pruebas dst

8/12/2019 Pruebas DST

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Gua de Diseo para PruebasDSTCONTENIDO

1. OBJETIVO2. INTRODUCCIN3. CONCEPTOS GENERALES4. COMPONENTES DE UNA SARTA DST5. CONSIDERACIONES DE DISEO

A. Prueba de herramientasB. Condiciones del agujeroC. Diseo de la prueba

NomenclaturaReferencias

RESUMEN

Una prueba DST es un procedimiento de terminacin temporal de un pozo, mediante elcual se pueden colectar y analizar gastos de flujo, presin y muestras de los fluidos dela formacin. Estos datos, registrados como funcin del tiempo durante la prueba, ms


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Gua de Diseo

1. OBJETIVO

Describir las consideraciones tcnicas msimportantes que se deben aplicar en el diseode las pruebas DST, con base en lascaractersticas y el desempeo mecnico delos tubulares que componen la sarta a usarse en dichas pruebas, a fin de seleccionar los msadecuados a las condiciones y parmetrosoperativos del programa detallado de laterminacin de un pozo para asegurar el xitode la prueba.

2. INTRODUCCIN

Despus de perforar zonas potencialmenteproductoras de hidrocarburos, las formacionesson probadas para determinar la convenienciade realizar o no la terminacin definitiva delpozo. La primera evaluacin de la formacin serealiza normalmente mediante la toma deregistros en los intervalos de inters y,mediante su interpretacin, se determina enforma aproximada el potencial productivo de laformacin y la profundidad exacta a la que stase encuentra. Despus de identificar losintervalos promisorios de produccin, por logeneral se realizan pruebas DST (en pozosexploratorios). Mediante estas pruebas, lasformaciones de inters se pueden evaluar bajocondiciones de produccin, con la finalidad deobtener la informacin necesaria para

determinar la vialidad econmica y comercialde un pozo antes de proceder a suterminacin. Cada intervalo identificado seasla temporalmente para evaluar lascaractersticas ms importantes del yacimiento,tales como: permeabilidad, dao a laformacin extensin presiones y

busca una prueba DST: Obtener la presin estabilizada de cierre de

la formacin Obtener un gasto de flujo de la formacin

estabilizada Colectar muestras de los fluidos de la

formacin

Para lograr lo anterior, se arma una sarta conuna variedad de herramientas y accesorios.Aunque existen en el mercado diferentesmarcas, la idea comn es aislar la zona deinters mediante empacadores temporales quese activan en agujero descubierto o revestido.Enseguida, una o ms vlvulas se abren parapermitir el flujo de fluidos de la formacin hacia

el interior de la sarta por un tiempodeterminado. En esta fase, se obtiene el flujoestabilizado y muestras de los fluidos de laformacin. Posteriormente, una vlvula escerrada para obtener la presin de cierreestabilizada.

Los medidores que lleva la sarta registrancontinuamente la presin y el gasto versus eltiempo. Finalmente, despus de undeterminado tiempo, se controla el pozo, secierran las vlvulas, se desanclan losempacadores y se recupera la sarta.Dependiendo del comportamiento de laformacin, los requerimientos solicitados y elxito operativo de la prueba, su duracin puedeser tan corta (algunas horas) o tan larga (das o

semanas) que podra haber ms de un perodode flujo y perodo de incremento de la presin.

La secuencia ms comn para llevar a cabo laprueba consiste de un periodo corto de flujo (5a 10 minutos), seguido de un perodo deincremento de presin (alrededor de una a dos


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basan en reglas de dedo o por la experienciade campo. Los reportes actuales de medicinde las pruebas DST indican que el 30% de lasformaciones no fueron probadas al cierre losuficiente para alcanzar a obtener lainterpretacin de la presin inicial delyacimiento (mtodo de Horner). El mejormtodo para determinar los perodos de flujo ycierre es el monitoreo en tiempo real delcomportamiento de la presin. Sin embargo,esta opcin eleva el costo de la prueba eincrementa el riesgo de sta y del pozo. Debidoa que una prueba DST tiene un costosignificativo, se debe asegurar que revele tantainformacin como sea posible en el menortiempo posible.

Este documento pretende servir de apoyo a losingenieros de diseo y de proyecto de laUPMP, dndoles a conocer los conceptosinvolucrados en la planeacin, diseo ydesarrollo de una prueba DST; estandarizandola aplicacin de las consideraciones de diseoque deben tomarse en cuenta durante unaprueba; e incorporando una metodologa paradeterminar el desempeo mecnico de la sartautilizada durante el desarrollo de la misma, conel objetivo de contribuir al xito de todas lasoperaciones de este tipo.

3. CONCEPTOS GENERALES

En esta seccin se describe brevemente laprocedencia de las pruebas DST, en el marcometodolgico de evaluacin de formacionespotencialmente productoras de hidrocarburos,as como las diferentes pruebas que existen.

Mtodos de evaluacin

contenido de hidrocarburos.

GeofsicaUtilizando tcnicas ssmicas, se estima lageometra del yacimiento propuesto,incluyendo su espesor, extensin y, en algunoscasos, los contactos gas-aceite y gas-agua.

Ingeniera de produccinLos datos de produccin o informacin depruebas de produccin de reas similares ocercanas se utilizan para estimar eldesempeo de un yacimiento.

Durante la perforacin

Ritmo de penetracinLa informacin diaria que se obtiene durante laperforacin es el ritmo de penetracin de labarrena. Esta es una medida de la dureza de laformacin que es perforada. Un cambio en elritmo evidencia la presencia de otra formacin.

RecortesLos recortes obtenidos de la perforacin soncolectados peridicamente y se analizan bajoel microscopio para estimar la profundidad a lacual fueron cortados, definir la columnageolgica y observar la presencia dehidrocarburos.

Registro de lodosEl registro de lodo es un servicio en sitio queproporciona un laboratorio mvil.El servicio generalmente se realiza para pozosexploratorios y en sitios donde el riesgo de laperforacin es alto. Las unidades de registro de


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permeabilidad y otros datos relevantes para losingenieros de yacimientos.

