07 la sarta de perforación - diseño y selección

1SARTAS DE PERFORACIN

LA SARTA DE PERFORACIN

Programa de Entrenamiento Acelerado para Ingenieros

Supervisores de Pozo


Componentes de la Sarta de Perforacin

- Barrena

- Collares Lastra-Barrena

- Tubera pesada de perforacin Tubera de pared gruesa

- Tubera de Perforacin

- Accesorios tales como Estabilizadores, Escariadores, Sustitutosde Acople, Conectores de Barrena, etc.

Tpicamente, una sarta de Perforacin consta de los siguientes componentes:


q Sarta de Perforacin

Son componentes metlicos armados secuencialmente que conforman el ensamblaje de fondo (BHA) y la tubera de perforacin, a fin de cumplir las siguientes funciones:

Proporcionar peso sobre la mecha o barrena (PSM) Conducir del fluido en su ciclo de circulacin Prueba de perforabilidad (Drill off test)Darle verticalidad o direccionalidad al hoyo Proteger la tubera del pandeo y de la torsin Reducir patas de perro, llaveteros y escalonamiento Asegurar la bajada del revestidor Reducir dao por vibracin al equipo de perforacin Servir como herramienta complementaria de pesca Construir un hoyo en calibre Darle profundidad al pozo


q Componentes: Barras botellas de perforacin (drill collars) Tubera de transicin (hevi-wate) Tubera de perforacin (drill pipe) Herramientas especiales Substitutos Cross-over EstabilizadoresMartillosMotores de fondo Turbinas Camisas desviadas (bent housing)MWD / LWD Otras herramientas (cesta, ampliadores, etc)


Barras o Botellas Tubera de Transicin Tubera de Perf.


Tipos de Estabilizadores

Definicin:Herramientas que se utilizan para estabilizarel ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviacin.

Estabilizadores

Patines Reemplazables RWP

Camisa integral

Aleta soldada

Camisa reemplazable en el equipo de perforacin


Martillo Mecnico Martillo Hidrulico


Motor de fondoEstator

Rotor


Turbina de fondo

labes

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SARTAS DE PERFORACIN

DP (5)

HW (5)

DC (8)

MECHA

12-1/4 MECHA 12.1/4

MWD + LWD

BARRAS

(6-3/4)

HW (5)

MARTILLO

(6-1/2)

HW (5)

DP (5)

MOTOR/ BH 2 1/2

Sarta Vertical Sarta Direccional

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q Aspectos mecnicos Conocidas las diferentes formaciones a penetrar, es necesarioconsiderar los factores mecnicos que permitan optimizar la velocidad de penetracin (ROP).

Dichos factores mecnicos son: Peso sobre la mecha o barrena (P.S.M) Revoluciones por minuto (R.P.M)

Las variables para seleccionar los factores mecnicos son: Esfuerzo de la matriz de la roca Tamao y tipo de mecha Tipo de pozo Tipo de herramientas de fondo

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P.S.MR.P.M

?

Factores Mecnicos

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Acople de Tubulares

Perno (Pin, macho)

Caja (Box)

Se fabrican en diverisdad

de tamaos y en variedad

de Formas de Roscas


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La Barrena

En general las barrenas son de dos tipos:

1. Barrenas de Conos de Rodillo (Rock Bits)

2. Barrenas de Cortadores Fijos (Drag Bits)


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Collares de PerforacinDescripcin:Son tubulares metlicos de gran espesor de paredLos extremos tienen roscas maquinadas en el torno (caja y perno)Funciones:Proveer el peso para colocar sobre la barrena (WOB)Mantener la tubera de perforacin en tensin y as Prevenir el combamiento o pandeo de la sarta de perforacinProveer el efecto de Pndulo para la perforacin de agujeros rectos Tipos:Se fabrican en variedad de tamaos de dimetro externo e interno

Dimetros Externos OD tpicos van de 4 to 9 Por lo general en longitudes de 30 a 31 piesPueden tener forma de barra cuadrada para perforar en zonas con alta

Tendencia natural a la desviacon del agujero.Espiralados para perforar en zonas con tendencia al atrapamiento de la sarta Pueden tener recesiones para instalar elevadores y cuas rotarias


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Medicin de los Collares de PerforacinLongitud

Cuello de Pesca

Receso paraElevador

Receso paralas Cuas

OD

IDconexin (pin)

Well# TRG 1 Bit # 1Date: 28-Jul-03 Sl # 1234

Rig: IDPT Type atm 234BHA#: 1 Manuf Hughes

Hole Size 26" Jets 20-20-20

Item Sl # ID OD FN Pin Box Length RemarksBit 1234 26" 7 5/8" R 0.75 NewBit Sub SL 235 3 1/8" 9 1/2" 7 5/8 R 1.019 1/2" Drill Collar 9546 3 1/8" 9 1/2" 0.67 7 5/8" R 7 5/8 R 8.96Stab 237689 3 1/8" 9 1/2" 0.93 7 5/8" R 7 5/8 R 2.369 1/2" Drill Collar 9503 3 1/8" 9 1/2" 0.78 7 5/8" R 7 5/8 R 9.019 1/2" Drill Collar 9521 3 1/8" 9 1/2" 0.95 7 5/8" R 7 5/8 R 9.049 1/2" Drill Collar 9520 3 1/8" 9 1/2" 1.03 7 5/8" R 7 5/8 R 8.99


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Tubera de Perforacin

Funciones:Servir como conducto o conductor del fluido de perforacinTransmitir la rotacin desde la superficie hasta la barrena en el fondo

Componentes:Un tubo cilndrico sin costura exterior y pasaje central fabricado de acerofundido o de aluminio extrudo

Conectores de rosca acoplados en los extremos del cuerpo tubular sin costura

Conectores de Rosca:Proporcionan la conexin entre los componentes de la sarta de perforacin. Son piezas metlicas soldadas al cuerpo tubular sin costurasSuficientemente gruesos y fuertes para cortar en ellos roscas de pin y de caja


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Clasificacin de la Tubera de Perforacin

1. Tamao: de 2-3/8 a 6-5/8 (Dimetro Externo del Cuerpo)

2. Rangos de Longitud: R-1 de 18 a 22 pies, R- 2 de 27 a 30, R- 3 de 38 a 45

3. Grado del Acero: E 75, X 95, G 105, S 135Los nmeros indican la mnima resistencia a la cedencia en 1000 libras

4. Peso Nominal: Depende de los divesos rangos de tamao y peso

P. Ej., una TP puede ser: 5, R-2, G-105, 19.5Lpp (Libras por pie)


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Tubera de Perforacin Pesada - HWDP

Diseo:Con mayor espesor de pared y acoples ms largos que la TP regularCon refuerzo metlico externo en el centro del cuerpo del tuboTambin disponible con diseo exterior espiralado

Funciones:Como elemento de transicin entre los collares de perforacin (DC) y la tubera de perforacin (TP)Esto previene el pandeo o combamiento de la TPPuede trabajarse en compresin sin sufrir dao en los acoplesEmpleada extensamente en Perforacin DireccionalEn ocasiones se utiliza en reemplazo de los DCMantiene la Tubera de Perforacin rotando en tensinNo se debe usar para proporcionar peso sobre la barrena en condiciones normales


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Elementos Auxiliares / Accesorios de la Sarta

Conector de Barrena Estabilizador de Sarta Escariador de Rodillos


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Elementos Auxiliares / Accesorios de la Sarta

Sustitutos de Combinacin de Roscas Ensanchador del hoyo


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Elevadores

Sarta de Perforacin - Herramientas de Manejo

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Cuas Rotarias

Cuas Manuales

Cuas de PiCuas operadas con aire


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Llaves para Ajustar y Aflojar de Conexiones

Enroscador Rpido deTubera Llave Hidrulica

de Torque y Ruptura

Llaves Manuales



Aplicacin del lubricante de rosca en la caja del acople


Enrosque de estocada alineada


Posicin de las llaves Manuales para apretar la unin enroscada


Llaves en posicin para ajustar la unin con torque


Colocando el torque a la unin


Tensin en la lnea del torque de ajuste

Celda de CargaIndicador de Tensin en la Lnea

31


Torque de Ajuste

4,000lbs

4 pies

Cul ser la tensin mostrada en el indicador de Torque?

Con cunto torque queda apretada la unin?

4,000lbs

4 pies

Cul ser la tensin mostrada en el indicador de torque?


32


4000lbs4,000lbs

4 pies4 pies

Torque de Ajuste

Cul ser la tensin mostrada en el indicador de Torque?


Cul ser la tensin mostrada en el indicador de torque?


33


Peso de la Sarta de Perforacin

Peso Nominal (en libras por pi) para el cuerpo del tuboEjemplo:19.5 lbs/pie para tubera de perforacin de 5 y 15.5 lb/pie para TP de 3

Peso Aproximado (Ajustado) incluyendo la masa de los acoplesPara las TP de arriba ser: 22 lb/pie para TP de 5 y 17.0 lb/pie para TP de 3

Peso Flotado o SumergidoSe encuentra multiplicando el peso en el aire por el Factor de Boyancia, BF, el cualdepende de la densidad del fluido dentro del pozoBF se calcula as:

Peso de Acero (lb/gal) Peso del lodo (lb/gal)Peso del Acero (lbs/gal)

65.44 - MW65.44

=BF =

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Peso de la Sarta de Perforacin

Con la siguiente informacin sobre una sarta de Perforacin:

Tubera de Perforacin de 19.5 lb/pie, Grado G 105

Collares de Perforacion de 6 OD x 2 ID

Peso del lodo dentro del hoyo = 12.0 lbs/gal

a. Cul ser el peso de la sarta en el aire?b. Cul ser el peso de la sarta sumergida en el lodo?

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Punto Neutral en la Sarta de Perforacin

Definicin:

Es el punto en la sarta de perforacin en donde se pasa del estado de compresin a la tensin.

Tal punto debera estar siempre dentro de los Collares de Perforacin.

La tubera de perforacin debera estar siempre en condiciones de Tensin

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Ejercicio sobre el Punto NeutralDatos:

Tub. de Perf. 19.5 lb/pie, Grado, G 105

Collares de Perf. 6 OD, 2 ID, 600 pies

Peso del lodo dentro del agujero: 12 lbs/gal

Cul ser el peso de la sarta en el aire?Cul ser el peso de la sarta sumergida en el lodo?

