sarta de perforaciòn y diseño

SARTA DE PERFORACIÓN

Columna de tubos fabricados de acero bajo ciertas condiciones

especiales cuya función es:

1. Conducir el fluido de perforación al fondo del pozo.

2. Transmitir la potencia mecánica e hidráulica desde la superficie hasta

la barrena.

3. Permite mantener la verticalidad ò direccionalidad del hoyo.

4. Contribuye a la profundización del hoyo.

MWD + LWD

SARTA DE PERFORACIÓNTIPOS DE SARTAS

SARTA CONVENCIONAL

TUBERIA DE PERFORACIÒN

HEVY WATE

COLLARES DE PERFORACIÒN

ESCAREADOR

SARTA DIRECCIONAL

LASTRABARRENASLASTRABARRENAS

ESTABILIZADOR

HEVY WATE

DRILLING JAR

MOTOR DE FONDO

TUBERIA DE PERFORACIÒN

TUBERÍA DE PERFORACIÓN

Componente de la sarta de perforación que conecta el

ensamblaje de fondo con la superficie y permite alcanzar

la profundidad deseada


JUNTA

ROSCA

PIN

CAJA

38 – 453

27 – 302

18 – 221

PiesRango

Longitud

Clase 3Mayor Uso

Clase 2Poco Uso

PremiumCasi Nuevos

TipoCondición

Condición

MáximoMínimo

145000165000135000S135S

115000135000105000G105G

10500012500095000X95X

10000010500075000E75E

Resistencia a la

Tensión (lpc)

Punto de Cedencia (lpc)

GradosSímbolos

Grado de Acero

CLASIFICACIÒN API

La API recomienda apriete mínimo para conexiones soldadas, basadas en la resistencia a la torsión

Las conexiones de la tubería son mas rígidas que el cuerpo lo que permite resistir fatiga a la flexión

SARTA DE PERFORACIÓNLASTRABARRENAS

Sirve de zona de transición entre Los Drill collar y la tubería de perforación.

Minimiza los cambios de rigidez entre los componentes de la sarta

reduciendo las fallas.

Se usan en situaciones especiales para reemplazar los Collares de

Perforación, sobre todo en áreas donde existe tendencia de atascamiento.

Permite perforar a altas velocidades de rotación con menor torsión, ideal en

pozos desviados.

En pozos verticales se utilizan de 15 a 21 tubos y en direccionales se

recomienda más de 30

HEVY WATE

DiámetroPlg

Espesor de la pared Plg.

Tipo de Conexión

Diámetro Externo Plg.

Rango IILbs/pie

Rango IIILbs/pie

3 ½ 0,719 NC 38 IF 4 ¾ 26

4 0,719 NC 40 IF 5 ¼ 28

4 ½ 0,875 NC 46 IF 6 ¼ 42 40

5 1,000 NC 50 IF 6 ½ 50 48


TIPOS DE COLLARES DE PERFORACIÒN

NORMAL ESPIRAL MUESCADOS

Tubos pesados de paredes gruesas necesarios para:

Proporcionar rigidez y carga axial sobre la barrena.

Mantener tensionada la tubería de perforación.

Reforzar el extremo inferior de la sarta de

perforación la cual está sometida a esfuerzos

extremos de Torsión, Flexión y Compresión.

COLLAR DE PERFORACIÒN (DRILL COLLAR)

DIMENSIONES Y PROPIEDADES

Carece de hombrera, por tal razón es necesario conectar un levantador o niple con caja y pin.

Las barras de perforación se construyen en longitudes, cuyo promedio es de 30 pies/tubo.

El diámetro interior de los Drill collar varía usualmente entre 1” a 4”, mientras que el diámetro externo está limitado por el diámetro del hoyo que se está perforando.


ESTABILIZADORES Y ESCAREADORES

Estabilizador

Escareador

Escareador

Caja

Caja

Caja

Se utilizan para controlar la desviación y previenen el

contacto de la sarta de perforación con las paredes del hoyo.

• Los Escariadores ensanchan y alisan al hoyo.

• Los Estabilizadores giran sin romper la pared del hoyo.

15’ 40’

15’ 40’15’

15’ 40’

15’ 40’

15’ 40’15’

Packed• Estabilizadores Rectos• Aletas de 2” de Ancho

• Estabilizadores Rectos• Aletas de 2” de Ancho

• Estabilizadores Espirales• Aletas de 4” de Ancho



Super pack

Full pack

Super Full pack

Maxi Full pack

ARREGLOS ENCAPSULADOS

MWD + LWD

SARTA DE PERFORACIÓNACCESORIOS

DRILLING JAR

Se utiliza solo en sartas direccionales su principal función es proporcionar

energía de impacto a las sarta atascada.

Se encuentra ubicada en forma intercalada entre los Hevy Wate

Messure While Drilling (MWD): es un

sistema telemétrico que permite la ubicación

espacial de la sarta de perforación.

