Diseñode Sartas
yPerforaciónDireccional
(Teoría – Diseño – Cálculos)
Prep:Jairo C. Molero
SARTA DE PERFORACIÓN
Sarta de PerforaciónSon componentes metálicos armados secuencialmente
que conforman el ensamblaje de fondo (BHA) y la tubería de perforación, a fin de cumplir las siguientes funciones:
Proporcionar peso sobre la mecha o barrena (PSM)Prueba de perforabilidad (Drill off test)
Conducir del fluido en su ciclo de circulaciónDarle verticalidad o direccionalidad al hoyoProteger la tubería del pandeo y de la torsiónReducir patas de perro, llaveteros y escalonamientoAsegurar la bajada del revestidorReducir daño por vibración al equipo de perforación Servir como herramienta complementaria de pescaConstruir un hoyo en calibreDarle profundidad al pozo
Diseño de Sartas de Perforac ión
Componentes:Barras ó botellas de perforación (drill collars)
Tubería de transición (hevi-wate)
Tubería de perforación (drill pipe)
Herramientas especialesSubstitutosCross-overEstabilizadoresMartillosMotores de fondo TurbinasCamisas desviadas (bent housing)MWD / LWDOtras herramientas (cesta, ampliadores, etc)
SARTA DE PERFORACIÓN
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Tipos de Barras (DC´s) de Perforación
Barra Lisa
Barra en espiral
Barra lisa con acanaladas
Barra en espiral con acanaladas
Definición:Componente principal del ensamblaje de fondoconstituido por tuberías de gran espesor, queproducen la carga axialRequerida por la mecha oBroca de perforación
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• Tubería pesada (hevi-wate)
Definición:
Componente pri ncipal de pesointermedio, pared gruesa conconexiones similares a la tuberíade perforación normal de manerade facilitar su manejo.
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• Tubería pesada
Propósito:• Servir de zona de transición para minimizar cambios de rigidez y reducir fallas.
Fácil manejo en el equipo de perforación
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• Substitutos
36” 12½”
Caja x espiga
Caja x espiga
Substituto de junta Kelly con protector
36” 36”36”o 48”
Caja x espiga Espiga x espiga
Caja x caja
Substituto de diámetro externo recto.
36”o 48”
Caja x caja
36”
Espiga x caja
36”
Caja x espiga
48” 48”
Espiga x espigaCaja x espiga
Substituto de sección reducida
Definición:Herramientas auxiliares que seutilizan para enlazar herramientas y tuberías que no son compatibles con el tipo deconexión
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Definición:
Herramientas que se utilizan para estabilizarel ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviación.
• EstabilizadoresPatines Reemplazables RWP
Camisa integral
Aleta soldada
Camisa reemplazable en el equipo de perforación
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• Motor de desplazamiento positivo:
• Definición:Herramienta utilizada en elBHA a fin de incrementar lasRPM en la broca
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• Turbina de fondo
• Definición: Unidad de multi-etapas dealabes, la cual se utilizapara incrementar las RPMa nivel de la broca.Utilizado por por primeravez en la Unión Soviética.
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Propiedades mecánicas del BHA y Factores paraun Diseño Óptimo
Todos los ensamblajes de fondo de pozo ejercen fuerzas laterales sobre la mecha que causan construcción o aumento del ángulo de inclinación, caída o mantenimiento del mismo. Es por ello que los ensamblajes de fondo se pueden utilizar para el control de la desviación de un pozo
La selección de un ensamblaje de fondo óptimo debe partir por conocer las dimensiones y propiedades mecánicas de todos los componentes de la sarta, especialmente los primeros 300 pies desde la mecha
A continuación, un resumen de las distintas teorías que estudian el Comportamiento Físico de los Ensamblajes de Fondo, así como algunos de los Factores que intervienen en el Diseño óptimo de un BHA
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Lubinsky y Woods:
Diámetro hoyo útil DM+DMB
2
Patrón en el fondo de la mecha
Patrón en el tope de la mecha
X = Diámetro de la mechaX1= Diámetro de hoyo efectivo
• Diámetro del hoyo útil
Ecuación: DHU = DM + DMB2
Según Robert Hoch:
Diam. Min. Barras = 2 Diam. Coup. Rev. – Diam. Mecha
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• Longitud de las barras (botellas ó drill collars)
Métodos:• Factor de flotación• Ley de Arquímedes• Fuerza Areal
PS-PSM
PSMPSM<PB
(A)
PS-PSM
PSMPSM>PB
(B)
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• Método: Factor de Flotación
• Consideraciones para el Diseño:
Pozos Direccionales:
Pozos Verticales:
BBf
SMB LxWxF
xPN
15,1
CosxLxWxFxP
NBBf
SMB
15,1
• Configuración Estándar: Barras y tubería de perforación
Barras
P.N15%
Tubería deperforación
Zona en tensión
85%Zona en compresión
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1,105,1, SBBf
SSMB F
CosxLxWxFFxP
N
• Configuración de barras, tubería de transición y tubería de perforación. Punto neutro en las barras
5-10%
90-95% Barras
P.N
Zona entensión
Zona en compresión
Tubería de perforación
Tubería de transición(Hevi-wate)
• Método: Factor de Flotación
• Consideraciones para el Diseño:
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HWTBB
f
SMSHW W
LxWCosxF
FxPL 1
• Configuración de barras, tubería de transición y tubería de perforación. Punto neutro en los Hevi-Wate
20,115,1:Fs
80-85%
15-20%
Barras
P.N
Zona entensión
Zona en compresión
Tubería de perforación
Tubería de transición(Hevi-wate)
• Método: Factor de Flotación
• Consideraciones para el Diseño:
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• Torque de apriete:• Referencia API para garantizar el sello efectivo al momento de realizar una conexión y evi tar lavado en las mismas
Conexión Torque de apriete mínimo lbs-piesDiámetro interno de las barras (pulg)
API NC 44 5 /6
6 /6 /
*20,895*26,45327,30027,300
*20,89525,51025,51025,510
*20,89523.49323,49323.493
*20,89521,25721,25721,257
18,16118,16118,16118,161
Tipo (pulg) 1 / 2 2 / 2 / 23 4
3 4
1 41 2
1 4 1 2
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• Tubería pesada en perforación direccional
• Consideraciones para el Diseño
Su diseño produce menos área de contacto conla pared del hoyo y esto tiene como ventajas:
• Menor torsión.