Si el peso requerido sobre la barrena es de 10,000 lbs,

Dnde estar ubicado el PUNTO NEUTRAL?

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Collares de Perforacin y Peso sobre la Barrena

Slo un porcentaje del peso de los DC se utiliza dar peso a la barrena WOB

Se debe asegurar que el PUNTO NEUTRAL siempre est dentro de los DC

La prctica general de campo es utilizar del 80 % al 90% del peso de los DC para aplicarlo sobre la barrena

As, despus de decidir el peso a aplicar sobre la barrena (WOB) se calcula el nmero de DC que se deben conectar

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Ejercicio sobre el nmero de DC a utilizar

Mximo WOB esperado: 25,000lbs

Collares en uso: 6 OD x 2 ID

Peso del lodo dentro del hoyo: 12 ppg

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Diseo de Sartas de Perforacin Y de Herramientas de Fondo

Programa de Entrenamiento Acelerado para Ingenieros

Supervisores de Pozo

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REFERENCIAS

API RP 7G Diseo de la Sarta de Perforacin y Lmites de Operacin

API SPEC 7 Especificaciones para los Elementos de la Perforacin Rotaria

API SPEC 5D Especificaciones para la Tubera de Perforacin

SLB Manual de Diseo de la Sarta de Perforacin TH Hill DS-1 Diseo de la Sarta de Perforacin WCP Recomendaciones para Diseo de la Herramienta

de Fondo para Minimizar el Esfuerzo por Doblamiento.

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Objetivos:Al finalizar esta seccin USTED ser capaz de describir:

1. Las funciones de la tubera de perforacin, de los lastra barrena y de la Herramienta de Fondo, BHA

2. Los Grados de acero para TP y las propiedades de resistencia

3. Los tipos de rosca y de acople para conectar la TP

4. El peso de los DC y el punto neutral

5. Los mtodos de diseo de la Sarta de Perforacin(para los esfuerzos de doblamiento, torsin yTensin

6. El Margen de Sobre Tensin, MOP

7. Diseo de Sartas para pozos Horizontales

8. Calculos de Torque y Arrastre

9. Diseo de Sartas con el mnimo Torque y Arrastre

10. Problemas con la sarta (roturas, particiones en rotacin y mecanismos de fatiga)

11. Mtodos y Tcnicas de Inspeccin

Diseo de Sartas de Perforacin

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1. Transmitir rotacin a la barrena

2. Transmitir y soportar cargas axiales

3. Transmitir y soportar cargas de torsin.

4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar

5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo

6. Permitir la circulacin de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena

Funciones de la Sarta de PerforacinFunciones de la Sarta de Perforacin

WOB

WOBDC

DP

La sarta de perforacin es el enlace mecnico que conecta a la barrena de perforacin que est en el fondo con el sistema de impulsin rotario que est en la superficie.

La sarta de perforacin sirve para las siguientes funciones:

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1. Transmitir rotacin a la barrena

2. Transmitir y soportar cargas axiales

3. Transmitir y soportar cargas de torsin

4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar

5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo

REQUIERE DE DISEO MECNICO

6. Permitir la circulacin de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena

REQUIERE DE DISEO DIRECCIONAL

REQUIERE DE DISEO HIDRULICO

Diseo de la Sarta de Perforacin

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Se cubre al final Describe las limitaciones de la tubera de

perforacin y de los collares a los esfuerzos de:

Tensin Sobre-Tensin Permisible Estallido Colapso Torsin Pandeo

Diseo Mecnico

45


Es cubierto primero

Describe la tendencia de la sarta de perforacin a

causar la desviacin del hoyo hacia una

predeterminada direccin

Diseo Direccional

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Describe la influencia que tiene la geometra interna y externa de la sarta sobre las prdidas friccionales en un sistema circulante de fluidos.

Se discute en la seccin sobre Mecnica de Fluidos del curso.

El anlisis recomienda el uso de TP de 5 o 6-5/8 para pozos ultra profundos y la conexin de la TP con la espiga hacia arriba para mejorar la hidrulica en la perforacin de pozos someros.

Diseo Hidrulico

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Componentes Bsicos:

1. Tubera de Perforacin, DP

2. Lastra barrena, DC

Accesorios de la Sarta:

Tubera de perfoacin Pesada Estabilizadores

Escariadores

Equipo para control direccional

FuncionesEstudio de la Sarta de Perforacin

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En rigor ni la Kelly ni el Top Drive son componentes de la Sarta de Perforacin.

Sin embargo, ellos proporcionan uno de los requerimientos esenciales para la perforacin al triturar las rocas cual es la rotacin.

La Barra de Tranmisin Rotatoria (Kelly) /Impulsador de Rotacin en el Tope de la Sarta (Top Drive)

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Transmite rotacin y peso sobre la barrena

Soporta el peso de la sarta de perforacin

Conecta la unin giratoria (swivel) con el tramo superior de la sarta de perforacin

Conduce el fulido de perforacin desde la cabeza giratoria hacia la sarta de perforacin

Es el vnculo entre la mesa rotaria y la sarta de perforacin

La Kelly se fabrica en longitudes de 40 a 54 pies y con seccin transversal hexagonal (la ms comn), cuadrada o triangular.

La Barra de transmisin rotatoria (Kelly)

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Ambas vlvulas se emplean para cortar el flujo a travs de la sarta en el evento de un influjo del pozo.

Son vlvulas operadas manualmente

Vlvulas de la Kelly

Por lo general se instalan dos vlvulas de seguridad en la Kelly, una conectada a la rosca de caja en el tope y otra a la rosca macho en su parte inferior.

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Ventajas del Top Drive sobre el sistema de Kelly:1. Permite circular mientras se repasa el hoyo hacia arriba

2. Se puede circular el pozo mientras se baja o se saca la tubera en paradas (tramos dobles o triples)

3. El sistema de kelly slo puede hacer lo anterior en tramos sencillos; o sea de 30 pies

Es basicamente una combinacin de mesa rotaria y Kelly.

Est impulsado por un motor independiente y le imprime rotacin a la sarta de perforacin la cual est conectada en forma directa sin necesidad de una kelly o de mesa rotaria. Funciona como una Kelly con impulso rotacional propio

El Top Drive

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GRADO

El grado de la tubera de perforacin describe la resistencia mnima a la cedencia del material.

En la mayora de los diseos de sarta de perforacin, se opta por incrementar el grado del material (acero) en lugar de aumentar el peso del tubular.

Drill pipe

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145,000135,000S or S-135

120,000105,000G or G-105

110,00095,000X or X-95

85,00075,000E or E-75

65,00055,000D or D-55

Cedencia Promedio

Cedencia Mnima Grado

Grados de la Tubera de Perforacin

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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: Tubera con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el rea seccional es todava premium

Class 3: Tubera con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado.

Clasificacin de la Tubera de Perforacin Basada en la publicacin API R P7G

Nota: El RP7G tiene diferente especificacin!!! (pgina 115)

A diferencia de la tubera de revestimiento y la tubera de produccin, que normalmente se usan nuevas, la tubera de perforacin normalmente se utiliza ya usada. Por lo tanto tiene varias clases:

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Un tramo de DP es un ensamblaje de tres componentes:

Un cuerpo tubular de acero con extremos lisos. Dos conexiones de acople fuerte - una en cada extremo.Los acoples en los extremos (Tool Joint) se unen al cuerpo del tubo de dos maneras:

EnroscadosSoldados o embonados al tubo con arco elctrico en el

hornoEl acople inferior se conoce como Macho o Espiga

El acople superior se denomina Caja o Hembra.

La conexin entre dos tramos se logra al enroscar la espiga dentro de la caja

Tubera de Perforacin

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Pesos de la Tubera de Perforacin

Al referirse a los pesos de la tubera de perforacin, hay tres que son importantes:

Peso del tubular con Extremo Planos Se refiere al peso por pie del cuerpo del tubo, sin acoples.

Peso Nominal - Se refiere a una norma obsoleta. (Peso de un tubo de Rango I con conexiones) actualmente se usa para referirse a una clase de tubo de perforacin.

Peso Aproximado El peso promedio por pie del tubo y de las conexiones de un tubo Rango II. Este peso aproximado es el nmero que se debe usar en los clculos de la carga del gancho.

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El peso nominal es un nmero de referencia pero no exacto. Se emplea para especificar el tubular, y se refiere tan slo al cuerpo.

El peso Ajustado incluye el cuerpo del tubo y el de los acoplesen los extremos. Es mayor que el peso nominal por tener,

El peso extra de los acoples y

Metal adicional que se agrega en los extremos del tubo par aumentar la rigidz.

El espesor adicional agregado en los extremos se denomina Refuerzo y su funcin es reducir la frecuencia de fallas del tubular en los puntos donde se une a los acoples.

Los refuerzos a su vez puede ser de tres tipos: Refuerzo Interno (IU), Refuerzo Exterior (EU) y Refuerzo Interno y Externo (IEU)

Peso Aproximado Ajustado

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ToolJtAdj

ApproxToolJtAdjustedDP

LWtWt

ftWt

lengthadjustedjotooljotoolwtapproxDPpeso

ftWt

++

=

++

=

4.294.29

/

int4.29int..4.29.

/

Clculo de los Pesos Ajustados

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4.29WtupsetNom

WtTubeWt AdjDP +=

( ) ( )( )TE

TEAdjJtTool

DDd

DDdDLWt

--

-+-=2

3322

501.0

167.0222.0

L= combined length of pin and box (in) D= outside diameter of pin (in)

d= inside diameter of pin (in) DTE= diameter of box at elevator upset (in)

Datos de la Especif API 7 Fig 6 Tabla 7

.(1)

.(2)

Datos del API 5D

( )ft

DDLL TEAdjJtTool 12

253.2 -+=

.(3)

Datos de la Especif 7 Fig 6 Tabla 7

Clculo de los Pesos Ajustados

60


Calcular el peso ajustado aproximado del cuerpo del

tubo con acople includo para una tubera de

perforacin de 5 pulg. OD, 19.5 lbm/pie, grado E con

conexin NC50 y acople tipo IEU (con refuerzo

interno y externo) y dimensiones 6.375pulg. OD x

3.5 pulg. ID.

