Escuela Politécnica Nacional

Nombre: Galo cadena

Atascamiento de la sarta de perforación

Causas de “tubería pegada” (atascamiento)1. Presión diferencial (atascamiento diferencial)

• Factores mecánicos• Ojo de llave• Inestabilidad de pozo relacionada con la formación• Geometría de pozo (desviación y roca viva)• Limpieza de hoyo inadecuada• Desechos en el hoyo o tubería de revestimiento colapsada• Factores relacionados con el cemento

Medidas de control y prevención1. Atascamiento diferencial de tubería

• Mantener las densidades del fluido en el nivel más bajo posible• Controlar la tasa de filtración para obtener un revoque compresible y delgado• Mantener los sólidos perforados en el nivel más bajo posible• Controlar la perforación para evitar sobrecargar el anular• Recurrir a actividades reductoras de la fricción

2. Factores mecánicos• Ojo de llave

a. Controlar la desviación de hoyob. Asegurar que la sarta de perforación está en tensión.c. Utilizar rimadores (ensanchadores) de sarta y estabilizadores

• La inestabilidad del pozo relacionada con la formación está generalmente asociada a condiciones de “hoyo apretado”. Es posible observar un mejoramiento en las condiciones del hoyo con la optimización de las propiedades del fluido y el uso de aditivos inhibidores y sistemas de fluidos apropiados.

• Una limpieza inadecuada del hoyo se puede mejorar alterando las reologías del fluido y las tasas de bombeo.

Procedimientos correctivos para atascamiento de tuberíaEl “punto libre” se puede determinar a partir del perfilaje eléctrico o cálculos de estiramiento de tubería.

Cálculos de tensión efectiva en tubería pegada

Esta actividad se realiza siempre que se presente pega de tubería de perforación o revestimiento y haciéndose necesario trabajar la sarta para su liberación. El objetivo es calcular los esfuerzos de la tubería durante el trabajo de sartas de perforación o revestimiento en eventos de pega de tubería.

RECURSOS:

PERSONALEsta actividad será coordinada por el representante de la compañía (Company man), el jefe de equipo (Toolpusher).

EQUIPOS Y HERRAMIENTASEl equipo está compuesto por:

Equipo de levante del equipo de perforación Indicador de peso de la consola del perforador

PERMISOS DE TRABAJOEsta actividad no requiere permisos de trabajo

EQUIPOS DE PROTECCION PERSONALEl personal que realiza ésta actividad deberá usar los siguientes elementos de protección personal:

Casco Botas de seguridad Ropa de trabajo Guantes Gafas y protectores para trabajos de soldadura Protectores auditivos. Impermeables en dos piezas: camisa y pantalón. Cinturón de seguridad

NORMAS DE SEGURIDADEs obligatorio el uso de los elementos de protección personal durante la ejecución de esta actividad. Antes de empezar las actividades de cada turno de perforación, se debe realizar una charla de seguridad para conocer todos los peligros existentes en la operación.

El uso del alcohol y drogas (sustancias alucinógenas), durante la jornada de trabajo está estrictamente prohibido. La persona encargada de vigilar la seguridad de todo el personal durante la actividad es el supervisor del equipo de perforación.

Publicar en lugar visible las características de la sarta de trabajo y los limites operacionales de presión, tensión, compresión y torque.

PROCEDIMIENTO OPERACIONAL

Preparativos para trabajar la sarta pegadaAntes de tensionar o martillar en tubería de perforación o revestimiento pegado, se deben llevar a cabo los siguientes preparativos:

Asegure que todo el equipo para tensionar en superficie esté en buenas condiciones, y no exceder la tasa de funcionamiento máxima permitida de seguridad para el eslabón más débil del equipo para tensionar.

Revise el indicador de peso y el ancla del cable muerto. Asegure que ambos están correctos y limpios de cemento y escombros. La tensión se debe limitar en tubería pegada al 85% de la fuerza de cedencia mínima del

miembro más débil.

Tensión efectiva en tubería de perforación pegadaAl determinar la tensión en tubería de perforación pegada, se debe usar el peso real de la sarta en el aire y no el peso que se ha registrado en el indicador de peso.