MWDUtilizando sensores de fondo y tcnicas detelemetra, es posible adquirir datos delsubsuelo en tiempo real mientras se estperforando. Estos datos incluyen: direccional,presiones, temperaturas, radiactividad de laformacin, resistividad, peso y torque en labarrena. Con estas mediciones se determinanlas propiedades de la formacin.

Posterior a la perforacin

Registros elctricosHay un gran nmero de herramientas pararealizar registros, tanto en agujero descubiertocomo revestido, que pueden ser corridasmediante cable para obtener datos de laformacin, tales como: litologa, espesor,porosidad, saturacin, espesores impregnados,profundidad, tamao de agujero, etc.

Ncleos de paredEs un mtodo para recuperar pequeasmuestras de ncleos en agujeros perforadospreviamente utilizando la tcnica de cableelctrico. Se utilizan cilindros cortos que semanejan dentro de la formacin y sonrecuperados por cable. La ventaja de estatcnica es que se pueden recuperar ncleos acualquier profundidad, aunque tienen ladesventaja de ser de pequeo calibre y setiene poca recuperacin en agujerosdescalibrados.

Pruebas de formacin

dinmicas de flujo, con el objetivo de obtenerlos datos ms precisos del comportamiento ycapacidad del yacimiento. Este mtodo deevaluacin permite ver con ms profundidaddentro del yacimiento en comparacin con losotros mtodos de evaluacin descritos.

Tipos de pruebas DSTLas pruebas DST pueden ser llevadas a caboya sea en agujero descubierto o despus deque la TR ha sido cementada. En agujerodescubierto, las pruebas pueden realizarsecerca del fondo del pozo o en alguna zonaaislada arriba del fondo del pozo (intervalo deinters).

La eleccin de dnde llevar a cabo la pruebase realiza despus de un anlisis de lainformacin disponible sobre la formacin,generalmente registros geofsicos. La eleccinde cundo realizar la prueba depender de lascondiciones del agujero. Existen tres tipos depruebas DST en agujero descubierto y dos enagujero revestido. La diferencia entre ellas

consiste en la distribucin y uso de loscomponentes de la sarta utilizada. Estaclasificacin es la siguiente:

En agujero descubierto:1. Convencional de fondo2. Convencional para intervalos3. Con sistemas inflables

En agujero revestido:4. Convencional5. Herramientas activadas por presin

1 P b i l d f d


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Tubera de perforacin

Vlvula de controlMuestreador

Vlvula hidrulica

Registrador de presin

Empacador

Tubera ancla

en el fondo, se aplica peso del orden de 10 a15 toneladas (soltando el peso de la sarta).Esto genera una compresin en el empacadorpara anclarlo arriba de la zona de inters y,enseguida, se abre la vlvula hidrulica. Lavlvula de control se cierra para generar uncierre inicial y se abre para permitir un perodode flujo. Dependiendo del tipo de herramientautilizada, la vlvula de control se puede operarreciprocando la sarta, rotando o, en caso deagujero revestido, aplicando presin al fluidoen el espacio anular. Se puede utilizar unarreglo en serie de dos empacadores paraincrementar la longitud de sello y garantizar elxito de la prueba. Este tipo de prueba debeser corrida cuando las condiciones del agujeroson favorables y exista un mnimo de recortesen el fondo. La Figura 1 muestra una sartatpica para realizar una prueba convencionalde fondo.

2. Prueba convencional para intervalos

Es una prueba DST realizada cuando la zona

de inters se encuentra por encima del fondodel pozo o cuando se asla el intervalo de otrazona potencial, la cual queda por debajo delempacador. Este tipo de prueba se realizageneralmente cuando el pozo alcanz suprofundidad total, el agujero est en buenascondiciones y hay varias zonas de inters paraprobarse.

La zona de inters se asla con empacadoresstraddles, los cuales no slo aslan la cargahidrosttica de la columna de lodo, sinotambin la otra zona de inters. Si la zona deinters no se encuentra a una gran distanciadel fondo del pozo, se utilizan lastrabarrenas


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expuestos a diferentes presiones del fluido deperforacin. El superior experimentar unacarga de fuerza axial proporcional al peso delfluido, mientras que el inferior experimentaruna carga axial ascendente proporcional alpeso original del fluido de perforacin ms lossubsecuentes efectos de compresin sobre elempacador, fuga de fluidos, etc. Entre losempacadores, la fuerza ejercida es igual, perode sentido opuesto.

3. Prueba con sis temas inflables

Cuando se requiere una prueba por arriba delfondo del pozo y las condiciones cercanas a lazona de inters son irregulares, un sistema deempacadores inflables es utilizado en lugar delslido como parte de la sarta de la prueba. Eneste caso, no se requiere aplicar peso a lasarta para anclar el empacador. La sarta deprueba es armada y corrida en el pozo.Cuando los empacadores alcanzan laprofundidad de inters, se rota la sarta paraactivar una bomba de fondo, la cual utiliza al

lodo para inflar el empacador. La bomba esoperada rotando la sarta de 30 a 90 rpm porun lapso de 15 minutos, hasta que la presindentro del empacador sea considerablementemayor que la carga hidrosttica. Un dispositivode arrastre localizado en el fondo de la sartapreviene que la parte inferior de sta tambinrote durante el bombeo hacia el empacador.No se requiere de un dispositivo mecnico deanclaje debido a que no se proporciona peso ala sarta para anclar el empacador. Una vezactivados, los empacadores sirven de anclapara proporcionar peso y abrir la vlvulahidrulica. Cuando termina la prueba, elempacador se desinfla y la sarta se recupera.L Fi 3 d l

Combinacin X-O

Empacador

Registrador de presin

Tubo igualador de presin


Combinacin inversa


Vlvula doble cierre


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4. Prueba convencional en agujerorevestido

La prueba DST en agujero revestido se correcuando el pozo se ha cementado la tubera derevestimiento. Los disparos de terminacin seefectan frente al intervalo de inters antes deque las herramientas de la prueba seancorridas en el pozo, o bien stas se integrancomo parte de la sarta de la prueba. En estecaso, los disparos deben ser efectuados bajocondiciones de sobrebalance. Por reglageneral, las pruebas en pozo revestido sonseguras y ms fciles de controlar.