Ejemplo DP - 01

61


Ejemplo DP - 01

4.29WtupsetNom

WtTubeWt AdjDP +=

De la Tabla 7 de la especificaciones para Tubera de Perforacin ( API SPEC 5D):

El peso del refuerzo en acople IEU para tubera de 5pulg. 19.5 lbm/ft es 8.6 lbs. El dimetro interno en el cuerpo del tubo, ID es 4.276pulg.

( )ft

lbmft

lbminftin

4.296.85.489

1441276.45

4 322

222 +-=p

= + =17 93 0 293 18 22. . . /lbm ft

PASO 1: Drill Pipe adjusted weight of drillpipe

4.29_

weightupsetweightendplain +=

62


Informacin del API RP7G

63


Informacin del API 5D

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Refirindose a la tabla API RP7G , el acople NC50, 6.375 OD, 3.5 ID para una tubera con peso nominal 19.5 lbm/ft est disponible en Grado X-95 unicamente (ver columnas 4, 5 y 6 de la Tabla ).

L = 17 pulg, DTE = 5.125 pulg, D = 6.375 pulg, y d = 3.5 pulg

Peso Ajustado aproximado del acople:

( ) ( )( )= -0 2 2 2 1 7 6 3 7 5 3 52 2. . . ( ) ( )( )+ -0 1 6 7 6 3 7 5 5 1 2 53 3. . .

( ) ( )- -0 5 0 1 3 5 6 3 7 5 5 1 2 52. . . .

lb27.12067.779.2015.107

=-+=

Paso 2: Peso Ajustado del Acople

( ) ( )( )TE

TEAdjJtTool

DDd

DDdDLWt

--

-+-=2

3322

501.0

167.0222.0

65


PASO 3: Longitud ajustada por los acoples( )

=+ -L D DTE2 253

12.

( )=

+ -17 2 253 6 375 512512

. . . ft651.1=

De aqu que el peso ajustado del cuerpo del tubo con los acoples ser:

= +

+18 22 29 4 120 26

1 651 29 4. . .

. .

= 20 89. /lbm ft

Que es el mismo valor al indicado en la Tabla 8 pag 12 del API RP7G

ToolJtAdj

ApproxToolJtAdjustedDP

L

WtWtftWt

+

+=

4.29

4.29/

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Tabla 1-3 Datos de Tubera Nueva

Tabla 4-5 Datos de Tubera Clase Premium

Tabla 6-7 Datos de Tubera Clase 2

Tabla 8 Datos de Acoples de tubera

Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexin

Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforacin)

Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste

Fig 26-32 Datos de Rigidz (BSR) de los DC

API RP 7G

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Todas los acoples API tienen un punto de cedencia mnimo de 120,000 psi independientemente del grado de la tubera de perforacin en la que se usen (E, X, G, S) .

API fija la resistencia a la torsin del acople en 80 % de la resistencia a la torsin del tubo: Esto equivale a una razn de resistencia a la torsin de 0.8.

El torque para conectar se determina por el dimetro interno del pin y el dimetro externo de la caja. El torque de conexin es 60 % de la capacidad de torsin del acople. La ecuacin para determinar la fuerza de conexin se puede obtener del apndice de API RPG7. ( Numeral A.8.2 ). Esta ecuacin es bastante compleja, as que API desarroll una serie de tablas para encontrar el torque de conexin recomendado para cualquier conexin si se tiene el dimetro externo de la caja y el dimetro interno del macho para la junta. Estas tablas se pueden encontrar en API RP 7G ( Figuras 1 a 25 )

Acoples

68


Ejemplo DP 02

Usando las tablas 2 y 4 de API RP7G cul deber ser el torque de conexin de tubera de perforacin Nueva y Premium de 5 19.5 ppf G105 y S135?

Cmo se comparan estos valores con los valores reportados en la Tabla 10?

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Ejemplo de Grficas de Torque de Conexin

70


Ejemplo de Tablas de Torque de Conexin

71


Repita el Ejercicio 2 usando las Tablas y Grficas de Torque de Conexin


0.038

0.025

0.057

0.015

0.025

f) WEDGETHREAD

e) H-90

d) IFXH PACOHSHDSL

c) SST

b) REGFH

a) NCV-038R

V-040V-050

SST (PINS)V-038R(BOXES)

V-065

H-90

WEDGETHREAD

Conexiones en la Sarta de Perforacin

Estilos y Formas de Rosca o CuerdaE

stilo

s

Form

as

73


NC (Conexin Numerada) Es el estilo de cuerda (rosca) ms comn en la tubera de perforacin.

La rosca tiene una forma de V y se identifica por el dimetro de paso, medido en un punto que est a 5/8 de pulgada desde el hombro.

El Nmero de Conexin es el dimetro del paso multiplicado por 10 y truncado a los dos primeros dgitos = XY

5/8

Conexiones en la Sarta de Perforacin

El tamao de una conexin rotatoria con hombro se refiere a su dimetro de paso en punto de calibre a 5/8 de pulgada desde el hombro y se especifica NC (XY)

DIMETRO DE PASO DE PUNTO DE CALIBRE

XY

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Conexiones Numeradas para Sarta de Perforacin

Tamaos tpicos de Conexin Numerada, NC:

NC 50 para acoples con dimetro externo de 6 de la tubera de Perf. de 5

NC 38 para acoples con 4 3/4 OD en tubera de perforacin de 3 .

Hay 17 NCs en uso : desde la NC-10 (1-1/16) hasta la NC-77 (7 )

Si el dimetro de paso es 5.0417 pulgadas Esta es una conexin NC50

Multiplique 5.0417 por 10 50.417

Escoja los primeros dos dgitos 50

Por lo tanto, la conexin numerada ser: NC 50

75


Ejemplo de Conexiones Intercambiables

Ext Flush

SLIM HOLE

Dbl Streamline

Extra Hole

Full Hole

Int Flush

4-1/2EF

4-1/243-1/22-7/8SH

5-1/24-1/23-1/2DSL

54-1/23-1/22-7/8XH

4FH

4-1/243-1/22-7/82-3/8IF

NC50NC46NC 40NC 38NC 31NC 26

76


Los Collares ( Lastra barrenas) tienen las siguientes funciones en la sarta de perforacin:

Protegen la Sarta de perforacin de Doblamiento y la Torsin

Controlan la direccin y la inclinacin de los pozos.

Para perforar pozos rectos y pozos verticales.

Reducen las patas de perro, asientos de llave y salientes.

Aseguran que la sarta de revestimiento sea bajada exitosamente

Mejoran el desempeo de la barrena.

Reducen la perforacin irregular, tubera pegada y brincos.

Como herramientas de pesca, para pruebas de formacin y en operaciones de terminacin del pozo.

Los Lastra Barrena, DC

77


DC Liso DC Espiralado

Lastra Barrena (DC)

1. Los dos tipos de lastra barrena son ampliamente utilizados.

2. En reas con posibilidad de que ocurra pega diferencial de la sarta se deben emplear (DC) y tubera de perforacin pesada (HWDP) con superficie exterior espiralada para reducir el rea de contacto con la formacin.

78


Tamaos API de los Lastra Barrena

79


Tamaos API de los Lastra BarrenaOD ID Range Weight Range OD ID Range Weight Range

ppf ppf2 7/8 1 - 1.5 16 - 19 6 1/4 1.5 - 3.5 72 - 98

3 1 - 1.5 18 - 21 6 1/2 1.5 - 3.5 80 - 1073 1/8 1 - 1.5 20 - 22 6 3/4 1.5 - 3.5 89 - 1163 1/4 1 - 1.5 22 - 26 7 1.5 - 4 84 - 1253 1/2 1 - 1.5 27 - 30 7 1/4 1.5 - 4 93 - 1343 3/4 1 - 1.5 32 - 35 7.5 1.5 - 4 102 - 144

4 1 - 2.25 29 - 40 7.75 1.5 - 4 112 - 1544 1/8 1 - 2.25 32 - 43 8 1.5 - 4 122 - 1654 1/4 1 - 2.25 35 - 46 8 1/4 1.5 - 4 133 - 1764 1/2 1 - 2.25 41 - 51 8 1/2 1.5 - 4 150 - 1874 3/4 1.5 - 2.5 44 - 54 9 1.5 - 4 174 - 210

5 1.5 - 2.5 50 - 61 9 1/2 1.5 - 4 198 - 2345 1/4 1.5 - 2.5 57 - 68 9 3/4 1.5 - 4 211 - 2485 1/2 1.5 - 2.8125 60 - 75 10 1.5 - 4 225 - 2615 3/4 1.5 - 3.25 60 - 82 11 1.5 - 4 281 - 317

6 1.5 - 3.25 68 - 90 12 1.5 - 4 342 - 379

80


Proveen el mximo peso con la mnima longitud (manejo) Mximo OD; Mnimo ID

Tienen resistencia a la compresin Conexiones Balanceadas Estabilidad en vibracin, bamboleo y saltos Gran masa para resistir los efectos de inercia y de rueda volante

Rigidz para trayectorias direccionales La sarta no estar demasiado pandeada o recostada

Condiciones de pesca Los conectores macho (pin) son ms dbiles Espacio suficiente en los dametros OD/ID para acomodar los pescadores internos y externos

Seleccin de los lastra barrena

81


Tiene el mismo dimetro externo que la tubera de perforacin normal pero el dimetro interno es mucho ms reducido (normalmente 3) y un refuerzo en la mitad del cuerpo del tubular del tamao de los acoples para resistir el desgaste por abrasin contra la pared del hoyo.

Se usa entre tubera de perforacin normal y los lastra barrena para permitir que haya una transicin suave entre los mdulos de seccinde los componentes de la sarta de perforacin.

HEAVY-WALLED DRILL PIPE (HWDP)

Tubera de Perforacin Pesada o de Pared Gruesa (HWDP)

82


Opciones de SeleccinOpciones de Seleccin

a) a) Lisa

b) Espiral

Tubera de Perforacin Pesada o de Pared Gruesa (HWDP)

83


Los pozos se mueven debido a las fuerzas que actan sobre la barrena.

