DISEÑO SARTA DE PERFORACIÓN.pptx

Presentacin de PowerPoint

SEMINARIODISEO DE SARTA DE PERFORACINDOCENTE:ING. RAFAEL VILLAMIZAR SOLANO

FUNDACIN AUTONOMA DE SANTANDERBUCARAMANGA-2014

COMPETENCIAS DEL SEMINARIOConocer acerca de los conceptos bsicos sobre los elementos que se deben tener en cuenta para disear y desarrollar una sarta de perforacin.

Conocer y entender las diferentes presiones las cuales se deben tener en cuenta para el diseo de una sarta de perforacin

Analizar e interpretar la importancia del buen calculo de la densidad del lodo de perforacin.

Desarrollar la capacidad de anlisis y elaboracin de diseos de sarta de perforacin.

Identificar las diferentes fuerzas y esfuerzos a la cual esta sometida una sarta de perforacin, para la cual se buscar seleccionar el mejor diseo de la misma.

Fuente: http://www.escuelacolombianadepetroleos.edu.co/wp-content/uploads/2013/05/Perforacion_2.jpg

CALCULO DE PRESIONESPRESIN HIDROSTATICA DEL LODO DE PERFORACIN

La presin hidrosttica del lodo de perforacin es la presin que ejerce el peso del lodo de perforacin en el pozo y se calcula teniendo en cuenta la profundidad del pozo y la densidad del lodo de perforacin.

PH= 0.052*L*hL= Densidad del lodo de perforacin en Lb/Gal (LPG)

H= Profundidad del pozo (FT) pies

Fuente: http://www.escuelacolombianadepetroleos.edu.co/wp-content/uploads/2013/05/Perforacion_2.jpgCALCULO DE PRESIONESGRADIENTE HIDROSTATICO

Es la relacin existente entre la presin hidrosttica del lodo de perforacin con respecto a la profundidad del pozo.

G= (0.052*L*h)/h

G= 0.052*L

G= Gradiente hidrosttico (Psi/ft)L= Densidad del lodo de perforacin en Lb/Gal (LPG)H= Profundidad del pozo (FT) pies

Fuente: http://www.escuelacolombianadepetroleos.edu.co/wp-content/uploads/2013/05/Perforacion_2.jpgCALCULO DE PRESIONESPRESIN DE FORMACIN

Tambin conocida como la presin de la formacin donde se encuentran confinados los fluidos en el yacimiento o tambin conocida como la presin de los poros de la roca.

Para clculos de perforacin se asume que la presin de formacin est representada por el fluido mas denso en fondo (Agua) y esta presin se puede dar en forma de gradiente de formacin

Fuente http://3.bp.blogspot.com/-Qew147JpzBk/Tk_RfTgI6EI/AAAAAAAACOU/FC681qK4ic8/s1600/Dibujo2.JPG

CALCULO DE PRESIONESGRADIENTE DE FORMACIN

Gf=0.052* HGf= Gradiente de formacin (Psi/Ft)H= Densidad del agua en LPG (libras por galn)

ESCALASGf

SubnormalNormalAnormal0.433 Psi/ft0.465 Psi/ftDensidad del agua salada(La mas utilizada)Densidad del agua dulceFuente http://3.bp.blogspot.com/-Qew147JpzBk/Tk_RfTgI6EI/AAAAAAAACOU/FC681qK4ic8/s1600/Dibujo2.JPG

CALCULO DE PRESIONESPRESIN DE SOBRECARGA( Overburden)

Es la presin ejercida por el peso combinado de la matriz de la roca y los fluidos contenidos en los espacios porosos de la misma

Gsc= Psc/H

El gradiente de sobrecarga a profundidades menores a 20.000 ft y asumiendo que toda la formacin es una arenisca :Gsc=0.98 Psi/ft

Fuente http://3.bp.blogspot.com/_toZVzSIvdZM/SOfB_sivbDI/AAAAAAAAABc/HXs9ALcm6sE/s400/Dibujo.jpgPresin de sobrecargaCALCULO DE PRESIONESPRESIN DE SOBRECARGA( Overburden)

Cuando la profundidad de perforacin es mayor a 20.000 FT el gradiente de sobrecarga se asume que es :

Gsc= 1 Psi/ft

Fuente http://3.bp.blogspot.com/_toZVzSIvdZM/SOfB_sivbDI/AAAAAAAAABc/HXs9ALcm6sE/s400/Dibujo.jpgPresin de sobrecargaCALCULO DE PRESIONESGRADIENTESOBRECARGA( Overburden)

Para la estimacin del gradiente de sobrecarga se utiliza la grafica de BEN EATON el cual segn la profundidad a la cual se va a realizar la perforacin se conoce el gradiente de sobrecarga

Fuente Drilling_Rig_components_(Illustrated_Glossary)[CALCULO DE PRESIONESEJEMPLO: Se requiere perforar el pozo UNIORIENTE un pozo que se encuentra a una profundidad de 10.000 Ft, determine cuanto es la presin de sobrecarga que ejerce la formacin.