Estas pruebas generalmente se realizan enpozos con alta presin, desviados o profundosy, por lo general, se utiliza la tubera deproduccin en lugar de la tubera deperforacin. La Figura 4 muestra un ensamblede fondo de la prueba convencional en agujerorevestido, el cual incluye bsicamente unsistema de empacadores recuperables,directamente colocados arriba de los disparos,

cuas, y una tubera de cola perforada oranurada.

El empacador es armado y bajado a laprofundidad de inters, donde es anclado. Laforma de anclar vara, dependiendo del tipo deempacadores utilizados. Lo anterior incluyeaplicar torque a la derecha y peso para anclar,o bien, levantando para desenganchar unaranura en forma de J que trae el ensambledel empacador, y aplicando torque a la derechamientras que se suelta peso. Esta accin haceque las cuas mecnicas se enganchen a lasparedes de la tubera de revestimiento. Estascuas soportan el peso de la sarta requerido

Empacador

Empacador

Tubera ancla

Zona de inters

Dispositivo de arrastre

Empacador

Empacador

Tubera ancla

Zona de inters

Empacador

Empacador

Tubera ancla

Zona de inters

Empacador

Empacador

Tubera ancla

Zona de inters

Dispositivo de arrastre


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por su colocacin en el subsuelo o ensuperficie.

Componentes de fondoEl equipo o componentes de fondo requeridospara realizar una prueba DST deben serdiseados para aislar la zona de inters,controlar los perodos de flujo y cierre de la

prueba, registrar la presin en el interior yexterior de las herramientas, colectar losfluidos en condiciones fluyentes y permitir larecuperacin de las herramientas cuando sepresenten problemas de pegaduras. Algunoscomponentes adicionales se agregan, en casosde pozos marinos, para permitir lacompensacin de movimientos y para sacar lasarta en casos de emergencia. A continuacinse describen los principales componentes defondo utilizados para realizar una prueba:

Tubera de perforacin (tubing)Es la sarta de tuberas de perforacin o deproduccin utilizadas como medio deconduccin de los fluidos a producir y el mediopor el cual se bajan las herramientas para

activar la prueba del intervalo de inters.LastrabarrenasSon los elementos tubulares auxiliares paraaplicar peso a la sarta.

Substituto de circulacin inversaEs el componente de la sarta para activar lacirculacin inversa proporcionando el mediopara desplazar, mediante el lodo deperforacin, los fluidos producidos a lasuperficie durante la prueba. Puede conteneruno o ms puertos de circulacin. Se corre enel pozo con los puertos en la posicin cerrada,y permanece as hasta que se colectan todo

Los puertos se pueden operar mediante laaplicacin de presin en el espacio anular enpruebas DST en agujero revestido.

Vlvula de control de flujoEste componente se utiliza para regular losperodos de flujo y de cierre durante la prueba.Se opera ya sea por aplicacin de peso a la

sarta, rotando la tubera o bien, aplicandopresin en el espacio anular. Los perodos decierre y apertura se limitan a dos o tres, en elcaso de activar la vlvula mediante elmovimiento de la tubera.

Vlvula hidrulicaEsta vlvula es un componente de la sarta, quese mantiene cerrada al momento de correrla enel pozo con el propsito de mantener la tuberaseca, es decir, sin fluido por el interior, omantener cualquier fluido utilizado comocolchn dentro de la tubera. Cuando elensamble es colocado en la posicin deinters, la sarta se baja para aplicar peso paraasentar el empacador y abrir la vlvulahidrulica. La herramienta contiene un

dispositivo de retrazo entre tres y cinco minutospara activar la apertura de la vlvula.

Martillo hidrulicoEsta herramienta es utilizada para proporcionaruna fuerza de impacto ascendente a la sarta enel caso de que sta llegue a pegarse en elpozo durante el desarrollo de la prueba.

Junta de seguridadEste componente de la sarta se utiliza pararecuperar todas las herramientas arriba de ella,en el caso de que la parte inferior quedeatrapada o pegada en el pozo. Existendiferentes mecanismos para accionar las juntas


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contra las paredes del agujero. Mientras semantiene el peso, se obtiene el sello requerido.Algunas compaas de servicio recomiendanusar dos empacadores para garantizar el sello,sobre todo en el caso de pozos con problemasen su calibre.

Tubo anclaLa tubera ancla consiste generalmente de unconjunto de lastrabarrenas perforados, loscuales permiten la entrada del fluido de laformacin hacia la sarta de prueba. Adems,desempea la funcin de absorber las cargascompresivas cuando se anclan losempacadores.

Registrador de presin/temperaturaSon los dispositivos mediante los cuales semiden y registran los datos de presin ytemperatura. Se localizan generalmente pordebajo del empacador, cerca del intervalo a

el fondo del empacador inferior, pasando porlas herramientas de prueba. Tal comunicacinproporciona un paso de fluidos, conforme secorre la sarta en el pozo, igualando la presinarriba del empacador y la presente en elempacador inferior, permitiendo inclusodetectar si el empacador de fondo se anclaapropiadamente. Este dispositivo se utiliza en

pruebas para intervalos.

Vlvula maestra submarina

La vlvula maestra submarina es unacombinacin de vlvula y un sistema hidrulico,la cual es ensamblada y colocada en la sartade prueba para anclarse en el sistema depreventores. La vlvula acta como una vlvulade seguridad y el sistema hidrulico la activa odesactiva para permitir la desconexin de lasarta en caso de emergencia en pozosmarinos.

Juntas de expansinLas juntas de expansin se agregan a la sartapara compensar los movimientos de lasplataformas y mantener un peso constantesobre la sarta mientras sta se corre en el


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Pruebas DST

ejecucin de una prueba DST est previstopara controlar y dar seguridad a la prueba,para medir los gastos de flujo y disponer de losfluidos en superficie durante la prueba. Acontinuacin se describen brevemente suscomponentes principales.