Ejemplo:Profundidad = 9765 piesCollares de perforación = 6-1/2” OD, 3” ID, longitud 743 piesTubería de perforación 5”, 19.5 lbs/pie

Peso de las botellas en el aire = 743 pies x 89 lbs/pie = 66.100 lbPeso de la tubería de perforación en el aire

9022 pies x 19.5 lb/pies = 175.900 lbPeso total de la sarta en el aire = 242.000 lb

Lectura del indicador = 205.000 lbPeso del gancho, unión giratoria, etc. = 27.000 lbTensión reportada, 100.000 lb por encima

De la lectura del indicador = 305000 lbMenos gancho, unión giratoria, etc. - 27.000 lbTensión efectiva en la sarta = 278000 lb

Asumiendo que la tubería está pegada en el fondo, la tensión efectiva en el punto de pega a la tensión efectiva en la sarta menos el peso de la sarta en el aire

278.000-242.000 = 36.000 lbs(no hay boyancia en la tubería) Para poder aplicar una tensión de 100.000 lb en la broca, la lectura del indicador tendría que ser:

242.000+27.000+100.000 = 369.000 lb

Esto significa que la tensión en la tubería sería igual a:

369.000 –27.000 = 342.000 lb

Calculo del máximo esfuerzo de torsión que se puede aplicar simultáneamente con la tensión (Q).

Q (lbs-ft) = [0.096167 x ( / 32 x (D 4 – d 4 ))] x √ [(Ym x SF)2 – (P2 / A2)]D

Donde:

Q = Esfuerzo Torsional de cedencia bajo tensiónD = Diámetro externo de la tubería ODD = Diámetro interno de la tubería IDYM = Mínimo Esfuerzo de cedencia (Minimum Yield Stress)SF = Factor de seguridad (0.85)A = Area transversal de la tuberíaP = Tensión (Tensile load)

Ejemplo:Tubería de perforación 5” OD, 4.365” ID, Grado S-135.Tensión (P) = 450.000 lbsFactor de seguridad 0.85

A = ¶ (D2-d2) / 4 = 4.671 pulg2

De las tablas de tubería de perforación API, tomar el valor de mínimo del rango de esfuerzo cedente de la tubería.

Grade Yield Strength Tensile strengthMin. Max.

D 55.000 --------- 95.000E 75.000 105.000 100.000X-95 95.000 125.000 105.000G-105 105.000 135.000 115.000S-135 135.000 165.000 145.000

Ym = 135.000 lbs

Calcular el esfuerzo de torsión permisible para la tensión especificada.

Q (lbs-ft) = [0.096167 x ( / 32 x (D 4 – d 4 ))] x √ [(Ym x SF)2 – (P2 / A2)]D

Q (lbs-ft) = 30.831 lbs-ft

Determinación del punto de pega a partir del estiramiento de la tubería (L).

L (ft) = 735294 x W x e DP

Donde:

L = Longitud de tubería libreW = Peso de la tubería en lbs/pieE = Estiramiento de la tubería en pulgadasP1= Tensión inicial (o tensión de referencia)P2= Tensión final de la tubería.DP= Diferencial de tensión (P2-P1)

EjemploTubería de 5”, 19.5 lbs/pieP1 = 50.000 lbsP2 = 100.000 lbse = 30 pulgadasL (ft) = 735294 x 19.5 x 30

50.000L (ft) = 8602.9 ft (longitud de tubería libre)

Determinación de la constante de punto libre (FPC)

La constante de punto libre puede ser determinada para cualquier tipo de tubería de perforación de acero si el diámetro externo e interno son conocidos:

FPC = As x 2500Donde: As = área transversal de la pared del tubo, pulgadas cuadradas.

Ejemplo 1:De la tabla de elasticidad de tuberías (DP Stretch): 4-1/2 in. drill pipe 16.6 lb/ft — ID = 3.826 in.

