Diseño de Sarta de Perforación En Forma Simple

Diseño de Sarta de Perforación En Forma Simple

Introducción: En este mundo globalizado, se busca reducir procedimientos para mejorar en todos los ámbitos técnicos y administrativos, principalmente en las actividades de campo.

Introducción: En este artículo se presenta una recomendación para diseñar sartas de perforación cuando se está preparando el programa de perforación en buro, en campo cuando sabemos que no llego la tubería de perforación programada. El instituto Americano del Petróleo edito un boletín sobre diseño de Tuberías, revisando el boletín: API BUL 5C3, Oct/94 Donde se muestra unas fórmulas y cálculos para Tubería de Revestimiento, de Producción, de Perforación y de Línea, así mismo extraemos unas fórmulas para calcular en base a los datos de Tubería de Perforación sus tres valores mecánicos, para el cuerpo del tubo sin costura: Presión de Colapso. Presión Interna. Resistencia a la Tensión.

Descripción General de la Tubería de Perforación. Las tuberías de perforación, son los elementos tubulares utilizados para llevar a cabo los trabajos durante la operación de perforación. Generalmente se les conoce como tubería de trabajo, porque están expuesta a múltiples esfuerzos durante las operaciones de perforación en el cuerpo del tubo sin costura, tales como: Tensión Compresión Presión Interna y Externa Doblez Fatiga Torsión Abrasión Erosión Corrosión

Descripción General de la Tubería de Perforación. La acción independiente o combinada de dichos esfuerzos puede causar problemas mecánicos durante la perforación del pozo en el cuerpo del tubo sin costura, tales como: Desprendimientos Pegaduras por presión diferencial Derrumbes de pozo. Arrastres Cerramiento de agujero Fugas en los elementos tubulares

Descripción General de la Tubería de Perforación. Al Incrementarse estos problemas mecánicos durante la perforación son causa de altos costos y pérdidas de tiempo en la perforación, hasta pérdida de lo perforado o perder el pozo. Consecuentemente, un adecuado diseño de la sarta de perforación es el complemento fundamental para el éxito. Por lo tanto, debe tomarse en cuenta que un sobre diseño, que exija componentes con resistencias mayores (tuberías con mayor diámetro en el cuerpo y junta), también incrementa el costo de la perforación, a la vez pueden dañar la integridad de las Tuberías de Revestimiento, que se deben de cuidar al máximo.

Descripción General de la Tubería de Perforación. Los datos principales que deben conocerse sobre las Tuberías de Perforación son los siguientes: Diámetro Nominal Peso Nominal Grado de Tubería Clase, API, divide las tuberías en Clase I (Tubería Nueva), Premium, Clase II (Usada en 75%), Clase III (Usada en exceso), los porcentajes son recomendaciones. Diámetro Interior Tipo de Conexión Tamsa es la compañía productora de tubería sin costura, en México.

La Resistencia a la Tensión, es una condición mecánica de una tubería que puede ocasionar la falla o fractura de la misma. Se origina por la acción de cargas axiales que actúan perpendicularmente sobre el área de sección transversal del cuerpo del tubo sin costura. Las cargas dominantes en esta condición mecánica son los efectos gravitacionales, flotación, flexión y esfuerzo por deformación del material. Resistencia a la Tensión.

Resistencia a la Tensión. La nomenclatura recomendada por el API para identificar los diferentes tipos de aceros se define como: S-135 Donde el valor numérico especifica la magnitud de la Cedencia o Fluencia del material expresado en miles de libras por pulgada cuadrada, PSI, como lo anterior S-135, tiene una cedencia o fluencia de 135,000 psi.

Resistencia a la Tensión. Porqué nos aplicamos con mayor atención a la Resistencia de la Tensión en las sartas de perforación? Porque la sarta de perforación siempre estará en tensión En los momentos de perforación siempre se encontrara con fluido de perforación interior y exterior, por lo tanto se encontrara la sarta en diferentes momentos de tensión Cuando se encuentra perforando suspendida del Kelly o si se cuenta con Top Drive Cuando se encuentra en cuñas Cuando se encuentra colgada del elevador de TP de 18, en el momento que se está sacando o metiendo la sarta de perforación Cuando se está perforando, solo perderá el peso de los DC que se cargue a la barrena moviendo su punto neutro, en esta condición la sarta de perforación sigue en tensión En un último de los casos cuando se encuentre afectado por un problema mecánico del pozo, atrapada la sarta de perforación.