Fuente Drilling_Rig_components_(Illustrated_Glossary

0.96 PSI/FTCALCULO DE PRESIONESEJEMPLO: Se requiere perforar el pozo UNIORIENTE un pozo que se encuentra a una profundidad de 10.000 Ft, determine cuanto es la presin de sobrecarga que ejerce la formacin.

El gradiente de sobrecarga estimado @10.000 FT es aprox 0.96 PSI/FTGsc=0.96 PSI/FT

Conociendo el Gsc y sabiendo que el Gsc= Psc/H

Psc= 1600 Psi

CALCULO DE PRESIONESPRESIN DE FRACTURA

Es la presin a la cual se fractura el yacimiento debido al peso y/o esfuerzo de el lodo de perforacin y de la sarta de perforacin

El mtodo mas comn para determinar la presin de fractura es:

Pfr= (2*Pf+ Psc)/3

Pfr= Presin fractura (Psi)Pf= Presin de formacin (Psi)Psc= Presin de sobrecarga (Psi)

Fuente http://geologyanddrillingproblems.wikispaces.com/file/view/Nueva_imagen_(1).jpg/340232028/Nueva_imagen_(1).jpgCALCULO DE PRESIONES



Fuente http://geologyanddrillingproblems.wikispaces.com/file/view/Nueva_imagen_(1).jpg/340232028/Nueva_imagen_(1).jpgl= eqfr - Factor de seguridad

l= eqfr - 0.5

DISEO DE LA SARTA DE PERFORACIN

Fuente: http://milisen.files.wordpress.com/2010/06/broca6.jpg

SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLa sarta de perforacin est compuesta por tubera de perforacin y botellas o collares o porta-mechas o drill collars, con una cierta cantidad de componentes menores y conecta los sistemas de superficie con la broca de perforacin.Las funciones principales de la sarta de perforacin son: Proporcionar una va desde la superficie hasta la broca para que el fluido de perforacin se puede llevar bajo presin. Transmitir la rotacin, aplicada en superficie, a la broca. Transmitir la fuerza, o peso, a la broca para que la formacin se rompa ms fcilmente. Proporcionar los medios para bajar y subir la broca de perforacin dentro del pozo.SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLa sarta de perforacin es el enlace mecnico que conecta a la barrena de perforacin que est en el fondo con el sistema de impulsin rotario que est en la superficie.

Est compuesta por tubera de perforacin y botellas o collares o porta-mechas o drill collars, con una cierta cantidad de componentes menores y conecta los sistemas de superficie con la broca de perforacin.

Drill PipeDrill CollarBiteFuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACINCOMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINTUBERA DE PERFORACINEste es el componente principal, en trminos de longitud de la sarta de perforacin, es la tubera necesaria y diseada para realizar la perforacin del pozo

Sus principales caractersticas son:Juntas reforzadasFacilidad y rapidez de enrosqueAlto grado de resistenciaSe rigen por normas API

Fuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACIN

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINTUBERA DE PERFORACIN

Fuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACINFunciones:

Servir como conducto o conductor del fluido de perforacin

Transmitir la rotacin desde la superficie hasta la barrena en el fondo

Componentes:

Un tubo cilndrico sin costura exterior y pasaje central fabricado de acerofundido o de aluminio extrudo

Perno

(Pin, macho)

Caja (Box)

Conectores de Rosca:

Proporcionan la conexin entre los componentes de la sarta de perforacin.

