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Programa de Entrenamiento 
Acelerado para Supervisores 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private ...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
REFERENCIAS 
· API RP 7G Diseño de la Sarta de Perforac...
Diseño de Sartas de Perforación 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
• Objetivos: 
Al final...
•• Funciones de la Sarta de Perforación 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
1. Transmitir ...
Diseño de la Sarta de Perforación 
REQUIERE DE DISEÑO MECÁNICO 
REQUIERE DE DISEÑO DIRECCIONAL 
DPT Diseño de Sarta de Per...
Diseño Mecánico 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
· Se cubre al final 
· Describe las li...
Diseño Direccional 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
· Es cubierto primero 
· Describe l...
Diseño Hidráulico 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
· Describe la influencia que tiene l...
Estudio de la Sarta de Perforación 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Funciones 
Componen...
La Barra de Tranmisión Rotatoria (Kelly) / 
Impulsador de Rotación en el Tope de la Sarta (Top Drive) 
DPT Diseño de Sarta...
La barra de transmisión rotatoria (Kelly) 
Es el vínculo entre la mesa rotaria y la sarta de perforación 
DPT Diseño de Sa...
Válvulas de la Kelly 
Por lo general se instalan dos válvulas de seguridad 
en la Kelly, una conectada a la rosca de caja ...
El Top Drive 
Es basicamente una combinación de mesa rotaria y Kelly. 
Está impulsado por un motor independiente y le impr...
Drill pipe 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
GRADO 
• El grado de la tubería de perforac...
Grados de la Tubería de Perforación 
Cedencia 
Promedio 
Cedencia 
Grado Mínima 
D or D-55 55,000 65,000 
E or E-75 75,000...
Clasificación de la Tubería de Perforación 
Basada en la publicación API – R P7G 
A diferencia de la tubería de revestimie...
Tubería de Perforación 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Un tramo de DP es un ensamblaje...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Pesos de la Tubería de Perforación 
Al referirse a los ...
Peso Aproximado Ajustado 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
• El peso nominal es un númer...
Cálculo de los Pesos Ajustados 
= ´ + 
Wt ft peso DP approx wt tool jo 
/ . 29.4 . . int 
´ + 
Wt 29.4 
Wt 
DP Adjusted To...
Cálculo de los Pesos Ajustados 
Nom upset Wt 
2 2 3 3 
= ´ - + ´ - 
Wt 0.222 L D d 0.167 
D D 
2 
- ´ ´ - 
+2.253´ - 
= …....
Ejemplo DP - 01 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Calcular el peso ajustado aproximado d...
PASO 1: Drill Pipe adjusted weight of drillpipe 
Nom upset Wt 
upset weight 
29.4 
lbm 
= plain end weight + 
ft 
8.6 
1 
...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Información del API RP7G
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Información del API 5D
2 2 3 3 
= ´ - + ´ - 
Wt 0 .222 L D d 0 .167 
D D 
2 
- ´ ´ - 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger P...
Ejemplo DP – 01 
. . . =1.651 ft 
18 22 29 4 120 26 
´ + 
Wt 29.4 
Wt 
DP Adjusted ToolJt Approx 
L 
ToolJtAdj 
+ 
DPT Dis...
API RP 7G 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
• Tabla 1-3 Datos de Tubería Nueva 
• Tabla ...
Acoples 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Todas los acoples API tienen un punto de ceden...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP – 02 
Usando las tablas 2 y 4 de API RP7G ¿c...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo de Gráficas de Torque de Conexión
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo de Tablas de Torque de Conexión
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Repita el Ejercicio 2 usando las Tablas 
y Gráficas de ...
Conexiones en la Sarta de Perforación 
Estilos y Formas de Rosca o Cuerda 
a) NC 
b) REG 
FH 
c) SST 
d) IF 
XH 
PAC 
OH 
...
Conexiones en la Sarta de Perforación 
El tamaño de una conexión rotatoria con hombro se refiere a su diámetro de paso en ...
Si el diámetro de paso es 5.0417 pulgadas à Esta es una conexión NC50 
Multiplique 5.0417 por 10 ® 50.417 
Escoja los prim...
NC 26 NC 31 NC 38 NC 40 NC46 NC50 
IF 2-3/8 2-7/8 3-1/2 4 4-1/2 
FH 4 
XH 2-7/8 3-1/2 4-1/2 5 
DSL 3-1/2 4-1/2 5-1/2 
SH 2...
Los Lastra Barrena, DC 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Los Collares (ó Lastra barrenas...
Lastra Barrena (DC) 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
DC Liso DC Espiralado 
1. Los dos ...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Tamaños API de los Lastra Barrena
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Tamaños API de los Lastra Barrena 
OD ID Range Weight R...
Selección de los lastra barrena 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
• Proveen el máximo pe...
Tubería de Perforación Pesada o de Pared Gruesa (HWDP) 
HEAVY-WALLED DRILL PIPE (HWDP) 
DPT Diseño de Sarta de Perforación...
Tubería de Perforación Pesada o de Pared Gruesa 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Opcion...
Control Direccional de la Trayectoria 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
· Los pozos se m...
Control Direccional 
CONFIGURACIONES ESTÁNDAR DE HERRAMIENTA DE FONDO 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlum...
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Schlumberger Private 
Estabilizadores 
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1....
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Estabilizadores 
Tipos de Estabilizadores y Aplicacione...
Estabilizadores 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Tipos de Estabilizadores
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Escariadores de Rodillos
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Control Direccional 
Principios Básicos del Control Dir...
Control Direccional 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
El Principio Fulcrum: 
Un ensambla...
Control Direccional 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Otros factores que afectan la tasa...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
El Principio de Estabilización – 
Si hay tres estabiliz...
Control Direccional 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
El Principio de Péndulo: 
Como su ...
Control Direccional 
Tipos de Ensamblajes de Fondo Rotacionales 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger...
Herramientas de Fondo Típicas 
STAB 
Para Control Direccional 
DRILL 
COLLAR DRILL 
DRILL 
COLLAR 
STAB 
DPT Diseño de Sar...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Diseño Mecánico 
De la Sarta de Perforación
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Diseño de La Sarta de Perforación 
La sarta de perforac...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Factores de Diseño para la Sarta de Perforación 
Factor...
Factores de Diseño para la Sarta de Perforación 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Factor...
Factores de Diseño para la Sarta de Perforación 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Factor...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Proceso de Diseño de la Sarta de Perforación 
· Diseño ...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Proceso de Diseño de la Sarta de Perforación 
· Fuerzas...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Diseño Mecánico 
De la Sarta de Perforación 
Lastra bar...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Conexiones de los Lastra Barrena 
Características de Li...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Fotografía de una Función del Perno de Liberación de Es...
Conexiones de los lastra barrena 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
¿Qué son las caracter...
Conexiones de los Lastra Barrena 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Los efectos de los es...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Selección de los lastra barrena ó DC 
· Normalmente el ...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Diseño del Ensamblaje de Fondo, BHA 
Los DC proporciona...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Remember about Fishing
Módulo de la Sección para las Conexiones 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
El módulo de ...
Z 
Z 
box 
pin 
box 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Razón o Relación de Resistencia a ...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Módulo de Sección para Conexiones 
Para la caja, el diá...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Razón o Relación de resistencia a la Flexión 
para las ...
Razón o Relación de resistencia a la Flexión 
para las Conexiones 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberg...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Directrices Adicionales para la Razón 
de Resistencia a...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Función Lo-Torq 
•La función “low torque” 
consiste en ...
Razones BSR para 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Conexiones 
• Afortunadamente para 
u...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo de Tablas de Razón de Resistencia a la Flexión ...
- 
OD OD ID 
upr lwr lwr 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Relación de Rigidez para Tran...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-03 Razón de Resistencia a la Flexión 
· Dado...
Diseño de la Herramienta de Fondo 
Peso Mínimo de DC para colocar sobre la barrena y 
mantener el Punto Neutral dentro del...
Diseño de la Herramienta de Fondo 
Peso de los lastra barrena y Punto Neutral 
Tensión 
DPT Diseño de Sarta de Perforación...
Diseño de la herramienta de Fondo 
BF = 1- (MW/65.5) 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
P...
Diseño de la Herramienta de Fondo 
Procedimiento para Seleccionar los collares de perforación: 
DPT Diseño de Sarta de Per...
Diseño de la Herramienta de Fondo 
Procedimiento para selección de los lastra barrena: 
DPT Diseño de Sarta de Perforación...
Ejemplo DP-04 
Cantidad y Tamaño de lastra barrena 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Det...
Ejemplo DP-04 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Solución 
Peso en el aire de los lastra ...
Ejemplo DP-04 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Suponga que los tamaños de lastra barren...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Límites de Torsión para los lastra barrena 
· El torque...
Límites de torsión para los lastra barrena 
DC< 7 in DC>7 in 
PAC 79.5% N/a 
H-90 51.1% 56.2% 
DPT Diseño de Sarta de Perf...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Tablas de Torque de Ajuste para Conexión los DC
Límites de torsión para los lastra barrena 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
•Normativa ...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-05 
· Planeamos perforar un pozo recto de 16...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-05 continuación 
· ¿Qué sarta de DC recomend...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-05 – Solución 
WOB requerido = 16 x 6000 = 9...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-05 – Solución 
Determinando Cantidad y Tamañ...
Ejemplo DP-05 – Solución 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Selección de Conexiones 
·9 j...
Ejemplo DP-05 – Solución 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Limitaciones de Torque 
·5” N...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Diseño de Sarta de Perforación 
Diseño de Tubería de Pe...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Parámetros de Diseño según el API –– RP 7G 
• Tabla 1-3...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Diseño de la Sarta por Tensión 
· Una vez que ya se ha ...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
La mayor tensión (carga de trabajo Pw) 
sobre la sarta ...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Diseño para la Tensión 
Peso Total, Tsurf, soportado po...
Parámetros de Diseño 
Diseño para la Tensión 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
La sarta ...
Carga de Diseño Máxima Permisible 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Para evitar daño por...
Margen de sobre tensión 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
El margen de sobre tensión es ...
Procedimiento de Diseño 
Margen de sobre tensión 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
1. De...
Procedimiento de Diseño 
2. Calcule la carga total en superficie usando 
T [(L W L W )] BF surf dp dp dc dc = ´ + ´ ´ 
3. ...
4. La longitud máxima de la tubería de perforación que 
se puede usar se obtiene al combinar las ecuaciones 
1 y 3 y despe...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado 
...
Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado 
Solución sin Margen de sobre tensión 
Carga de diseño máxima ( Tmax...
Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado 
´ - 
T MOP 
L - ´ 
´ 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
...
Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado 
Solución con Margen de sobre tensión 
Carga de diseño máxima ( Pa) ...
DK 
L 
DK 
æ 
ç çè 
= + + 
2 L 
2 
S 
h 
S 
Hoop Stress 
Tensile Stress 
1 
t s s 
= = 
ö 
÷ ÷ø 
D Pipe OD in L Slip lengt...
Equivalent Axial Load 
Horz to Tang Stress Ratio 
Hoop Stress 
Working load * = 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de B...
´ 
L - dc 
´ 
yield 
W 
S 
S 
T 
´ 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Como un Parámetro d...
