El documento describe los componentes principales de una sarta de perforación, incluyendo la tubería de perforación, los lastrabarrenas, los collares de perforación y los estabilizadores. Explica que la tubería de perforación conecta el ensamblaje de fondo con la superficie para alcanzar la profundidad deseada, y que los lastrabarrenas y collares de perforación proporcionan rigidez y carga axial sobre la barrena. También incluye un ejemplo de diseño de una sarta de perforación para un pozo específico.
2. 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.
3. MWD + LWD
SARTA DE PERFORACIÓN
TIPOS 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
4. TUBERÍA DE PERFORACIÓN
Componente de la sarta de perforación que conecta el
ensamblaje de fondo con la superficie y permite alcanzar
la profundidad deseada
SARTA DE PERFORACIÓN
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
Resistenc
ia 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
5. SARTA DE PERFORACIÓN
LASTRABARRENAS
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
Diámetro
Plg
Espesor de
la pared Plg.
Tipo de
Conexión
Diámetro
Externo Plg.
Rango II
Lbs/pie
Rango III
Lbs/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
6. SARTA DE PERFORACIÓN
LASTRABARRENAS
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.
7. SARTA DE PERFORACIÓN
LASTRABARRENAS
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
• Estabilizadores Rectos
• Aletas de 2” de Ancho
• Estabilizadores Rectos
• Aletas de 2” de Ancho
Super pack
Full pack
Super Full pack
Maxi Full pack
ARREGLOS ENCAPSULADOS
8. MWD + LWD
SARTA DE PERFORACIÓN
ACCESORIOS
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
9. SARTA DE PERFORACIÓN
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
10. SARTA DE PERFORACIÓN
TUBERIA DE PERFORACION
RASTRILLERA
COLLARES 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
11. SE DEBE TOMAR EN CUENTA QUE LA TUBERIA DE
PERFORACIÒN SE ECUENTRA SOMETIDA A LOS
SIGUIENTES ESFUERZOS
SARTA DE PERFORACIÓN
TORSIÒN
FLOTACIÒNFLOTACIÒN
TENSIÒN
COMPRESIÒN
COLAPSO
ESTALLIDO
FLEXION
FACTORES DE DISEÑO
12. SARTA DE PERFORACIÓN
FACTORES 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.
13. SARTA DE PERFORACIÓN
LONGITUD 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 =
( )LodoΧ015267.01 ρFf −= ρ: Densidad del Lodo en Lbs/Gal
14. SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO 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.
ρ052.0
Fsc
Rc
LM =
15. SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
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.
16. SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
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)
17. SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
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)
18. SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
E 75
X 95
G 105
S 135
LASTRABARRENAS
1. Calculo del Factor de flotación
0,8639)*(0,015267-1Ff ==
2. Calculo de la longitud de los Drill Collar (Barras)
Pies505
Lbs/pie108*0,863*0,85
Lbs40000
Ldc ==
3. Numero de Drill Collar
Barras17
Pies/Barra30
Pies505
DCNº ==
4. Longitud de los DC corregida
Pies510Pies/Barra30*Barras17LDC corr ==
5. Peso de los DC en el Aire
Lbs55080Lbs/pies108*Pies510PDCAire ==
Tramo 1
Tramo 2
Tramo 3
Tramo 4
19. 6. Peso de los DC en el Lodo
SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
Lbs475340,863*Lbs55080PDC Lodo ==
7. Calculo de la longitud del Hevy Wate
Pies630Pies/HW30*HW21LHW ==
8. Peso de HW en el aire
Lbs26460Lbs/Pies42*Pies630PHWAire ==
9. Peso de HW en el Lodo
Lbs228350,863*Lbs26460PHW Lodo ==
10. Longitud del Lastrabarrenas
Pies1140Pies630Pies510LLB =+=
11. Peso del Lastrabarrena en el aire
Lbs.81540Lbs26460Lbs55080PLBAire =+=
12. Peso del Lastrabarrena en el lodo
Lbs703690,863*81540PLBLodo ==
13. Longitud de la Tubería de perforación
Pies13860Pies1140-Pies15000LTP ==
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
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.
14. Longitud de la Tubería de perforación
( )
pies4110
Lbs/Pies15,52
Lbs70369)-100000-0,90*260165(
LTP1 ==
20. SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
15. Numero de tubos E 75
tubos133
pies/tubo31
pies4110
tubosNº ≅=
16. Longitud de tubos corregida
pies4123Pies/tubo31*Tubos133LTP Corr1 ==
19. Longitud Acumulada
pies5263pies4123pies1140AcumlLong. =+=
17. Peso del tramo 1(E 75) en el aire
18. Peso del tramo 1(E 75) en el Lodo
20. Peso Acumulado
lbs134358Lbs63989lbs70369AcumlPeso =+=
TRAMO 2TRAMO 2
Tubería X 95
OD 4 ½”, 16,6 Lbs/pie (S/C), 17,98 Lbs/pies (C/C), 15,52 Lbs/pies (Lodo)
Resistencia Colapso 8868 Lbs.