La rotacin provoca caminado o efecto de tirabuzn

El combamiento provoca fuerzas laterales

Aplica fuerzas laterales sobre la barrena o la desgasta con afilado en la punta

La gravedad siempre ejerce una fuerza que jala hacia abajo

Los pozos desviados tienden a reducir el ngulo construdo

Control Direccional de la Trayectoria

84


Todos los pozos ya sean verticales o desviados requieren un diseo cuidadoso de la herramienta de fondo para controlar la direccin del pozo con el propsito de lograr los objetivos del blanco.

El principal medio para mantener el control de la direccin en un pozo es por medio del posicionamiento efectivo de estabilizadores dentro de la herramienta de fondo, BHA.

CONFIGURACIONES ESTNDAR DE HERRAMIENTA DE FONDO

Control Direccional

85


EstabilizadoresRazones para usar estabilizadores:

1. Se usan como el mtodo fundamental para controlar el comportamiento direccional de la mayora de las herramientas de fondo.

2. Ayudan a concentrar el peso de la herramienta de fondo sobre la barrena.

3. Reducen al mnimo el doblamiento y las vibraciones que causan el desgaste de los acoples y daan los componentes de la herramienta de fondo tales como los MWDs.

4. Reducen el torque de perforacin al evitar que haya contacto del collar con las paredes del pozo y los mantiene concntricos dentro del hoyo.

5. Ayudan a evitar el que la tubera se pegue por presin diferencial y tambin la formacin de asientos de llave.

86


EstabilizadoresTipos de Estabilizadores y Aplicaciones :

1. Camisa Reemplazable Valioso en donde la logstica es un problema

2. Cuchilla Soldada Para Pozos dimetro grande y en formaciones blandas

3. Cuchilla Integral Durabilidad mxima para aplicaciones rudas. Los de mayor uso en la actualidad

4. Camisa no rotaria Para formaciones muy duras o abrasivas

5. Escariador de rodillos Para formaciones duras

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Tipos de EstabilizadoresEstabilizadores

88


Escariadores de Rodillos

89


Control Direccional

Principios Bsicos del Control Direccional en Perforacin

1. El Principio de Fulcrum Se usa para construir el ngulo (incrementar la inclinacin del agujero)

2. El Principio de Estabilizacin Se usa para mantener el ngulo y la direccin

3. El Principio del Pndulo Se usa para hacer caer (reducir) el ngulo.

90


El Principio Fulcrum:

Un ensamblaje con un Estabilizador Cercano a la Barrena y de pleno calibre, seguido por 40 120 de lastra barrena antes del primer Estabilizador de Sarta, o an sin estabilizador de sarta, va a desarrollar un ngulo cuando se aplica el peso sobre la barrena.

Por ejemplo en un pozo de 17 utilizando collares de perforacin de 9 si el primer estabilizador de la sarta se coloca a 90 pies de la barrena el ensamble puede desarrollar de 2.0 a 3.5 grados por 100 pies. Al reducir la distancia se disminuir la tasa de construccin angular as:Distancia NBS Estabilizador de Sarta Desviacin en grados esperada

(grados / 100 pies )60 pies 1.5 2.5 45 pies 0.5 1.5 30 pies 0.5 1.0

Nota: En pozos de dimetros ms pequeos utilizando lastra barrena ms pequeos la tasa de incremento angular ser mayor.

Control Direccional

91


Otros factores que afectan la tasa de construccin de ngulo:

Parmetros de Perforacin:

Un incremento en el peso sobre la barrena incrementar la velocidad de construccin angularUn incremento en la velocidad de rotacin reducir la tasa de aumento del nguloUn aumento en el caudal en la bomba (gasto) en formaciones blandas disminuir la tasa de construccin angular debido a la tendencia al lavado por erosin.

Tipo de Formacin y el ngulo del echado de los estratos.

Inclinacin del pozo.

Control Direccional

92


El Principio de Estabilizacin

Si hay tres estabilizadores colocados en la sarta de tal forma que el espaciamiento entre ellos sea corto, la herramienta de fondo va a resistirse a seguir una curva y forzar la barrena a perforar en una trayectoria relativamente recta. Las Herramientas de Fondo con este tipo de configuracin se llaman Ensambles Empacados.

El ensamble empacado estndar es:

Barrena FG NBS lastra barrena corto FG Stab. lastra barrena estndar FG Stab lastra barrena estndar. .

Otros ensambles empacados son:

Barrena FG NBS lastra barrena corto UG Stab. lastra barrena FG Stab lastra barrena FG stab.

Barrena FG NBS FG Estabilizador de Sarta - lastra barrena FG Stab. FG Stab. -lastra barrena . .

Control Direccional

93


El Principio de Pndulo:

Como su nombre lo indica en un ensamble de pndulo la barrena va a tratar de llegar a la vertical debido al efecto de pndulo. Este ensamble se disea colocando un Estabilizador de Sarta entre 15 y 60 pies distante de la barrena y no colocando un NBS ni de pleno calibre ni de calibre reducido.

Si los lastra barrena entre el estabilizador y la barrena hacen contacto con la pared del pozo la longitud del pndulo se va a reducir y si se coloca demasiado peso sobre la barrena el ensamble de pndulo de hecho podra empezar a construir ngulo; por lo tanto, se requiere de una seleccin cuidadosa de parmetros.

Control Direccional

94


Ensamble de Pndulo --x---x------>

Ensamble Empacado ---x---x---x-x>

Ensamble para construir rotando ------x------x>

Ensamble Dirigible

Ensamble de Motor de Lodo con Acople Torcido

Tipos de Ensamblajes de Fondo RotacionalesTipos de Ensamblajes de Fondo Rotacionales

Control Direccional


1.SLICK

2.PENDULUM

3.BUILD

4.PACKED II

5.PACKED III

6.PACKED IV

7.PACKED V

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR DRILL

COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

DRILL COLLAR

STAB

STAB

STABSTAB

STAB

STAB

STAB

STABSTAB

STAB

STAB

STAB

STAB

STAB

STAB

SHOCKSUB

SHOCKSUB

SHOCKSUB

SHOCKSUB

SHOCKSUB

SHOCKSUB

FULLGAUGESTAB

FULLGAUGESTAB

FULLGAUGESTAB

FULLGAUGESTAB

PONY

PONY

PONY

DRILL COLLAR

Herramientas de Fondo Tpicas Para Control Direccional

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Diseo Mecnico De la Sarta de Perforacin

97


Diseo de La Sarta de PerforacinLa sarta de perforacin comprende:

Tubera de Perforacin operando en Tensin

Tubera Pesada (HWDP) y a veces tambin la TP Operando en Compresin o en Tensin

Lastra barrena de varios tamaos Por lo general operando en Compresin

Accesorios tales como barrenas, estabilizadores, motores, escariadores, fresas, martillos,etc, etc para cumplir los objetivos de la perforacin de

POZOS VERTICALES Y DE NGULO MODERADO

98


Factores de Diseo para la Sarta de Perforacin

Factor de Diseo por Tensin, rige que la tensin mxima permisible en el sistema En SLB el DFt = 1.1

Margen de sobre tensin MOP, Capacidad de tensin en exceso deseada por encima del peso colgante de la sarta en la superficie. En SLB el MOP se fija entre 50K y 100K Lbs.

Exceso de Peso DFbha de la Herramienta de Fondo (BHA). Cantidad de la Herramienta de Fondo en trminos de peso en exceso del peso usado para perforar para asegurarse de que todas las cargas de compresin y de torsin se mantengan en los lastra barrena. En SLB el Dfbha = 1.15

99


Factor de diseo por Torsin, No se requiere un factor de diseo. Los acoples se ajustan hasta un 60% de su capacidad torsional y estn diseados para resistir hasta un 80 % de la capacidad de torsin del tubo. De esta forma si el diseo limita el apretado del acople, hay un factor de diseo adecuado construido dentro del sistema.

Factor de Diseo al Colapso, La capacidad en el cuerpo de la tubera es considerada inferior para tomar en cuenta la reduccin en el esfuerzo a la tensin biaxial y en SLB se usa un factor de diseo al colapso, DFc entre 1.1 y 1.15


100


Factor de Diseo para el Estallido Se consideran estallidos simples sin tolerancia para efectos axiales. En SLB el factor de diseo al estallido, DFB = 1.0

Factor de Diseo Para Pandeamiento, DFb En pozos muy desviados es posible operar la tubera de perforacin en compresin, siempre y cuando no est pandeada. El factor de diseo al pandeamiento es anlogo al factor para exceso de peso del BHA ya discutido, DFbha para pozos rectos o ligeramente desviados en el cual este factor tiene el efecto de alargar el el BHA, el DFb reducir el peso permitido para perforar pozos altamente desviados


101


Proceso de Diseo de la Sarta de Perforacin

Diseo de los lastra barrena Dimetro externo mximo del DC que se pueda

manejar, pescar y usar para perforar. Seleccin de Conexiones

Razn de Resistencia a la Flexin (BSR) Capacidad de torque

Exceso de peso en la Herramienta de Fondo para proveere el peso sobre la barrena WOB y mantener la tubera en tensin

WOB Estabilizacin

102


Proceso de Diseo de la Sarta de Perforacin

Fuerzas de aplastamiento de las cuas sobre la tubera de perforacin

Diseo de la Sobre Tensin aplicable en superficie Longitudes de las secciones de tubera de

perforacin Revisin de Diseo para estallido Revisin de diseo contra el colapso por esfuerzos

103


Diseo Mecnico De la Sarta de Perforacin

Lastra barrena

104


Conexiones de los Lastra Barrena

Caractersticas de Liberacin de Esfuerzos

Las conexiones (roscas) de la tubera de perforacin no tienencaractersticas de liberacin de esfuerzo puesto que el cuerpo flexible se dobla fcilmente y absorbe la mayor parte del esfuerzo de doblamiento que se aplica.

Por lo tanto las conexiones de la tubera de perforacin estn sujetas a menos doblamiento que el cuerpo de la misma

En cambio DC y otros componentes de la herramienta de fondo sonmucho ms rgidos que la tubera de perforacin y en ellos gran parte de los esfuerzos por doblamiento se transfieren a las conexiones.

Estos esfuerzos por doblamiento pueden causar falla por fatiga en las conexiones.

105


Fotografa de una Funcin del Perno de Liberacin de Esfuerzos

106


Qu son las caractersticas de liberacin de esfuerzo y cundo se usan?