Loggin While Drilling (LWD): Medición de los

parámetros petrofisicos en tiempo real, o sea

mientras se está perforando


MOTORES DE FONDO

Los motores de fondo son dispositivos claves en la perforación direccional, hacen girar la

mecha mientras la sarta de perforación permanece estacionaria. La fuerza propulsora se

transmite por medio del flujo del lodo

Estabilizador

ACCESORIOS


TUBERIA DE PERFORACION

RASTRILLERACOLLARES DE PERFORACION

La planchada es el nombre que recibe el lugar donde es depositada la tubería de perforación

cuando no es usada. Está provista de tarimas muy resistentes llamadas Rastrilleras sobre las

cuales se coloca los diferentes componentes de la sarta de perforación.

PLANCHADA

SE DEBE TOMAR EN CUENTA QUE LA TUBERIA DE

PERFORACIÒN SE ECUENTRA SOMETIDA A LOS

SIGUIENTES ESFUERZOS


TORSIÒN

FLOTACIÒNFLOTACIÒN

TENSIÒN

COMPRESIÒN

COLAPSO

ESTALLIDO

FLEXION

FACTORES DE DISEÑO

SARTA DE PERFORACIÓNFACTORES DE DISEÑO

Para minimizar el riesgo de falla por tensión, es práctica común utilizar como factor de

seguridad el 90% de resistencia de la tubería.

Adicionalmente un factor de sobre tensión (físicamente inexistente) de 100.000 lbs.

Por colapso se utiliza un factor de diseño de 1.125

Se debe determinar el número de tubos y la longitud del

ensamblaje en cinco secciones.

La sección 1 corresponde al lastrabarrena, las otras 4 al drill pipe

ò tubería de perforación.

SARTA DE PERFORACIÓNLONGITUD DEL LASTRABARRENA

Peso Sobre Mecha

PSM > PLB

Peso Sobre Mecha

PSM < PLB

Existen tres métodos de cálculo para el diseño de peso sobre la mecha.

1. Ley de Arquímedes

2. Fuerza Areal

3. Factor de Flotación

Es el más utilizado en la industria petrolera, consiste en

obtener la longitud del lastrabarrenas que permita

concentrar el 85% de su peso flotado sobre la mecha.

Peso sobre la Mecha (PSM):

PLBA : Peso del lastrabarrena en el aire (lbs)

Ff: Factor de flotación (Buoyancy Factor)

85.0** FfPLBAPSM =

( )LodoΧ 015267.01 ρFf −= ρ : Densidad del Lodo en Lbs/Gal

SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO DE TUBERIAS

LIMITE DE TORSIÒN

Determinar el límite de torsión, se hace buscando en la tabla de propiedades físicas para la

tubería de menor grado.

MAXIMA LONGITUD DE SARTA EN VACIO

Consiste en determinar la máxima longitud de tubería que puede quedar vacía (sin

flotación) en el hoyo para que no falle por tensión (pérdida de circulación).

Es función de la resistencia al colapso para la tubería de menor grado, se extrae de las

tablas de propiedades físicas.

ρ052.0Fsc

Rc

LM =


VELOCIDAD DE ROTACIÒN CRITICA

Es la máxima velocidad a la que se puede rotar la

sarta, y es función de la longitud y el diámetro de

la la tubería de perforación.


ELABORE EL DISEÑO DE LA TUBERÌA DE PERFORACIÒN PARA EL POZO CON LAS SIGUIENTES

CARACTERISTICAS

Profundidad Total 15000 Pies

Diámetro del Hoyo 8 ½ Plg

Peso máximo del lodo 9,0 Lpg

Peso sobre la Mecha 40000 Lbs

Angulo de desvío 0º

Drill Collar (Barras) 6 ¾” x 2 ¼”, 108 Lbs/pies

Drill Pipe (Tubería de Perforación) 4 ½”, 16,6 Lbs/pie NC50 (IF)


FACTORES DE DISEÑO A CONSIDERAR

Sobre tensión (MST) 100000 Lbs.

Factor de Seguridad Tensión, Colapso, Estallido (Fs) 1,125

Factor de Diseño (Fd) 90%

Punto Neutro (PN) 85% del peso de las Barras

Longitud De Drill Collar 30’/Drill collar

Longitud del Heavy Wate 30’/HW

Pozo Vertical 21 HW

Longitud de La tubería de Peroración 31’ ( Conexión)