Son piezas metlicas soldadas al cuerpo tubular sin costuras

Suficientemente gruesos y fuertes , caja de conezin Tool Join roscas de pin y de caja

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINFuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACINCLASIFICACIN DE LA TUBERA DE PERFORACIN

1. Tamao:

de 2-3/8 a 6-5/8 (Dimetro Externo del Cuerpo)

Rangos de Longitud: R-1 de 18 a 22 pies, R- 2 de 27 a 30, R- 3 de 38 a 45

3. Grado del Acero: E - 75, X - 95, G - 105, S - 135

Los nmeros indican la mnima resistencia a la cedencia en 1000 libras

4. Peso Nominal: Depende de los divesos rangos de tamao y peso

P. Ej., una TP puede ser: 5, R-2, G-105, 19.5Lpp (Libras por pie)

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINCLASIFICACIN DE LA TUBERA DE PERFORACIN

CALIDAD DEL ACERO Y USO

A diferencia de la tubera de revestimiento y la tubera de produccin,que normalmente se usan nuevas, la tubera de perforacinnormalmente se utiliza ya usada. Por lo tanto tiene varias clases:

New:

Sin desgaste. No ha sido usada antes

Premium:

Desgaste uniforme y el espesor de pared remanente

es por lo menos un 80% del tubular nuevo.

Class 2:

Tubera con un espesor de pared remanente de al

menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con loque el rea seccional es todava premium

Class 3:Tubera con espesor de pared de al menos 55% con

el desgaste localizado sobre un lado.

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIN

DISEO DE LA SARTA DE PERFORACINDRILL COLLARSLos Drill collars son tubos de pared gruesa, rgidos y de alto peso que son la parte ms importante del ensamblaje de fondo (Bottom Hole Assembly)(BHA), posicionados entre la tubera de perforacin y la broca. Cumplen varias funciones importantes: Proporcionar peso a la broca. Proporcionar el peso para asegurar que la tubera de perforacin siempre se mantenga en tensin para evitar que se tuerza. Proporcionar rigidez o consistencia para que la direccin del pozo se mantenga. Producir un efecto de pndulo, permitiendo que los pozos casi verticales puedan ser perforados.

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACIN

DRILLCOLLARSFuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACINSe fabrican en variedad de tamaos de dimetro externo e interno

Dimetros Externos OD tpicos van de 4 to 9

Por lo general en longitudes de 30 a 31 pies

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINMedicin de los Collares de Perforacin

Longitud

OD

Cuello Receso paraReceso parade Pesca Elevadorlas Cuas

conexin (pin)

Well#

TRG 1

Bit #

1

Date:

28-Jul-03

Sl #

1234

Rig:

IDPT

Type

atm 234

BHA#:

1

Manuf

Hughes

Hole Size

26"

Jets

20-20-20

Item

Sl #

ID

OD

FN

Pin

Box

Length

Remarks

Bit

1234

26"

7 5/8" R

0.75

New

Bit Sub

SL 235

3 1/8"

9 1/2"

7 5/8 R

1.01

9 1/2" Drill Collar

9546

3 1/8"

9 1/2"

0.67

7 5/8" R

7 5/8 R

8.96

Stab

237689

3 1/8"

9 1/2"

0.93

7 5/8" R

7 5/8 R

2.36

9 1/2" Drill Collar

9503

3 1/8"

9 1/2"

0.78

7 5/8" R

7 5/8 R

9.01

9 1/2" Drill Collar

9521

3 1/8"

9 1/2"

0.95

7 5/8" R

7 5/8 R

9.04

9 1/2" Drill Collar

9520

3 1/8"

9 1/2"

1.03

7 5/8" R

7 5/8 R

8.99

Tubera de Perforacin Pesada - HWDP

Diseo:

Con mayor espesor de pared y acoples ms largos que la TP regular

Con refuerzo metlico externo en el centro del cuerpo del tubo

Tambin disponible con diseo exterior espiralado

Funciones:

Como elemento de transicin entre los collares de perforacin (DC) y latubera de perforacin (TP)

Esto previene el pandeo o combamiento de la TP

Puede trabajarse en compresin sin sufrir dao en los acoples

Empleada extensamente en Perforacin Direccional

En ocasiones se utiliza en reemplazo de los DC

Mantiene la Tubera de Perforacin rotando en tensin

No se debe usar para proporcionar peso sobre la barrena encondiciones normales

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLa Barrena

En general las barrenas son de dos tipos:

1. Barrenas de Conos de Rodillo (Rock Bits)

2. Barrenas de Cortadores Fijos (Drag Bits)

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACIN

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINEl Ensamblaje de Fondo (BHA)Este es el nombre aplicado a los drillcollars y cualquier otra herramienta o tubera incorporada, incluyendo la broca. La sarta de perforacin es entonces la tubera de perforacin ms el BHA. EstabilizadoresEstos son unos tramos cortos de tubera,(Subs.) posicionados entre los drillcollars con el fin de mantenerlos centrados dentro del hueco, mantener el pozo derecho y por medio de la accin de corte mantener el dimetro correcto en las paredes del pozo.

