ejercicio sarta

7/29/2019 ejercicio sarta

1/13

MARCO TEORICO

El diseo de la sarta de perforacin se realiza con el fin de evitar sucesos que dificulten el normaldesarrollo de la perforacin, sucesos que se pueden considerar fallas como: Cuando un

componente no puede realizar sus funciones, o cuando durante el proceso ocurre separacincompleta o particin de la tubera, acontecimientos que se localizan en el cuerpo del tubo,conexin o rosca y en los componentes de la sarta de perforacin.

Tipos de fallas:

Mecanismos, grupo 1- Tensin- Torsin- Combinacin de tensin y torsin

- Presin de colapso- Presin de estallido

Mecanismos, grupo 2- Fatiga- Cajas abiertas- Fracturas por hidrogeno- Fracturas por corrosin

ESFUERZO

El acero es un material elstico, hasta cierto lmite. Si una carga de tensin es aplicada al hacer(ESFUERZO), el acero se estirar (TENSIN). Si usted duplica la carga, doblar la cantidad enque el acero se estira.

El esfuerzo es definido como una carga / rea seccional cruzada. Las unidades son normalmenteLibra por pulgada al cubo. Al esfuerzo se le da normalmente el smbolo de (Smbolo GriegoSigma)

TENSIN

La Tensin se define como la cantidad de estiramiento de la longitud original. La Tensin no tiene

unidades, es una proporcin. Generalmente se le da el smbolo (El Smbolo Griego psilon).La tensin puede deberse a un esfuerzo aplicado o expansin trmica.

Fallas al colapso o estallido:- La tubera de perforacin puede estallar o colapsarse si se exceden la capacidad encargas de presin.- El estallido es ms probable que ocurra en la parte superior del hoyo.


2/13

- El colapso es ms probable que ocurra en la parte inferior del hoyo, cuando la tubera esevacuada para realizar pruebas de pozo.

La presin de colapso y de estallido son determinadas por la parte ms delgada de la tubera, laresistencia a la seccin con el rea de la seccin transversal en ese punto.

Para determina las fallas por colapso biaxial se usan las siguientes ecuaciones:

Load= Wdc. Ldc

Para determinar las fallas por presin de estallido se usan las siguientes ecuaciones, teniendo en

cuenta el factor de seguridad dado:

Donde, Gg: gradiente del gas

Si la presin de estallido y/o de colapso de la tabla es mayor a la presin real, entonces no habrproblemas.

Fallas por tensin:- Las fallas por tensin ocurren cuando se excede la capacidad de carga del

componente ms dbil de la sarta de perforacin. Generalmente es la tubera deperforacin en el tope del hoyo.- Ocasionalmente falla la junta si se le aplica torque por encima del recomendado.

- Las fallas por tensin se hallan utilizando las siguientes ecuaciones: Security Factor

El MOP es generalmente de 50.000 Lb a 100.000 Lb.Ldp: Longitud de tubera que puedo trabajarLdc: Longitud dril collarWdp: Peso tubera en aireWdc: Peso dril collar en airePt: Tensin de la tabla


3/13

- Fallas por slip Cushing:

Se refiere a las fallas por aplastamiento de la tubera por las cuas, y se puede definir por lassiguientes ecuaciones:

(

)

SH: Hoop StressST: Tensile StressTl: Tensin de la tuberaTs: Tensin que soporta la tubera por las cuasSH/ST: Factor de soporteLs: Longitud de las cuasK: Factor de friccin entre cuas y tuberas = 4D: Dimetro exterior de la tuberaTyield: Equivale a Pt obtenido en tablasWdp: Peso nominal de la tubera

Adems de los factores ya mencionados se deben tener en cuenta parmetros como lossiguientes:

- Shock loading (Efecto de desgaste de la tubera).- Drill pipe tension and torsional effects (Carga por torsion).- Elongacin de la tubera de perforacin.- Vibracin y efectos.


