Sarta de perforaciòn y diseño
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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
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
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
SARTA DE PERFORACIÓNLASTRABARRENAS
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.
SARTA DE PERFORACIÓNLASTRABARRENAS
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
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
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
SARTA DE PERFORACIÓN
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
SARTA DE PERFORACIÓN
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 =
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO 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.
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO 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)
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO 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)
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO DE TUBERIAS
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
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO DE TUBERIAS
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
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
( )pies 4110
Lbs/Pies 15,52
Lbs 70369) - 100000 - 0,90 * 260165( LTP1 ==
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO DE TUBERIAS
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
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/tubo 31
pies 4010 tubosNº ≅=
23. Longitud de tubos corregida
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
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO DE TUBERIAS
25. Peso del tramo 2(X 95) en el Lodo
26. Longitud Acumulada
27. Peso Acumulado
pies 9293 pies 4030 pies 5263 Acuml Long. =+=
lbs 196904 Lbs 62546 lbs 134358 Acuml Peso =+=
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
( )pies 1992
Lbs/Pies 15,52
Lbs 196904) - 100000 - 0,90 * 364231( LTP3 ==
tubos65 pies/tubo 31
pies 1992 tubosNº ≅=
pies 2015 pies/tubo 31 * tubos65 LTP Corr 3 ==
31. Peso del tramo 3 (G 105) en el Lodo
32. Longitud Acumulada
33. Peso Acumulado
pies 11288 pies 2015 pies 9273 Acuml Long. =+=
lbs 228177 Lbs 31273 lbs 196904 Acuml Peso =+=
72459lbs lbs/pies 17,98 * pies 4030 PTP Aire 2 ==
lbs 62546 lbs/pie 15,52 * pies 4030 PTP Lodo 2 ==
lbs 31273 lbs/pie 15,52 * pies 2015 PTP Lodo 3 ==
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 PERFORACIÓNDISEÑO DE TUBERIAS
34. Longitud de la Tubería de perforación
pies 3712 pies 11288 - pies 15000 LTP 4 ==
35. Numero de tubos G 105
tubos120 pies/tubo 31
pies 3712 tubosNº ≅=
36. Longitud de tubos corregida
37. Peso del tramo 4 (S 135) en el Lodo
32. Longitud Acumulada
33. Peso Acumulado
pies 3720 pies/tubo 31 * tubos120 LTP Corr 4 ==
pies 15027 pies 3720 pies 11288 Acuml Long. =+=
lbs 285911 Lbs 57734 lbs 228177 Acuml Peso =+=
lbs 57734 lbs/pie 15,52 * pies 3720 PTP Lodo 4 ==
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO 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 pies 17069 9*052.0
125,1
8987
==LM
SARTA DE PERFORACIÓNDISEÑO DE TUBERIAS
VELOCIDAD DE ROTACIÒN CRITICA
90 RPM