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINCross-OversLos Cross-Overs son pequeas secciones de tubera que permiten conectar entre s tuberas y drillcolllars de diferente rosca y dimetro.

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINMartillos (jars)

Estos son elementos operados mecnica o hidrulicamente para proporcionar un golpe de alto impacto sobre la sarta de perforacin dentro del pozo para el caso en que sobrevenga una pega de tubera.

Los Martillos estn especficamente diseados para perforar o para pescar (recuperar una parte de la sarta de perforacin que se ha dejado en el pozo).Jar

Spang Jar

Spring JarCOMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINRIMADORES (REAMERS)Los rimadores riman las paredes del pozo a un dimetro igual o inferior al de la broca y realizan una funcin similar a los estabilizadores en cuanto que ayudan a estabilizar el ensamblaje de fondo y mantener el hueco con el dimetro completo.

Son usados generalmente cuando se experimentan problemas para mantener el pozo del dimetro de la broca, en formaciones abrasivas, cuando a la broca se le desgasta el dimetro exterior.

OBJETIVOS DEL DISEO DE LA SARTA DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLos objetivos del diseo de la sarta de perforacin son:Mantener el esfuerzo mximo a un nivel menor que la resistencia a la cedencia, reducido por un factor de seguridad.Seleccionar los componentes y configurar los conjuntos para retardar la fatiga mientras sea econmico y prctico. (DC11-rig)

No se cubre: Anlisis de Vibraciones.Torque y arrastre.Hidrulica.Control direccional.SUPOSICIONES PARA EL DISEO DE LA SARTADISEO DE LA SARTA DE PERFORACINPozo de bajo ngulo y valores de tensin calculados con el mtodo de peso flotado.

La resistencia a la cedencia de todos los componentes es la mnima especificada.

El espesor de la pared de la tubera de perforacin es el mnimo para su clase.

La resistencia torsional de la sarta esta definida por el torque de apriete en la unin

Se asume que la sarta est colgada verticalmente y flotando sobre el lodo de perforacin

FACTORES DE DISEO MECANICODISEO DE LA SARTA DE PERFORACINTENSINTORSINPRESIN DE ESTALLIDOPRESIN DE COLAPSOCOMPRESIN BUCKLING- WOB- APLASTE CAUSADO POR CUASFATIGADISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLa fatiga es el dao estructural progresivo, localizado permanente que se produce cuando un material se somete a ciclos repetidos de esfuerzos (tensin-compresin)Fuentes de fatiga:

Lodo corrosivo.Cortes ocasionados por las cuas, picaduras por corrosin y recalques internos.Rotar la sarta pandeada. VibracionesPASOS PARA EL DISEO DE LA SARTADISEO DE LA SARTA DE PERFORACINSeleccionar el tamao de los drill collars, conexiones y caractersticas de las conexiones.

Determinar la resistencia a la torsin de las conexiones en los drill collar.

Determinar la longitud mnima de la sarta de HW y del drill collar.

Verificar la fuerza de aplaste de las cuas.

Programar los factores de diseo y margen de sobretensin.

Calcular de las cargas de trabajo y la tensin permisibles.

Calcular la longitud mxima permisible de cada seccin de tubera de perforacin.

Calcular la reduccin en la resistencia al colapso de la tubera de perforacin bajo cargas de tensin simultneas.SELECCIN DEL DIMETRO DE LOS COLLARES DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINEs mejor usar collares de mayor dimetro segn el hueco para:

Aumentar la rigidez.

Aumentar la estabilidad direccional.

Disminuir el esfuerzo por pandeo.

Disminuir el ndice de fatiga.Otros factores que deben tenerse en cuenta son:

Factores de pesca- Hidrulica

Capacidad del equipo de perforacin.

Requisitos de control direccional.

Caractersticas exteriores deseadas (ranuras en espiral, receso para elevador u otras).SELECCIN DEL DIMETRO DE LOS COLLARES DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINRelacin de rigidez (SMR)Relacin que indica la rigidez de los collares de perforacin segn el tipo de perforacin con la tubera de produccin. Se utiliza para cuantificar el cambio brusco de dimetros en la sarta y determinar si se necesita aadir tubera.

