Sartas de Perforacion - Perforacion Direccional 1

Diseño de Sartas y Perforación Direccional (Teoría – Diseño – Cálculos) Prep: Jairo C. Molero

SARTA DE PERFORACIÓN Sarta de Perforación Son componentes metálicos armados secuencialmente que conforman el ensamblaje de fondo (BHA) y la tubería de perforación, a fin de cumplir las siguientes funciones: Proporcionar peso sobre la mecha o barrena (PSM) Prueba de perforabilidad (Drill off test) Conducir del fluido en su ciclo de circulación Darle verticalidad o direccionalidad al hoyo Proteger la tubería del pandeo y de la torsión Reducir patas de perro, llaveteros y escalonamiento Asegurar la bajada del revestidor Reducir daño por vibración al equipo de perforación Servir como herramienta complementaria de pesca Construir un hoyo en calibre Darle profundidad al pozo Diseño de Sartas de Perforac ión

SARTA DE PERFORACIÓN Componentes: Barras ó botellas de perforación (drill collars) Tubería de transición (hevi-wate) Tubería de perforación (drill pipe) Herramientas especiales Substitutos Cross-over Estabilizadores Martillos Motores de fondo Turbinas Camisas desviadas (bent housing) MWD / LWD Otras herramientas (cesta, ampliadores, etc) Diseño de Sartas de Perforac ión

SARTA DE PERFORACIÓN • Tipos de Barras (DC´s) de Perforación Barra Lisa

Barra lisa con acanaladas

Barra en espiral

Definición: Componente principal del ensamblaje de fondo constituido por tuberías de gran espesor, que producen la carga axial Requerida por la mecha o Broca de perforación

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Barra en espi ral con acanaladas

SARTA DE PERFORACIÓN • Tubería pesada (hevi-wate)

Definición: Componente pri ncipal de peso intermedio, pared gruesa con conexiones similares a la tubería de perforaci ón normal de manera de facilitar su manejo.

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SARTA DE PERFORACIÓN • Tubería pesada

Propósito: • Servir de zona de transición para minimizar cambios de rigidez y reducir fallas.

Fácil manejo en el equipo de perforaci ón

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SARTA DE PERFORACIÓN • Substitutos

Substituto de junta Kelly con protector Substituto de diámetro externo recto.

36”

12½” 36”

Definición: Herramientas auxiliares que se utilizan para enlazar herramientas y tuberías que no son compatibles con el tipo de conexión

36”o 48”

Caja x espiga

Caja x espiga

Caja x espiga

Espiga x espiga

Caja x caja

Substituto de sección reducida

48”

48”

36”o 48” 36”

Caja x caja Caja x espiga

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36”

Espiga x espiga

Espiga x caja

36”

Caja x espiga

SARTA DE PERFORACIÓN • Estabilizadores Camisa integral

Camisa reemplazable en el equipo de perforación

Definición: Herramientas que se utilizan para estabilizar el ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviación. Aleta soldada

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Patines Reemplazables RWP

SARTA DE PERFORACIÓN • Motor de desplazamiento positivo:

• Definición: Herramienta utilizada en el BHA a fin de incrementar las RPM en la broca

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SARTA DE PERFORACIÓN • Turbina de fondo

• Definición: Unidad de multi-etapas de alabes, la cual se utiliza para incrementar las RPM a nivel de la broca. Utilizado por por primera vez en la Unión Soviética.

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SARTA DE PERFORACIÓN Propiedades mecánicas del BHA y Factores para un Diseño Óptimo Todos los ensamblajes de fondo de pozo ejercen fuerzas laterales sobre la mecha que causan construcción o aumento del ángulo de inclinación, caída o mantenimiento del mismo. Es por ello que los ensamblajes de fondo se pueden utilizar para el control de la desviación de un pozo La selección de un ensamblaje de fondo óptimo debe partir por conocer las dimensiones y propiedades mecánicas de todos los componentes de la sarta, especialmente los primeros 300 pies desde la mecha A continuación, un resumen de las distintas teorías que estudian el Comportamiento Físico de los Ensamblajes de Fondo, así como algunos de los Factores que intervienen en el Diseño óptimo de un BHA Diseño de Sartas de Perforac ión

SARTA DE PERFORACIÓN • Diámetro del hoyo útil Lubinsky y Woods:

Ecuación: DHU = DM + DMB 2

Patrón en el fondo de la mecha Patrón en el tope de la mecha X = Diámetro de la mecha X1= Diámetro de hoyo efectivo

Diámetro hoyo útil

DM+DMB 2

Según Robert Hoch: Diam. Min. Barras = 2 Di am. Coup. Rev. – Diam. Mecha Diseño de Sartas de Perforac ión

SARTA DE PERFORACIÓN • Longitud de las barras (botellas ó drill collars) PS-PSM

PS-PSM

Métodos: • Factor de flotación • Ley de Arquímedes • Fuerza Areal

PSM PSMPB (B)

SARTA DE PERFORACIÓN • Método: Factor de Flotaci ón • Consideraciones para el Diseño:

Tubería de perforación

Zona en tensión

15%

Zona en compresión

85%

P.N

Barras

• Configuración Estándar: Barras y tubería de perforación

Pozos Vertical es: PSM x 1,15

NB

F f x WB x LB

Pozos Direccionales:

NB

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PSM x 1,15 F f x WB x LB x Cos

SARTA DE PERFORACIÓN • Método: Factor de Flotaci ón • Consideraciones para el Diseño: Tubería de perforación Zona en tensión