Pin (rosca macho) con ranura para alivio y conexin de caja ensanchada son diseos especiales para aliviar o liberar esfuerzos en la conexin.

Las caractersticas de liberacin de esfuerzos se deben especificar en todas las conexiones de las herramienta de fondo tamao NC-38 o mayores.

Estas caractersticas son benficas tambin para la tubera pesada HWDP.

Las ranuras de liberacin de esfuerzos en el pin no se recomiendan en conexiones ms pequeas que NC-38 porque pueden debilitar la resistencia a la tensin y la resistencia de torsin de la conexin.

Las conexiones de caja ensanchada se podran usar en las conexiones ms pequeas.

Conexiones de los lastra barrena

107


Los efectos de los esfuerzos de doblamiento sobre las conexiones se pueden reducir al agregar

RANURA PARA ALIVIO DE ESFUERZOS en el PIN y/

ENSANCHADO EN EL DIMETRO SUPERIOR DE LA CAJA.

Conexiones de los Lastra Barrena

108


Seleccin de los lastra barrena DC Normalmente el DC con el dimetro externo ms grande que

se puede correr con seguridad es la mejor opcin.

La rigidez mayor para resistir pandeamiento y tendencias de direccin lisas.

El movimiento cclico est restringido debido a espacios ms reducidos.

Se acorta la herramienta de fondo para Reducir el tiempo de manejo en la superficie Reducir la cantidad de conexiones (puntos de falla) en el

pozo. Disminuir la longitud de los DC en contacto con la pared

para reducir la exposicin a que se pegue la tubera por presin diferencial.

109


Diseo del Ensamblaje de Fondo, BHALos DC proporcionan Peso a sobre la BarrenaLos DC proporcionan Peso a sobre la Barrena

1. Los collares de perforacin permiten colocar peso al apoyar la sarta sobre la barrena porque pueden rotar en compresin sin sufrir daos en las conexiones. Al mismo tiempo mantienen a la tubera de perforacin en tensin.

2. Los DC tienen una rigidez significativamente mayor cuando se comparan con la tubera de perforacin.

3. La tubera de perforacin tiende a pandearse en compresin.

4. Un pandeo repetido va a hacer que haya una falla temprana de la tubera de perforacin.

5. La falla por fatiga de la tubera se puede eliminar si se mantiene en condiciones de tensin constante.

110


Remember about Fishing

111


El mdulo de la Seccin es un trmino refinado para referirse al rea y al grado de alejamiento de una forma de material dividido por la distancia desde el extremo de la forma hasta el punto donde los esfuerzos son cero

Mdulo de la Seccin para las Conexiones

112


Razn o Relacin de Resistencia a la Flexin La razn de Resistencia a la Flexin es

la rigidez relativa de la caja con respecto al perno de una conexin dada.

Describe el balance entre dos miembros de una conexin y cmo es probable que se comporten en un ambiente cclico de rotacin.

RdR

DbD

ZZ

BSR

RdR

DbD

ZZ

BSR

pin

box

pin

box

)(

)(

)(32

)(32

44

44

44

44

-

-

==

-

-

==p

p

Donde:Zbox = mdulo de la seccin de la cajaZpin = mdulo de la seccin del pernoD = Dimetro exterior del perno y la cajab = Dimetro de la raz de la rosca de la caja al

final del pernoR = Dimetro de la raz de la rosca de las roscas

del perno de pulgada del hombro del perno.. d= dimetro interior o agujero.

( Ver el diagrama de la siguiente lmina )

Se aplica a tanto a las conexiones y a los cambios de dimetro de los components de la sarta

113


Mdulo de Seccin para Conexiones

Para la caja, el dimetro interno es medido en la base de la rosca, frente al extremo del pin, b

Para el pin, el dimetro Externo es medido en la raz de la rosca a una distancia de desde la cara o sello de espejo del acople, R

Las dimensions son del API o de las especificacines del fabricante de la conexin

114


Razn o Relacin de resistencia a la Flexin para las Conexiones

Se dice que una conexin est balanceada si la razn de resistencia a la flexin es 2.5 Cuando la razn de resistencia a la

flexin es superior se tienden a ver fallas de pernos o pines.

Cuando la razn de resistencia a la flexin es inferior se tienden a ver ms fallas en las cajas.

Sin embargo, la experiencia en campo ha mostrado que: Un collar de perforacin de 8 que tiene

una razn de resistencia a la flexin de 2.5 normalmente falla en la caja.

Un collar de perforacin de 4-3/4 que tiene una razn de resistencia a la flexin tan baja como 1.8 muy rara vez falla en la caja.

115


Esta tabla est extrada de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1.

Razn o Relacin de resistencia a la Flexin para las Conexiones

116


Directrices Adicionales para la Razn de Resistencia a la Flexin

RPM Elevadas, una Formacin Blanda con collar de

perforacin pequeo (8 pulgadas en un pozo de 12.25 o 6

pulgadas en un pozo de 8.25), 2.25-2.75

RPM Bajas, formaciones duras, collar de perforacin

grande (10 pulgadas en pozo12-1/4, 2.5-3.2 (3.4 si se

usa conexin tipo lo-torq)

Formaciones Abrasivas, 2.5-3.0

Cargas de choque o torque / barrenas bi-cntricas para

aplicaciones URWD URF ERD, 2.5-2.75`

117


Funcin Lo-Torq

La funcin low torque consiste en quitar parte del rea del hombro del perno y de la caja.

Esto permite tener un torque para conexin menor y mantener una carga de hombro adecuada.

Es una caracterstica comn en conexiones con dimetro externo grande.

118


Afortunadamente para usted API ya ha resuelto el problema.

Las pginas 39-44 del API RP7G dan una lista de las razones de resistencia a la flexin para conexiones de acuerdo con el dimetro externo e interno del DC.

Razones BSR para Conexiones

119


Ejemplo de Tablas de Razn de Resistencia a la Flexin (Manual DS1 - T.H. Hill )

120


Relacin de Rigidez para Transiciones

Basados en experiencia de campo, en una transicin de un tamao de DC o tubera a otro, la razn de rigidez (SR) no deber exceder 5.5 para perforacin de rutina 3.5 para perforacin en condiciones

severas o difciles

( )( )44

44

upruprlwr

lwrlwrupr

upr

lwr

IDODOD

IDODOD

ZZ

SR-

-==

Nota: Las razones de rigidez se calculan utilizando los dimetros externos y los dimetros internos de los tubos, no las conexiones.

121


Ejemplo DP-03 Razn de Resistencia a la Flexin Dado que vamos a perforar un pozo de 15

pulgadas, en un ambiente relativamente duro, de perforacin difcil, qu collar API usted recomendara? Cul sera su recomendacin para la razn de resistencia a la flexin para la conexin seleccionada y cules seran sus lmites en los dimetros interno y externo permisibles para los collares?

Cul sera la razn de rigidez entre el DC y la tubera de perforacin de 4-1/2? Es aceptable? Si no lo es, usted qu hara?

122


1. Factor de Diseo para exceso de herramienta de fondo =1.15

2. El Punto Neutral (NP) a la tensin debe estar dentro de los collares de perforacin

Peso Mnimo de DC para colocar sobre la barrena y mantener el Punto Neutral dentro del BHA

Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de Fondo

15.1=WtWorkingMaxWtAvailableMax

123


Compresin

Tensin

Punto neutral

WOB de Diseo

WOBWOB

Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de FondoPeso de los lastra barrena y Punto Neutral

124


Procedimiento para seleccin de los lastra barrena:

1. Determine el factor de flotacin para el peso del lodo que se est en el pozo empleando la frmula siguiente:

donde

BF = Factor de Flotacin, adimensional

MW = Peso del lodo dentro del pozo, en lbs/gal

65.5 = Peso de un galn de acero, lbs/gal

BF = 1- (MW/65.5)


125


2. Calcular la longitud de DC requerida para lograr el peso deseado en la barrena:

Longitud del DC = 1.15* WOB / (BF*Wdc)

donde:

WOB = Peso deseado en la barrena, lbf (x 1000)

BF = Factor de flotacin, adimensional

W dc = Peso del collar de perforacin en el aire, lb/ft

1.15 =15% factor de seguridad.

El factor de seguridad de 15% asegura que el punto neutro permanezca dentro de los collares cuando fuerzas imprevistas (rebote, desviacin pequea y friccin del pozo) estn presentes.

Diseo de la Herramienta de FondoDiseo de la Herramienta de FondoProcedimiento para Seleccionar los collares de perforacin:

126


3. Para pozos direccionales:

Longitud del DC = Longitud Vertical del DC / Cos I

donde: I = Inclinacin del pozo

Observe que para los pozos horizontales los collares de perforacin no se usan normalmente y la seleccin de la herramienta de fondo se basa totalmente en la prevencin del pandeo.

Procedimiento para seleccin de los lastra barrena:


127


Determine el tamao y la cantidad de collares de perforacin de 9 pulgadas de dimetro externo por 3 pulgadas de dimetro interno que se requieren para obtener un peso sobre la barrena de 55,000 lbf, suponiendo

Desviacin del pozo = 0

Densidad de Lodo = 12 ppg

Cantidad y Tamao de lastra barrena

Ejemplo DPEjemplo DP--0404

128


Solucin

Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotacin

BF = 1- (12/65.5) = 0.817

Peso en el aire de los lastra barrena = 55,000/0.817= 67,319 lbf

Por lo tanto, el peso en el aire requerido de los DC deber ser un 15% adicional para asegurar que el NP est en el BHA

Peso de los DC = 67,319 x 1.15 = 77,416 lbf


129


Suponga que los tamaos de lastra barrena disponibles son DE x DI, 9x 3. De los clculos, el peso por pie para este tamao es 192 lb/ft. (La mayora de los DC estn en longitudes de 30 pies)

Un lastra barrena pesa = 30*192 = 5,760 lb

Cantidad de lastra barrena = 77,416 / 5,760= 13.54==> 14 Juntas

Continuacin de la Solucin


130


Lmites de Torsin para los lastra barrena El torque est limitado por la conexin del DC Usualmente es mayor para la tubera en superficie y

menor para los lastra barrena de fondo Si el torque de ajuste en la conexin de los DC es mayor

que el torque de ajuste en la conexin de la tubera de perforacin no se debern tener problemas rutinarios.

