Diseo de sarta de PerforacinArreglos CUVWESTX-2.xls

Introduccin.

El diseo de sarta de perforacin es una parte critica de las operaciones ya que dependiendo de que tipo de arreglo se decida bajar al pozo la perforacin de ese tramo ser mas menos optima. La seleccin adecuada llevara a una mejor y ms rapida operacin.

Diseo de Sarta.

EconmicoResistenteSe reflejar en el tipo de tubera a utilizar.

Variables a considerar en el diseo de Sarta.

Para disear la sarta de perforacin se debe tener en cuenta las siguientes variables:La profundidad final.Dimetro del hueco.Densidad del lodo.Margen parta tensionar. ( Margin overpull, MOP).Factores de seguridad.Longitud , dimetro y peso de los drill collars.Grado tamao y peso de los drill pipes disponibles.

El diseo se realiza en funcin a la caera que se bajar y siempre estar sujeto al material disponible en la locacin.

Recordando:

Rangos de tuberas.

Rango 1 18-22 PiesRango 2 27-30 PiesRango 338-45 Pies

Las tuberas se designan de acuerdo a la calidad del acero con que se han manufacturado.

GRADO E 95(X) 105(G)135(S)Cedencia Min., lpc 75000 95000 105000135000 Fuerza de Cede, lpc 105000 125000 135000165000Fuerza Tensil, lpc 100000 105000 115000145000

Diseo de los Drill Collars.

La seleccin de un dimetro adecuado es de importancia primaria para lograr un perforacin de costo mnimo, esto nos asegura una perforacin libre de problemas.

Lubinsky diseo la siguiente ecuacin por la cual podemos determinar el dimetro mnimo de los drill collars que vamos a tener que utilizar para poder correr un casing de dimensiones determinadas.Dimetro mnimo de los Drill Collars = (2 x CasingCoupling) D. del Bit

Al seleccionar el tamao de los drill collars se debe tener en mente la posibilidad de tener que pescar las herramientas. La disponibilidad de diferentes tamaos de overshots y washpipes sera un factor limitativo en el proceso de seleccin.

Cupla

Se seleccionara el portamechas que cumpla las condiciones de la ecuacin y de acuerdo al material disponible se seleccionara siempre el de mayor peso.

El punto neutro es aquel punto en el cual las fuerzas de tensin, compresin y torsin se hacen cero.

Donde:WOB = peso sobre trpano ,lbsWuDc = peso unitario, lbs.Ff = Factor de Flotacin.PN = Punto neutro , 85% = ngulo de desviacin.

DpsDcs85%15%FfDps en tensinDcsFfWOBPunto neutro

Diseo de Drill Pipe. (Tubera)

El diseo de la tubera se basa en base a los esfuerzos de: tensin, colapso y torsin.

Caracteristicas del drill pipe

La tubera de perforacin posee una vida util relativamente corta y un cuidado peridico de gran importancia, las causas mas comunes de roturas de las tuberas de perforacin son: Torque inadecuado. Desgaste de las roscas. Torque excesivo. Abrasin externa.

Resistencia a la tensin. Resistencia al colapso. Resistencia al reventamiento. Resistencia a la torsin.

WDpsWDcsMOP TensinPHaPHaPha > Phi ColapsoPHaPhi > PhaReventamiento

Anlisis de Fuerzas.

Tensin: Es la fuerza que mas afecta ya que esta presente casi todo el tiempo, desde la bajada hasta las operaciones de pesca.

Colapso : Se experimenta sobre todo en pruebas de formacin o cualquier situacin que impique que la sarta este vacia medio llena.

Torsin : Se dar sobre todo durante las operaciones de ajustado de roscas y en la perforacin.

Anlisis de Fuerzas.

Se debe tener muy en cuenta que para el diseo de los drill pipes un factor de excesiva importancia es el grado que tengan estos. Para el diseo y en funcin a la disponibilidad de material que se tenga la seleccin mas adecuada deber seguir el siguiente orden de resitencia de menor a mayor:

Grados: E X 95G 105 S 135

Para diseos economicos el orden presentado es ideal. Para diseos resistentes es mejor utilizar grados G y S Para profundidades mayores a 4000 5000 metros se recomienda utilizar grados G y S

Formulas para el Diseo a la Tensin.

El principal factor que se toma en cuenta a la hora del diseo es la resistencia a la tensin, que debe relacionarse con el peso de la herramienta y el margen de sobre tensin.

Donde:

LDp = longitud de la tubera, pies.RTdp = Resintencia a la tensin, de tabla, lbs.MOP = Margen de sobretencin, lbs.Ff = Factor de flotacin, adimensional.WDp = Peso aproximado de la tubera, lbs.WDc = Peso unitario de los portamechas, lbs.LDc = Longitud de los portamechas, pies.

El MOP es un valor que por lo general varia entre las 50.000 a 200.000 lbs, pero si la longiud a utilizar de la primer tubera es distinta a la que se calculo el MOP variar y se deber calcular de nuevo, cualquier variacin en las otras tuberas no afectar.

Para el caso de la segunda tubera y las siguientes se emplea una formula como la siguiente:

Diseo al Colapso.

Estar en funcin de la resistencia al colapso, caracteristica propia de cada grado y dimetro de tubera.

Es una relaci ndirecta con la maxima longitud que puede quedar vaca antes de que la tubera colapse.

Donde: Pc = presin de colapso , psi.Rc = resistencia al colapso, psi , de tabla.Ldpvaca = maxima longitud vaca, pies.

Mtodos para Calcular el Punto neutro y el Peso sobre el trpano WOB.

Existen tres mtodos:

Arquimides

Fuerza y Area.

Flotabilidad.

Mtodo de Arquimides.