Ejemplo DP-07 
Diseño por Tensión con Margen de Sobre Tensión 
y Fuerza de Aplastamiento con las Cuñas 
´ - 
T MOP 
L - ´ ...
p 
Ejemplo DP-07 
A ´1 ft ´ r 
= (( ) 2 - ( ) 2 ) ´ ´ ´ 
s 4 
825 . 28125 . 1 4895 
. 
=160.5 lbm/ ft 
DPT Diseño de Sarta...
Ejemplo DP – 07 
r 
r . 
BF m 
= 1 - = 1 - 
s 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
L 
P MOP...
Ejemplo DP-07 
501,090 0.9 100,000 ´ 
160.5 600 
´ - 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
(...
yield 
160 .5 
501 ,090 0.9 
1.42 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-07 consid...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-07 considerandoTubería Nueva 
· En el caso d...
Ejemplo DP-07 considerandoTubería Premium 
P lb t Ahora, = 394,600 : 
160.5 * 600 
394,600 * 0.9 100,000 
DPT Diseño de Sa...
160 .5 
394 ,600 0.9 
1.42 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-07 Aplastamiento...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP-07 Considerando Tubería Usada 
· En el caso ...
´ - 
L - dc 
´ 
W 
T MOP 
´ 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
La longitud de la Herramie...
Diseño de Sarta Mixta 
· Si usamos diferentes tuberías de perforación, la tubería más débil es 
la que va en el fondo y la...
Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Un equipo d...
W 
0.7954 
13.4 
BF =1- = 
65.5 
´ - 
T 0.9 
MOP 
L = 
- ´ 
dc 
L 
dp dp 
´ 
W BF 
dp 
yield 
W 
DPT Diseño de Sarta de Pe...
Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta 
´ - 
395,600 0.9 50,000 
dp 
13,595 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de B...
Ejemplo DP – 08. Aplastamiento por las 
Cuñas en el tope de la tubería Grado E 
101 ,000 
395 ,600 0.9 
1.42 
DPT Diseño d...
DP – 08. Margen de Sobre Tensión en la 
Junta Superior de la Tubería Grado “E” 
= - 
MOP P * 0.9 P@ 
Yp Working 
= ´ - 
39...
Ejemplo DP-08. Procedimiento para el Diseño 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
La longitu...
Ejemplo DP – 08. Longitud de tubería grado “G” 
Wt Below G = ´ + 
" " 10,263 20.85 101,000 
314 ,984 
553 ,830 0.9 
1.42 
...
Ejemplo DP – 08. Margen de Sobre-Tensión. “G” 
= - 
MOP P * 0.9 P@ 
Yp Working La sobre tensión 
= ´ - 
553,830 0.9 320,99...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP – 08. Resultados del Diseño 
· Herramienta d...
Ejemplo DP-09. Diseño con DP combinada 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Dada la siguien...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
MOP en un pozo desviado 
Se debe considerar siempre 
la...
Procedimiento de Diseño 
80,000 lbs. x cos 30° = 69,282 lbs. 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Pr...
Procedimiento de Diseño 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejercicio: 
Con los datos del ...
Factores de Diseño 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
1. Un factor de diseño de 1.6 se de...
Diseño de Sartas de Perforación 
para pozos Desviados 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
...
Diseño de Sartas de Perforación 
para pozos Desviados 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
...
Diseño de Sartas de Perforación 
5729 6 . 
W BF T dp q 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private ...
Diseño de Sartas de Perforación 
para pozos Desviados 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
...
Ejemplo DP – 10 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Pozo de Alcance Extendido 
Dada la sig...
Ejemplo DP – 10 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Solución: 
Current depth = 9146 + 2000...
Otras Cargas 
Cargas de Impacto 
La fuerza de tensión adicional generada por los impactos está 
dada por: 
Doblamiento 
La...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Otras Cargas 
· Colapso bajo Tensión 
· Estallido 
· Ot...
P 
Biaxial Collapse 
P 
No al Collapse 
- - 
4 3 
Load 
2 
Z Z 
2 
2 2 
min 
- 
= 
0.7854( )* 
OD ID Yp 
DPT Diseño de Sar...
Grado YpAvg 
E 85,000 
X 110,000 
G 120,000 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Colapso Bi...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejercicio DP-11 
· Para hacer una prueba seca al trasla...
Load 
2 2 
0.7854( )* 
0.7854(4.855 4.276 )*85,000 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Eje...
Ejemplo DP – 11. Solución 
- - 
4 3 
Z Z 
2 
2 
2 
P 
Biaxial Collapse 
P 
No min 
al Collapse 
= 
- - 
4 3*0.14167 0.1416...
Ejemplo DP – 11. Solución 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
· La carga de colapso es 9,0...
2* * 
= 
Yp t 
D 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Diseño para el Estallido 
· Se aplica...
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
Ejemplo DP – 12. Carga para el Estallido 
· El peor cas...
Ejemplo DP – 12. Carga para el Estallido 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
Schlumberger Private 
· Del último ...
Diseño de Sartas de Perforación 
DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA 
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Ahora usted debe poder...
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  • Curso muy dinámico, práctico y con información ajustada a la operación de campo.
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14 diseño de sartas de perforación y bha

  1. 1. Programa de Entrenamiento Acelerado para Supervisores DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño de Sartas de Perforación Y de Herramientas de Fondo
  2. 2. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private REFERENCIAS · API RP 7G Diseño de la Sarta de Perforación y Límites de Operación · API SPEC 7 Especificaciones para los Elementos de la Perforación Rotaria · API SPEC 5D Especificaciones para la Tubería de Perforación · SLB Manual de Diseño de la Sarta de Perforación · TH Hill DS-1 Diseño de la Sarta de Perforación · WCP Recomendaciones para Diseño de la Herramienta de Fondo para Minimizar el Esfuerzo por Doblamiento.
  3. 3. Diseño de Sartas de Perforación DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private • Objetivos: Al finalizar esta sección USTED será capaz de describir: 1. Las funciones de la tubería de perforación, de los lastra barrena y de la Herramienta de Fondo, BHA 2. Los Grados de acero para TP y las propiedades de resistencia 3. Los tipos de rosca y de acople para conectar la TP 4. El peso de los DC y el punto neutral 5. Los métodos de diseño de la Sarta de Perforación(para los esfuerzos de doblamiento, torsión yTensión 6. El Margen de Sobre Tensión, MOP 7. Diseño de Sartas para pozos Horizontales 8. Calculos de Torque y Arrastre 9. Diseño de Sartas con el mínimo Torque y Arrastre 10. Problemas con la sarta (roturas, particiones en rotación y mecanismos de fatiga) 11. Métodos y Técnicas de Inspección
  4. 4. •• Funciones de la Sarta de Perforación DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 1. Transmitir rotación a la barrena 2. Transmitir y soportar cargas axiales 3. Transmitir y soportar cargas de torsión. 4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar 5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo 6. Permitir la circulación de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena DP DC WOB WOB Drillstring Design La sarta de perforación es el enlace mecánico que conecta a la barrena de perforación que está en el fondo con el sistema de impulsión rotario que está en la superficie. La sarta de perforación sirve para las siguientes funciones:
  5. 5. Diseño de la Sarta de Perforación REQUIERE DE DISEÑO MECÁNICO REQUIERE DE DISEÑO DIRECCIONAL DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 1. Transmitir rotación a la barrena 2. Transmitir y soportar cargas axiales 3. Transmitir y soportar cargas de torsión 4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar 5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo 6. Permitir la circulación de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena REQUIERE DE DISEÑO HIDRÁULICO
  6. 6. Diseño Mecánico DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private · Se cubre al final · Describe las limitaciones de la tubería de perforación y de los collares a los esfuerzos de: · Tensión · Sobre-Tensión Permisible · Estallido · Colapso · Torsión · Pandeo
  7. 7. Diseño Direccional DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private · Es cubierto primero · Describe la tendencia de la sarta de perforación a causar la desviación del hoyo hacia una predeterminada dirección
  8. 8. Diseño Hidráulico DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private · Describe la influencia que tiene la geometría interna y externa de la sarta sobre las pérdidas friccionales en un sistema circulante de fluidos · Se discute en la sección sobre Mecánica de Fluidos del curso · El análisis recomienda el uso de TP de 5 ½” o 6-5/8” para pozos ultra profundos y la conexión de la TP con la espiga hacia arriba para mejorar la hidráulica en la perforación de pozos someros
  9. 9. Estudio de la Sarta de Perforación DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Funciones Componentes Básicos: 1. Tubería de Perforación, DP 2. Lastra barrena, DC Accesorios de la Sarta: – Tubería de perfoación Pesada – Estabilizadores – Escariadores – Equipo para control direccional
  10. 10. La Barra de Tranmisión Rotatoria (Kelly) / Impulsador de Rotación en el Tope de la Sarta (Top Drive) DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private En rigor ni la Kelly ni el Top Drive son componentes de la Sarta de Perforación. Sin embargo, ellos proporcionan uno de los requerimientos esenciales para la perforación al triturar las rocas cual es la rotación.
  11. 11. La barra de transmisión rotatoria (Kelly) Es el vínculo entre la mesa rotaria y la sarta de perforación DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private • Transmite rotación y peso sobre la barrena • Soporta el peso de la sarta de perforación • Conecta la unión giratoria (swivel) con el tramo superior de la sarta de perforación • Conduce el fulido de perforación desde la cabeza giratoria hacia la sarta de perforación La Kelly se fabrica en longitudes de 40 a 54 pies y con sección transversal hexagonal (la más común), cuadrada o triangular.
  12. 12. Válvulas de la Kelly Por lo general se instalan dos válvulas de seguridad en la Kelly, una conectada a la rosca de caja en el tope y otra a la rosca macho en su parte inferior. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ambas válvulas se emplean para cortar el flujo a través de la sarta en el evento de un influjo del pozo. Son válvulas operadas manualmente
  13. 13. El Top Drive Es basicamente una combinación de mesa rotaria y Kelly. Está impulsado por un motor independiente y le imprime rotación a la sarta de perforación a la cual está conectada en forma directa sin necesidad de una kelly o de mesa rotaria It is powered by a separate motor and transmits rotation to the drill string directly without the need for a rotary table. Funciona como una Kelly con impulso rotacional propio DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ventajas del Top Drive sobre el sistema de Kelly: 1. Permite circular mientras se repasa el hoyo hacia arriba 2. Se puede circular el pozo mientras se baja o se saca la tubería en paradas (tramos dobles o triples) 3. El sistema de kelly sólo puede hacer lo anterior en tramos sencillos; o sea de 30 pies
  14. 14. Drill pipe DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private GRADO • El grado de la tubería de perforación describe la resistencia mínima a la cedencia del material. • En la mayoría de los diseños de sarta de perforación, se opta por incrementar el grado del material (acero) en lugar de aumentar el peso del tubular.