El torque del BHA en cualquier punto no deber exceder de 80 % del torque de ajuste para las conexiones en el pozo para evitar sobre apretar las conexiones lo cual puede hacer que se daen los sellos. Posible incremento del torque en la conexin Uso de lastra barrena con menor Dimetro Interno, ID Cambio de parmetros para reducir el torque en el BHA

131


TORQUE DE CONEXIN COMO PORCENTAJE DEL TORQUE TOTAL

El torque de ajuste recomendado por el API para las conexiones es un porcentaje de la cedencia total a la torsin de la conexin

62.5%56.8%API NC56.2%51.1%H-90

N/a79.5%PACDC>7 inDC< 7 in

Lmites de torsin para los lastra barrena

132


Tablas de Torque de Ajuste para Conexin los DC

133


Normativa del API

El torque de ajuste del acople deber ser el 60% de la resistencia del acople a la cedencia que a su vez es el 80% de la cedencia torsional en el cuerpo del tubo

Lmites de torsin para los lastra barrena

134


Ejemplo DP-05 Planeamos perforar un pozo recto de 16 pulgadas hasta 15,000 pies.

Anticipamos que la perforacin va a ser difcil y deseamos usar 6,000 lb por pulgada de dimetro para el peso de la barrena. El pozo se va a perforar en lodo de 10 ppg. En existencia tenemos

10,000 pies de 5 S135 NC50 6 X 2 7/8 5,000 pies de 5 G105 NC50 6 1/8 X 3 3/8 24 tramos de 5 pulg tubera HW, NC50, 6 5/8 X 2 18 tramos de DC de 6 x 2 12 tramos de DC de 8 x 3. 6 tramos de DC de 9 x 3

Si se necesita, se podran rentar hasta 6 DCde perforacin de 11 x 3

135


Qu sarta de DC recomendara usted y porqu? Cul es el peso permisible mximo? Dnde est el punto neutral a la tensin? Cul es la relacin de resistencia a la flexin de las

conexiones que seleccion? Cul es la relacin de rigidez para cada transicin? Cul es el torque mximo permisible sobre la

herramienta de fondo y cul es su resistencia torsional?

Ejemplo DP-05

136


Ejemplo DP-05 Solucin

WOB requerido = 16 x 6000 = 96,000 lbs.

Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotacin

BF = 1 - (10/65.5) = 0.8473

Peso en el aire de los lastra barrena = 96,000/0.8473= 113,301 lbf

Por lo tanto, peso requerido de los lastra barrena

= 113,301 x 1.15 = 130,296 lbf

137



Determinando Cantidad y Tamaos

9 jts de HWDP de 5 = 9 X 30 X 53.7 = 14,499 lbs

12 jts DC de 6 x 2 = 12 X 30 X 105 = 37,800 lbs

6 jts DC de 9 x 3 = 6 X 30 X 192 = 34,560 lbs

5 jts DC de 11x 3 = 5 X 30 X 299 = 44,850 lbs

Longitud de BHA = 960 ft.

Peso Total BHA = 131,709 lbs.

138


Seleccin de Conexiones

9 jts HDP de 5 = NC50 => BSR =

12 jts DC de 6 x 2 = NC46 => BSR = 3.3

6 jts DC de 9 x 3 = NC61 => BSR = 3.22

5 jts DC de 11 x 3 = 8 5/8 Reg => BSR = 2.84

SR de 11X 3 a 9X 3 = 1.83

SR de 9X3 a 6 X 2.5 = 2.38

SR de 6 X 2.5 a 5 X 3 = 2.77

SR de 5 X 3 a 5 X 4.276 = 1.87


139


Limitaciones de Torque

5 NC50, S135 DP = 34,190 ft/lb

5 NC50, G105 DP = 22,820 ft/lb

NC 50 HWDP = 38,040 ft/lb

6 x 2 NC46 = 25,850 ft/lb

9 x 3 NC61 = 74,090 ft/lb

11x 3 8 5/8 Reg = 130,680 ft/lb

Ms bajo = 22,820 x 0.8 = 18,256 ft/lbs


140


Diseo de Sarta de Perforacin

Diseo de Tubera de Perforacin

141


Parmetros de Diseo segn el API Parmetros de Diseo segn el API RP 7GRP 7G Tabla 1-3 Datos de Tubera Nueva

Tabla 4-5 Datos de Tubera Clase Premium

Tabla 6-7 Datos de Tubera Clase 2

Tabla 8 Datos de Acoples de tubera

Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexin

Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforacin)

Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste

Fig 26-32 Datos de Rigidz (BSR) de los DC

142


Diseo de la Sarta por Tensin Una vez que ya se ha diseado la herramienta de fondo, se necesita:

Aadir la tubera de perforacin para que en la superficie se pueda

Sostener el peso de la herramienta de fondo Sostener el peso de la tubera entre la herramienta de fondo y la

superficie Soportar el margen de sobre tensin seleccionado. Soportar las fuerzas de las cuas sobre la tubera que tratan de

aplastarla.

Esto se hace utilizando un factor de seguridad a la tensin, SF de 1.1 Esto tambin supone que nunca salimos del rango elstico de la

tubera

143


La mayor tensin (carga de trabajo Pw) sobre la sarta de perforacin se presenta en el tramo superior cuando se llega a la mxima profundidad perforada.

Working Strength

Collares deperforacin

Tubera deperforacin Ldp

Ldc

PParmetros de DiseoParmetros de Diseo

Diseo para la Tensin

144



Peso Total, Tsurf, soportado por la junta superior de la tubera de perforacin cuando la barrena est justo arriba del fondo;

( )[ ] BFWLWLT dcdcdpdpsurf +=BF m

s

= -1rr

Ldp = longitud de la tubera de perforacin

Wdp = peso de la tubera de perforacin por unidad de longitud

Ldc = Peso de los lastra barrena

Wdc = peso de los lastra barrena por unidad de longitud.

.(1)

Ldp

Ldc

PResistencia de Trabajo

Tubera deperforacin

Collares deperforacin

Parmetros de DiseoParmetros de Diseo

145


La sarta de perforacin no est diseada de acuerdo con la resistencia de cedencia mnima.

Si al tensionar la la tubera de perforacin se alcanza su punto de cedencia:

1. Tendr una deformacin total que es la suma de las deformaciones elstica y plstica (permanente).

2. El estiramiento permanente se quedar en la tubera de perforacin (no desaparecer al quitar la tensin aplicada)

3. Ser difcil conservar la tubera recta.


Parmetros de DiseoParmetros de Diseo

146


Para evitar dao por deformacin a la tubera de perforacin, API recomienda que se use una carga mxima de diseo permisible ( Pa)

Pa = 0.9 x Tyield .(2)

Pa = Carga de diseo mxima permisible en tensin, lb

Tyield = Resistencia a la cedencia terica dada en las tablas API, lbs

0.9 = Un lmite proporcional constante relacionado con el punto de cedencia

Carga de Diseo Mxima Permisible

IPM Define que un factor de diseo de tensin de 1.1 se debe aplicar a las cargas de diseo. Por medio de esto se logra lo mismo.

NO HAGA DOBLE BUZAMIENTO

147


El margen de sobre tensin es nominalmente de 50-100 k, o en el lmite de la diferencia entre la carga mxima permisible menos la carga real.

Opciones del Margen de Sobre Tensin que se deben considerar:

Condiciones generales de perforacin

Arrastre de la sarta en el pozo

Posibilidad de atrapamiento de la sarta

Aplastamiento con las cuas al asentarse sobre la MR

Cargas dinmicas

Margen de sobre tensin

148


1. Determine la carga mxima de diseo (Tmax) : (mxima carga para la que se debe disear la sarta de perforacin)

Tmax = 0.9 x Punto de Cedencia mnimo lb

Se debe considerar la clase de tubera

Procedimiento de DiseoProcedimiento de DiseoMargen de sobre tensin

149


surf- TTMOP max =

3. Margen de Sobre Tensin: Fuerza de tensin mnima por encima de la carga de trabajo esperada para tomar en cuenta cualquier arrastre o que se atore la tubera.

2. Calcule la carga total en superficie usando

( )[ ] BFWLWLT dcdcdpdpsurf +=

.(3)

.(1)

Procedimiento de DiseoProcedimiento de Diseo

150


dcdp

dc

dp

yielddp LW

WBFW

MOPTL -

-=

9.0

4. La longitud mxima de la tubera de perforacin que se puede usar se obtiene al combinar las ecuaciones 1 y 3 y despejando la longitud de la tubera de perforacin.

.(4)


151


Ejemplo DP-06 Tubera de Perforacin de un solo Grado

Longitud de los collares de perforacin: 600 y peso en el aire es de 150 lb/ft. Margen de sobretensin = 100,000 lbs. 5 / 19.5 lb/ft Premium G-105 DP con conexiones NC50. Calcule la profundidad mxima del pozo que se puede perforarSuponga que BF= 0.85

Realice los clculos sin Margen de Sobre Tensin y con un Margen de Sobre Tensin de 100,000 lb

Utilice las tablas API - RP7G para los valores del Peso Aproximado (Wdp) y para el Punto de Cedencia Mnimo.

152


Carga real soportada ( Pf)

P = 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] (2) (RP7G T9)

ftx

962,16600*92.21

15085.092.21

0535,392L dp =-

-=

Mxima profund.a perforar = Ldp + Ldc = 16,962 + 600 = 17,562 pies

Carga de diseo mxima ( Tmax)

Pa = 0.9 x Mnimo punto de cedencia

Pa = 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb (1) (RP7G T4)

Solucin sin Margen de sobre tensin


153


Repita el ejemplo anterior con Margen de sobre tensin utilizando la frmula;

dcdp

dc

dp

yielddp LW

WBFW

MOPTL -

-=

9.0

Mxima Profundidad de Perforacin = Ldp + Ldc


154


Carga real soportada ( P)

Tsurf= 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] (2) (RP7G T9)

ftx

595,11600*92.21

15085.092.21

000,100535,392L dp =-

-=

Profund.Mxima a Perforar = Ldp + Ldc = 11,595 + 600 = 12,195 pies

Carga de diseo mxima ( Pa)

Tmax = 0.9 x Punto de cedencia mnimo

Tmax= 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb (1) (RP7G T4)

Solucin con Margen de sobre tensin


155


Fuerza de Aplastamiento por Las Cuas Las cuas debido a la forma cnica tratan de

aplastar a la tubera de perforacin. Este esfuerzo en anillo es resistido por el tubo y a la vez incrementa el esfuerzo global en el acero.