Basado en el principio de Arquimides se basa en el volumen de lodo que desplaza la herramienta.

Procedimiento:

Donde:DespDc = Desplazamiento de los potamechas, bbl/pieDespDp = Desplazamiento de las tuberas, bbl/pie.WOB = peso sobre el trpano, lbs.LPN= longitud del punto neutro, del fondo arriba.FP = fonde pozo, ft.PN = profundidad del punto neutro.

LDpsLDcsFE

Mtodo de Fuerza y Area.

Es el mas empleado y se basa en conceptos fisicos simples.Presin = Fuerza / AreaFuerza = Presin x AreaPresin = Ph = 0.052 x lodo x LArea = / 4 x(OD2 ID2)

LDpsLDcsWDpF2WDcF1

El factor de flotacin solo se puede utilizar cuando se tiene un solo fluido en el pozo, por esto el mtodo de fuerza y rea es el mas empleado ya que permite mediante la relacin de presin permite corregir variacines de densidad

Mtodo de Flotabilidad.

Es ms empleado para pozos direccionales por esto siempre arrojara valores mayores que los dos mtodos anteriores.

La terminologa es la misma empleada hasta ahora.

Ejemplo # 1.

Realizar un diseo de sarta para perforar el tramo 1979 3754 mtrs. Este tramo ser perforado utilizando un trpano de 8 y un lodo de 10.2 lpg se bajar caera de 7, P-110, 35 lbs/ft, hasta 3752 mts. Para este tramo se programo un peso sobre el trpano de 15000 lbs, con una maxima desviacin del pozo de 2 , margen de seguridad al colapso de 1 1/8, el margen de sobretensin es 75.000 lbsLa ultima caera asentada fue de 9 5/8, P-110, 53.5 lbs/ft, en 1979 mts.

El material disponible es el siguiente:

Portamechas.

Tuberas.

Solucin.

1. Seleccin de los portamechas.

Empleando la formula:

Dimetro mnimo de los Drill Collars = (2 x CasingCoupling) D. del Bit

Dimetro de cupla (de tabla) = 7.656

DPM = (2 x 7.656) 8.5 = 6.812 = 6 7/8

El dimetro del portamecha a escoger deber ser menor que el calculado (por conveniencia) y se dar preferencia al mas pesado.

Portamecha seleccionado = 6 92.5 lbs/ft. 60 piezas disponibles

Longitud del portamecha y numero de piezas.

Diseo de los Drill Pipes.

Siguiendo la regla de los grados y por uniformidad de la sarta la primer tubera seleccionada es:

De tabla : Rt = 436150 psi Rc = 5410 psi.

En almacn solo tenemos 2500 mtrs utilizamos los 2500.Lgt = 73.15 + 2500 = 2573.15ntrsWhta = 240 x 92.5 + (2500 x 3.281) x 21.9 = 201.834,75 lbs.Faltan = 3574 2573.15 = 1180.85 mtrs.

Seleccin del segundo Drill Pipe.

Se mantiene la condicin en relacin al dimetro del portamecha.Seleccin:

De tabla: Rt = 712.070 psi Rc = 15700 psi

Necesito 1180.85 mtrs tengo 2500 disponibles utilizo lo que necesito.LDp2 = 1180.85 mtrs.

a) Calcular la presin de colapso si dejamos 3000 mtrs de la tubera vacios.

Rc de la tubera mas debl = 5410 psiRcc < Rct = La tubera no se colapsa.

b) Calcular el MOP.

Siempre que no se emplee la longitud calculada para la primer tubera el MOP inicial cambiar.Tomando solo la tubera mas dbil y el portamechas.

LDp2 =1180.85mtrsLDc = 73.15 mtrsLDp1 = 2500 mtrsS - 135G - 1051979 mtrs3752 mtrs

Ejemplo # 2Calcular el peso sobre el trpano y la longitud del punto neutro por los mtodos de: Arquimedes, flotabilidad y Fuerza y rea, para una sarta con las siguientes caractersticas:

Dp : 4 x 3.826 ; 16.6 lbs/ft Hw : 5 x 3 ; 49.3 lbs/ft ; 100 mtrs. Dc : 6 x 2 ; 99 lbs/ft ; 180 mtrs.MD = 5000 mtrs.TVD = 4950 mtrs.D lodo = 10.72 lpg. 4720 mt100 mt180 mt

Mtodo de Arquimides.

1. Peso de la Herramienta en el aire.WDp = 16.6 x (4720 x 3.281) = 257.072,91 lbs.WHw = 49.3 x (100 x 3.281) = 16.175,33 lbsWDc = 99 x (180 x 3.281) = 58.467,42 lbs.Wtotal = 331.715,66 lbs2. Calculo del volumen de Acero.

3. Fuerza de empuje.

El punto neutro siempre deber encontrarse en el espacio ocupado por el portamechas.

Mtodo de Flotabilidad.

Mtodo de Fuerza y Area.

Calculo de Areas

Calculo de Presiones.

100 mt180 mt4720 mtF1F2F3

Calculo de Fuerzas.

F1=PH1 x (A2 A1) = 8632,69 x (12,57 4,41) = 70442,75 lbsF2 = PH2 x (A3 A2) = 8815,59 x (29,21 12,57) = 146691,42 lbsF3 = PH3 x A3 = 9144,80 x 29,21 = 267119,61 lbs

Por convencin de signos: Fuerza Resultante:Fr = 267119,61 (146691,42 + 70442,75) = Fr = 49985,44 lbs.

WOB =( (WDc+WHw) Fr ) x 0.85 WOB = ( 74642,75 49985,44 ) x 0.85 WOB = 20958,71 lbs

LPN = 20958,71 / 99 = 211,70 ft = 64,52 mtrsPN = 5000 64,52 = 4935,48 mtrs.

+-