Tubería de transición (Hevi-wate) 5-10%

Zona en compresión

90-95%

P.N

• Configuración de barras, tubería de transición y tubería de perforación. Punto neutro en las barras

Barras

NB

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PSM x FS F f x WB x LB x Cos

, FS 1,05 1,1

SARTA DE PERFORACIÓN • Método: Factor de Flotaci ón • Consideraciones para el Diseño: Tubería de perforación

Zona en tensión 15-20%

P.N Tubería de transición (Hevi-wate)

Zona en compresión

Barras 80-85%

• Configuración de barras, tubería de transición y tubería de perforación. Punto neutro en los Hevi-Wate

LHW

PMS x FS F f x Cos

WB x LTB

Fs : 1,15 1,20

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1 WHW

SARTA DE PERFORACIÓN • Torque de apriete: • Referencia API para gar antizar el sello efectivo al momento de r ealizar una conexión y evi tar lavado en las mismas

Conexión Tipo

API

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NC 44

Torque de apriete mínimo lbs-pies Diámetro interno de las barras (pulg) (pulg) 5 3/4 6 1 6 /4 6 1/2

1 3/ 4 *20,895 *26,453 27,300 27,300

2

2 1/4

2 1/2

2

*20,895 *20,895 *20,895 18,161 25,510 23.493 21,257 18,161 25,510 23,493 21,257 18,161 25,510 23.493 21,257 18,161

SARTA DE PERFORACIÓN

• Tubería pesada en perforación direccional • Consideraciones para el Diseño Su diseño produce menos área de contacto con la pared del hoyo y esto ti ene como ventajas: • Menor torsión. • Menor posi bilidad de atascami ento. • Menor arrastre vertical. • Mejor control de la dirección.

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SARTA DE PERFORACIÓN • Tubería pesada en perforación vertical • Consideraciones para el Diseño • Se pueden utilizar para reemplazar parte de las barras y reducir la carga en el gancho, e n formaciones blandas. • Se puede aplicar peso sobre la mecha en pozos hasta 4 pulgadas más grande que las conexiones • Ej: TP: 5”, 19,5 lbs/pie - Diámetro del TJ: 6 5/8” Dhoyo

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4” + 6 5/8” = 10 5/8”

SARTA DE PERFORACIÓN • Tubería pesada: Longitud requerida de acuerdo al tipo de pozo • Consideraciones para el Diseño Pozos verticales:

18 a 21 tubos

Pozos direccionales: 30 ó más tubos • El uso de la Tubería pesada estará asociada con el cálculo previo de la Relación de Rigidez o también conocida como Momento de l as Secciones (SMR ) • Se ha demostrado que el valor de SMR debe ser menor de 5,5, caso contrario se necesitará una tubería de transición (Hevi-Wate) (3,5 form. severas) Diseño de Sartas de Perforac ión

SARTA DE PERFORACIÓN • Estabilizadores: Funciones Gener ales • Controlan la desviación, aumentan l a tasa de penetración y mantienen la rotación de la mecha alrededor del eje de la sarta. Resultado: Mayor vi da útil de la mecha • Controlan la centralización y reducen los problemas asoci ados a la dinámica de la sar ta. • Evitan cambios bruscos de la i nclinación del pozo. • BHA sin estabilizadores y for mación sin Buzamiento genera un hoyo en for ma de espiral • BHA sin estabilizadores y formaci ón con Buzamiento genera un hoyo en forma escal onada Diseño de Sartas de Perforac ión

SARTA DE PERFORACIÓN Optimización de los Factores Mecánicos Conocidas las diferentes formaciones a penetrar, es necesario considerar los factores mecánicos que permitan optimizar la velocidad de penetración (ROP). Dichos factores mecánicos son: Peso sobre la mecha o barrena (P.S.M) Revoluciones por minuto (R.P.M) Las variables involucradas para seleccionar los factores mecánicos son: Esfuerzo de la matriz de la roca Tamaño y tipo de mecha Tipo de pozo Tipo de herramientas de fondo

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SARTA DE PERFORACIÓN Prueba de Perforabilidad La Prueba de Perforabilidad es un mecanismo que nos permite las búsqueda de nuevos valores de Peso sobre la mecha (PSM) y Revoluciones por minuto (RPM) durante la perforación de un pozo con el fin de obtener un incremento en la Tasa o Rata de Penetración (ROP) o sea de mejorar la eficiencia de penetración en un pozo Para su aplicabilidad se deben tener ciertas condiciones que favorezcan la prueba y no retarde su aplicación, entre otras: Valores de ROP no muy bajos Intervalo a perforar homogéneo No existencia de un alto diferencial entre el gradiente del fluido y el gradiente de la formación Diseño de Sartas de Perforac ión

SARTA DE PERFORACIÓN Existen dos métodos para realizar la Prueba en cuestión, a continuación se explicará uno de ellos:

Procedimiento: Seleccione un valor de PSM de 5.000 lbs como referencia para la toma del tiempo Mantenga fijo un valor de RPM Varié los valores de PSM seleccionados y anote el menor tiempo en que se pierdan las 5.000 lbs de referencia. Repetir 3 o 4 veces Seleccione un valor fijo de PSM, el cual deberá ser el de menor tiempo anterior Varié los valores de RPM y seleccione el de menor tiempo. Repetir Evalué la ROP con estos dos valores durante un intervalo Compare la nueva ROP con los valores de la ROP anterior a la prueba Seleccione en definitiva cuales serán ahora los factores mecánicos Diseño de Sartas de Perforac ión