Cabeza de control

La cabeza de control es una combinacin deswivel y vlvula de control que se localiza en laparte superior de la sarta. La vlvula permite elcontrol superficial del flujo; mientras que elswivel permite la rotacin de la sarta en casonecesario para asentar los empacadores opara operar alguna herramienta en particular.Una cabeza de control dual es generalmenteutilizada en los casos de tener altas presionesen los intervalos a probar o en el caso de lospozos marinos La vlvula se activa mediante lapresin con lneas de nitrgeno. Contiene unreceptculo para incorporar y soltar barras paraactivar los puertos de los substitutos decirculacin inversa.

Manifold

El manifold es un conjunto de vlvulas decontrol colocadas en el piso del equipo paraoperar las siguientes funciones:

Tomar muestras de los fluidos Colocar estranguladores Medir la presin en superficie Control adicional de la presin

estranguladores en ambos lados. En un ladose coloca un estrangulador fijo, pero de tamaovariable, mientras que en el otro lado se puedecolocar un estrangulador variable. Cuentatambin con vlvulas de control de flujo, de loscuales generalmente se colocan dos en cadalado, para mayor seguridad y control.

5. CONSIDERACIONES DE DISEO

En esta seccin se presentan las principalesconsideraciones que deben tomarse en cuentaen los trabajos de diseo de las pruebas DST.El trabajo de diseo consiste especficamenteen obtener los parmetros y/o especificacionesde los materiales (tubulares de la sarta) que seutilizarn en las operaciones, ya que deben serdescritos en el programa detallado de laterminacin. Los parmetros operativos debenasegurar el xito de las operaciones mediantela comprobacin de su desempeo mecnico.

Las condiciones principales que deben darsepara una prueba exitosa son:

A) Funcionamiento apropiado de lasherramientas utilizadas en la prueba.

B) Condiciones apropiadas del agujero.C) Diseo apropiado de la prueba.

A. Funcionamiento apropiado de lasherramientas utilizadas para la prueba

Los siguientes problemas pueden causar quelas herramientas utilizadas en la pruebafuncionen incorrectamente:

1. Mal funcionamiento de registradores.2. Fuga en la tubera.


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cuidadosos al planear y llevar a cabo laprueba. La falla en el asentamiento del sistemade empacamiento se puede evitar levantandoligeramente las secciones del intervalo deprueba para localizar el empacador.

En general, las fallas en las herramientas quecomponen la sarta de prueba se pueden evitarutilizando equipos que estn en buenascondiciones.

B. Condiciones apropiadas del agujero Los problemas de acondicionamiento delagujero pueden resultar por las siguientescondiciones en el pozo:

1. Excesivo depsito de slidos en elfondo, lo cual puede resultar en dao alsistema de empacamiento y enpegaduras de la tubera ancla en elfondo.

2. Agujero descalibrado, el cual nopermitir el buen asentamiento delempacador.

3. El cierre del agujero no permitir a lasherramientas de la prueba alcanzar lazona de inters.

4. Asentamiento inadecuado delempacador.

5. Taponamiento de las herramientas porlos slidos depositados en el fondo opresentes en el lodo de perforacin.

C. Diseo apropiado de la pruebaEl diseo inapropiado de una prueba conducea fallas potenciales. Existen varias razones porlas cuales una DST puede ser diseada

pudiendo causar la manifestacin depresiones relativamente altas, muyprximas al agujero en formacionespermeables.

3. Es importante que los perodos de flujoy cierre de la prueba sean losuficientemente largos para obtener losresultados apropiados.

4. Los dispositivos de medicin (presin,temperatura) deben ser seleccionadosde acuerdo al rango, precisin,resolucin y objetivos de la prueba.

El alcance de esta gua de diseo se enfocaprincipalmente a dar respuesta conceptual alprimer punto referido. Es decir, determinar yanalizar el desempeo mecnico de lostubulares utilizados en la prueba DST, con elfin de asegurar el trabajo de los mismosdurante el desarrollo de la prueba.

Para considerar la problemtica planteada enel punto dos, es comn aplicar como regla dededo la siguiente consideracin:

Si la presin diferencial entre la cargahidrosttica del lodo presente en el espacioanular y en el interior de la tubera excede los4000 psi, se debe utilizar un colchn de agua(nitrgeno o diesel, en algunos casos) ycolocarlo en el interior de la tubera parareducir la presin diferencial a menos o igual a4000 psi, cuando la vlvula de control seaabierta. Por lo tanto, la altura requerida delcolchn puede obtenerse con la siguienteecuacin:

c

lh

hc

2813=


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=l Densidad del lodo

=c Densidad del fluido colchn

=h Profundidad del empacador=

id Dimetro interior de la tubera

=V Volumen de colchn

Para resolver la condicin que se manifiesta enel punto tres, es importante sealar quedurante el primer perodo de flujo se debedesfogar la presin generada a fin de que nocontribuya a que la interpretacin de la pruebaen el primer periodo de cierre sea incorrecta.Con la finalidad de estudiar y comprender losconceptos para estimar la magnitud de laspresiones generadas por el movimiento de lasarta, los remitimos a la Gua de diseo deviajes.

El cuarto punto puede resolver tomando encuenta los tiempos mostrados en la Tabla 1 para cada uno de los periodos de flujo y decierre requeridos durante la prueba. Estosvalores son reglas de dedo , que pueden

ajustarse de acuerdo con las condicionespresentes en el pozo y del comportamientoesperado en el intervalo de inters.