SELECCIN DEL DIMETRO DE LOS COLLARES DE PERFORACINDISEO DE LA SARTA DE PERFORACINRelacin de rigidez (SMR)Cuando se exceden estas opciones de SMR toca utilizar un HWDP

Para efectos prcticos y en experiencias en campo se utiliza que la relacin de rigidez sea cercana a 4.

5.5 para perforacin de rutina

3.5 para perforacin en condiciones

severas o difciles

PRESIN DE COLAPSODISEO DE LA SARTA DE PERFORACIN

PRESIN DE COLAPSODISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLa presin de colapso viene dada por la siguiente expresin:

PC= 0.052* l*L

Pc= Presin de colapso (Psi)l= Densidad del lodo de perforacin (LPG)L= Longitud de la tubera de perforacin (FT)

TENSIN

Es necesario tener en cuenta que todos los cuerpos al sumergirse, sufren una fuerza de empuje hacia arriba fuerzas de Bouyanza. Las fuerzas de Bouyanza reducen el peso total del cuerpo, y esta magnitud depende de la densidad del fluido.DISEO DE LA SARTA DE PERFORACIN

TENSIN


Factor de boyanza viene dado por la siguiente formula:

TENSIN


Refirindonos a la figura el peso total P est soportado por el tope de la junta drillpipe JJ est dado por:

TENSIN


La resistencia de tensin se entiende como la resistencia a la cadencia de la tubera (acero) a elongarse o deformarse por el peso que soporta, segn el grado de tubera la cedencias son las siguientes:

TENSIN


La resistencia a la cedencia para asegurar un optimo diseo viene dado por la siguiente expresin:

Donde

Pa= La carga mxima que pueda colocarse a la tubera. Es la capacidad de tensin reducida por el factor de diseo. (Lbf)

Pt= Resistencia terica a la cedencia(Lbf)

TENSIN


La resistencia a la cedencia para asegurar un optimo diseo viene dado por la siguiente expresin:

Donde

Pa= La carga mxima que pueda colocarse a la tubera. Es la capacidad de tensin reducida por el factor de diseo. (Lbf)

Pt= Resistencia terica a la cedencia(Lbf)

TENSIN


En el diseo por tensin siempre debe haber un margen mximo de sobre tensin por si existe pega de tubera y es necesario jalar la tubera, esto se conoce como MOP y viene dado por la siguiente expresin:

MOP= P-Pa

Donde P es el peso que soporta la tubera de perforacin y Pa es la carga que puede colocarse en la tuberia.

Generalmente debe estar el MOP entre 50.000 a 200000 Lbfs

TENSIN


Una vez conocido la tensin que debe soportar tericamente la tubera de perforacin y la que soporta realmente la tuberia, se calcula el factor de seguridad de tensin (Sf) que debe estar entre 1.0 a 1.1

TENSIN


Longitud de la tubera por tensin, despejando de la formula del factor de seguridad por tensin se puede conocer cuanto es la longitud mnima de tubera de perforacin para poder cargar el peso necesario por tensin:

Tambin puede expresarse en trminos de MOP:

TENSIN


Cuando queremos tener varios tipos de tubera de perforacin, la longitud de tubera estara dada por:

TENSIN O APLASTAMIENTO POR CUAS

DISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLa carga mxima admisible de tensin debe ser diseada para prevenir el aplastamiento por cuas (slip crushing) de la tubera.

Las cuas debido a la forma cnica tratan de aplastar a la tubera de perforacin, este esfuerzo en anillo es resistido por el tubo y a la vez incrementa el esfuerzo global en el acero.

El factor de seguridad para las cuas convencionales de 16 y 12 in viene dado por la siguiente tabla:

TENSIN O APLASTAMIENTO POR CUAS

DISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLa longitud mxima por tensin de las cuas viene dada por la siguiente expresin:

Misma formula que longitud por tensin solo que el factor de seguridad (RS O SF) es el de las cuas

CARGAS POR COCHE (FUERZA IMPACTO)

DISEO DE LA SARTA DE PERFORACINLas cargas por choque suceden cuando las cuas estn colocadas el drill pipeest en movimiento, y pueden contribuir a la ruptura de la tubera en diseoslimitados.

La adicin de la fuerza de tensin, Fs, generada de las cargas por choque, es calculada como:

TORSIN


TORSIN


ESTALLIDO

Para predecir la resistencia al estallamiento de tuberas se utiliza la ecuacin de Barlow. Se recomienda para tubos de espesor delgado, y es avalada por el API como estndar en sus especificaciones.


La SF debe estar entre 1.1 y 1.3

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