para revestir impactos mas severos. En caso de observar pegadura, el martillo opera impactando con percusiones ascendentes y descendentes.
ECUACIONES, VARIABLES Y CONCEPTOS La sarta de perforación comprende: tubería de perforación (DP), tubería pesada (HWDP), porta mecha (DC) y accesorios entre estos estabilizadores, motores, tijeras, fresas, etc
Variables a utilizar BF=factor de flotación
= densidad de lodo = densidad de acero (65.4)
#PM= Numero de Porta mechas
WOB= Peso sobre el trepano Wpm= Peso nominal de porta mecha
%
= longitud de pieza (30)
= Porcentaje del punto neutro = Longitud de porta mecha
DISEÑO DE LOS PORTA MECHAS
Factor de flotación: Es aquel usado para compensar la perdida de peso de la sarta de perforación debida a su inmersión en el fluido de perforación. Sus unidades son ppg o lb/ft3
= 1 − 65.4
Cantidad de porta mechas necesarias para el peso en el trepano tr epano a un % del punto neutro
% # = ∗ ∗ ∗ 100
NOTA.- si el resultado es mayor a la cantidad de porta mechas disponibles, no cumple con el porcentaje del punto neutro
Verificar el porcentaje para ver si necesitamos otro diámetro de porta mecha
= % 100
Verificar el peso del porta mecha con la cantidad existente
= ∗ ∗ ∗
Verificar el porcentaje del punto neutro
% =
NOTA. – El resultado es el porcentaje en la longitud del porta mecha
Calcular el peso del porta mecha de diámetro menor al anterior, existente
= ∗ ∗ ∗
Peso total de los porta mechas de diferentes diámetros
= −
Porcentaje del punto neutro con el peso total de la columna, para asegurar que no este el punto neutro en los heavy weight
% = ∗∗ = 1.15 ∗
Longitud de los porta mecha requeridos para lograr el peso deseado en el trepano
DISEÑO DE LA TUBERIA DE PERFORACION Margen de sobre tensión 25 ton t on en pozos someros y 50 ton en pozos profundos consiste en una tensión adicional a ser aplicada cuando se esta tratando de sacar una sarta pegada sin romper los límites de tensión de la tuberia de perforación. Esta es la diferenca entre la carga de tensión máxima permisible de la sarta y la carga del gancho. La formula a usar es la siguiente:
= −
Donde:
= .∗ . ∗ = Es la resistencia a la cedencia minima (lb) que esta en función al grado de la tubería
de perforación API RP 7G que podemos leer de página 26 del manual de perforación y well control del ingeniero Nicomedes Saavedra.
CORRECCION DE LOS PESOS UNITARIOS DE LA TUBERIA DE PERFORACION Variables a usar:
=peso del cuerpo o peso nominal de la tubería de perforación
ID=Diametro interior OD= Diametro exterior
=Peso ajustado de la tubería de perforación =recalque o peso trastornado
= peso nominal de la articulación de la herramienta
= Diametro del box y el elevado upset
= longitud ajustada del tool joint = peso ajustado del tool joint y la tubería de perforación juntos
= longitud de la tubería de perforacion
Peso del cuerpo del a tubería de perforación
− ID OD = 1029.4 ∗2748
Peso ajustado de la tubería de perforación
= + .
= llamado también recalque clasificada según la norma API 5D. Se puede
encontrar mediante tablas del ingeniero Nicomedes Saavedra del libro de perforación y well control pagina 27. Esta en función del diámetro externo y el peso nominal de la tubería de perforación
Peso ajustado del tool joint (acople)
= . . ∗ ∗ ( − ) +.∗( +.∗ ( − ) −.∗ ∗ − −
)
= Diametro del box y el elevado upset en pulgadas, esta en función del diámetro IEU y peso
nominal del tool joint
Longitud ajustada del Tool Joint (acople)
.∗ − = + .
Peso aproximada ajustada del cuerpo de la tubería mas el Tool Joint
∗ . + = .+
Longitud de la tubería de perforación de un grado determinado
. ∗ .) . ) − ∗ .∗ ∗ + ∗ = ( − ∗ NOTA.-si la tubería es usada se multiplica por 0.8 si es nueva se multiplica por 1
Longitud de la tubería de perforación de grado diferente al anterior
. ∗ .)− .)− ∗ .∗ ∗ + ∗ + ∗ + ∗ = ( − ∗ TUBERIA SOMETIDA AL COLAPSO Variables a usar
= Peso sobre el trepano
= Profundidad
Presion de colapso biaxial Colapso o aplastamiento Es la presión aplastante que la tubería debe resistir. La presión ejercida por la columna de fluido de perforación en el espacio anular, creado por la tubería y el hoyo, y la presión de las formaciones perforadas, tienen que ser contrapesadas por la columna del fluido que está dentro de la tubería y por la resistencia de los tubos mismos al aplastamiento.