• Menor posibilidad de atascami ento.
• Menor arrastre vertical.
• Mejor control de la dirección.
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• Se pueden utilizar para reemplazar parte de las barras y reducir la carga en el gancho, en formaciones blandas.
• Se puede aplicar peso sobre la mecha en pozos hasta 4 pulgadas más grande que las conexiones
• Ej: TP: 5”, 19,5 lbs/pie - Diámetro del TJ: 6 5/8”
Dhoyo 4” + 6 5/8” = 10 5/8”
• Tubería pesada en perforación vertical
• Consideraciones para el Diseño
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• Tubería pesada: Longitud requerida de acuerdo al tipo de pozo
• Consideraciones para el Diseño
Pozos verticales: 18 a 21 tubos
Pozos direccionales: 30 ó más tubos
• El uso de la Tubería pesada estará asociada con el cálculo previo de la Relación de Rigidez o también conocida como Momento de l as Secciones (SMR)
• Se ha demostrado que el valor de SMR debe ser menor de 5,5, caso contrario se necesitará una tubería de transición (Hevi-Wate) (3,5 form. severas)
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• Estabilizadores: Funciones Generales
• Controlan la desviación, aumentan la tasa de penetración y mantienen la rotación de la mecha alrededor del eje de la sarta.
Resultado: Mayor vi da útil de la mecha
• Controlan la centralización y reducen los problemas asoci ados a la dinámica de la sarta.
• Evitan cambios bruscos de la i nclinación del pozo.
• BHA sin estabilizadores y formación sin Buzamiento genera un hoyo en for ma de espiral
• BHA sin estabilizadores y formaci ón con Buzamiento genera un hoyo en forma escal onada
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Optimización de los Factores MecánicosConocidas las diferentes formaciones a penetrar, es
necesario considerar los factores mecánicos quepermitan optimizar la velocidad de penetración (ROP).
Dichos factores mecánicos son:Peso sobre la mecha o barrena (P.S.M)Revoluciones por minuto (R.P.M)
Las variables involucradas para seleccionar losfactores mecánicos son:
Esfuerzo de la matriz de la rocaTamaño y tipo de mechaTipo de pozoTipo de herramientas de fondo
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Prueba de Perforabilidad
La Prueba de Perforabilidad es un mecanismo que nos permite las búsqueda de nuevos valores de Peso sobre la mecha (PSM) y Revoluciones por minuto (RPM) durante la perforación de un pozo con el fin de obtener un incremento en la Tasa o Rata de Penetración (ROP) o sea de mejorar la eficiencia de penetración en un pozo
Para su aplicabilidad se deben tener ciertas condiciones que favorezcan la prueba y no retarde su aplicación, entre otras:
Valores de ROP no muy bajos
Intervalo a perforar homogéneo
No existencia de un alto diferencial entre el gradiente del fluido y el gradiente de la formación
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Existen dos métodos para realizar la Prueba en cuestión, a continuación se explicará uno de ellos:
Procedimiento:
Seleccione un valor de PSM de 5.000 lbs como referencia para la toma del tiempo
Mantenga fijo un valor de RPMVarié los valores de PSM seleccionados y anote el menor tiempo
en que se pierdan las 5.000 lbs de referencia. Repetir 3 o 4 vecesSeleccione un valor fijo de PSM, el cual deberá ser el de menor
tiempo anteriorVarié los valores de RPM y seleccione el de menor tiempo.
RepetirEvalué la ROP con estos dos valores durante un intervaloCompare la nueva ROP con los valores de la ROP anterior a la
pruebaSeleccione en definitiva cuales serán ahora los factores mecánicos
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