Sarta De Perforacion 32672g

Diseño de Sartas de Perforación

Drillstring Design • Funciones de la Sarta de Perforación La sarta de perforación es el enlace mecánico que conecta a la barrena de perforación que está en el fondo con el sistema de impulsión rotario que está en la superficie.

1. Transmitir rotación a la barrena

D P

2. Transmitir y soportar cargas axiales

Schlumberger Private

La sarta de perforación sirve para las siguientes funciones:

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 necesarios para la obtención de una mejor eficiencia de la perforación y de la conclusión de un hoyo útil

‰ Sarta de Perforación ƒ Son componentes metálicos armados secuencialmente que conforman el ensamblaje de fondo (BHA) y la tubería de perforación, a fin de cumplir las siguientes funciones: ƒ Proporcionar peso sobre el trepano (WOB) ƒ Conducir del fluido en su ciclo de circulación ƒ Darle verticalidad o direccionalidad al hoyo ƒ Proteger la tubería del pandeo y de la torsión ƒ Reducir patas de perro ƒ Asegurar la bajada del revestidor ƒ Reducir daño por vibración al equipo de perforación ƒ Servir como herramienta complementaria de pesca ƒ Construir un hoyo en calibre ƒ Darle profundidad al pozo

‰ Componentes:

ƒ Portamechas (drill collars) ƒ Tubería pesadas (hevi-weight) ƒ Tubería de perforación (drill pipe) ƒ Herramientas especiales ƒ Substitutos ƒ Cross-over ƒ Estabilizadores ƒ Martillos ƒ Motores de fondo ƒ Turbinas ƒ Camisas desviadas (bent housing) ƒ MWD / LWD ƒ 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 los Portamechas (DC´s). Fórmulas ƒ Barras ó DC´s lisas 2

2

2

2

Pb (lbs/pie) = 2,67 (OD - ID ) ƒ 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

36”

Substituto de diámetro externo recto.

36”o 48”

12½”

Caja x espiga

36”

Caja x espiga

36”

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 o con las paredes del hoyo para controlar la desviación. Aleta soldada

Patines Reemplazables RWP

• Estabilizadores

‰ Tubería de Perforación ƒ Componente de la Sarta de Perforación, que va desde el BHA hasta la superficie ƒ La misma, está formada por un cuerpo tubular y juntas anexas (caja y pin) de diámetros diferentes

‰ Funciones ƒ Trasmitir la potencia generada por los equipos de rotación a la broca o mecha ƒ Servir como canal de flujo para transportar los fluidos a alta presión, desde los equipos de bombeo del taladro a la broca o mecha ƒ 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 Longitud Diámetro exterior Diámetro interior Recalcado: Es la parte más gruesa del tubo y prevé una superficie de o 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 ƒ La tubería de perforación se clasifica de acuerdo a su: ƒ Longitud ƒ Grado de acero ƒ Condición de uso ƒ Esta clasificación involucra una serie de aspectos que son considerados en un diseño óptimo de la sarta de perforación en su conjunto ƒ A continuación una descripción general de las mismas:

‰ Clasificación y Propiedades Mecánicas ‰ Longitud: ƒ Los valores de longitud de la tubería de perforación y otros tubulares, están clasificados por la API en Rangos, a saber: ƒ Rango 1 o Longitud de: 16 a 25 pies ƒ Rango 2 o Longitud de : 26 a 34 pies ƒ Rango 3 o Longitud de: 35 a 45 pies

‰ Clasificación y Propiedades Mecánicas ‰ Grado de acero: ƒ Existen cinco grupos comúnmente utilizado a nivel de los Taladros en la Industria Petrolera Mundial ƒ 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: ƒ 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 ƒ Tipos de Clase: o Nueva o Class o Class 2 o Class 3 ƒ 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 ƒ 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: ƒ New: Sin desgaste. No ha sido usada antes ƒ : Desgaste uniforme y el espesor de pared remanente es por lo menos un 80% del tubular nuevo. ƒ 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 ƒ 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: ƒ 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 ƒ Esta consideración esta asociada para que dicho tubular pueda soportar el peso de las barras, de la tubería de transición (Hevi-Weight) y de su propio peso ƒ 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: ƒ 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