FPC = (452 — 3.8262 x 0.7854) x 2500FPC = 4.407 x 2500FPC = 11,017.5

Pega de revestimientoLa carga máxima total de superficie (NO sobretensión) en el revestimiento no debe exceder ni:

Fuerza decedencia de la tuber í a superior o larosca(elmá sd é bil)

1.6ni

Fuerza cedencia de latuber í amás d é bil o larosca1.6

+( pesoenel aire del reves . por encima)

lo que sea menor

Ejemplo 1:Revestimiento de 13-3/8” - N80 - 72 lb/pie - “Buttress”

Fuerza de cedencia del cuerpo de la tubería =1661000 lb (El más débil)Fuerza de cedencia de la rosca =1693000 lb

Carga máxima total = 1661000 =1038125 lb 1.6

Ejemplo 2:Revestimiento 9-5/8”, P110, 47 lb/pie - “Buttress” de 0’ - 3000’Revestimiento 9-5/8”, N80, 47 lb/pie - “buttress” de 3000’ hasta fondo.La tubería más profunda está pegada por debajo de 3000 pies.

Fuerza de cedencia tubería P110 = 1493000 lbFuerza de cedencia rosca P110 = 1500000 lbFuerza de cedencia tubería N80 = 1086000 lbFuerza de cedencia rosca N80 = 1161000 lb

La carga máxima total es: 1.493.000 = 933125 lb1.6

o:

1.086.000 + (3.000 x 47) = 819.750 lb (en este caso el más bajo) 1.6

Nota:a) A pesar de las cargas permitidas calculadas, el factor de seguridad para la línea de bloqueo

jamás debe ser menos de 3. Este puede ser el factor limitante y no el de la fuerza del revestimiento.

b) Si hay cambios de ángulo en el hueco y/o presión interna en el revestimiento, se restringirá la carga permitida en superficie. Estos valores se dan en el boletín API 5C2. Sólo para cambios de ángulo se puede calcular la reducción de la carga permitida como sigue:

Reducción de la carga permitida (libras) =63 x D x W x A

En el cual: D = diámetro de la tubería en pulgadasW = peso de la tubería por pie, en libras (por debajo del cambio de ángulo)A = cambio de ángulo, en grados/ l00 pies

c) Sí el revestimiento se pega de tal forma que no hay circulación posible, se puede presurizar la sarta para luego liberar esa presión (antes de aplicar tensión adicional), dando así fuerza hacia arriba por debajo de los flotadores adicional a la tensión que se está aplicando en la superficie. Se debe tener en cuenta en todo momento, el efecto de las presiones que aumentan los gradientes de fracturamiento de la formación.

La regla empírica para determinar la fuerza de cedencia del cuerpo de la tubería del revestimiento es la siguiente:

F = 0.29 x W x Y (libras)

En la cual: W = peso del revestimiento en lb/pieY = tensión de cedencia en psi

Ejemplo:Tome un revestimiento nuevo de 7”, C7, 32 lb/pieLa cedencia mínima es 0.29 x 32 x 75.000 = 698.800 lbEl dato puede compararse con un handbook (por ejemplo el de Halliburton): 699.000 lb

Limitaciones de la tuberíaEs importante comprender las limitaciones físicas de la sarta de perforación. Este tema se toca por dos razones, primero, el uso de sartas combinadas y segundo, que el efecto del torque en la fuerza tensíl ha causado algo de preocupación.

Cuando se corre una tubería combinada de 5” y 4-1/2”, la parte de 4-1/2” se debe correr en el fondo. La longitud de 4-1/2” debe ser menor que la profundidad del último zapado del revestimiento para que se pueda hacer cualquier lavado y rimado conectando la kelly ó top drive a la conexión de mayor diámetro.

Se deben conocer y tener a la vista en la mesa del taladro las propiedades físicas de la tubería de perforación. Cada caso tendrá que calcularse dependiendo de la longitud de cada tubería, pero en la mayoría de los casos, la junta superior será el eslabón débil ya que soporta el peso total de la sarta al igual que la sobretensión.

Se debe comprender que cuando se aplica el torque a la sarta de perforación, la fuerza tensil de la tubería se reduce.

INFORME FINALNo requiere informe final.

Bibliografía:

LAPEYROUSE, Norton J., “Formulas and Calculations for Drilling, Production and Work-over”, HandBook

SHELL INTERNATIONALE PETROLEUM MAATSCHAPPIJ B.V., “Drilling Engineers Notebook”, September 1991, Corrected May 1992, Training division, Drilling Engineering.

BAROID, “Manual de Fluidos”, Houston, USA, Revisado Abril 1, 1991