4/13

TABLAS NECESARIAS PARA LOS CALCULOS

Tabla #1. Cedencia.GRADO CEDENCIA MINIMA (Ym) [psi] CEDENCIA PROMEDIO (Yp) [psi]E or E-75 75000 85000X or X-95 95000 110000G or G-105 105000 120000S or S-135 135000 145000

Tabla #2. Peso del drill pipe.SIZE Nom Wt E X G S

4- 16.60 18.34 18.34 18.615 19.50 20.90 21.44 21.92 22.605 26.60 29.86 28.32 29.35


5/13

EJERCICIO


6/13

Se tiene previsto perforar un pozo a 13600 ft y se tienen disponibles las siguientes tuberas deperforacin:

Grado E de 5 Od, 4.276 ID de peso nominal 19.5 lb/ft de tubera nueva (peso con tool

joins 20.85 lb/ft) Grado X de 5 OD, 4.276 ID de peso nominal 19.5 de tubera Premium (peso con tool

joints 21.45 lb/ft)

Datos

Collares de perforacin: 480 ft (107 lb/ft), 7OD x 3 ID Densidad del lodo esperada a 13600 ft: 12 lb/gal Se espera una presin mxima en superficie de 4800 psi MOP: 80000 lb Slips de 16 Factor de seguridad por colapso 1.15 Factor de seguridad por estallido de 1.2

a) Hacer el diseo de sarta de tubera combinada y tomar la decisin cumpliendo con lasespecificaciones tcnicas de colapso biaxial, estallido, MOP y slip crushing.

b) Elongacin del drill pipe cuando se alcanza la profundidad final.c) Determinar la velocidad de rotacin critica (rpm) y las profundidades a las cuales ocurre

(tomar la longitud de un tubo como 30).d) Mnima resistencia a la torsin incluyendo tensin.

SOLUCION

Ldc= 480 ft.

Ldp= 13600ft 480ft= 13120 ft.

Evaluacin por colapso.

Entonces,

Pc= 0.052*12lb/gal*13120Pc= 8186.88 psi

Pc Max= 8186.88*1.15Pc Max= 9414.912 psi


7/13

Tubera E nueva.

Pc tabla= 9962 psi

Evaluamos por colapso biaxial:Z= Wdc*Ldc / yp*0.7854*(OD2 ID2)Z= 107*480 / 85000*0.758*(52 4.2762)Z= 0.1145

R= (4-3z2)0.5-z / 2R= (4-3*0.11452)0.5 0.1145 / 2R= 0.938

Pcb= R*Pc tablaPcb= 0.938*9962Pcb= 9342.57 psi

Fs= Pcb / Pc MaxFs= 9342.57 / 9414.912Fs= 0.99

No me sirve por colapso biaxial.

Tubera X Premium.

Pc tabla= 8241 psi

No me sirve por colapso.

Como ninguna de las dos tuberas me sirve propongo una tubera nueva en nuestro casoutilizaremos una tubera grado X nueva de 5 OD, 4.276 ID de peso nominal 19.5.

Evaluacin por colapso

Pc Max= Pc*FcPc Max= 8186.88*1.15Pc Max= 9414.912 psi

Pc tabla= 12026 psi

Evaluamos por colapso biaxial:

Z= Wdc*Ldc / yp*0.7854*(OD2 ID2)Z= 107*480 / 110000*0.758*(52 4.2762)Z= 0.088

R= (4-3z2)0.5-z / 2R= (4-3*0.0882)0.5 0.088 / 2


8/13

R= 0.95

Pcb= R*Pc tablaPcb= 0.95*12026Pcb= 11424.7 psi

Fs= Pcb / Pc MaxFs= 11424.7 / 9414.912Fs= 1.21

Me sirve por colapso.

Evaluacin por tensin

Pt= 501087 psi

FB= 1 ( / 65.5)FB= 1 (12 / 65.5)FB= 0.817

Ldp= (Pt *0.9MOP / Wdp*FB) Wdc*Ldc / WdpLdp= (501087*0.9 80000 / 21.44*0.817) 107*480 / 21.44Ldp= 18783.293 Ft

Me sirve, ahora probamos por slip crushing:

SH/ST = 1.42

Ldp= ((Pt*0.9 / (SH/ST)) / Wdp*FB) Wdc*Ldc / WdpLdp= (( 501087*0.9 / 1.42) / 21.44*0.817) 107*480 / 21.44Ldp= 15735.424 Ft

Me sirve por slip crushing, aprobado por tensin.