Tabla 1. Duracin de periodos en prueba DSTPeriodo tiempo ObservacionesInicial de flujo 5 a 10 minInicial de cierre 30 a 60 min

Final de flujo 60 a 80 min Pozos terrestres enagujero descubierto,dependiendo de lapermeabilidad

Final de flujo 8 horas, luzdiurna

Pozos marinos enagujero revestido

a) Seleccionando las caractersticasmecnicas que debe tener la sarta autilizar durante la prueba. En este caso,se procede a seleccionar la distribuciny especificaciones de los elementostubulares que van a conformar la sarta.Dependiendo del tipo de prueba, se

puede utilizar una sarta con tubularesde perforacin o una de produccin(sarta de prueba).

b) Analizando el desempeo mecnico dela sarta por utilizar. En este otro caso,se realiza una revisin del desempeomecnico de la sarta a utilizar(perforacin o tubing) mediante el uso ygeneracin de la envolvente de fallapara cada tipo de elemento tubular.

Para entender la aplicacin de cada uno de lospuntos anteriores, es importante referirnos alos conceptos de resistencia y de cargasactuantes en la sarta de prueba. Esconveniente consultar las guas de diseo de:TRs, aparejos de produccin, sarta de

perforacin y la de empacadores, a fin deprofundizar ms sobre el tema de desempeomecnico de los elementos tubulares. En esteapartado se describirn los conceptosfundamentales aplicables para determinar eldesempeo mecnico de una sarta de pruebaDST.

Cualquier elemento tubular que se incorporecomo parte de la sarta de pruebamecnicamente debe desempearse con unaresistencia superior a la carga impuesta entodos los eventos que se presentan durante eldesarrollo de la prueba. Es decir:


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ModeloAPI

A

P

A

ModeloTRIAXIAL

ModeloAPI

A

P

A

ModeloTRIAXIAL

Capacidad de resistenciaLa capacidad de resistencia de los elementostubulares se puede entender como la aptitudque ofrece el material para absorber cualquiertipo de carga sin que se manifieste la falla en elcuerpo geomtrico del tubular. Derivado de losestudios realizados por el Instituto Americanodel Petrleo (API) y la aplicacin de modelos

como el de Henckel Von Misess, podemoscontar en la actualidad con una representacinaproximada de la capacidad de resistencia deuna tubera. EL API, en su boletn 5C3 (veranexo A), describe las formulaciones quepermiten predecir la resistencia de una tuberapara evitar las tres principales fallas que sepresentan al trabajar en el interior de un pozo:

o Colapsoo Estallamientoo Tensin/Compresin

Estas fallas las experimentan tanto las tuberasde perforacin como las de revestimiento y deproduccin.

pueden denominarse envolvente de falla ocriterio de falla, en virtud de que los puntoslmite de cada curva o contornos representan lacapacidad de resistencia del tubo, determinadamediante los dos modelos principales paramedir su desempeo mecnico. Para conocercon ms profundidad del tema, consulte laGua de diseo de TRs , en la cual se trata

este tema con ms profundidad.A partir del anlisis de la Figura 4 puedenobservarse las siguientes condiciones: El primer cuadrante muestra el

comportamiento de la resistencia de latubera a las fallas por estallamiento tensin.

El segundo cuadrante muestra elcomportamiento de la resistencia de latubera a las fallas por estallamiento compresin.

El tercer cuadrante muestra elcomportamiento de la resistencia de latubera a las fallas por colapso compresin.

El cuarto cuadrante muestra elcomportamiento de la resistencia de latubera a las fallas por colapsotensin.

Es importante sealar que el comportamiento ocapacidad de resistencia, como la mostrada enla Figura 4, es generada tomando en cuentavarias hiptesis. Entre las ms importantespueden mencionarse las siguientes:

Geometra perfecta del tubular: noovalidad, no excentricidad.

La cedencia del material es constante conrespecto a la temperatura.

Tubera nueva


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diferenciar su capacidad de resistencia:

Nueva (100%) Premium (90 %) Clase 2 (70%) Clase 3 (50%)

La diferencia notable en las especificacionesde las clases de tuberas se centra en laresistencia a la tensin del cuerpo del tubo y laresistencia a la torsin. Los datos de referenciapara especificaciones de tubera nueva seobtienen en los boletines y recomendacionesdel API. En el anexo B se muestranespecificaciones de un dimetro de sarta deperforacin considerando las diferentes clasesde tuberas.

Evaluacin de cargasLas principales cargas a las que se expone lasarta durante el desarrollo de una prueba(introduccin, toma de informacin yrecuperacin de la misma) son: cargas axialesy de presin. Las primeras son las quepermiten cuantificar los mrgenes operativos al

jaln (trabajando con la sarta) de la sarta, conla finalidad de realizar con seguridad lasmaniobras de la prueba sin que se manifiesteuna falla por tensin. Mientras que las cargasde presin se presentan por los perfiles depresin interna y externa generados por lacarga hidrosttica de los fluidos contenidos enel espacio anular y el interior de la sarta, quedan lugar a una posible falla por colapso oestallamiento. En una prueba DST, la fallapotencial a la que se expone cualquier tubularpor efecto de la carga de presin es la decolapso.

Cargas axiales

En el anexo C se presentan las formulacionesmatemticas para calcular cada una de lascargas axiales referidas. Un comportamientotpico de las cargas axiales vs profundidad semuestra en la Figura 5. Se observan losdiferentes escenarios (lneas de carga) deacuerdo al evento que toma lugar al cuantificarla magnitud de la carga.

Figura 5. Distribucin de cargas axiales

Cada uno de los factores referidos aporta unamagnitud de carga axial, que puede serpositiva o negativa, dependiendo del factor ydel evento que toma lugar. Los signosmostrados en la relacin de factores significanel efecto que generan al cuantificar la carga.Por convencionalismo, el signo positivo

Puntoneutro

0

h

carga axial

Tensin

Compresin

pesoflotadacorriendo

sacandochoqueflexin

Puntoneutro

0

h

carga axial

Tensin

Compresin

pesoflotadacorriendo

sacandochoqueflexin

0

h

carga axial

Tensin

Compresin

pesopesoflotadacorriendo

sacandochoqueflexin


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Cargas de presinLas cargas por presin que se presentan en lastuberas son generadas por efecto de lahidrosttica de los fluidos, que actan tanto enel interior como por el exterior del cuerpo deltubo. Adems, se manifiestan diferentes cargasde presin por efecto de la dinmica del flujode fluidos durante las diferentes operaciones

realizadas al perforar y terminar un pozo.Al realizar una prueba DST y durante todo sudesarrollo, la sarta experimenta una condicincrtica al momento de colocarla en el fondo,generando una presin diferencial entre lapresin generada en el exterior del cuerpo deltubo y la presin en el interior de la sarta, queintentar colapsar a la tubera.