  15. 15. Grados de la Tubería de Perforación Cedencia Promedio Cedencia Grado Mínima D or D-55 55,000 65,000 E or E-75 75,000 85,000 X or X-95 95,000 110,000 G or G-105 105,000 120,000 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private S or S-135 135,000 145,000
  16. 16. Clasificación de la Tubería de Perforación Basada en la publicación API – R P7G A diferencia de la tubería de revestimiento y la tubería de producción, que normalmente se usan nuevas, la tubería de perforación normalmente se utiliza ya usada. Por lo tanto tiene varias clases: DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 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: Tubería con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el área seccional es todavía premium Class 3: Tubería con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado. Nota: El RP7G tiene diferente especificación…!!! (página 115)
  17. 17. Tubería de Perforación DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Un tramo de DP es un ensamblaje de tres componentes: • Un cuerpo tubular de acero con extremos lisos y • Dos conexiones de acople fuerte - una en cada extremo. Los acoples en los extremos (Tool Joint) se unen al cuerpo del tubo de dos maneras: • Enroscados • Soldados o embonados al tubo con arco eléctrico en el horno El acople inferior se conoce como Macho o Espiga El acople superior se denomina Caja o Hembra. La conexión entre dos tramos se logra al enroscar la espiga dentro de la caja
  18. 18. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Pesos de la Tubería de Perforación Al referirse a los pesos de la tubería de perforación, hay tres que son importantes: Peso del tubular con Extremo Planos – Se refiere al peso por pie del cuerpo del tubo, sin acoples. Peso Nominal - Se refiere a una norma obsoleta. (Peso de un tubo de Rango I con conexiones) actualmente se usa para referirse a una clase de tubo de perforación. Peso Aproximado – El peso promedio por pie del tubo y de las conexiones de un tubo Rango II. Este peso aproximado es el número que se debe usar en los cálculos de la carga del gancho.
  19. 19. Peso Aproximado Ajustado DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private • El peso nominal es un número de referencia pero no exacto. Se emplea para especificar el tubular, y se refiere tan sólo al cuerpo. • El peso Ajustado incluye el cuerpo del tubo y el de los acoples en los extremos. Es mayor que el peso nominal por tener, • el peso extra de los acoples y • metal adicional que se agrega en los extremos del tubo par aumentar la rigidéz. • El espesor adicional agregado en los extremos se denomina “Refuerzo” y su función es reducir la frecuencia de fallas del tubular en los puntos donde se une a los acoples. • Los refuerzos a su vez puede ser de tres tipos: Refuerzo Interno (IU), Refuerzo Exterior (EU) y Refuerzo Interno y Externo (IEU)
  20. 20. Cálculo de los Pesos Ajustados = ´ + Wt ft peso DP approx wt tool jo / . 29.4 . . int ´ + Wt 29.4 Wt DP Adjusted ToolJt Approx L DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private ToolJtAdj Wt ft tool jo adjusted length + = + 29.4 / 29.4 int
  21. 21. Cálculo de los Pesos Ajustados Nom upset Wt 2 2 3 3 = ´ - + ´ - Wt 0.222 L D d 0.167 D D 2 - ´ ´ - +2.253´ - = ….(3) DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 29.4 Wt TubeWt DP Adj = + ( ) ( ) ( ) TE Tool Jt Adj TE d D D 0.501 L= combined length of pin and box (in) D= outside diameter of pin (in) d= inside diameter of pin (in) DTE= diameter of box at elevator upset (in) Datos de la Especif API 7 Fig 6 Tabla 7 ….(1) ….(2) Datos del API 5D ( ) ft L D D L TE Tool Jt Adj 12 Datos de la Especif 7 Fig 6 Tabla 7
  22. 22. Ejemplo DP - 01 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Calcular el peso ajustado aproximado del cuerpo del tubo con acople incluído para una tubería de perforación de 5 pulg. OD, 19.5 lbm/pie, grado E con conexión NC50 y acople tipo IEU (con refuerzo interno y externo) y dimensiones 6.375pulg. OD x 3.5 pulg. ID.
  23. 23. PASO 1: Drill Pipe adjusted weight of drillpipe Nom upset Wt upset weight 29.4 lbm = plain end weight + ft 8.6 1 p _ 5 4.276 4 2 3 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP - 01 29.4 Wt TubeWt DP Adj = + De la Tabla 7 de la especificaciones para Tubería de Perforación ( API SPEC 5D): • El peso del refuerzo en acople IEU para tubería de 5pulg. 19.5 lbm/ft es 8.6 lbs. • El diámetro interno en el cuerpo del tubo, ID es 4.276pulg. ( ) lbm ft ft in in 29.4 489 .5 144 2 = 2 - 2 2 ´ ´ + = 17.93 + 0.293 = 18.22 lbm / ft
  24. 24. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Información del API RP7G
  25. 25. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Información del API 5D
  26. 26. 2 2 3 3 = ´ - + ´ - Wt 0 .222 L D d 0 .167 D D 2 - ´ ´ - DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Refiriéndose a la tabla API RP7G , el acople NC50, 6.375” OD, 3.5” ID para una tubería con peso nominal 19.5 lbm/ft está disponible en Grado X-95 unicamente (ver columnas 4, 5 y 6 de la Tabla ). L = 17 pulg, DTE = 5.125 pulg, D = 6.375 pulg, y d = 3.5 pulg Peso Ajustado aproximado del acople: = 0 2 2 2 ´ 1 7 ((6 3 7 5) - (3 5) ) 2 2 . . . + 0 1 6 7 ((6 3 7 5 ) - (5 1 2 5) ) 3 3 . . . - 0 5 0 1 ´ (3 5) (6 3 7 5 - 5 1 2 5) 2 . . . . = + - 107.15 20.79 7.67 = 120.27lb Ejemplo DP – 01 Paso 2: Peso Ajustado del Acople ( ) ( ) ( ) TE Tool Jt Adj TE d D D 0 .501
  27. 27. Ejemplo DP – 01 . . . =1.651 ft 18 22 29 4 120 26 ´ + Wt 29.4 Wt DP Adjusted ToolJt Approx L ToolJtAdj + DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private PASO 3: Longitud ajustada por los acoples ( ) = L + ´ D - DTE 2 253 12 . ( ) = 17 + 2 253 ´ 6 375 - 5125 12 De aquí que el peso ajustado del cuerpo del tubo con los acoples será: = ´ + . . . + 1 . 651 29 . 4 29.4 = 20.89 lbm / ft Wt ft = / Que es el mismo valor al indicado en la Tabla 8 pag 12 del API – RP7G
  28. 28. API RP 7G DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private • Tabla 1-3 Datos de Tubería Nueva • Tabla 4-5 Datos de Tubería Clase Premium • Tabla 6-7 Datos de Tubería Clase 2 • Tabla 8 Datos de Acoples de tubería • Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexión • Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforación) • Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste • Fig 26-32 Datos de Rigidéz (BSR) de los DC
  29. 29. Acoples DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Todas los acoples API tienen un punto de cedencia mínimo de 120,000 psi independientemente del grado de la tubería de perforación en la que se usen (E, X, G, S) . API fija la resistencia a la torsión del acople en 80 % de la resistencia a la torsión del tubo: Esto equivale a una razón de resistencia a la torsión de 0.8. El torque para conectar se determina por el diámetro interno del pin y el diámetro externo de la caja. El torque de conexión es 60 % de la capacidad de torsión del acople. La ecuación para determinar la fuerza de conexión se puede obtener del apéndice de API RPG7. ( Numeral A.8.2 ). Esta ecuación es bastante compleja, así que API desarrolló una serie de tablas para encontrar el torque de conexión recomendado para cualquier conexión si se tiene el diámetro externo de la caja y el diámetro interno del macho para la junta. Estas tablas se pueden encontrar en API RP 7G ( Figuras 1 a 25 )
  30. 30. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP – 02 Usando las tablas 2 y 4 de API RP7G ¿cuál deberá ser el torque de conexión de tubería de perforación Nueva y Premium de 5” 19.5 ppf G105 y S135? ¿Cómo se comparan estos valores con los valores reportados en la Tabla 10?
  31. 31. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo de Gráficas de Torque de Conexión
  32. 32. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo de Tablas de Torque de Conexión
  33. 33. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Repita el Ejercicio 2 usando las Tablas y Gráficas de Torque de Conexión
  34. 34. Conexiones en la Sarta de Perforación Estilos y Formas de Rosca o Cuerda a) NC b) REG FH c) SST d) IF XH PAC OH SH DSL e) H-90 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 0.038” 0.025” 0.057” 0.015” 0.025” f) WEDGE THREAD V-038R V-040 V-050 SST (PINS) V-038R (BOXES) V-065 H-90 WEDGE THREAD Estilos Formas
  35. 35. Conexiones en la Sarta de Perforación El tamaño de una conexión rotatoria con hombro se refiere a su diámetro de paso en punto de calibre a 5/8 de pulgada desde el hombro y se especifica NC (XY) DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private NC (Conexión Numerada) Es el estilo de cuerda (rosca) más común en la tubería de perforación. La rosca tiene una forma de V y se identifica por el diámetro de paso, medido en un punto que está a 5/8 de pulgada desde el hombro. El Número de Conexión es el diámetro del paso multiplicado por 10 y truncado a los dos primeros dígitos = XY 5/8” DIÁMETRO DE PASO DE PUNTO DE CALIBRE XY
  36. 36. Si el diámetro de paso es 5.0417 pulgadas à Esta es una conexión NC50 Multiplique 5.0417 por 10 ® 50.417 Escoja los primeros dos dígitos ®50 Por lo tanto, la conexión numerada será: NC 50 Hay 17 NC’s en uso : desde la NC-10 (1-1/16”) hasta la NC-77 (7 ¾”) DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Conexiones Numeradas para Sarta de Perforación Tamaños típicos de Conexión Numerada, NC: NC 50 para acoples con diámetro externo de 6 ½” de la tubería de Perf. de 5” NC 38 para acoples con 4 3/4” OD en tubería de perforación de 3 ½” .
  37. 37. NC 26 NC 31 NC 38 NC 40 NC46 NC50 IF 2-3/8 2-7/8 3-1/2 4 4-1/2 FH 4 XH 2-7/8 3-1/2 4-1/2 5 DSL 3-1/2 4-1/2 5-1/2 SH 2-7/8 3-1/2 4 4-1/2 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo de Conexiones Intercambiables Int Flush Full Hole Extra Hole Dbl Streamline SLIM HOLE Ext Flush EF 4-1/2
  38. 38. Los Lastra Barrena, DC DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Los Collares (ó Lastra barrenas) tienen las siguientes funciones en la sarta de perforación: • Protegen la Sarta de perforación de Doblamiento y la Torsión • Controlan la dirección y la inclinación de los pozos. • Para perforar pozos rectos y pozos verticales. • Reducen las “patas de perro”, asientos de llave y salientes. • Aseguran que la sarta de revestimiento sea bajada exitosamente • Mejoran el desempeño de la barrena. • Reducen la perforación irregular, tubería pegada y brincos. • Como herramientas de pesca, para pruebas de formación y en operaciones de terminación del pozo.
  39. 39. Lastra Barrena (DC) DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private DC Liso DC Espiralado 1. Los dos tipos de lastra barrena son ampliamente utilizados. 2. En áreas con posibilidad de que ocurra pega diferencial de la sarta se deben emplear (DC) y tubería de perforación pesada (HWDP) con superficie exterior espiralada para reducir el área de contacto con la formación.