Estallido

Pe= Pbomba*FSePe=4800*1.2Pe= 5760 psi

Pe-tabla=12037 psi

Por lo tanto me sirve por estallido.


9/13

Diseo final sarta de perforacin:

Elongacin del drill pipe.

Lt = L1 + L2

L1= p*Ldp / 735444*WdpL1= (107*480)*13120 / 735444*21.44L1= 42.735 in

L2= (Ldp2*(65.44 1.44* )) /9.625*107L2= (13120

2 *(65.44 1.44*12)) / 9.625*107L2= 86.13 in

Entonces,

Lt = 42.735 + 86.13Lt = 128.865 inLt = 10.74 Ft

Velocidad de rotacin y profundidades a la cual ocurre.

RPMtrans= (33056 / Ls2)*(OD2 + ID2)0.5RPMtrans= (33056/ 302)*(52 + 4.2762)0.5

RPMtrans= 241.642 rpm

RPM= 285000 / L

SUPERFICIE

13600 Ft

DRILLCOLLAR

T

UBERIA

X

NUEVA

13120 Ft

480 Ft


10/13

Despejando L:

L=h= ( 285000/RPMtrans)* n2

L=h= (285000 / 241.642)* n2

Para n=1RPM= 1179.431 Ft



Para n=4

RPM= 17083.123 Ft

Para n=1, n=2 y n=3 ocurre la velocidad de rotacin critica.

Mnima resistencia a la torsin incluyendo tensin.

Q= (0.096167 / OD)* J * (Ym2-(p2/A2))0.5

Ym= Esfuerzo mnimo de cedencia.Ym= 95000

J= /32*(OD4-ID4)J= /32*(54-4.2764)J= 28.538 in4

A= /4*(OD2-ID2)

A= /4*(52-4.2762)

A=5.275 in2

Q= (0.096167 / 5)* 28.538 * (950002-((21.44*13120)2/5.2752))0.5

Q= 43154.108 Lb/ft


11/13

ANALISIS DE RESULTADOS

Con los dos tipos de tubera que nos dieron en el ejercicio se trat de hacer un diseo desarta, procedimos a evaluar por el criterio de colapso para saber cual de las dos tuberas deba

ir en el fondo pero obtuvimos como resultado que ninguna de las dos cumpla con el criterio porlo tanto se propuso un nueva tubera: grado X nueva de OD 5 e ID 4,276.

La tubera nueva nos cumpli por colapso as que seguidamente evaluamos el MOP parasaber si la longitud que tenamos era suficiente, evaluado este criterio la tubera nos sirvi,igualmente se hizo lo mismo con slip crushing y estallido, la tubera aprob todos los criterios.

Por esto se decidi usar una tubera completa de grado de acero X y clase NUEVA la cualcumpli todos los requisitos de seguridad, con la desventaja que est presenta un mayor costode operacin.

Finalmente se hallo la elongacin total del drill pipe y se evaluaron los puntos de profundidaden los cuales debemos tener cuidado con la velocidad de rotacin critica, as mismo hallamos

la mnima resistencia a la torsin incluyendo al tensin.


12/13

CONCLUSIONES

Evaluar la tubera para que cumpla todos los requisitos de seguridad es el principal factor ala hora de hacer un diseo de sarta de perforacin.

La importancia de un diseo ptimo de sarta radica en la seleccin adecuada de tuberasa emplear en el sistema, as como su costo, duracin y capacidad de resistencia bajo lascondiciones que podran llegarse a encontrar durante la perforacin y vida til del pozo.

El anlisis de las vibraciones es fundamental a la hora de realizar un correcto diseo detubera de perforacin, pues de no ser as se podran afrontar grandes problemas talescomo quiebres de esta misma e incluso llegar a presentar una perdida del pozo encuestin.


13/13

BIBLIOGRAFIA

FUNDAMENTOS EN PERFORACION DE POZOS, Emiliano Ariza Len, 2009.

RABIA H. Oilwell drilling engineering, 1985.

Manual de Perforacin - Procedimientos y Operaciones en el Pozo(Datalog)

ejercicio sarta

Documents