Diseño de Sartas de Perforación
Dri rillllstring string Desi Design gn • Fu Funciones nciones de la Sarta de Perforación Perforac ión La sarta de perforación es el enlace mecánico que conecta a la barrena barrena de de perforac perforación ión que que está en el fondo fondo con el sistema sistema de impulsión impulsión rotario rotario que está en la superficie. superficie. c
La sarta de perforación sirve para las siguientes funciones: D
1. Transmitir rotación a la barrena
P
2. Transmitir y soportar cargas axiales
u m e r g e r r v a e
3. Transmitir y soportar cargas de torsión. 4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar
DC
5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo 6. Permitir la circulación de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA
WOB
WOB
Diseñar
los componentes que conforman una Sarta de Perforación, considerando todos las variables involucradas para tal fin, de manera de garantizar los factores mecánicos mecánicos necesarios necesarios para la obtención de una mejor eficiencia de la perforación y de la conclusión de un hoyo útil útil
Sarta de Perforación
Son componentes metálicos armados secuencialmente que conforman el ensamblaje de fondo (BHA) y la tubería de perforación, a fin de cumplir las siguientes funciones:
Proporcionar
peso sobre el trepano ( WOB )
Conducir del fluido en su ciclo de circulación Darle verticalidad o direccionalidad al hoyo Proteger la tubería del pandeo y de la torsión Reducir patas de perro Asegurar la bajada del revestidor Reducir daño por vibración al equipo de perforación Servir como herramienta complementaria de pesca Construir un hoyo en calibre Darle profundidad al pozo
Componentes: Portamechas (drill collars)
Tubería pesadas (hevi-weight )
Tubería de perforación (drill pipe)
Herramientas
especiales Substitutos Cross-over Estabilizadores Martillos Motores de fondo Turbinas Camisas desviadas (bent housing) MWD / LWD Otras herramientas (cesta, ampliadores, etc)
Portamechas
Tuberías Pesadas
Tubería de Perforación
•
Tipos de Portamechas (DC´s) de Perforación Barra Lisa
Barra lisa con acanaladas
Barra en espiral
Definición: Componente principal del ensamblaje de fondo constituido por tuberías de gran espesor, que producen la carga axial Requerida por la mecha o Broca de perforación
Barra en espiral con acanaladas
Peso
de l os Portamechas (DC´s). Fórmulas
Barras
ó DC´s lisas 2
2
2
2
Pb (lbs/pie) = 2,67 (OD - ID ) Barras
ó DC´s espiraladas Pb (lbs/pie) = 2,56 (OD - ID )
Diámetro externo (pulg) 6 1/ 2 6 3/4 7
Diámetro interno (pulg) 1 1/ 2 1 3/ 4 2
2 1/4 2 1/2 2 13/16 3 3 1/4 3 1/ 2
107 105 102 99 116 114 111 108 125 123 120 117
96 105 114
91 100 110
89 85 98 93 107 103
80 89 98
Ejercicios: Calcular el peso de los siguientes portamechas o drill
collars más comunes, considere las mismas lisas. Compare con los valores tabulados anteriormente:
•
DC´s´: 8” OD x 2 13/16” ID
•
DC´s: 7 ¼” OP x 2 13/16” ID
•
DC´s: 6 ½” OD x 2 ½” ID
•
DC´s: 6 ¼” OP x 2 ¼” ID
•
DC´s: 4 ¾” OD x 2 ¼” ID
• Tubería pesada (hevi-weight)
Definición:
Componente principal de peso intermedio, pared gruesa con conexiones similares a la tubería de perforación normal de manera de facilitar su manejo.
• Tubería pesada
Propósito: Servir de zona de transición para minimizar cambios de rigidez y reducir fallas.
Fácil manejo en el equipo de perforación
• Substitutos o Crossover Substituto de junta Kelly con protector
Definición: Herramientas auxiliares que se utilizan para enlazar herramientas y tuberías que no son compatibles con el tipo de conexión
Substituto de diámetro externo recto.
36” 36”
36”
36”o 48”
12½”
Caja x espiga
Caja x espiga
Espiga x espiga
Caja x espiga Caja x caja
Substituto de sección reducida
48”
48” 36”o 48” 36”
Caja x caja Caja x espiga
Espiga x caja
36”
Caja x espiga
• Estabilizadores
Camisa integral
Camisa reemplazable en el equipo de perforación
Definición: Herramientas que se utilizan para estabilizar el ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviación. Aleta soldada
Patines Reemplazables RWP
• Estabilizadores
Tubería de Perforación
Componente de la Sarta de Perforación, que va desde el BHA hasta la superficie La
misma, está formada por un cuerpo tubular y juntas anexas (caja y pin) de diámetros diferentes Funciones Trasmitir la potencia generada por los equipos de rotación a la broca o mecha
Servir como canal de flujo para transportar los fluidos a alta presión, desde los equipos de bombeo del taladro a la broca o mecha
Su función principal es DARLE PROFUNDIDAD AL POZO , considerando su trabajo en Tensión
Clasificación del acero según su composición • •
• •
Aceros ordinarios Contienen tres elementos principales: hierro, carbono y manganeso. El carbono y el manganeso reunidos no representan más del 1.5% del metal. Aceros especiales Los aceros especiales se hacen como los ordinarios, pero se les agrega otros elementos tales como: níquel, cromo, molibdeno, cobre, vanadio y tungsteno.