  40. 40. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Tamaños API de los Lastra Barrena
  41. 41. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Tamaños API de los Lastra Barrena OD ID Range Weight Range OD ID Range Weight Range ppf ppf 2 7/8 1 - 1.5 16 - 19 6 1/4 1.5 - 3.5 72 - 98 3 1 - 1.5 18 - 21 6 1/2 1.5 - 3.5 80 - 107 3 1/8 1 - 1.5 20 - 22 6 3/4 1.5 - 3.5 89 - 116 3 1/4 1 - 1.5 22 - 26 7 1.5 - 4 84 - 125 3 1/2 1 - 1.5 27 - 30 7 1/4 1.5 - 4 93 - 134 3 3/4 1 - 1.5 32 - 35 7.5 1.5 - 4 102 - 144 4 1 - 2.25 29 - 40 7.75 1.5 - 4 112 - 154 4 1/8 1 - 2.25 32 - 43 8 1.5 - 4 122 - 165 4 1/4 1 - 2.25 35 - 46 8 1/4 1.5 - 4 133 - 176 4 1/2 1 - 2.25 41 - 51 8 1/2 1.5 - 4 150 - 187 4 3/4 1.5 - 2.5 44 - 54 9 1.5 - 4 174 - 210 5 1.5 - 2.5 50 - 61 9 1/2 1.5 - 4 198 - 234 5 1/4 1.5 - 2.5 57 - 68 9 3/4 1.5 - 4 211 - 248 5 1/2 1.5 - 2.8125 60 - 75 10 1.5 - 4 225 - 261 5 3/4 1.5 - 3.25 60 - 82 11 1.5 - 4 281 - 317 6 1.5 - 3.25 68 - 90 12 1.5 - 4 342 - 379
  42. 42. Selección de los lastra barrena DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private • Proveen el máximo peso con la mínima longitud (manejo) • Máximo OD; Mínimo ID • Tienen resistencia a la compresión •Conexiones Balanceadas • Estabilidad en vibración, bamboleo y saltos • Gran masa para resistir los efectos de inercia y de rueda volante • Rigidéz para trayectorias direccionales • La sarta no estará demasiado pandeada o recostada • Condiciones de pesca • Los conectores macho (pin) son más débiles • Espacio suficiente en los díametros OD/ID para acomodar los pescadores internos y externos
  43. 43. Tubería de Perforación Pesada o de Pared Gruesa (HWDP) HEAVY-WALLED DRILL PIPE (HWDP) DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Tiene el mismo diámetro externo que la tubería de perforación normal pero el diámetro interno es mucho más reducido (normalmente 3”) y un refuerzo en la mitad del cuerpo del tubular del tamaño de los acoples para resistir el desgaste por abrasión contra la pared del hoyo. Se usa entre tubería de perforación normal y los lastra barrena para permitir que haya una transición suave entre los “módulos de sección” de los componentes de la sarta de perforación.
  44. 44. Tubería de Perforación Pesada o de Pared Gruesa DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Opciones de Selección a) Lisa b) Espiral (HWDP)
  45. 45. Control Direccional de la Trayectoria DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private · Los pozos se mueven debido a las fuerzas que actúan sobre la barrena. · La rotación provoca caminado o efecto de tirabuzón · El combamiento provoca fuerzas laterales · Aplica fuerzas laterales sobre la barrena o la desgasta con afilado en la punta · La gravedad siempre ejerce una fuerza que jala hacia abajo · Los pozos desviados tienden a reducir el ángulo construído
  46. 46. Control Direccional CONFIGURACIONES ESTÁNDAR DE HERRAMIENTA DE FONDO DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Todos los pozos ya sean verticales o desviados requieren un diseño cuidadoso de la herramienta de fondo para controlar la dirección del pozo con el propósito de lograr los objetivos del blanco. El principal medio para mantener el control de la dirección en un pozo es por medio del posicionamiento efectivo de estabilizadores dentro de la herramienta de fondo, BHA.
  47. 47. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Estabilizadores Razones para usar estabilizadores: 1. Se usan como el método fundamental para controlar el comportamiento direccional de la mayoría de las herramientas de fondo. 2. Ayudan a concentrar el peso de la herramienta de fondo sobre la barrena. 3. Reducen al mínimo el doblamiento y las vibraciones que causan el desgaste de los acoples y dañan los componentes de la herramienta de fondo tales como los MWDs. 4. Reducen el torque de perforación al evitar que haya contacto del collar con las paredes del pozo y los mantiene concéntricos dentro del hoyo. 5. Ayudan a evitar el que la tubería se pegue por presión diferencial y también la formación de asientos de llave.
  48. 48. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Estabilizadores Tipos de Estabilizadores y Aplicaciones : 1. Camisa Reemplazable Valioso en donde la logística es un problema 2. Cuchilla Soldada Para Pozos diámetro grande y en formaciones blandas 3. Cuchilla Integral Durabilidad máxima para aplicaciones rudas. Los de mayor uso en la actualidad 4. Camisa no rotaria Para formaciones muy duras o abrasivas 5. Escariador de rodillos Para formaciones duras
  49. 49. Estabilizadores DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Tipos de Estabilizadores
  50. 50. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Escariadores de Rodillos
  51. 51. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Control Direccional Principios Básicos del Control Direccional en Perforación 1. El Principio de Fulcrum – Se usa para construir el ángulo (incrementar la inclinación del agujero) 2. El Principio de Estabilización – Se usa para mantener el ángulo y la dirección 3. El Principio del Péndulo – Se usa para hacer caer (reducir) el ángulo.
  52. 52. Control Direccional DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private El Principio Fulcrum: Un ensamblaje con un Estabilizador Cercano a la Barrena y de pleno calibre, seguido por 40’ – 120’ de lastra barrena antes del primer Estabilizador de Sarta, o aún sin estabilizador de sarta, va a desarrollar un ángulo cuando se aplica el peso sobre la barrena. Por ejemplo en un pozo de 17 ½” utilizando collares de perforación de 9 ½” si el primer estabilizador de la sarta se coloca a 90 pies de la barrena el ensamble puede desarrollar de 2.0 a 3.5 grados por 100 pies. Al reducir la distancia se disminuirá la tasa de construcción angular así: Distancia NBS – Estabilizador de Sarta Desviación en grados esperada (grados / 100 pies ) 60 pies 1.5 – 2.5 45 pies 0.5 – 1.5 30 pies 0.5 – 1.0 Nota: En pozos de diámetros más pequeños utilizando lastra barrena más pequeños la tasa de incremento angular será mayor.
  53. 53. Control Direccional DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Otros factores que afectan la tasa de construcción de ángulo: •Parámetros de Perforación: •Un incremento en el peso sobre la barrena incrementará la velocidad de construcción angular •Un incremento en la velocidad de rotación reducirá la tasa de aumento del ángulo •Un aumento en el caudal en la bomba (gasto) en formaciones blandas disminuirá la tasa de construcción angular debido a la tendencia al lavado por erosión. •Tipo de Formación y el ángulo del echado de los estratos. •Inclinación del pozo.
  54. 54. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private El Principio de Estabilización – Si hay tres estabilizadores colocados en la sarta de tal forma que el espaciamiento entre ellos sea corto, la herramienta de fondo va a resistirse a seguir una curva y forzará la barrena a perforar en una trayectoria relativamente recta. Las Herramientas de Fondo con este tipo de configuración se llaman “Ensambles Empacados”. El ensamble empacado estándar es: Barrena – FG NBS – lastra barrena corto – FG Stab. – lastra barrena estándar – FG Stab – lastra barrena estándar. …. Otros ensambles empacados son: Barrena – FG NBS – lastra barrena corto – UG Stab. – lastra barrena – FG Stab – lastra barrena – FG stab. Barrena – FG NBS – FG Estabilizador de Sarta - lastra barrena – FG Stab. – FG Stab. - lastra barrena . …. Control Direccional
  55. 55. Control Direccional DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private El Principio de Péndulo: Como su nombre lo indica en un ensamble de péndulo la barrena va a tratar de llegar a la vertical debido al efecto de péndulo. Este ensamble se diseña colocando un Estabilizador de Sarta entre 15 y 60 pies distante de la barrena y no colocando un NBS ni de pleno calibre ni de calibre reducido. Si los lastra barrena entre el estabilizador y la barrena hacen contacto con la pared del pozo la longitud del péndulo se va a reducir y si se coloca demasiado peso sobre la barrena el ensamble de péndulo de hecho podría empezar a construir ángulo; por lo tanto, se requiere de una selección cuidadosa de parámetros.
  56. 56. Control Direccional Tipos de Ensamblajes de Fondo Rotacionales DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private • Ensamble de Péndulo --x---x------> • Ensamble Empacado ---x---x---x-x> • Ensamble para construir rotando ------x------x> • Ensamble Dirigible • Ensamble de Motor de Lodo con Acople Torcido
  57. 57. Herramientas de Fondo Típicas STAB Para Control Direccional DRILL COLLAR DRILL DRILL COLLAR STAB DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 1. SLICK 2. PENDULUM 3. BUILD 4. PACKED II 5. PACKED III 6. PACKED IV 7. PACKED V DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR DRILL COLLAR STAB DRILL COLLAR DRILL COLLAR STAB DRILL COLLAR STAB DRILL COLLAR FULL GAUGE STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB STAB SHOCK SUB SHOCK SUB SHOCK SUB SHOCK SUB SHOCK SUB SHOCK SUB FULL GAUGE STAB FULL GAUGE STAB FULL GAUGE STAB PONY PONY PONY DRILL COLLAR
  58. 58. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño Mecánico De la Sarta de Perforación
  59. 59. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño de La Sarta de Perforación La sarta de perforación comprende: · Tubería de Perforación operando en Tensión · Tubería Pesada (HWDP) y a veces también la TP · Operando en Compresión o en Tensión · Lastra barrena de varios tamaños · Por lo general operando en Compresión · Accesorios tales como barrenas, estabilizadores, motores, escariadores, fresas, martillos,etc, etc para cumplir los objetivos de la perforación de POZOS VERTICALES Y DE ÁNGULO MODERADO
  60. 60. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Factores de Diseño para la Sarta de Perforación Factor de Diseño por Tensión, rige que la tensión máxima permisible en el sistema En SLB el DFt = 1.1 Margen de sobre tensión MOP, Capacidad de tensión en exceso deseada por encima del peso colgante de la sarta en la superficie. En SLB el MOP se fija entre 50K y 100K Lbs. Exceso de Peso DFbha de la Herramienta de Fondo (BHA). Cantidad de la Herramienta de Fondo en términos de peso en exceso del peso usado para perforar para asegurarse de que todas las cargas de compresión y de torsión se mantengan en los lastra barrena. En SLB el Dfbha = 1.15
  61. 61. Factores de Diseño para la Sarta de Perforación DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Factor de diseño por Torsión, No se requiere un factor de diseño. Los acoples se ajustan hasta un 60% de su capacidad torsional y están diseñados para resistir hasta un 80 % de la capacidad de torsión del tubo. De esta forma si el diseño limita el apretado del acople, hay un factor de diseño adecuado construido dentro del sistema. Factor de Diseño al Colapso, La capacidad en el cuerpo de la tubería es considerada inferior para tomar en cuenta la reducción en el esfuerzo a la tensión biaxial y en SLB se usa un factor de diseño al colapso, DFc entre 1.1 y 1.15
  62. 62. Factores de Diseño para la Sarta de Perforación DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Factor de Diseño para el Estallido Se consideran estallidos simples sin tolerancia para efectos axiales. En SLB el factor de diseño al estallido, DFB = 1.0 Factor de Diseño Para Pandeamiento, DFb En pozos muy desviados es posible operar la tubería de perforación en compresión, siempre y cuando no esté pandeada. El factor de diseño al pandeamiento es análogo al factor para exceso de peso del BHA ya discutido, DFbha para pozos rectos o ligeramente desviados en el cual este factor tiene el efecto de alargar el el BHA, el DFb reducirá el peso permitido para perforar pozos altamente desviados
  63. 63. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Proceso de Diseño de la Sarta de Perforación · Diseño de los lastra barrena · Diámetro externo máximo del DC que se pueda manejar, pescar y usar para perforar. · Selección de Conexiones · Razón de Resistencia a la Flexión (BSR) · Capacidad de torque · Exceso de peso en la Herramienta de Fondo para proveere el peso sobre la barrena WOB y mantener la tubería en tensión · WOB · Estabilización
  64. 64. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Proceso de Diseño de la Sarta de Perforación · Fuerzas de aplastamiento de las cuñas sobre la tubería de perforación · Diseño de la Sobre Tensión aplicable en superficie · Longitudes de las secciones de tubería de perforación · Revisión de Diseño para estallido · Revisión de diseño contra el colapso por esfuerzos
  65. 65. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño Mecánico De la Sarta de Perforación Lastra barrena
  66. 66. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Conexiones de los Lastra Barrena Características de Liberación de Esfuerzos • Las conexiones (roscas) de la tubería de perforación no tienen características de liberación de esfuerzo puesto que el cuerpo flexible se dobla fácilmente y absorbe la mayor parte del esfuerzo de doblamiento que se aplica. • Por lo tanto las conexiones de la tubería de perforación están sujetas a menos doblamiento que el cuerpo de la misma • En cambio DC y otros componentes de la herramienta de fondo son mucho más rígidos que la tubería de perforación y en ellos gran parte de los esfuerzos por doblamiento se transfieren a las conexiones. • Estos esfuerzos por doblamiento pueden causar falla por fatiga en las conexiones.