E 75

X 95

G 105

S 135

LASTRABARRENAS

1. Calculo del Factor de flotación

0,863 9) *(0,015267-1 Ff ==

2. Calculo de la longitud de los Drill Collar (Barras)

Pies 505Lbs/pie 108*0,863*0,85

Lbs 40000 Ldc ==

3. Numero de Drill Collar

Barras 17 Pies/Barra 30

Pies 505 DC Nº ==

4. Longitud de los DC corregida

Pies 510 Pies/Barra 30 * Barras 17 LDC corr ==

5. Peso de los DC en el Aire

Lbs 55080 Lbs/pies 108 * Pies 510 PDC Aire ==

Tramo 1

Tramo 2

Tramo 3

Tramo 4

6. Peso de los DC en el Lodo


Lbs 47534 0,863 * Lbs 55080 PDC Lodo ==

7. Calculo de la longitud del Hevy Wate

Pies 630 Pies/HW 30 *HW 21 LHW ==8. Peso de HW en el aire

Lbs 26460 Lbs/Pies 42 * Pies 630 PHW Aire ==

9. Peso de HW en el Lodo

Lbs 22835 0,863 * Lbs 26460 PHW Lodo ==

10. Longitud del Lastrabarrenas

Pies 1140 Pies 630 Pies 510 LLB =+=

11. Peso del Lastrabarrena en el aire

Lbs. 81540 Lbs 26460 Lbs 55080 PLBAire =+=

12. Peso del Lastrabarrena en el lodo

Lbs 70369 0,863 * 81540 PLB Lodo ==

13. Longitud de la Tubería de perforación

Pies 13860 Pies 1140 - Pies 15000 LTP ==

TRAMO 1TRAMO 1

Tubería E 75

OD 4 ½”, 16,6 Lbs/pie (S/C), 17,98 Lbs/pies (C/C), 15,52 Lbs/pies (Lodo)

Resistencia Colapso 7525 Lbs.

Resistencia Estallido 8987 Lbs.

Limite de Torsión 24139 Lbs

Resistencia Tensión 260165 Lbs.

Tubería E 75







( )pies 4110

Lbs/Pies 15,52

Lbs 70369) - 100000 - 0,90 * 260165( LTP1 ==


15. Numero de tubos E 75

tubos133 pies/tubo 31

pies 4110 tubosNº ≅=

16. Longitud de tubos corregida

pies 4123 Pies/tubo 31 * Tubos 133 LTP Corr 1 ==

19. Longitud Acumulada

pies 5263 pies 4123 pies 1140 Acuml Long. =+=

17. Peso del tramo 1(E 75) en el aire

18. Peso del tramo 1(E 75) en el Lodo

20. Peso Acumulado

lbs 134358 Lbs 63989 lbs 70369 Acuml Peso =+=

TRAMO 2TRAMO 2

Tubería X 95






Tubería X 95







22. Numero de tubos X 95




pies 4030 Pies/tubo 31 * Tubos 130 LTP Corr 2 ==

lbs 74132 lbs/pies 17,98 * pies 4123 PTP Aire 1 ==

lbs 63989 lbs/pies 15,52 * pies 4123 PTP Lodo 1 ==

( )pies 4010

Lbs/Pies 15,52Lbs 134358) - 100000 - 0,90 * 329542(

LTP2 ==

24. Peso del tramo 2 (X 95) en el aire


25. Peso del tramo 2(X 95) en el Lodo


27. Peso Acumulado



TRAMO 3TRAMO 3

Tubería G 105






Tubería G 105







29. Numero de tubos G 105


( )pies 1992

Lbs/Pies 15,52

Lbs 196904) - 100000 - 0,90 * 364231( LTP3 ==



pies 2015 pies/tubo 31 * tubos65 LTP Corr 3 ==

31. Peso del tramo 3 (G 105) en el Lodo


33. Peso Acumulado



72459lbs lbs/pies 17,98 * pies 4030 PTP Aire 2 ==

lbs 62546 lbs/pie 15,52 * pies 4030 PTP Lodo 2 ==


TRAMO 4TRAMO 4

Tubería S 135






Tubería S 135








pies 3712 pies 11288 - pies 15000 LTP 4 ==

35. Numero de tubos G 105




37. Peso del tramo 4 (S 135) en el Lodo


33. Peso Acumulado

pies 3720 pies/tubo 31 * tubos120 LTP Corr 4 ==





Componente Nº de tubos Longitud (pies) Peso (lbs)

Drill Collar 6 ¾” x 2 ¼”, 108 lbs/pie 17 510 47534

Hevy Wate 4 ½”, 42 lbs/pie 21 630 22835

Tramo1: E 75, 4 ½”, 16,6 lbs/pie 133 4123 63989

Tramo 2: X 95 4 ½”, 16,6 lbs/pie 130 4030 62546

Tramo 3: G 105, 4 ½”, 16,6 lbs/pie 65 2015 31273

Tramo 4: S 185, 4 ½”, 16,6 lbs/pie 120 3720 57734

15028 285911

RESUMEN

LIMITE DE TORSIÒN: 24139 LBS

MAXIMA LONGITUD DE SARTA EN VACIO pies 17069 9*052.0

125,1

8987

==LM


VELOCIDAD DE ROTACIÒN CRITICA

90 RPM

sarta de perforaciòn y diseño

Engineering