( )

( )dopeforFrictioncoeffArcTanzTaperSlipyzyK

inlengthSlipLinODPipeD

LDK

LDK

SS

StressTensileStressHoop

s

sst

h

08.0;)()45279(;)tan(/1

;)(

221

'''

2

===+=

==

++=

mm

o

156


Generalmente se expresa como un factor

DPTUBE 12 in 16 in2 3/8 1.25 1.182 7/8 1.31 1.223 1/2 1.39 1.284 1.45 1.324 1/2 1.52 1.375 1.59 1.425 1/2 1.66 1.476 5/8 1.82 1.59

SLIP LENGTHHorz to Tang Stress Ratio

LoadAxialEquivalentStressTensile

StressHooploadWorking =*

Axialt

hLoad PS

SP =

157


Como un Parmetro de Diseo

nicamente puede perforar hasta donde pueda poner la tubera en las cuas.

Diferente a la Sobre Tensin, este se basa en las cargas de trabajo.

dcdp

dc

dp

T

h

yield

dp LWW

BFWS

ST

L -

=

9.0

158


Una sarta de perforacin consiste de 600 pies de collares de 8 x 2-13/16 y el resto es tubera de perforacin de 5, 19.5 lbm/pie, Grado X95 con conexiones NC50. Si el Margen de Sobre Tensin requerido es de 100,000 lb y el peso del lodo en el pozo es 10 ppg, calcule:

1) La profundidad mxima que se puede perforar cuando (a) se usa tubera de perforacin nueva y (b) tubera de perforacin Premium. (nicamente Margen de sobre tensin)

2) Cul es la profundidad mxima a la que se puede perforar tomando en consideracin la fuerza de aplastamiento por cuas para (a) y (b) anteriores ? Para qu carga de gancho corresponde esto? Cul es el Margen de sobre tensin en este caso?

dcdp

dc

dp

yielddp LW

WBFW

MOPTL -

-

=9.0

Diseo por Tensin con Margen de Sobre Tensin y Fuerza de Aplastamiento con las Cuas

Ejemplo DP-07

159


Solucin

(a) El peso del collar de perforacin por pie es:

donde, rs = densidad del acero = 489.5 lbm/ft

A = rea de la seccin transversal (pulg).

(Nota: De las tablas API, peso del collar de perforacin = 161 lbm/ft).

( ) ( )( )A ft s = - 1 4 825 28125 1 48951

1442 2r

p. . .

ftlbm /5.160=

Ejemplo DP-07

160


LP MOP

W BFWW

Ldpt

dp

dc

dpdc

-

- 0 9.

( )P lb for Grade X new pipet = 501 090 95,

BF ms

= - = -1 110

65 44rr .

Margen de Sobre Tensin, MOP = 100,000 lb

Ejemplo DP-07

161


( )45.21

6005.160847.045.21

000,1009.0090,501 -

-

=dpL

La profundidad mxima del pozo que se puede perforar con una tubera de perforacin nueva de Grado X95 bajo las condiciones de carga dadas es de

.428,15600828,14 ft=+

= 14,828 ft

Profundidad de perforacin mxima = Ldp + Ldc

Ejemplo DP-07

162


Ejemplo DP-07 considerando la Fuerza de Aplastamiento por las Cuas

dcdp

dc

dp

T

h

yield

dp LWW

BFW

Drag

SS

T

L -

-

=

9.0

ftL

L

dp

dp

991,12

60045.21

5.160847.045.21

42.19.0090,501

=

-

=

Profundidad mxima a perforar = Ldp + Ldc= 12,991+600=13,591 ft

163


Ejemplo DP-07 considerandoTubera Nueva

En el caso de Tubera Nueva, las fuerzas de aplastamiento por las cuas determinan la mxima profundidad a la que se puede perforar de 13,591 y no de 15,428 pies.

La carga de gancho mxima indicada que se puede fijar con seguridad en las cuas es de 317,590 lb

El margen de sobre tensin en este caso es de 133,400 lbs

164


ftL

L

pd

pd

553,945.21

600*5.160847.0*45.21

000,1009.0*600,394

=

--

=

Mxima Profundidad de Pozo

ft153,10600553,9 =+=Prof. de Perforacin Maxima = Ldp + Ldc

Ejemplo DP-07 considerandoTubera Premium

P lbt = 394 600, :Ahora,

165


Ejemplo DP-07 Aplastamiento por las Cuas

ftL

L

dp

dp

276,9

60045.21

5.160847.045.21

42.19.0600,394

=

-

=

Profundidad de Perforacin Mxima = Ldp + Ldc= 9,276+600=9,876 pies

166


Ejemplo DP-07 Considerando Tubera Usada

En el caso de Tubera Usada (Premium), las fuerzas de aplastamiento por las cuas determinan la mxima profundidad a la que se puede perforar que es de 9,876, no 10,153.

La carga de gancho mxima indicada que se puede asentar en forma segura sobre las cuas es de 250,098 lb

En este caso el margen de sobre tensin es de 105,000 lbs

167


La longitud de la Herramienta de Fondo es 600 y el peso en el aire es de 70,000 lbs.Margen de Sobre Tensin = 80,000 lbs. Tubera de perforacin de 5 19.50 lb./ft, Clase Premium, Grado X95 con conexiones NC50. El peso del lodo en el pozo es MW = 13.0 ppg.

Cul es la profundidad mxima a la que se puede perforar con este ensamble?

dcdp

dc

dp

yielddp LW

WBFW

MOPTL -

-

=9.0

EjercicioEjemplo DP 08

168


Paso 2 Los collares de perforacin y la tubera de perforacin del fondo

actan como el peso que es soportado por la seccin superior efectivamente el collar de perforacin.

Aplique la ecuacin para la tubera de perforacin superior al ltimo.

Paso 1

Si usamos diferentes tuberas de perforacin, la tubera ms dbil es la que va en el fondo y la tubera ms fuerte en la parte superior.

Aplique la ecuacin primero a la tubera de perforacin del fondo.

dcdp

dc

dp

tdp LW

WBFWMOPP

L --

=9.0

Diseo de Sarta Mixta

169


Un equipo de perforacin de exploracin tiene los siguientes grados de tubera de perforacin para correrlos en un pozo de 15,000 pies de profundidad:

Grado E : Nueva, 5 OD, 19.5 lb/pie, NC 50

Grado G : Nueva, 5 OD, 19.5 lb/pie, NC 50

Se desea tener un Margen de sobre tensin de 50,000 lbs en la tubera Grado E. La longitud total y el peso total de los collares de perforacin ms la tubera de perforacin con pared gruesa son de 984 pies y 101,000 lb respectivamente. MW a 15,000 pies = 13.4 ppg.

Calcule :

1. Mxima longitud de la tubera E que se puede usar.

2. Longitud de tubera G que se debe usar.

3. Margen de sobre tensin para la tubera G y para la tubera E.

4. Peso mximo en las cuas para la tubera G y para la tubera E.

Ejemplo DP-08 Tubera de Perforacin Mixta

170


El grado ms ligero (Grado E) se debe usar para la parte del fondo del pozo, mientras que la tubera de grado ms elevado se debe usar en la seccin superior. De esta manera, el Grado E va a soportar el peso de los lastra barrena y de la tubera de perforacin de pared gruesa. El trmino debe incluir el peso combinado de estos artculos.

dcdp

dc

dp

yielddp LW

WBFW

MOPTL -

-=

9.0

7954.05.654.13

1 =-=BF

E Ldp1

G105

Ldp2

LBHA

Solucin:

(a)

y,


171


HWDPofweightDCsofweightLW dcdc +=

lb000,101=

ftL

L

dp

dp

595,1385.20000,101

796.0 85.20

000,509.0 600,395

=

-

-=


172


ftL

L

dp

dp

263,1085.20000,101

796.085.2042.1

9.0600,395

=

-

=

Ejemplo DP 08. Aplastamiento por las Cuas en el tope de la tubera Grado E

173


Peso colgando de la junta superior de la tubera Grado E

10,263 x 20.85 = 213,983 lb Grade E

ms 101,000 lb BHA

Peso total en el aire = 314,983 Lbs

Peso sumergido en el lodo de 13.4 ppg = 314,983 x 0.796=250,726 Lbs

314,105726,2509.0600,395

9.0*@

=-=

-=

MOP

PPMOP WorkingYp

DP 08. Margen de Sobre Tensin en la Junta Superior de la Tubera Grado E

174


La longitud acumulada de la sarta esta compuesta por:

Collares de perforacin y tubera pesada = 984 pies

Tubera de Perforacin, Grado E = 10,263 pies

Longitud Total, = 11,247 pies

La seccin superior de la sarta estar compuesta por tubera Grado Gde longitud:

15,000 11,247 = 3,752 pies

Verificar que la tubera grado G sea adecuada:

Ella va a soportar el peso de la tubera grado E ms el peso del BHA

Ejemplo DP-08. Procedimiento para el Diseo

175


984,314000,10185.20263,10""

=+=GBelowWt

Por lo tanto, bajo las condiciones de carga existentes, se podran utilizar 5,745 pies de tubera grado G en la seccin superior de la sarta. En el ejemplo que se analiza, slo se requieren 3,752 pies.