Figura 6. Comportamiento de presin aplicada en lasarta de prueba.

En este escenario de carga, la presin exterioractuando es la carga hidrosttica del fluidocontenido en el espacio an lar generalmente

obtener cualitativa o cuantitativamente larelacin resistencia a carga en toda la longitudde la sarta cuando est expuesta a cargasdurante el desarrollo de la prueba DST.

La forma de establecer los lmites dedesempeo mecnico deseado de las sartas,tanto en la modalidad de diseo como en el

anlisis, se puede comprender mediante el usode los denominados factores de seguridad ofactores de diseo, que representan unamedida de la magnitud de la relacinresistencia a carga, que se establece porpoltica o por alguna decisin tcnica, quegarantice un margen de seguridad durante lostrabajos con la sarta en las operacionesrealizadas en el pozo. Los factores de diseose definen y fijan para cada una de lascondiciones de falla que se pueden presentaral trabajar con las sartas, tales como:

Factor de diseo a la tensin (Fdt)Factor de diseo al colapso (Fdc)Factor de diseo al estallamiento (Fde)Factor de diseo triaxial (Fdtx)

La magnitud de cada uno de ellos se puedeestablecer tanto para el cuerpo del tubo comopara la conexin. La Tabla 2 presenta el rangode valores ms utilizados para estos factores.

Tabla 2. Factores de diseoFalla Cuerpo del

tuboConexin

Colapso 1.0 1.3 1.0 - 1.3Estallamiento 1.0 1.25 1.0 1.3Tensin 1.0 1.6 1.0 - 1.8Triaxial 1.0 1.2 1.0 1.25

0

h

L o d oE . A .

C o l c h nS a r t a

pres in

S a r t aVa c a

0

h

L o d oE . A .

C o l c h nS a r t a

pres in

S a r t aVa c a


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Pruebas DST

La medicin del desempeo mecnico de lostubulares puede realizarse cualitativamentemediante la representacin grfica de sucapacidad de resistencia y la superposicin delcomportamiento de las cargas, como semuestra en la Figura 7.

Al quedar implcitos los factores de diseo enel comportamiento de la carga o envolvente defalla de la tubera (API y triaxial), se puedeobservar si puede soportar las cargas. Esto sedetecta cuando las lneas que representan lascargas rebasan o se salen de las envolventesde falla. Como se observa en la Figura 7, latubera analizada no soportar las cargas porla condicin de prueba de presin y durante la

representacin de la envolvente de falla porcada cambio en la especificacin de lostubulares utilizados en la sarta de prueba. Esdecir, si existen secciones dentro de la sartacon diferente grado, peso o dimetro, se debeconstruir o generar cada envolvente de falla,asignando la correspondiente carga, deacuerdo con la profundidad a la que estcolocada cada seccin.

Una forma ms precisa para medir eldesempeo mecnico se puede realizar enforma cuantitativa de la siguiente manera:1. Calcular para cada punto de profundidad la

relacin resistencia a carga, que en losucesivo denominaremos factor de trabajo.

-280000 -240000 -200000 -160000 -120000 -80000 -40000 0 40000 80000 120000 160000 200000 240000 280000 320000

18000

15000

12000

9000

6000

3000

0

-3000

-6000

-9000

-12000

-15000

-18000

Carga axial(lbf)

P r e s

i n e

f e c

t i v a

( p s

i g )

Burst 1.100

Collapse 1.000

Tension 1.300Tri-axial 1.250

Note: Limits are approximate

Condiciones inicialesProduccin estableCierre del pozoPrueba de presinTubera vacaJaln

Figura 7. Comportamiento mecnico de una tubera


18/30

Gua de Diseo

graficar:

Ftnc: Factor de trabajo normalizado alcolapso

Ftne: Factor de trabajo normalizado alestallamiento

Ftnt: Factor de trabajo normalizado atensin

Ftntx: Factor de trabajo normalizado triaxial La Figura 8 muestra un ejemplo delcomportamiento de los factores de trabajonormalizados para las principales condicionesde falla de una sarta.

Ftn > 1.0

Al normalizar los factores de trabajo sesimplifica la representacin grfica y numrica

la derecha de la unidad. La lnea que marca launidad se etiquet como criterio de falla.

MetodologaPara realizar tanto el diseo como el anlisisde la sarta de prueba aplicando los conceptosde desempeo mecnico, se propone que losingenieros de diseo se apoyen en la siguiente

metodologa:a) DISEO. Seleccionando las caractersticas

mecnicas que debe tener la sarta durantela prueba.

A continuacin se describe la metodologa pararealizar el diseo de los elementos tubularespara la prueba DST:

1. Integrar informacin del pozoEl diseador deber contar con toda lainformacin disponible para seleccionar lostubulares. Los siguientes datos sirven paraobtener el desempeo mecnico de lostubulares seleccionados:

Trayectoria del pozoDensidad del lodoIntervalo(s) de intersEspecificaciones de tubulares (tuberasde perforacin o de produccin)

2. Definir las condiciones de diseoEstablecer la magnitud de los factores dediseo. La Tabla 3 presenta los valoresrecomendables para utilizarlos en el procesode diseo.

Tabla 3. Factores de diseo recomendablesFalla Cuerpo del

tuboConexin

0.0 0.8 1.5 2.3 3.0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Factor de Trabajo Normalizado

M D

( f t )

EstallamientoColapsoAxialTriaxialCriterio de Falla

Figura 8 Comportamiento de factores de trabajo


19/30

Pruebas DST

sarta (incluso hasta considerar 50 a 60 tonpor uso de martillo hidrulico).

Considerar el cambio de cargas axiales porefecto de los cambios de presin durante laprueba.