  67. 67. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Fotografía de una Función del Perno de Liberación de Esfuerzos
  68. 68. Conexiones de los lastra barrena DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private ¿Qué son las características de liberación de esfuerzo y cuándo se usan? • Piñón (rosca macho) con ranura para alivio y conexión de caja ensanchada son diseños especiales para aliviar o liberar esfuerzos en la conexión. • Las características de liberación de esfuerzos se deben especificar en todas las conexiones de las herramienta de fondo tamaño NC-38 o mayores. • Estas características son benéficas también para la tubería pesada HWDP. • Las ranuras de liberación de esfuerzos en el pin no se recomiendan en conexiones más pequeñas que NC-38 porque pueden debilitar la resistencia a la tensión y la resistencia de torsión de la conexión. • Las conexiones de caja ensanchada se podrían usar en las conexiones más pequeñas.
  69. 69. Conexiones de los Lastra Barrena DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Los efectos de los esfuerzos de doblamiento sobre las conexiones se pueden reducir al agregar “RANURA PARA ALIVIO DE ESFUERZOS” en el PIN y/ó “ENSANCHADO EN EL DIÁMETRO SUPERIOR DE LA CAJA”.
  70. 70. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Selección de los lastra barrena ó DC · Normalmente el DC con el diámetro externo más grande que se puede correr con seguridad es la mejor opción. · La rigidez mayor para resistir pandeamiento y tendencias de dirección lisas. · El movimiento cíclico está restringido debido a espacios más reducidos. · Se acorta la herramienta de fondo para · Reducir el tiempo de manejo en la superficie · Reducir la cantidad de conexiones (puntos de falla) en el pozo. · Disminuir la longitud de los DC en contacto con la pared para reducir la exposición a que se pegue la tubería por presión diferencial.
  71. 71. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño del Ensamblaje de Fondo, BHA Los DC proporcionan Peso a sobre la Barrena 1. Los collares de perforación permiten colocar peso al apoyar la sarta sobre la barrena porque pueden rotar en compresión sin sufrir daños en las conexiones. Al mismo tiempo mantienen a la tubería de perforación en tensión. 2. Los DC tienen una rigidez significativamente mayor cuando se comparan con la tubería de perforación. 3. La tubería de perforación tiende a pandearse en compresión. 4. Un pandeo repetido va a hacer que haya una falla temprana de la tubería de perforación. 5. La falla por fatiga de la tubería se puede eliminar si se mantiene en condiciones de tensión constante.
  72. 72. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Remember about Fishing
  73. 73. Módulo de la Sección para las Conexiones DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private El módulo de la Sección es un término refinado para referirse al área y al grado de alejamiento de una forma de material dividido por la distancia desde el extremo de la forma hasta el punto donde los esfuerzos son cero
  74. 74. Z Z box pin box DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Razón o Relación de Resistencia a la Flexión · La razón de Resistencia a la Flexión es la rigidez relativa de la caja con respecto al perno de una conexión dada. · Describe el balance entre dos miembros de una conexión y cómo es probable que se comporten en un ambiente cíclico de rotación. 4 4 - ( D b ) D 4 4 ( R d ) p 32 32 4 4 - ( D b ) D 4 4 - R d R Z BSR R Z BSR pin ( ) = = - = = p Donde: Zbox = módulo de la sección de la caja Zpin = módulo de la sección del perno D = Diámetro exterior del perno y la caja b = Diámetro de la raíz de la rosca de la caja al final del perno R = Diámetro de la raíz de la rosca de las roscas del perno ¾ de pulgada del hombro del perno. . d= diámetro interior o agujero. ( Ver el diagrama de la siguiente lámina ) Se aplica a tanto a las conexiones y a los cambios de diámetro de los components de la sarta
  75. 75. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Módulo de Sección para Conexiones Para la caja, el diámetro interno es medido en la base de la rosca, frente al extremo del pin, b Para el pin, el diámetro Externo es medido en la raíz de la rosca a una distancia de ¾” desde la cara o sello de espejo del acople, R Las dimensions son del API o de las especificaciónes del fabricante de la conexión
  76. 76. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Razón o Relación de resistencia a la Flexión para las Conexiones · Se dice que una conexión está balanceada si la razón de resistencia a la flexión es 2.5 · Cuando la razón de resistencia a la flexión es superior se tienden a ver fallas de pernos o pines. · Cuando la razón de resistencia a la flexión es inferior se tienden a ver más fallas en las cajas. · Sin embargo, la experiencia en campo ha mostrado que: · Un collar de perforación de 8” que tiene una razón de resistencia a la flexión de 2.5 normalmente falla en la caja. · Un collar de perforación de 4-3/4” que tiene una razón de resistencia a la flexión tan baja como 1.8 muy rara vez falla en la caja.
  77. 77. Razón o Relación de resistencia a la Flexión para las Conexiones DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Esta tabla está extraída de T.H. Hill & Associates Inc. Norma DS-1.
  78. 78. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Directrices Adicionales para la Razón de Resistencia a la Flexión · RPM Elevadas, una Formación Blanda con collar de perforación pequeño (8 pulgadas en un pozo de 12.25 o 6 pulgadas en un pozo de 8.25), 2.25-2.75 · RPM Bajas, formaciones duras, collar de perforación grande (10 pulgadas en pozo12-1/4, 2.5-3.2 (3.4 si se usa conexión tipo lo-torq) · Formaciones Abrasivas, 2.5-3.0 · Cargas de choque o torque / barrenas bi-céntricas para aplicaciones URWD URF ERD, 2.5-2.75
  79. 79. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Función Lo-Torq •La función “low torque” consiste en quitar parte del área del hombro del perno y de la caja. •Esto permite tener un torque para conexión menor y mantener una carga de hombro adecuada. •Es una característica común en conexiones con diámetro externo grande.
  80. 80. Razones BSR para DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Conexiones • Afortunadamente para usted API ya ha resuelto el problema. • Las páginas 39-44 del API RP7G dan una lista de las razones de resistencia a la flexión para conexiones de acuerdo con el diámetro externo e interno del DC.
  81. 81. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo de Tablas de Razón de Resistencia a la Flexión (Manual DS1 - T.H. Hill )
  82. 82. - OD OD ID upr lwr lwr DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Relación de Rigidez para Transiciones · Basados en experiencia de campo, en una transición de un tamaño de DC o tubería a otro, la razón de rigidez (SR) no deberá exceder · 5.5 para perforación de rutina · 3.5 para perforación en condiciones severas o difíciles ( 4 4 ) ( 4 4 ) lwr upr upr lwr upr OD OD ID Z Z SR - = = Nota: Las razones de rigidez se calculan utilizando los diámetros externos y los diámetros internos de los tubos, no las conexiones.
  83. 83. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-03 Razón de Resistencia a la Flexión · Dado que vamos a perforar un pozo de 15 pulgadas, en un ambiente relativamente duro, de perforación difícil, ¿qué collar API usted recomendaría? ¿Cuál sería su recomendación para la razón de resistencia a la flexión para la conexión seleccionada y cuáles serían sus límites en los diámetros interno y externo permisibles para los collares? · ¿Cuál sería la razón de rigidez entre el DC y la tubería de perforación de 4-1/2? ¿Es aceptable? ¿Si no lo es, usted qué haría?
  84. 84. Diseño de la Herramienta de Fondo Peso Mínimo de DC para colocar sobre la barrena y mantener el Punto Neutral dentro del BHA Max AvailableWt DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 1. Factor de Diseño para exceso de herramienta de fondo =1.15 2. El Punto Neutral (NP) a la tensión debe estar dentro de los collares de perforación = 1.15 Max WorkingWt
  85. 85. Diseño de la Herramienta de Fondo Peso de los lastra barrena y Punto Neutral Tensión DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Compresión Punto neutral WOB de Diseño WOB WOB
  86. 86. Diseño de la herramienta de Fondo BF = 1- (MW/65.5) DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Procedimiento para selección de los lastra barrena: 1. Determine el factor de flotación para el peso del lodo que se está en el pozo empleando la fórmula siguiente: donde BF = Factor de Flotación, adimensional MW = Peso del lodo dentro del pozo, en lbs/gal 65.5 = Peso de un galón de acero, lbs/gal
  87. 87. Diseño de la Herramienta de Fondo Procedimiento para Seleccionar los collares de perforación: DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 2. Calcular la longitud de DC requerida para lograr el peso deseado en la barrena: Longitud del DC = 1.15* WOB / (BF*Wdc) donde: WOB = Peso deseado en la barrena, lbf (x 1000) BF = Factor de flotación, adimensional W dc = Peso del collar de perforación en el aire, lb/ft 1.15 =15% factor de seguridad. El factor de seguridad de 15% asegura que el punto neutro permanezca dentro de los collares cuando fuerzas imprevistas (rebote, desviación pequeña y fricción del pozo) están presentes.
  88. 88. Diseño de la Herramienta de Fondo Procedimiento para selección de los lastra barrena: DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 3. Para pozos direccionales: Longitud del DC = Longitud Vertical del DC / Cos I donde: I = Inclinación del pozo Observe que para los pozos horizontales los collares de perforación no se usan normalmente y la selección de la herramienta de fondo se basa totalmente en la prevención del pandeo.