= √ −∗ −∗ − = .∗ ∗ − ∗
= es la presión de torsión y tensión de la tubería de perforación. Se
encuentra en tablas de perforación y well control del ingeniero Nicomedes Saavedra pagina 35. Esta en función del diámetro, el peso nominal y grado de la tubería de perforación (psia)
= Esta en función del grado de la tubería de perforación. Se encuentra tabulado en manual de well
control del ing Nicomedes Saavedra pagina 26 tabla 1
Presion Hidrostatica
= .. ∗ ∗
Factor de Diseño al Colapso Es la capacidad en el cuerpo de la tubería que es considerada inferior para tomar en cuenta la reducción en el esfuerzo a la tensión biaxial y en SLB se usa un factor de diseño al colpaso, este factor tiene q ser mayor a 1.15
≥ . =
Presión de estallido
∗ = ∗
t= espesor en función al diámetro interior y exterior de la tubería de perforación multiplicada por el factor 0.8 (tubería usada)
= − ∗.
= es el diámetro externo de la tubería de perforación con la correcion
correspondiente que esta en función al espeso y al diámetro interior
= + ∗
Presion de prueba
= −
= es la presión, medida generalmente en libras por pulgada cuadrada (psi), existente
en el fondo del pozo. Esta presión puede ser calculada en un pozo estático relleno de fluido
Presion de superficie
= −
e l fondo del orificio con una válvula =permita que el pozo se abra y se cierre en el
accionada desde la superficie. Se acostumbra a montar uno o más medidores de presión dentro de la herramienta DST que se leen e interpretan después de terminada la prueba
Factor de diseño al estallido Se consideran estallidos simples sin tolerancia para efectos axiales. En SLB el factor de diseño al estallido tiene q ser mayor a 1.0
= > ..
EJERCICIO DE APLICACIÓN DEL DISEÑO DE SARTA DE PERFORACION En el pozo SBL-20 usted fue asigando para diseñar la sarta de perforación del pozo, tramo intermedio, con un diámetro de pozo: media. El pozo tiene una profundad de 3000 mts
14
“ de formación
El ingeniero de pozo encargado del trabajo nos facilitó con los datos de pozo, características características de las tuberías de perforación (usada) además a demás de los datos del BHA tabulados:
Caracteristicas del pozo Diametro de pozo
Margen de sobre tensión (MOP) Ρ prueba Ρ lodo Peso sobre el trepano (WOB) Presion del gas en pruebas (DST) Presion deiferencial de fondo (PDF) Profundidad de cassing
40 Ton 11 Lb/gal 10 Lb/gal 14 Ton 200 Psi 100 Psi 1100 mts
14
“
Caracteristicas de tueria de perforación y Tool Joint (1)
Peso nominal (lb/ft)
5“
2
“
25.6
Grado y Upset (IEU)
6 2 5
DTE G-105
Caracteristicas de tueria de perforación y Tool Joint (2)
Peso nominal (lb/ft) Grado y Upset (IEU)
5“
2
“
25.6
DTE
X-95
6 2 5
“
“ “
“ “ “
Heavy Weigth (HW) OD (“)
ID (“)
Peso Nom. (lb/ft)
4 34 2 12
49.3
Porta mechas 1 (PM1)
piezas OD (“)
ID (“)
6 Peso Nom. (lb/ft)
6 12 2 34
Porta mechas 2 (PM2)
Piezas OD (“)
148.5
ID (“)
8 Peso Nom. (lb/ft)
5 12 3
piezas
110.5
1) Se calcula la cantidad de porta mechas necesario para el
14 = 1 − .
tramo
=
= 1 − .
= 0,847
2) Calculamos la Cantidad de porta mechas necesarias para el peso en el trepano a un % del punto neutro
% # = ∗ ∗ ∗ 100 30864,4 85 # = 148.5 ∗30 ∗0,847 ∗ 100 # = 9.621863
7
3) Verificamos el porcentaje para ver si necesitamos otro diámetro de porta mecha
= % 100 = 30864.%854 100 = .