Resistencia Estallido 11383 Lbs.
Limite de Torsión 30576 Lbs
Resistencia Tensión 329542 Lbs.
Tubería X 95
OD 4 ½”, 16,6 Lbs/pie (S/C), 17,98 Lbs/pies (C/C), 15,52 Lbs/pies (Lodo)
Resistencia Colapso 8868 Lbs.
Resistencia Estallido 11383 Lbs.
Limite de Torsión 30576 Lbs
Resistencia Tensión 329542 Lbs.
21. Longitud de la Tubería de perforación
22. Numero de tubos X 95
tubos130
pies/tubo31
pies4010
tubosNº ≅=
23. Longitud de tubos corregida
pies4030Pies/tubo31*Tubos130LTP Corr2 ==
lbs74132lbs/pies17,98*pies4123PTP Aire1 ==
lbs63989lbs/pies15,52*pies4123PTP Lodo1 ==
( )
pies4010
Lbs/Pies15,52
Lbs134358)-100000-0,90*329542(
LTP2 ==
21. 24. Peso del tramo 2 (X 95) en el aire
SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
25. Peso del tramo 2(X 95) en el Lodo
26. Longitud Acumulada
27. Peso Acumulado
pies9293pies4030pies5263AcumlLong. =+=
lbs196904Lbs62546lbs134358AcumlPeso =+=
TRAMO 3TRAMO 3
Tubería G 105
OD 4 ½”, 16,6 Lbs/pie (S/C), 17,98 Lbs/pies (C/C), 15,52 Lbs/pies (Lodo)
Resistencia Colapso 9467 Lbs.
Resistencia Estallido 12581 Lbs.
Limite de Torsión 33795 Lbs
Resistencia Tensión 364231 Lbs.
Tubería G 105
OD 4 ½”, 16,6 Lbs/pie (S/C), 17,98 Lbs/pies (C/C), 15,52 Lbs/pies (Lodo)
Resistencia Colapso 9467 Lbs.
Resistencia Estallido 12581 Lbs.
Limite de Torsión 33795 Lbs
Resistencia Tensión 364231 Lbs.
28. Longitud de la Tubería de perforación
29. Numero de tubos G 105
30. Longitud de tubos corregida
( )
pies1992
Lbs/Pies15,52
Lbs196904)-100000-0,90*364231(
LTP3 ==
tubos65
pies/tubo31
pies1992
tubosNº ≅=
pies2015pies/tubo31*tubos65LTP Corr3 ==
31. Peso del tramo 3 (G 105) en el Lodo
32. Longitud Acumulada
33. Peso Acumulado
pies11288pies2015pies9273AcumlLong. =+=
lbs228177Lbs31273lbs196904AcumlPeso =+=
72459lbslbs/pies17,98*pies4030PTP Aire2 ==
lbs62546lbs/pie15,52*pies4030PTP Lodo2 ==
lbs31273lbs/pie15,52*pies2015PTP Lodo3 ==
22. TRAMO 4TRAMO 4
Tubería S 135
OD 4 ½”, 16,6 Lbs/pie (S/C), 17,98 Lbs/pies (C/C), 15,52 Lbs/pies (Lodo)
Resistencia Colapso 10964 Lbs.
Resistencia Estallido 16176 Lbs.
Limite de Torsión 43450 Lbs
Resistencia Tensión 468297 Lbs.
Tubería S 135
OD 4 ½”, 16,6 Lbs/pie (S/C), 17,98 Lbs/pies (C/C), 15,52 Lbs/pies (Lodo)
Resistencia Colapso 10964 Lbs.
Resistencia Estallido 16176 Lbs.
Limite de Torsión 43450 Lbs
Resistencia Tensión 468297 Lbs.
SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
34. Longitud de la Tubería de perforación
pies3712pies11288-pies15000LTP4 ==
35. Numero de tubos G 105
tubos120
pies/tubo31
pies3712
tubosNº ≅=
36. Longitud de tubos corregida
37. Peso del tramo 4 (S 135) en el Lodo
32. Longitud Acumulada
33. Peso Acumulado
pies3720pies/tubo31*tubos120LTP Corr4 ==
pies15027pies3720pies11288AcumlLong. =+=
lbs285911Lbs57734lbs228177AcumlPeso =+=
lbs57734lbs/pie15,52*pies3720PTP Lodo4 ==
23. SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE TUBERIAS
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 pies17069
9*052.0
125,1
8987
==LM