  89. 89. Ejemplo DP-04 Cantidad y Tamaño de lastra barrena DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Determine el tamaño y la cantidad de collares de perforación de 9 pulgadas de diámetro externo por 3 pulgadas de diámetro interno que se requieren para obtener un peso sobre la barrena de 55,000 lbf, suponiendo Desviación del pozo = 0° Densidad de Lodo = 12 ppg
  90. 90. Ejemplo DP-04 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Solución Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotación BF = 1- (12/65.5) = 0.817 Peso en el aire de los lastra barrena = 55,000/0.817 = 67,319 lbf Por lo tanto, el peso en el aire requerido de los DC deberá ser un 15% adicional para asegurar que el NP esté en el BHA Peso de los DC = 67,319 x 1.15 = 77,416 lbf
  91. 91. Ejemplo DP-04 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Suponga que los tamaños de lastra barrena disponibles son DE x DI, 9”x 3”. De los cálculos, el peso por pie para este tamaño es 192 lb/ft. (La mayoría de los DC están en longitudes de 30 pies) Un lastra barrena pesa = 30*192 = 5,760 lb Cantidad de lastra barrena = 77,416 / 5,760 = 13.54 ==> 14 Juntas Continuación de la Solución
  92. 92. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Límites de Torsión para los lastra barrena · El torque está limitado por la conexión del DC · Usualmente es mayor para la tubería en superficie y menor para los lastra barrena de fondo · Si el torque de ajuste en la conexión de los DC es mayor que el torque de ajuste en la conexión de la tubería de perforación no se deberán tener problemas rutinarios. · El torque del BHA en cualquier punto no deberá exceder de 80 % del torque de ajuste para las conexiones en el pozo para evitar sobre apretar las conexiones lo cual puede hacer que se dañen los sellos. · Posible incremento del torque en la conexión · Uso de lastra barrena con menor Diámetro Interno, ID · Cambio de parámetros para reducir el torque en el BHA
  93. 93. Límites de torsión para los lastra barrena DC< 7 in DC>7 in PAC 79.5% N/a H-90 51.1% 56.2% DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private TORQUE DE CONEXIÓN COMO PORCENTAJE DEL TORQUE TOTAL El torque de ajuste recomendado por el API para las conexiones es un porcentaje de la cedencia total a la torsión de la conexión API NC 56.8% 62.5%
  94. 94. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Tablas de Torque de Ajuste para Conexión los DC
  95. 95. Límites de torsión para los lastra barrena DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private •Normativa del API El torque de ajuste del acople deberá ser el 60% de la resistencia del acople a la cedencia que a su vez es el 80% de la cedencia torsional en el cuerpo del tubo
  96. 96. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-05 · Planeamos perforar un pozo recto de 16 pulgadas hasta 15,000 pies. Anticipamos que la perforación va a ser difícil y deseamos usar 6,000 lb por pulgada de diámetro para el peso de la barrena. El pozo se va a perforar en lodo de 10 ppg. En existencia tenemos · 10,000 pies de 5” S135 NC50 6 ½” X 2 7/8” · 5,000 pies de 5” G105 NC50 6 1/8” X 3 3/8” · 24 tramos de 5 pulg tubería HW, NC50, 6 5/8” X 2 ¾” · 18 tramos de DC de 6 ¾” x 2 ½” · 12 tramos de DC de 8” x 3”. · 6 tramos de DC de 9” x 3” · Si se necesita, se podrían rentar hasta 6 DCde perforación de 11” x 3”
  97. 97. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-05 continuación · ¿Qué sarta de DC recomendaría usted y porqué? · ¿Cuál es el peso permisible máximo? · ¿Dónde está el punto neutral a la tensión? · ¿Cuál es la relación de resistencia a la flexión de las conexiones que seleccionó? · ¿Cuál es la relación · de rigidez para cada transición? · ¿Cuál es el torque máximo permisible sobre la herramienta de fondo y cuál es su resistencia torsional?
  98. 98. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-05 – Solución WOB requerido = 16 x 6000 = 96,000 lbs. Peso en el aire de los lastra barrena = WOB / Factor de Flotación BF = 1 - (10/65.5) = 0.8473 Peso en el aire de los lastra barrena = 96,000/0.8473 = 113,301 lbf Por lo tanto, peso requerido de los lastra barrena = 113,301 x 1.15 = 130,296 lbf
  99. 99. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-05 – Solución Determinando Cantidad y Tamaños 9 jts de HWDP de 5” = 9 X 30 X 53.7 = 14,499 lbs 12 jts DC de 6 ¾” x 2 ½” = 12 X 30 X 105 = 37,800 lbs 6 jts DC de 9” x 3” = 6 X 30 X 192 = 34,560 lbs 5 jts DC de 11”x 3” = 5 X 30 X 299 = 44,850 lbs Longitud de BHA = 960 ft. Peso Total BHA = 131,709 lbs.
  100. 100. Ejemplo DP-05 – Solución DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Selección de Conexiones ·9 jts HDP de 5” = NC50 => BSR = ·12 jts DC de 6 ¾”x 2 ½” = NC46 => BSR = 3.3 ·6 jts DC de 9” x 3” = NC61 => BSR = 3.22 ·5 jts DC de 11” x 3” = 8 5/8” Reg => BSR = 2.84 ·SR de 11”X 3” a 9”X 3” = 1.83 ·SR de 9”X3” a 6 ¾”X 2.5” = 2.38 ·SR de 6 ¾” X 2.5 a 5” X 3” = 2.77 ·SR de 5” X 3” a 5” X 4.276” = 1.87
  101. 101. Ejemplo DP-05 – Solución DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Limitaciones de Torque ·5” NC50, S135 DP = 34,190 ft/lb ·5” NC50, G105 DP = 22,820 ft/lb ·NC 50 HWDP = 38,040 ft/lb ·6 ¾” x 2 ½” NC46 = 25,850 ft/lb ·9” x 3” NC61 = 74,090 ft/lb ·11”x 3” 8 5/8” Reg = 130,680 ft/lb ·Más bajo = 22,820 x 0.8 = 18,256 ft/lbs
  102. 102. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño de Sarta de Perforación Diseño de Tubería de Perforación
  103. 103. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Parámetros de Diseño según el API –– RP 7G • Tabla 1-3 Datos de Tubería Nueva • Tabla 4-5 Datos de Tubería Clase Premium • Tabla 6-7 Datos de Tubería Clase 2 • Tabla 8 Datos de Acoples de tubería • Tabla 10 Datos del Torque de ajuste en la conexión • Tabla 13 Peso de los DC (Collares de perforación) • Tabla 14 Datos del Torque de Ajuste • Fig 26-32 Datos de Rigidéz (BSR) de los DC
  104. 104. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño de la Sarta por Tensión · Una vez que ya se ha diseñado la herramienta de fondo, se necesita: · Añadir la tubería de perforación para que en la superficie se pueda · Sostener el peso de la herramienta de fondo · Sostener el peso de la tubería entre la herramienta de fondo y la superficie · Soportar el margen de sobre tensión seleccionado. · Soportar las fuerzas de las cuñas sobre la tubería que tratan de aplastarla. · Esto se hace utilizando un factor de seguridad a la tensión, SF de 1.1 · Esto también supone que nunca salimos del rango elástico de la tubería
  105. 105. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private La mayor tensión (carga de trabajo Pw) sobre la sarta de perforación se presenta en el tramo superior cuando se llega a la máxima profundidad perforada. Working Strength Tubería de perforación Ldp Collares de perforación Ldc P Parámetros de Diseño Diseño para la Tensión
  106. 106. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño para la Tensión Peso Total, Tsurf, soportado por la junta superior de la tubería de perforación cuando la barrena está justo arriba del fondo; T [(L W L W )] BF surf dp dp dc dc = ´ + ´ ´ BF m s = 1 - r r Ldp = longitud de la tubería de perforación Wdp = peso de la tubería de perforación por unidad de longitud Ldc = Peso de los lastra barrena Wdc = peso de los lastra barrena por unidad de longitud. Resistencia de Trabajo ….(1) Parámetros de Diseño Ldp Ldc P Tubería de perforación Collares de perforación
  107. 107. Parámetros de Diseño Diseño para la Tensión DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private La sarta de perforación no está diseñada de acuerdo con la resistencia de cedencia mínima. Si al tensionar la la tubería de perforación se alcanza su punto de cedencia: 1. Tendrá una deformación total que es la suma de las deformaciones elástica y plástica (permanente). 2. El estiramiento permanente se quedará en la tubería de perforación (no desaparecerá al quitar la tensión aplicada) 3. Será difícil conservar la tubería recta.
  108. 108. Carga de Diseño Máxima Permisible DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Para evitar daño por deformación a la tubería de perforación, API recomienda que se use una carga máxima de diseño permisible ( Pa) Pa = 0.9 x Tyield ….(2) Pa = Carga de diseño máxima permisible en tensión, lb Tyield = Resistencia a la cedencia teórica dada en las tablas API, lbs 0.9 = Un límite proporcional constante relacionado con el punto de cedencia IPM Define que un factor de diseño de tensión de 1.1 se debe aplicar a las cargas de diseño. Por medio de esto se logra lo mismo. NO HAGA DOBLE BUZAMIENTO
  109. 109. Margen de sobre tensión DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private El margen de sobre tensión es nominalmente de 50- 100 k, o en el límite de la diferencia entre la carga máxima permisible menos la carga real. Opciones del Margen de Sobre Tensión que se deben considerar – Condiciones generales de perforación – Arrastre de la sarta en el pozo – Posibilidad de atrapamiento de la sarta –Aplastamiento con las cuñas al asentarse sobre la MR – Cargas dinámicas
  110. 110. Procedimiento de Diseño Margen de sobre tensión DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 1. Determine la carga máxima de diseño (Tmax) : (máxima carga para la que se debe diseñar la sarta de perforación) Tmax = 0.9 x Punto de Cedencia mínimo … lb Se debe considerar la clase de tubería
  111. 111. Procedimiento de Diseño 2. Calcule la carga total en superficie usando T [(L W L W )] BF surf dp dp dc dc = ´ + ´ ´ 3. Margen de Sobre Tensión: Fuerza de tensión mínima por encima de la carga de trabajo esperada para tomar en cuenta cualquier arrastre o que se atore la tubería. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private MOP T - Tsurf max = ….(3) ….(1)
  112. 112. 4. La longitud máxima de la tubería de perforación que se puede usar se obtiene al combinar las ecuaciones 1 y 3 y despejando la longitud de la tubería de perforación. ´ - T MOP L - ´ ´ DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private dc dc dp dp yield W dp L W W BF = 0.9 ….(4) Procedimiento de Diseño
  113. 113. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado · Longitud de los collares de perforación: 600’ y peso en el aire es de 150 lb/ft. · Margen de sobretensión = 100,000 lbs. · 5” / 19.5 lb/ft Premium G-105 DP con conexiones NC50. Calcule la profundidad máxima del pozo que se puede perforar Suponga que BF= 0.85 · Realice los cálculos sin Margen de Sobre Tensión y con un Margen de Sobre Tensión de 100,000 lb · Utilice las tablas API - RP7G para los valores del Peso Aproximado (Wdp) y para el Punto de Cedencia Mínimo.