4) Verificar el peso del porta mecha con la cantidad existente
= ∗ ∗ ∗ = 8 ∗ 30 ∗148,5 ∗0.847 = ,
5) Peso total de los porta mechas de diferentes diámetros
= − = 36311,066 − 30190, 30190,46 6 = ,,
6) Porcentaje del punto neutro con el peso total de la columna, para asegurar que no este el punto neutro en los heavy weight
% = ∗100 3 % = 30864, 30190,466 ∗100 % = . . %
NOTA.- El porcentaje del punto neutro sobre pasa mas del 85% por lo tanto necesitamos aumentar piezas del porta mecha siguiente para que aguante la herramienta es decir peso disponible mayor al peso requerido 7) Longitud de los porta mecha requeridos para lograr el peso deseado en el trepano
∗∗ = 1.15 ∗
∗ 3086 30864.4.54 = 10,.18547∗148. = . 8) Para el diámetro anterior aumentamos piezas del porta mechas numero 2
= ∗ ∗ ∗ = 3 ∗ 30 ∗110.5 ∗0.847 = , ,
9) Peso total de los porta mechas de diferentes diámetros
= + = 30190,466 + 8424,35779 = ,
NOTA.- Si la suma entre porta mecha 1 disponible y porta mecha 2 disponible es mayor que peso de porta mecha requerido la herramienta ya aguanta todo el peso pero si no es entonces aumentamos otra pieza al peso del porta mecha 2
= , , > = .
10) Verificamos el punto neutro para mas seguridad
% = ∗100 30864,81651 3 ∗100 % = 38614, % = , % DISEÑO DE LA TUBERIA DE PERFORACION 1) Peso del cuerpo del a tubería de perforación
− ID OD = 1029.4 ∗2748 − 2,75 5 7 5 = 1029.4 ∗2748
= , 2) Peso ajustado de la tubería de perforación
= + .
= , + ,.
= 7,80
= ,
3) Peso ajustado del tool joint (acople)
= . . ∗ ∗ ( − ) +.∗( +.∗ ( − ) −.∗ ∗ − −
)
1 = . ∗ ∗ ( − ) +.∗ − 5 8 −.∗ ∗ − 5 18
L TOOL = 17
5 =
Longitud ajustada del Tool Joint (acople)
.∗ − = + .
Peso aproximada ajustada del cuerpo de la tubería mas el Tool Joint
∗ . + = .+
Longitud de la tubería de perforación de un grado determinado
.∗ . ∗∗ .).) − − ∗ + ∗ = ( ∗ NOTA.-si la tubería es usada se multiplica por 0.8 si es nueva se multiplica por 1
Longitud de la tubería de perforación de grado diferente al anterior
. ∗ .)− .)− ∗ .∗ ∗ + ∗ + ∗ + ∗ = ( − ∗ TUBERIA SOMETIDA AL COLAPSO Variables a usar
= Peso sobre el trepano
= Profundidad
Presion de colapso biaxial Colapso o aplastamiento Es la presión aplastante que la tubería debe resistir. La presión ejercida por la columna de fluido de perforación en el espacio anular, creado por la tubería y el hoyo, y la presión de las formaciones perforadas, tienen que ser contrapesadas por la columna del fluido que está dentro de la tubería y por la resistencia de los tubos mismos al aplastamiento.
√ −∗ −∗ − = = .∗ ∗ − ∗
= es la presión de torsión y tensión de la tubería de perforación. Se
encuentra en tablas de perforación y well control del ingeniero Nicomedes Saavedra pagina 35. Esta en función del diámetro, el peso nominal y grado de la tubería de perforación (psia)
= Esta en función del grado de la tubería de perforación. Se encuentra tabulado en manual de well
control del ing Nicomedes Saavedra pagina 26 tabla 1
Presion Hidrostatica
= .. ∗ ∗ ∗
Factor de Diseño al Colapso Es la capacidad en el cuerpo de la tubería que es considerada inferior para tomar en cuenta la reducción en el esfuerzo a la tensión biaxial y en SLB se usa un factor de diseño al colpaso, este factor tiene q ser mayor a 1.15
≥ . =
Presión de estallido
∗ = ∗
t= espesor en función al diámetro interior y exterior de la tubería de perforación multiplicada por el factor 0.8 (tubería usada)
= − ∗.
= es el diámetro externo de la tubería de perforación con la correcion
correspondiente que esta en función al espeso y al diámetro interior
= + ∗
Presion de prueba
= −
= es la presión, medida generalmente en libras por pulgada cuadrada (psi), existente
en el fondo del pozo. Esta presión puede ser calculada en un pozo estático relleno de fluido
Presion de superficie
= −
=permita que el pozo se abra y se cierre en el fondo del orificio con una válvula
accionada desde la superficie. Se acostumbra a montar uno o más medidores de presión dentro de la herramienta DST que se leen e interpretan después de terminada la prueba
Factor de diseño al estallido Se consideran estallidos simples sin tolerancia para efectos axiales. En SLB el factor de diseño al estallido tiene q ser mayor a 1.0
= > ..