Tipos de tubería •
•
Tuberías sin costura
tubería hecha en una sola pieza, sin uniones ni soldaduras, lo que da como resultado una tubería diseñada para usos que requieren una alta calidad y una especificación especializada, como son los usos de la conducción de fluidos y gases en la industria petrolera, química y petroquímica, así como en el área de la construcción.
Tipos de tubería •
•
Tuberías con costura
La tubería con costura se fabrica a partir de placas de acero, esta es doblada gradualmente hasta darle su forma cilíndrica. Estos bordes a tope, se unen mediante un proceso de soldadura continua, cuya calidad es controlada automáticamente.
Concepto de tubería •
•
Una tubería es un elemento cilíndrico hueco compuesto generalmente de acero, con una geometría definida por el diámetro y el espesor del cuerpo que lo conforma. Es decir, un diámetro nominal y un espesor nominal constante en toda su longitud. Sin embargo, la realidad es que no existe una tubería perfecta geométricamente.
Marca de Identificación
Marca de Identificación
Componentes de una tubería de perforación •
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•
•
Longitud Diámetro exterior Diámetro interior Recalcado: Es la parte más gruesa del tubo y prevé una superficie de contacto satisfactoria para la soldadura de las juntas. Este recalcado permite un factor de seguridad adecuado en el área soldada para proveer resistencia mecánica y otras consideraciones metalúrgicas. Conexión caja-pin: Es el punto donde se realiza el enlace de la caja de un tubo con el pin de otro tubo. Diámetro exterior de la junta: Es la medida que resulta de la unión de la caja con el pin de un tubo de perforación. Espesor de pared:
Clasificación y Propiedades Mecánicas La
tubería de perforación se clasifica de acuerdo a su: Longitud
Grado de acero
Condición de uso
Esta
clasificación involucra una serie de aspectos que son considerados en un diseño óptimo de la sarta de perforación en su conjunto A
continuación una descripción general de las mismas:
Clasificación y Propiedades Mecánicas Longitud: Los
valores de longitud de la tubería de perforación y otros tubulares, están clasificados por la API en Rangos, a saber: Rango
1 o Longitud de: 16 a 25 pies
Rango
2 o Longitud de : 26 a 34 pies
Rango
3 o Longitud de: 35 a 45 pies
Clasificación y Propiedades Mecánicas
Grado de acero: Existen cinco grupos comúnmente utilizado a nivel de los Taladros en la Industria Petrolera Mundial Estos
se diferencian en su punto de Esfuerzo de Ruptura ó Cedencia Mínima y Máxima, lo cual representa el factor principal de diseño para los pozos y sus profundidades respectivas, a saber:
Grado de acero
Esf. rup. min
Esf.rup.max
D E X G S-135
55.000 psi 75.000 psi 95.000 psi 105.000 psi 135.000 psi
85.000 psi 105.000 psi 125.000 psi 135.000 psi 165.000 psi
Clasificación y Propiedades Mecánicas
Condición de uso: Está relacionada con la CLASE del tubular, el cual no es más que la identificación de una tubería que ha sufrido en sus propiedades físicas, esto es, tanto condiciones internas como externas, por supuesto después de ser utilizada
Tipos de Clase: o Nueva o Premium Class o Class 2 o Class 3
Evidentemente,
esta clasificación redunda también en el Torque aplicado a cada tipo de tubería
Clasificación y Propiedades Mecánicas
Condición de uso: Basado en el API R P 7G A diferencia de la tubería de revestimiento y la tubería de producción, que normalmente se usan nuevas, la tubería de perforación normalmente se utiliza ya usada, por lo tanto tiene varias clases: New:
Sin desgaste. No ha sido usada antes
Premium:
Desgaste uniforme y el espesor de pared remanente es por lo menos un 80% del tubular nuevo.
Class 2: Tubería con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el área seccional se considera todavía premium
Class 3: Tubería con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado
GRADOS DE LA TUBERIA
Clasificación y Propiedades Mecánicas
Consideraciones para el Diseño: Para el criterio de diseño de la Tubería de Perforación, se toma como referencia que la sección mas baja o inferior de la Sarta siempre este el tubular que posea la menor Resistencia al Esfuerzo de Ruptura ó Cedencia y en la parte más alta o superior la de mayor Resistencia Esta
consideración esta asociada para que dicho tubular pueda soportar el peso de las barras, de la tubería de transición (Hevi-W eight ) y de su propio peso Adicionalmente, la tubería de la sección inferior debe soportar la presión de colapso que produce la hidrostática ejercida por el fluido de perforación
Clasificación y Propiedades Mecánicas
Consideraciones para el Diseño: Tipo de reforzamiento del tubular: Los reforzamientos de los tubulares están asociados a la resistencia que la conexión del mismo posee. Ellos se clasifican en tres tipos, a saber: o IU = Internal upset : La tubería en los extremos se hace más gruesa disminuyendo el ID o EU = External upset: La tubería en los extremos se hace más gruesa aumentando el ID o IEU = Internal – External upset: La tubería en los extremos se hace más gruesa aumentando el OD y disminuyendo el ID