  114. 114. Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado Solución sin Margen de sobre tensión Carga de diseño máxima ( Tmax) Pa = 0.9 x Mínimo punto de cedencia Pa = 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb …(1) (RP7G – T4) 150 - 392,535 0 Ldp - = DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Carga real soportada ( Pf) P = 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] … (2) (RP7G T9) ft x * 600 16,962 21.92 21.92 0.85 = Máxima profund.a perforar = Ldp + Ldc = 16,962 + 600 = 17,562 pies
  115. 115. Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado ´ - T MOP L - ´ ´ DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Repita el ejemplo anterior con Margen de sobre tensión utilizando la fórmula; dc dc dp dp yield W dp L W W BF = 0.9 Máxima Profundidad de Perforación = Ldp + Ldc
  116. 116. Ejemplo DP-06 Tubería de Perforación de un solo Grado Solución con Margen de sobre tensión Carga de diseño máxima ( Pa) Tmax = 0.9 x Punto de cedencia mínimo Tmax= 0.9 x 436, 150 = 392,535 lb …(1) (RP7G – T4) 150 - 392,535 100,000 Ldp - = DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Carga real soportada ( P) Tsurf= 0.85 [ 21.92 x Ldp + 150 x 600] … (2) (RP7G T9) ft x * 600 11,595 21.92 21.92 0.85 = Profund.Máxima a Perforar = Ldp + Ldc = 11,595 + 600 = 12,195 pies
  117. 117. DK L DK æ ç çè = + + 2 L 2 S h S Hoop Stress Tensile Stress 1 t s s = = ö ÷ ÷ø D Pipe OD in L Slip length in s ( ); = + = K y z y Slip Taper ' '' 2 o 1/ tan( ); (9 27 45 ) = m m = DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Fuerza de Aplastamiento por Las Cuñas · Las cuñas debido a la forma cónica tratan de aplastar a la tubería de perforación. Este esfuerzo en anillo es resistido por el tubo y a la vez incrementa el esfuerzo global en el acero. ( ) z ArcTan ( ) ; coeff Friction ( 0.08 for dope)
  118. 118. Equivalent Axial Load Horz to Tang Stress Ratio Hoop Stress Working load * = DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Fuerza de Aplastamiento por las Cuñas · Generalmente se expresa como un factor DP TUBE 12 in 16 in 2 3/8 1.25 1.18 2 7/8 1.31 1.22 3 1/2 1.39 1.28 4 1.45 1.32 4 1/2 1.52 1.37 5 1.59 1.42 5 1/2 1.66 1.47 6 5/8 1.82 1.59 SLIP LENGTH Tensile Stress S P = Load P Axial h t S
  119. 119. ´ L - dc ´ yield W S S T ´ DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Como un Parámetro de Diseño · Únicamente puede perforar hasta donde pueda poner la tubería en las cuñas. · Diferente a la Sobre Tensión, este se basa en las cargas de trabajo. dc dp dp T h dp L W W BF = 0.9
  120. 120. Ejemplo DP-07 Diseño por Tensión con Margen de Sobre Tensión y Fuerza de Aplastamiento con las Cuñas ´ - T MOP L - ´ ´ DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Una sarta de perforación consiste de 600 pies de collares de 8 ¼ “ x 2-13/16” y el resto es tubería de perforación de 5”, 19.5 lbm/pie, Grado X95 con conexiones NC50. Si el Margen de Sobre Tensión requerido es de 100,000 lb y el peso del lodo en el pozo es 10 ppg, calcule: 1) La profundidad máxima que se puede perforar cuando (a) se usa tubería de perforación nueva y (b) tubería de perforación Premium. (únicamente Margen de sobre tensión) 2) ¿Cuál es la profundidad máxima a la que se puede perforar tomando en consideración la fuerza de aplastamiento por cuñas para (a) y (b) anteriores ? ¿Para qué carga de gancho corresponde esto? ¿Cuál es el Margen de sobre tensión en este caso? dc dc dp dp yield W dp L W W BF = 0.9
  121. 121. p Ejemplo DP-07 A ´1 ft ´ r = (( ) 2 - ( ) 2 ) ´ ´ ´ s 4 825 . 28125 . 1 4895 . =160.5 lbm/ ft DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Solución (a) El peso del collar de perforación por pie es: donde, rs = densidad del acero = 489.5 lbm/ft A = área de la sección transversal (pulg). 1 144 (Nota: De las tablas API, peso del collar de perforación = 161 lbm/ft).
  122. 122. Ejemplo DP – 07 r r . BF m = 1 - = 1 - s DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private L P MOP W BF W W t L dp dp dc dp dc ´ - ´ - ´ 0 9 . 10 65 44 P lb (for Grade X new pipe) t = 501,090 95 Margen de Sobre Tensión, MOP = 100,000 lb
  123. 123. Ejemplo DP-07 501,090 0.9 100,000 ´ 160.5 600 ´ - DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private ( ) 21.45 21.45 0.847 - ´ = dp L La profundidad máxima del pozo que se puede perforar con una tubería de perforación nueva de Grado X95 bajo las condiciones de carga dadas es de 14,828+600=15,428 ft. = 14,828 ft Profundidad de perforación máxima = Ldp + Ldc
  124. 124. yield 160 .5 501 ,090 0.9 1.42 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-07 considerando la Fuerza de Aplastamiento por las Cuñas dc dc dp T dp h W Drag S dp L W W BF S T L - ´ ´ - ´ = 0.9 L dp L ft dp 12 ,991 600 21 .45 21 .45 0.847 = - ´ ´ ´ = Profundidad máxima a perforar = Ldp + Ldc= 12,991+600=13,591 ft
  125. 125. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-07 considerandoTubería Nueva · En el caso de Tubería Nueva, las fuerzas de aplastamiento por las cuñas determinan la máxima profundidad a la que se puede perforar de 13,591 y no de 15,428 pies. · La carga de gancho máxima indicada que se puede fijar con seguridad en las cuñas es de 317,590 lb · El margen de sobre tensión en este caso es de 133,400 lbs
  126. 126. Ejemplo DP-07 considerandoTubería Premium P lb t Ahora, = 394,600 : 160.5 * 600 394,600 * 0.9 100,000 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private L pd L ft pd 9,553 21.45 21.45 * 0.847 = - - = Máxima Profundidad de Pozo Prof. de Perforación Maxima = Ldp + Ldc =9,553+600 =10,153 ft
  127. 127. 160 .5 394 ,600 0.9 1.42 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-07 Aplastamiento por las Cuñas L dp L ft dp 9,276 600 21 .45 21 .45 0.847 = - ´ ´ ´ = Profundidad de Perforación Máxima = Ldp + Ldc= 9,276+600=9,876 pies
  128. 128. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP-07 Considerando Tubería Usada · En el caso de Tubería Usada (Premium), las fuerzas de aplastamiento por las cuñas determinan la máxima profundidad a la que se puede perforar que es de 9,876, no 10,153. · La carga de gancho máxima indicada que se puede asentar en forma segura sobre las cuñas es de 250,098 lb · En este caso el margen de sobre tensión es de 105,000 lbs
  129. 129. ´ - L - dc ´ W T MOP ´ DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private La longitud de la Herramienta de Fondo es 600’ y el peso en el aire es de 70,000 lbs. Margen de Sobre Tensión = 80,000 lbs. Tubería de perforación de 5” 19.50 lb./ft, Clase Premium, Grado X95 con conexiones NC50. El peso del lodo en el pozo es MW = 13.0 ppg. ¿Cuál es la profundidad máxima a la que se puede perforar con este ensamble? dc dp dp yield dp L W W BF = 0.9 Ejercicio Ejemplo DP – 08
  130. 130. Diseño de Sarta Mixta · Si usamos diferentes tuberías de perforación, la tubería más débil es la que va en el fondo y la tubería más fuerte en la parte superior. · Aplique la ecuación primero a la tubería de perforación del fondo. W ´ - P 0.9 MOP L = - ´ dc L dp dp ´ W BF dp t W DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private · Paso 1 · Paso 2 dc · Los collares de perforación y la tubería de perforación del fondo actúan como el peso que es soportado por la sección superior… efectivamente el collar de perforación. · Aplique la ecuación para la tubería de perforación superior al último.
  131. 131. Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Un equipo de perforación de exploración tiene los siguientes grados de tubería de perforación para correrlos en un pozo de 15,000 pies de profundidad: • Grado E : Nueva, 5” OD, 19.5 lb/pie, NC 50 • Grado G : Nueva, 5” OD, 19.5 lb/pie, NC 50 Se desea tener un Margen de sobre tensión de 50,000 lbs en la tubería Grado E. La longitud total y el peso total de los collares de perforación más la tubería de perforación con pared gruesa son de 984 pies y 101,000 lb respectivamente. MW a 15,000 pies = 13.4 ppg. Calcule : 1. Máxima longitud de la tubería E que se puede usar. 2. Longitud de tubería G que se debe usar. 3. Margen de sobre tensión para la tubería G y para la tubería E. 4. Peso máximo en las cuñas para la tubería G y para la tubería E.
  132. 132. W 0.7954 13.4 BF =1- = 65.5 ´ - T 0.9 MOP L = - ´ dc L dp dp ´ W BF dp yield W DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private dc El grado más ligero (Grado E) se debe usar para la parte del fondo del pozo, mientras que la tubería de grado más elevado se debe usar en la sección superior. De esta manera, el Grado E va a soportar el peso de los lastra barrena y de la tubería de perforación de pared gruesa. El término debe incluir el peso combinado de estos artículos. G105 Ldp2 E Ldp1 LBHA Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta Solución: (a) y,
  133. 133. Ejemplo DP-08 Tubería de Perforación Mixta ´ - 395,600 0.9 50,000 dp 13,595 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private W L weight of DCs weight of HWDP dc dc ´ = + =101,000 lb L L ft dp 101,000 20.85 20.85 0.796 = - ´ =
  134. 134. Ejemplo DP – 08. Aplastamiento por las Cuñas en el tope de la tubería Grado E 101 ,000 395 ,600 0.9 1.42 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private L dp L ft dp 10 ,263 20 .85 20 .85 0.796 = - ´ ´ =
  135. 135. DP – 08. Margen de Sobre Tensión en la Junta Superior de la Tubería Grado “E” = - MOP P * 0.9 P@ Yp Working = ´ - 395,600 0.9 250,726 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Peso colgando de la junta superior de la tubería Grado “E” 10,263 x 20.85 = 213,983 lb Grade “E” más 101,000 lb BHA Peso total en el aire = 314,983 Lbs Peso sumergido en el lodo de 13.4 ppg = 314,983 x 0.796=250,726 Lbs 105,314 = MOP
  136. 136. Ejemplo DP-08. Procedimiento para el Diseño DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private La longitud acumulada de la sarta esta compuesta por: Collares de perforación y tubería pesada = 984 pies Tubería de Perforación, Grado “E” = 10,263 pies Longitud Total, = 11,247 pies La sección superior de la sarta estará compuesta por tubería Grado “G” de longitud: 15,000 – 11,247 = 3,752 pies Verificar que la tubería grado “G” sea adecuada: Ella va a soportar el peso de la tubería grado “E” más el peso del BHA
  137. 137. Ejemplo DP – 08. Longitud de tubería grado “G” Wt Below G = ´ + " " 10,263 20.85 101,000 314 ,984 553 ,830 0.9 1.42 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 314 ,984 = L dp Por lo tanto, bajo las condiciones de carga existentes, se podrían utilizar 5,745 pies de tubería grado “G” en la sección superior de la sarta. En el ejemplo que se analiza, sólo se requieren 3,752 pies. G105 Ldp2 E Ldp1 LBHA para producirse el aplastamiento L ft dp 5,745 21 .93 21 .93 0.796 = - ´ ´ =
  138. 138. Ejemplo DP – 08. Margen de Sobre-Tensión. “G” = - MOP P * 0.9 P@ Yp Working La sobre tensión = ´ - 553,830 0.9 320,998 Yp = ´ = 553,830 0.9/1.42 351,090 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Peso en la junta superior de la tubería grado “G” (Peso de toda la sarta) 3,752 ft x 21.93 = 88,281 lbs (peso de la tubería Grado “G”) más 314,983 lbs que pesan la tubería Grado “E” y el BHA Peso total de la sarta en el aire = 403,264 Lbs Peso total sumergido en el lodo de 13.4 ppg = 403,264 x 0.796 = 320,998 Lbs 177 ,449 = MOP está limitada por la tubería Grado “E” ( ) 177 ,449 1.42 * 0.9 5 @ = = MOP lb P Max Slip Load For in DP
  139. 139. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP – 08. Resultados del Diseño · Herramienta de Fondo de 984 pies de longitud que pesa 101,000 lb en el aire · Aproximadamente 336 tramos son tubería Grado “E” con longitud máxima de 10,263 pies · Aproximadamente123 tramos de tubería Grado “G” con longitud máxima 3,752 pies · Sobre-Tensión máxima para tubería Grado “G” = 182,458 lbs · Sobre-Tensión máxima para tubería Grado “E “= 105,000 lbs (MOP limitado al menor valor de 105,000 lbs) · Máximo peso en las cuñas para Grado “G” 351,000 lbs · Máximo peso en las cuñas para Grado “E” 250,000 lbs
  140. 140. Ejemplo DP-09. Diseño con DP combinada DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Dada la siguiente información: · Longitud del BHA = 800’ · Peso en el aire del BHA = 80,000 lbs. · Margen de Sobre-Tensión deseado, MOP = 100,000 lbs. · Tuberías de perforación: (a) 5”OD, 19.5 lb./pie, Clase Premium, Grado “G”-105 , conexión NC50 y (b) 5”OD, 19.5 lb/pie, Clase Premium, grado “S”-135, NC 50 · Peso de lodo en el pozo = 11 lb/gal. Calcular: 1. Cuál es la máxima profundidad de perforación posible? 2. MOP disponible a la máxima profundidad?
