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

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

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

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)

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 Barra en espi ral con acanaladas

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.

Tubería pesada Propósito: Servir de zona de transición para minimizar cambios de rigidez y reducir fallas. Fácil manejo en el equipo de perforaci ón

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 36 Espiga x espiga Espiga x caja 36 Caja x espiga

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 Patines Reemplazables RWP

Motor de desplazamiento positivo: Definición: Herramienta utilizada en el BHA a fin de incrementar las RPM en la broca

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.

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

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

Longitud de las barras (botellas ó drill collars) PS-PSM PS-PSM Métodos: Factor de flotación Ley de Arquímedes Fuerza Areal PSM PSM<PB (A) PSM PSM>PB (B)

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

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 PSM x FS F f x WB x LB x Cos, FS 1,05 1,1

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 1 WHW

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 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

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.

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 4 + 6 5/8 = 10 5/8

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)

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

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

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

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