E Ldp1

G105

Ldp2

LBHA

Ejemplo DP 08. Longitud de tubera grado G para producirse el aplastamiento

ftL

L

dp

dp

745,593.21984,314

796.093.2142.1

9.0830,553

=

-

=

176


Peso en la junta superior de la tubera grado G (Peso de toda la sarta)

3,752 ft x 21.93 = 88,281 lbs (peso de la tubera Grado G)

ms 314,983 lbs que pesan la tubera Grado E y el BHA

Peso total de la sarta en el aire = 403,264 Lbs

Peso total sumergido en el lodo de 13.4 ppg = 403,264 x 0.796 = 320,998 Lbs

Ejemplo DP 08. Margen de Sobre-Tensin. G

449,177998,3209.0830,553

9.0*@

=-=

-=

MOP

PPMOP WorkingYp La sobre tensin est limitada por la tubera Grado E

( )

449,177090,35142.1/9.0830,553

42.1

9.0*

5

@

===

=

MOPlb

PLoadSlipMax

DPinFor

Yp

177


Ejemplo DP 08. Resultados del Diseo

Herramienta de Fondo de 984 pies de longitud que pesa 101,000 lb en el aire

Aproximadamente 336 tramos son tubera Grado E con longitud mxima de 10,263 pies

Aproximadamente123 tramos de tubera Grado G con longitud mxima 3,752 pies

Sobre-Tensin mxima para tubera Grado G = 182,458 lbs Sobre-Tensin mxima para tubera Grado E = 105,000 lbs

(MOP limitado al menor valor de 105,000 lbs) Mximo peso en las cuas para Grado G 351,000 lbs Mximo peso en las cuas para Grado E 250,000 lbs

178


Dada la siguiente informacin: Longitud del BHA = 800 Peso en el aire del BHA = 80,000 lbs. Margen de Sobre-Tensin deseado, MOP = 100,000 lbs. Tuberas de perforacin: (a) 5OD, 19.5 lb./pie, Clase

Premium, Grado G-105 , conexin NC50 y (b) 5OD, 19.5 lb/pie, Clase Premium, grado S-135, NC 50

Peso de lodo en el pozo = 11 lb/gal.Calcular:

1. Cul es la mxima profundidad de perforacin posible? 2. MOP disponible a la mxima profundidad?

Ejemplo DP-09. Diseo con DP combinada

179


MOP en un pozo desviadoSe debe considerar siemprela profundidad vertical, TVD

TVD

1. Calcular la TVD para Ldp.

2. Calcular el peso del BHA en un pozo inclinado, multiplicando su peso en el

aire por el coseno del nulo:

Peso = BHA x cos q

qLdp

LBHA

Factores de DiseoFactores de Diseo

180


MOP en un pozo desviado

30

TV

D

Long. De Tubera Ldp = 11500=11500 x cos 30

12,000

80,000 lbs. x cos 30 = 69,282 lbs.

Prof. Vertical de Ldp

Peso del BHA =


181


Ejercicio:Con los datos del grfico, calcular el MOP para una sarta de DP combinada si el pozo tiene 40 de inclinacin.

40

TVD

10,000

17200

18000

S135

G105

BHA weight = 80,000 lb


182


1. Un factor de diseo de 1.6 se deber aplicar para las cargas de tensin debido a la naturaleza tpica de tubera usada as como para considerar las posibles cargas de impacto que se produzcan cuando la tubera se asienta sobre las cuas.

2. Si las cargas de impacto se cuantifican y se incluyen en los clculos, se puede utilizar un factor de seguridad de 1.3

Factores de DiseoFactores de Diseo

183


En un pozo desviado se pueden identificar las siguientes secciones:

1.Seccin de Trayectoria Vertical

2.Seccin de Construccin o Levantamiento de ngulo

3.Seccin Tangente o de sostenimiento del ngulo

4.Seccin de Reduccin o Tumbado de ngulo

5.Seccin de Navegacin Horizontal

Diseo de Sartas de Perforacin Diseo de Sartas de Perforacin para pozos Desviados para pozos Desviados

184


KOP

qT BHA

Seccin Vertical

Seccin de Construccin

Seccin Tangente


185


2. Seccin de levantamiento de nguloBFWlengthWeight dp =

( )= Sin BU

W BFT dpq5729 6.

Donde: Wdp = peso de la tubera de perf. en lbs/pie

BU = Tasa de construccin de ngulo en (grados/100 pies)

BF = Factor de Flotacin

qT = ngulo por debajo del punto de tangencia

KOP

qT BHA

Seccin de Construccin

Seccin Vertical

Seccin Tangente


186


3. Peso de la tubera en la seccin tangente

[ ]BHABHAdpdpT LWLWCosxBF += q


187


Pozo de Alcance ExtendidoDada la siguiente informacin para un pozo de Alcance Extendido:KOP = 8000 piesAngulo Final = 80 gradosRev. de 13 3/8 asentado en el tope de la seccin tangente a 9,146 piesTasa de construccin angular = 5 grados /100 piesBHA = 180 pies con peso de 100 lb/pie incluye herramientas(Barrena /Combinaciones / Motor de Fondo / MWD)

Profundidad Total del Objetivo TD = 17,000 piesTubera de perforacin = 5OD, 19.5 lb/pie, NC 50, Grado SDimetro del Agujero = 12 Peso del lodo en el hoyo = 12.5 lbs/gal, Tipo SOBMLa barrena est a 2000 pies por debajo de la zapata del revest. 13 3/8.Calcular los pesos en las respectivas secciones del agujero.

Ejemplo DP 10

188


Current depth = 9146 + 2000 = 11,146 ft

BF = 0.809

Wdp = 22.6 lb/ft

Solucin:

Peso el BHA = 180 pie x 100 lb/pie x 0.809 x cos 80 = 2,529 klb

Peso de Secc. Tangente = (2000-180)x22.6x0.809 x cos 80 = 5,651 klb

Peso de Seccin Curva = ( 5729.6 x sin 80 ) x 22.6x 0.809 = 20,63 klb

5

Peso Secc. Vertical = 8000 x 22.6x 0.809 = 146,267 klb

189


( )lbfWFs dp=1500

Cargas de Impacto

La fuerza de tensin adicional generada por los impactos estdada por:

( )lbfODWFb dp = q63

Doblamiento

La fuerza de tensin adicional generada por el doblamiento estdada por:

Otras CargasOtras Cargas

190


Otras Cargas Colapso bajo Tensin Estallido Otras cargas no includas aqu

Cargas de Impacto Cargas de doblamiento Cargas de Pandeo o Encombamiento Cargas de Torsin Torsin con Tensin Simultnea

191


Colapso Biaxial La carga de colapso es peor cuando se llevan a

cabo pruebas en seco en las que la tubera se corre vaca

Observe que se utiliza el punto de cedencia promedio no el mnimo

Average

CollapsealNo

CollapseBiaxial

YpIDODLoad

Z

ZZP

P

*)(7854.0

234

22

2

min

-=

--=

192


Para Colapso Nominal

Use D/t y la frmula correcta de la Spec 7G Apndice A 3

Use los resultados que se encuentran en la Tabla 3-6 RP-7G

Para Dimetro Externo y Dimetro Interno, use la Tabla 1 RP-7G

Para Punto de Cedencia Promedio use la Tabla que est en la Seccin 12.8 RP 7G

145,000S120,000G110,000X85,000EYpAvgGrado

Colapso Biaxial

193


Ejercicio DP-11

Para hacer una prueba seca al traslape de un liner a 9,000 pies se corre un empacador en el extremo de una tubera de perforacin de 5 pulgadas 19.5 #/ pies, Grado E, clase Premium y se asienta con 50,000 lb de tensi. En el momento de la prueba la tubera de perforacin est vaca. El espacio anular est lleno con lodo de 12.0 lbs/gal. Cul es la carga de colapso en la junta del fondo de la tubera de perforacin?

Para una tubera de Perforacin de 5OD x 4.276 ID, Grado E, el punto de cedencia promedio es 85,000 psi

194


La Tubera Premium tienen todava el 80% del espesor de pared de la tubera nueva remanente El espesor ser = 0.8 x (5.0 - 4.276)/2 = 0.2896

El dimetro interno es 4.276

El dimetro externo ser: 4.276 + 2 x 0.2896 = 4.855

1417.0000,85*)276.4855.4(7854.0

000,50

*)(7854.0

22

22

=-

=

-=

Z

Z

YpIDODLoad

ZAverage

Ejercicio DP-11

195


Colapso Nominal es 7,041 El colapso Biaxial reducido es 6,489

922.0

214167.014167.0*34

234

min

2

2

min

=

--=

--=

CollapsealNo

CollapseBiaxial

CollapsealNo

CollapseBiaxial

P

P

ZZP

P

Ejercicio DP-11

196


La carga de colapso es 9,000 x 0.052 x 12 = 5,616 psi La carga de diseo es 5,616 x 1.15= 6,458 El colapso con cambio de calidad de tubera es 6,489, as

que estamos bien El factor de diseo del colapso es 6,489/5,616=1.16

El factor de diseo del colapso especificado por IPM es 1.1-1.15

Ejemplo DP 11. Solucin

197


Diseo para el Estallido

Se aplica la formula de Barlows

Note que no hay tolerancia para variaciones en el espesor de pared

Algunos diseos utilizan un factor del 90% en el Yp para asegurar que nunca se caiga en la regin de deformacin plstica

Los resultados se encuentran en Spec 7G Tabla 3, 5 y 7

DtYp

PBurst**2

=

198


Ejemplo DP 12. Carga para el Estallido

El peor caso de carga sucede durante las operaciones de prueba de formacin (DST), en un pozo para gas. La presin en superficie es la presin de fondo gradiente de gas sin respaldo.

En el ltimo ejemplo suponga que estamos realizando una prueba de formacin en el pozo a 9,000 pies con presin de fondo de 200 psi menos que la columna de lodo. Cul es el Factor de Diseo para Estallido en la parte superior de la tubera de perforacin Premium Grado E?

199


Del ltimo ejemplo: DP de 5 19.5 # E, Premium Dimetro externo = 5, Espesor de Pared = 0.2896 Punto de Cedencia = 75,000 lbs

Presin de Estallido = 8,688 psi Presin en el Fondo (HP)lodo 200

= 12 x 0.052 x 9,000 200 = 5,416 psi P. en Superficie = 5,416 900 = 4,516 psi

Factor de Diseo = 8,688/4,516 = 1.92

Ejemplo DP 12. Carga para el Estallido

200


Ahora usted debe poder describir:

1. Funciones de la tubera de perforacin, los lastra barrena y la seleccin de la herramienta de fondo.

2. Los grados de la tubera de perforacin y las propiedades de resistencia.

3. Tipos de roscas y de acoples.4. Peso y punto neutral del lastra barrena.5. Relaciones de los esfuerzo de flexin y de rigidez.6. Margen de sobre tensin.

7. Clculos de diseo basados en la profundidad a la que se va a perforar.

8. Conceptos bsicos del control direccional usando ensamblajes de fondo rotacionales

9. Funciones de los estabilizadores y de los escariadores de rodillos.

07 la sarta de perforación - diseño y selección

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