Considerar la factibilidad de utilizar uncolchn de fluido.

Aplicar el concepto de carga mxima para

determinar el escenario de cargas quedeben soportar las tuberas.

4. Seleccionar tubularesSeleccionar, del conjunto de especificacionesde tuberas, las que mantengan una resistenciasuperior a la carga de presin, tratando deconfigurar un tren de tuberas de mayorespesor en el fondo y seleccionando tuberasen la superficie de menor espesor o grado.

Despus de seleccionar los tubulares, sedeben evaluar las cargas axiales bajo lascondiciones especificadas en el punto 3.Despus de esto, seleccionar las conexionesque mantengan un desempeo mecnicofavorable para la prueba.

5. Revisar el desempeo mecnicoDeterminar la relacin resistencia a carga encada punto de profundidad. Es decir, calcular elfactor de trabajo normalizado para cada una delas condiciones de falla y graficarlos con lasenvolventes o criterios de falla para revisar eldesempeo mecnico de cada seccin detubera de diferente grado y peso seleccionado.

6. Revisar por efectos corrosivos (NACE)Se debe revisar la seleccin de los tubularesen relacin a su grado para verificar que secumpla con la norma NACE MR-0175 cuandose tiene un ambiente amargo en el pozo En

7. Evaluar el costoEstimar el costo de los tubulares seleccionadosconsiderando los costos unitarios vigentes,tomando en cuenta la posicin geogrfica deentrega de los tubulares.

8. Elaborar reporte del diseoIntegrar un reporte de los tubulares diseados

con los correspondientes respaldos, quepermita demostrar el desempeo mecnicofavorable y garanticen el trabajo realizado.

b) ANLISIS. Del desempeo mecnico dela sarta por utilizar

La siguiente metodologa se propone pararealizar el anlisis mecnico de la sarta deprueba, para verificar que su desempeo seaeficiente al llevar a cabo la prueba. Estarevisin consiste bsicamente en verificar quela relacin resistencia/carga >= Fd, utilizandolos tubulares que conforman la sarta y lascargas crticas que se esperan durante laprueba:

1. Integrar informacin del pozo Trayectoria Lodo Intervalo de inters Distribucin de la sarta Especificaciones de los tubulares que

conforman la sarta (tuberas deperforacin o de produccin)

2. Definir condiciones para el anlisisIgual que el punto a.2

3. Definir y evaluar escenarios de cargaIgual que el punto a.3


20/30

Gua de Diseo

NOMENCLATURA

Ftnc = Factor de trabajo normalizadoal colapso

Ftne = Factor de trabajo normalizadoal estallamiento

Ftnt = Factor de trabajo normalizadoa la tensin

Ftntx = Factor de trabajo normalizadotriaxial hc = Altura del colchn (m)

l = Densidad del lodo (gr/cm3)

c = Densidad del fluido colchn(gr/cm3)

h = Profundidad del empacador(m)

id = Dimetro interior de la tubera(pg ) V = Volumen de colchn (m3)

Ftn = Factor de trabajo normalizadoFd = Factor de diseoFt = Factor de trabajo

REFERENCIAS

1. Gua para el diseo y asentamiento deTRs, Gerencia de Ingeniera-UPMP, 2003.

2. Gua para el diseo de sartas deperforacin, Gerencia de Ingeniera-UPMP,2003.

3. Gua de diseo de aparejos de produccin,Gerencia de Ingeniera-UPMP, 2003.

4. Gua para el diseo de viajes, Gerencia deIngeniera-UPMP, 2003.

5. Applied Drilling Enginnering, Bourgoyne,MillHeim, Young, Chenevert.

6. Drilling Engineering. A Complete WellDrilling Approach , Neal Adams.

7. Boletin 5C3-API.Formulas and calculationsfor Casing, Tubing, Drill Pipe and LineProperties.

8. Boletn 5CT-API. Especificaciones deCasing, Tubing y Drill Pipe.


21/30

Pruebas DST

ANEXO A

Modelos de Resistencia de Tuberas


22/30

G er e n c ia de I ng en ie r a

Gu a de

Dise oPruebas

DST

RESISTENCIA AL COLAPSOModelo mono-axial

( )

( )2

0

0

/

1/2

ed

ed P Y C

= ( ) ( ) ( )( )Y C B

AY C B A

F F

F F F F

ed

/2

2/82

/

2

+

+++

C B A

Y c F F ed F

P

=

/0

( ) ( ) ( )( )Y C B

AY C B AF F

F F F F ed

/2

2/82/

2

++++

( )( )G BY C

F AY

F F F F F

ed +

/

A B

A B

F F F F

ed /3/2

/ +[ ]200

6

1//1095.45

=

ed ed

xPC

= GF Y c F ed

F P

/0

( )( )G BY C

F AY

F F F F F

ed +

/ A B

A B

F F F F

ed /3

/2/

+

Capacidad de Resistencia de Tuberas

ed P Y EST /2875.0 =

Modelo de Barlow

RESISTENCIA ALESTALLAMIENTO

Y ieT d d R 227854.0 =

RESISTENCIA ALA TENSION

MODELO API

CONSIDERACIONES DE DISEOCONSIDERACIONES DE DISEO


23/30


Gu a de

Dise oPruebas

DST

HIPOTESIS:

Condiciones Ambientales(Patm,T=cte)Carga axial = 0Tubera cilndrica perfectaCuerpo del tuboMnimo espesor permisible

3162105 1053132.01021301.01010679.08762.2 Y Y Y A x x xF ++=

Y B xF 61050609.0026233.0 +=

31327 1036989.01010483.0030867.093.465Y Y Y C

x xF ++=

2

3

6

/2/3

1//2

/3

/2/3

1095.46

+

+

+=

A B

A B A B

A B

A BY

A B

A B

F

F F F F

F F F F

F F

F F F F

x

F

A BF G F F F F /=

Capacidad de Resistencia de TuberasMODELO API


donde:

Pc: resistencia al colapso

Pest: rsistencia al estallamiento

Rt: resistencia a la tensin/compresin

d: dimetro nominal externodi: dimetro interno

E: espesor de la tubera

: cedencia mnima estipuladaY


24/30


Gu a de

Dise oPruebas

DST

( ) ( ) ( )2222 2/1 A R RT T AVME ++=

MODELO TRIAXIALVON MISES

( ) ( )( )222

222222

ie

ie E ei I R r r r

r r r pr r r p

=

( ) ( )( )222222222

ie

ie E ei I T r r r

r r r pr r r p

++=

( ) E I E I A E I AVME PPC PC PC PC PC 524232122 +++++=

( )( )

2

1

2

1/2/

25

4

2

3

2

1

2

C C C

C C

C C C

C C

C C

ed ed

C

+==

+==

=

= EST P

A

)0( = A EST P

)0( = AC P Pc

EST P

A

)0( = A EST P

)0( = AC P Pc

Capacidad de Resistencia de la Tubera



25/30


Gu a de

Dise oPruebas

DST

donde:

D: dimetro nominal externo

E: espesor de la tubera

Vme: esfuerzo equivalente de Von Mises

PI: Presin en el interior de la tubera

PE: Presin externa en la tubera

r i: radio interno de la tubera

r e: radio externo de la tubera

: cedencia mnima estipulada

: esfuerzo axial

: esfuerzo radial

: esfuerzo tangencial

Y

A R

T

MODELO TRIAXIALVON MISES

Capacidad de Resistencia de la Tubera



26/30

Gua de Diseo

ANEXO B Especificaciones de Sartas de Perforacin


27/30


28/30

ESPECIFICACIONES DE SARTAS DE PERFORACION

CLASEDIAMETRO

NOMINAL

DIAMETRO

INTERIOR

PESO

NOMINAL

PESO

AJUSTA DOGR AD O UP SE T J UNTA CE DE NC IA

DIAMETRO

EXTERIOR

JUNTA

DIAMETRO

INTERIOR

JUNTA

RESISTENCIA A

LA TENSION

TUBO

RESISTENCIA A

LA TENSION

JUNTA

RESISTENCIA A

LA TORSION

TUBO

RESISTENCIA

LA TORSION

JUNTA

APRIETE DENSIDADMODULO

DE YOUNG

(pg) (pg) (lb/p) (lb/p) (psi) (pg) (pg) (psi) (lbf) (lb-p) (lb-p) (lb-p) (kg/m3) (psi)DP Cls 3 3.5 2.992 9.5 10.3 E-75 EU WO 75000 4.281 3 118000 118000 7970 6000 3800 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 14.2 E-75 EU H90 75000 4.375 2.75 162000 162000 10490 7800 4900 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 14 E-75 EU IF 75000 4.344 2.688 162000 290000 10490 7600 4800 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 14 E-75 EU OH 75000 4.25 2.688 162000 162000 10490 8100 5100 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 13.6 E-75 IU SH 75000 3.844 2.125 162000 281000 10490 8000 5000 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.602 15.5 16.6 E-75 EU IF 75000 4.375 2.563 191000 191000 11950 8400 5300 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 14.6 X-95 EU IF 95000 4.438 2.563 206000 206000 13290 10000 6300 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 14.1 X-95 EU SLH90 95000 4.219 2.688 206000 248000 13290 9700 6100 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 14.2 X-95 EU H90 95000 4.438 2.75 206000 206000 13290 9900 6200 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.602 15.5 16.8 X-95 EU IF 95000 4.469 2.438 241000 286000 15140 10800 6800 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 14.7 G-105 EU IF 105000 4.469 2.438 227000 286000 14690 10800 6800 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.602 15.5 17.3 G-105 EU 4FH 105000 4.75 2.563 267000 439000 14690 12600 7900 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.602 15.5 17 G-105 EU IF 105000 4.531 2.125 267000 468000 14690 12400 7800 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 15.3 S-135 EU 4FH 135000 4.781 2.438 292000 413000 18890 13400 8400 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.764 13.3 14.9 S-135 EU 3.5IF 135000 4.594 2.125 292000 522000 18890 14000 8800 490 30000000DP Cls 3 3.5 2.602 15.5 17.8 S-135 EU 4FH 135000 4.844 2.25 343000 427000 21510 15300 9600 490 30000000

Pruebas DST


29/30

Pruebas DST

ANEXO C

"Evaluacin de Cargas Axiales "


30/30


Gu a de

Dise oPruebas

DST

W = w * L

Wf = W * Fl

Fl=(1 - f/ a)

formacin)-ubo0.35....(t

tubo)- bo0.25...(tufriccindefactor:

tuberaladeflotadoPeso:

:donde

)(

f

f r

W

LsinW F =

lTransversaSeccin:

velocidad deCambio:

:donde

1780

s

ss

A

v

vAF

=

variablecurvaturaaxial,Fuerza:

cte.curvaturaaxial,Fuerza:

:donde

)6tan(/6

218

)2/(

xv

x

a

v

v x xv

s x

x

F

F

EI

F K

KLKL R

RF F

Ad F

R Ed

=

===

=

Peso f lotado Friccin Choque Flexin

Evaluando Cargas Axiales

s

A

EA

F L L

=

ansversalSeccin tr :As

Longitud deCambio:

YoungdeModulo : E

tuberaladePeso:

ratemperatudeCambio:

axialFuerza:

:donde

8.58

L

w

T

F

TwF

A

A

=

externaArea:

InternaArea:A

tuberaladeLongitud :

externadensidad enCambio:

internadensidad enCambio:

externa presinenCambio:

interna presinenCambio:

Poissonderelacin:

axialCambio:

:donde

)()(2

i

e

e

i

e

i

B

eeiieeii B

A

L

P

P

F

A A L AP APF

+=

Efectos axiales

Pistoneo

Trmico

Balonamiento

curvagujero 8

)(11

12

verticalagujero 55.5

inclinadoagujero )(4

2

p

31 2

p

++=

=

=

EI

sinW rR

rR EI

F

EIW F

r sin EIW F

e

e

e p

Pandeo


pruebas dst

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