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Sarta de perforaciòn y diseño
- 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
- 24. SARTA DE PERFORACIÓN DISEÑO DE TUBERIAS VELOCIDAD DE ROTACIÒN CRITICA 90 RPM