  141. 141. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private MOP en un pozo desviado Se debe considerar siempre la profundidad vertical, TVD TVD 1. Calcular la TVD para Ldp. 2. Calcular el peso del BHA en un pozo inclinado, multiplicando su peso en el aire por el coseno del ánulo: Peso = BHA x cos q q Ldp LBHA Factores de Diseño
  142. 142. Procedimiento de Diseño 80,000 lbs. x cos 30° = 69,282 lbs. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private MOP en un pozo desviado 30° TVD Long. De Tubería Ldp = 11500 =11500 x cos 30° 12,000’ Prof. Vertical de Ldp Peso del BHA =
  143. 143. Procedimiento de Diseño DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejercicio: Con los datos del gráfico, calcular el MOP para una sarta de DP combinada si el pozo tiene 40º de inclinación. 40° TVD 10,000’ 17200 18000 S135 G105 BHA weight = 80,000 lb
  144. 144. Factores de Diseño DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 1. Un factor de diseño de 1.6 se deberá aplicar para las cargas de tensión debido a la naturaleza típica de tubería usada así como para considerar las posibles cargas de impacto que se produzcan cuando la tubería se asienta sobre las cuñas. 2. Si las cargas de impacto se cuantifican y se incluyen en los cálculos, se puede utilizar un factor de seguridad de 1.3
  145. 145. Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private En un pozo desviado se pueden identificar las siguientes secciones: 1.Sección de Trayectoria Vertical 2.Sección de Construcción o Levantamiento de ángulo 3.Sección Tangente o de sostenimiento del ángulo 4.Sección de Reducción o Tumbado de ángulo 5.Sección de Navegación Horizontal
  146. 146. Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private KOP qT BHA Sección Vertical Sección de Construcción Sección Tangente
  147. 147. Diseño de Sartas de Perforación 5729 6 . W BF T dp q DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 2. Sección de levantamiento de ángulo Weight length W BF dp= ´ ´ = ( ) æè ç öø ÷ Sin ´ BU Donde: Wdp = peso de la tubería de perf. en lbs/pie BU = Tasa de construcción de ángulo en (grados/100 pies) BF = Factor de Flotación qT = ángulo por debajo del punto de tangencia Sección Vertical KOP qT BHA para pozos Desviados Sección de Construcción Sección Tangente
  148. 148. Diseño de Sartas de Perforación para pozos Desviados DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private 3. Peso de la tubería en la sección tangente T [ dp dp BHA BHA ] =BF x Cosq W L +W L
  149. 149. Ejemplo DP – 10 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Pozo de Alcance Extendido Dada la siguiente información para un pozo de Alcance Extendido: KOP = 8000 pies Angulo Final = 80 grados Rev. de 13 3/8” asentado en el tope de la sección tangente a 9,146 pies Tasa de construcción angular = 5 grados /100 pies BHA = 180 pies con peso de 100 lb/pie incluye herramientas (Barrena /Combinaciones / Motor de Fondo / MWD) Profundidad Total del Objetivo TD = 17,000 pies Tubería de perforación = 5”OD, 19.5 lb/pie, NC 50, Grado “S” Diámetro del Agujero = 12 ¼” Peso del lodo en el hoyo = 12.5 lbs/gal, Tipo SOBM La barrena está a 2000 pies por debajo de la zapata del revest. 13 3/8”. Calcular los pesos en las respectivas secciones del agujero.
  150. 150. Ejemplo DP – 10 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Solución: Current depth = 9146 + 2000 = 11,146 ft BF = 0.809 Wdp = 22.6 lb/ft Peso el BHA = 180 pie x 100 lb/pie x 0.809 x cos 80º = 2,529 klb Peso de Secc. Tangente = (2000-180)x22.6x0.809 x cos 80 = 5,651 klb Peso de Sección Curva = ( 5729.6 x sin 80 ) x 22.6x 0.809 = 20,63 klb 5 Peso Secc. Vertical = 8000 x 22.6x 0.809 = 146,267 klb
  151. 151. Otras Cargas Cargas de Impacto La fuerza de tensión adicional generada por los impactos está dada por: Doblamiento La fuerza de tensión adicional generada por el doblamiento está dada por: DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Fs W (lbf ) dp =1500 ´ Fb W OD(lbf ) dp =63´q´ ´
  152. 152. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Otras Cargas · Colapso bajo Tensión · Estallido · Otras cargas no incluídas aquí · Cargas de Impacto · Cargas de doblamiento · Cargas de Pandeo o Encombamiento · Cargas de Torsión · Torsión con Tensión Simultánea
  153. 153. P Biaxial Collapse P No al Collapse - - 4 3 Load 2 Z Z 2 2 2 min - = 0.7854( )* OD ID Yp DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Colapso Biaxial · La carga de colapso es peor cuando se llevan a cabo pruebas en seco en las que la tubería se corre vacía Average Z = · Observe que se utiliza el punto de cedencia promedio no el mínimo
  154. 154. Grado YpAvg E 85,000 X 110,000 G 120,000 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Colapso Biaxial · Para Colapso Nominal · Use D/t y la fórmula correcta de la Spec 7G Apéndice A 3 · Use los resultados que se encuentran en la Tabla 3-6 RP-7G · Para Diámetro Externo y Diámetro Interno, use la Tabla 1 RP-7G · Para Punto de Cedencia Promedio use la Tabla que está en la Sección 12.8 RP 7G S 145,000
  155. 155. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejercicio DP-11 · Para hacer una prueba seca al traslape de un liner a 9,000 pies se corre un empacador en el extremo de una tubería de perforación de 5 pulgadas 19.5 #/ pies, Grado E, clase Premium y se asienta con 50,000 lb de tensió. En el momento de la prueba la tubería de perforación está vacía. El espacio anular está lleno con lodo de 12.0 lbs/gal. ¿Cuál es la carga de colapso en la junta del fondo de la tubería de perforación? · Para una tubería de Perforación de 5”OD x 4.276” ID, Grado E, el punto de cedencia promedio es 85,000 psi
  156. 156. Load 2 2 0.7854( )* 0.7854(4.855 4.276 )*85,000 DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP – 11. Solución · La Tubería Premium tienen todavía el 80% del espesor de pared de la tubería nueva remanente · El espesor será = 0.8 x (5.0” - 4.276”)/2 = 0.2896” · El diámetro interno es 4.276” · El diámetro externo será: 4.276” + 2 x 0.2896” = 4.855” 0.1417 50,000 2 2 = - = - = Z Z OD ID Yp Z Average
  157. 157. Ejemplo DP – 11. Solución - - 4 3 Z Z 2 2 2 P Biaxial Collapse P No min al Collapse = - - 4 3*0.14167 0.14167 2 0.922 = P Biaxial Collapse P No al Collapse DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private min = · Colapso Nominal es 7,041 · El colapso Biaxial reducido es 6,489
  158. 158. Ejemplo DP – 11. Solución DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private · La carga de colapso es 9,000 x 0.052 x 12 = 5,616 psi · La carga de diseño es 5,616 x 1.15= 6,458 · El colapso con cambio de calidad de tubería es 6,489, así que estamos bien · El factor de diseño del colapso es 6,489/5,616=1.16 · El factor de diseño del colapso especificado por IPM es 1.1-1.15
  159. 159. 2* * = Yp t D DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Diseño para el Estallido · Se aplica la formula de Barlows PBurst · Note que no hay tolerancia para variaciones en el espesor de pared · Algunos diseños utilizan un factor del 90% en el Yp para asegurar que nunca se caiga en la región de deformación plástica · Los resultados se encuentran en Spec 7G Tabla 3, 5 y 7
  160. 160. DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ejemplo DP – 12. Carga para el Estallido · El peor caso de carga sucede durante las operaciones de prueba de formación (DST), en un pozo para gas. La presión en superficie es la presión de fondo – gradiente de gas sin respaldo. · En el último ejemplo suponga que estamos realizando una prueba de formación en el pozo a 9,000 pies con presión de fondo de 200 psi menos que la columna de lodo. ¿Cuál es el Factor de Diseño para Estallido en la parte superior de la tubería de perforación Premium Grado E?
  161. 161. Ejemplo DP – 12. Carga para el Estallido DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private · Del último ejemplo: DP de 5” 19.5 # E, Premium · Diámetro externo = 5”, Espesor de Pared = 0.2896” · Punto de Cedencia = 75,000 lbs · Presión de Estallido = 8,688 psi · Presión en el Fondo (HP)lodo – 200 = 12 x 0.052 x 9,000 – 200 = 5,416 psi · P. en Superficie = 5,416 – 900 = 4,516 psi · Factor de Diseño = 8,688/4,516 = 1.92
  162. 162. Diseño de Sartas de Perforación DPT Diseño de Sarta de Perforación y de BHA Schlumberger Private Ahora usted debe poder describir: 1. Funciones de la tubería de perforación, los lastra barrena y la selección de la herramienta de fondo. 2. Los grados de la tubería de perforación y las propiedades de resistencia. 3. Tipos de roscas y de acoples. 4. Peso y punto neutral del lastra barrena. 5. Relaciones de los esfuerzo de flexión y de rigidez. 6. Margen de sobre tensión. 7. Cálculos de diseño basados en la profundidad a la que se va a perforar. 8. Conceptos básicos del control direccional usando ensamblajes de fondo rotacionales 9. Funciones de los estabilizadores y de los escariadores de rodillos.

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