Resistencia a la Tensión. Hay que recordar que la sarta de perforación es el primer contacto con la formación, por lo tanto debemos de tener suficiente valor de Resistencia a la Tensión en el cuerpo del tubo sin costura. En el API Bull 5C3, oct/94, presenta las fórmulas de Resistencia al Colapso, Presión Interna, Resistencia a la Tensión, para el cuerpo del tubo sin costura y para las conexiones. La formula que aplica Resistencia a la Tensión para el cuerpo de tubo sin costura es la siguiente: p Rt = Re sistenciaa latensión, Lbs 2 2 Rt = d ( D - d ) d = ModulodeFl uencia, PSI 4 DiametroIn terior, pgs Con esta fórmula determinamos los valores de resistencia a la tensión en el cuerpo del tubo sin costura que nos muestran las tablas de los fabricantes, pudiendo aplicar los factores de diseño, para las diferentes clases de tubería. D = d = DiametroEx terior ; pgs.

Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación. Un diseño ideal de sarta de perforación sería en este orden descendente: Tubería Perforación Grado TP S-135 TP G-105 TP X-95 TP E-75 Pero hay que recordar que todas las tuberías tienen su peso específico dado en Lb/p o Kg/m. Por lo tanto al diseñar, aparte de analizar las etapas a perforar, se consideran las longitudes de sarta de perforación, con sus diámetros, pesos, grados de TP y juntas de perforación.

Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación. Contamos con unas fórmulas para determinar las longitudes de tubería de perforación: L 1 = Rt 1 - ( Wdc Mpj) Wtp * Ff 1 L 2 Rt 2 - Rt1 = Wtp * Ff 2 Rt3 - Rt 2 = Wtp * Ff L 1 = Longitud de TP de la primera sección de menor grado o resistencia, mts. Rt 1 = Resistencia a la tensión de TP de la primera sección, Kgs. Wdc = Peso de los DC, Kgs. Mpj = Margen para jalar, Kgs. Wtp 1 = Peso ajustado de TP de la primera sección, Kg/mts Ff = Factor de flotación, adimensional. L 2 = Longitud de TP de la primera sección de resistencia inmediata de la primera, mts. Rt 2 = Resistencia a la tensión de TP de la segunda sección, Kgs. Wtp 2 = Peso ajustado de TP, de la segunda sección, Kgs. L 3 = Longitud de TP de la segunda sección de resistencia inmediata de la segunda, mts. Rt 3 = Resistencia a la tensión de TP de la tercera sección, Kgs. Wtp 3 = Peso ajustado de TP, de la tercera sección, Kgs. L 3 3 Esta sería la fórmula para determinar el diseño de la sarta de perforación.

Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación. Si nuestro diseño fuera de un pozo de 4,500 md de profundidad con sarta de perforación esbelta quedaría de la siguiente manera: Barrena PDC Motor de fondo 3 DC 12 HW Terminando la última etapa con barrena de 8 ½ a 4,500 md, considerando un pozo vertical, se pudieran diseñar posiblemente 5 etapas de perforación: Profundidad mts Diámetro de Bna Pgs TR Pgs Diámetro de TP Pgs 100 36 30 5 500 26 20 5 1,500 17 ½ 13 3/8 5 4,200 12 ¼ 9 5/8 5 4,500 8 ½ 7 5 1.74 Densidad Gr/cm2

Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación. Como se comentó anteriormente se puede solicitar TP G-105 o en su caso S-135, actualmente muchas etapas de perforación se perforan con motor de fondo y barrena PDC, reduciendo costos y esfuerzos en la sarta de perforación. Ahora, si deseáramos replantear nuestra sarta, pudiéramos considerar nuestro diseño de sarta de perforación:

Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación. Diseño Programada de Sarta de Perforación con Costos de TP Diam. Int. Pg Drift, pg TR 9 5/8" 53.5 #/': 4,200 8.535 8.500, alternativo Ff = 0.7783 Sarta en Ag. Perf. Desc.: 300.00 Perforar a: 4,500 8.500 Dens. Lodo= 1.74 Gr/cc TP en Ag desc.: 162.80 Dens. Acero= 7.85 Gr/cc Cap. Ag.= 36.61 Tipo de Tubería Grado Peso Lb/p Diám. Ext. Pg Espesor Pg Diám. Int. Pg Resist. Tens. Lbs. Long. Mts. Pi PSI Cap. TP Lts/mt Cap EA Lts/m Peso Aire Lbs. Peso Flot. Lbs. $/tramo Costo total, $ TP S 135 25.60 5.000 0.500 4.000 954,259 1,862.80 23,625 8.11 23.94 156,415.59 121,745.13 37,517.73 8,203,876.96 TP G 105 25.60 5.000 0.500 4.000 742,201 2,500.00 18,375 8.11 23.94 209,920.00 163,389.96 35,870.63 9,804,638.87 HW 50.00 5.000 1.000 3.000 0 109.76 0 4.56 23.94 18,000.00 14,010.19 DC 99.40 6.500 2.125 2.250 0 27.44 0 2.57 15.20 8,945.74 6,962.86 4,500.00 393,281.33 306,108.14 18,008,515.83 Logitud que se le solicita a inspección Tubular, m = 4,637.20 Tipo de Tubería Grado Peso Lb/p Diám. Ext. Pg Long. Mts. Diám. Int. Pg Resist. Tens. Lbs. Tramos Lingadas HW 50.00 5.000 109.76 3.00 12 4 Tensiòn = 954,259 Lbs DC 99.40 6.500 27.44 2 1/4 3 1 Dif. Tensiòn = 648,151 Lbs TP G 105 25.60 5.000 2,500.00 4.000 742,201 273 91 Peso de Sarta = 306,108 Lbs TP S 135 25.60 5.000 2,000.00 4.000 954,259 219 73 MJSSP= 648,151 Lbs.

Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación. Considerando que si en la práctica no llegaran tuberías de acuerdo al programa del Ing. de Diseño, el Ing. de Pozo, revisa la cantidad de tubería programada, pero se da cuenta que no es la indicada por el diseño, que problema! Pero aplicando la fórmula de la resistencia a la tensión en el cuerpo de tubo sin costura, pasamos al siguiente ejemplo:

Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación. Ejemplo: de sarta real con tubería que envía inspección tubular al campo, la TP es nueva, calculamos los valores de resistencia a la tensión en el cuerpo del tubo sin costura: Logitud que envia Inspección Tubular, m = 4,637.19 Tipo de Tubería Grado Peso Lb/p Diám. Ext. Pg Long. Mts. Diám. Int. Pg Resist. Tens. Lbs. Tramos Lingadas HW 50.00 5.000 109.76 3.00 12 4 DC 99.40 6.500 27.44 2 1/4 3 1 TP E 75 25.60 5.000 823.17 4.000 530,144 2 90 30 TP X 95 19.50 5.000 1,015.24 4.276 501,087 1 111 37 TP X 95 25.60 5.000 713.41 4.000 671,515 4 78 26 TP G 105 19.50 5.000 1,070.12 4.276 553,833 3 117 39 TP S 135 19.50 5.000 878.05 4.276 712,070 5 96 32

Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación. Rediseñamos nuestra sarta de perforación con valores de Resistencia a la Tensión en el cuerpo del tubo sin costura, nueva. Así mismo, se anexan los costos de la TP nueva. Rediseño de Sarta de Perforación Real en Campo con Costos de TP mts Diam. Int. Pg Drift, pg TR 9 5/8" 53.5 #/': 4,200 8.535 8.500, alternativo Ff = 0.7783 Sarta en Ag. Perf. Desc.: 300.00 Perforar a: 4,500 8.500 Dens. Lodo= 1.74 Gr/cc TP en Ag desc.: 162.80 Dens. Acero= 7.85 Gr/cc Cap. Ag.= 36.61 Tipo de Tubería Grado Peso Lb/p Diám. Ext. Pg Espesor Pg Diám. Int. Pg Resist. Tens. Lbs. Long. Mts. Pi PSI Cap. TP Lts/mt Cap EA Lts/m Peso Aire Lbs. Peso Flot. Lbs. $/tramo Costo total, $ TP S 135 19.50 5.000 0.362 4.276 712,070 740.86 17,105 9.26 24.24 47,385.41 36,882.14 34,412.96 3,303,648.75 TP X 95 25.60 5.000 0.500 4.000 671,515 713.41 16,625 8.11 24.24 59,903.61 46,625.61 34,012.75 2,652,977.27 TP G 105 19.50 5.000 0.362 4.276 553,833 1,070.12 13,304 9.26 24.24 68,444.88 53,273.65 33,261.95 3,891,641.05 TP E 75 25.60 5.000 0.500 4.000 530,144 823.17 13,125 8.11 23.94 69,119.94 53,799.09 27,402.05 2,466,182.31 TP X 95 19.50 5.000 0.362 4.276 501,087 1,015.24 12,037 9.26 23.94 64,934.75 50,541.57 30,943.89 3,434,758.59 HW 50.00 5.000 1.000 3.000 0 109.76 0 4.56 23.94 18,000.00 14,010.19 DC 99.40 6.500 2.125 2.250 0 27.44 0 2.57 15.20 8,945.74 6,962.86 4,500.00 336,734.32 262,095.12 15,749,207.96 Tensiòn = 712,070 Lbs Dif. Tensiòn = 449,975 Lbs Peso de Sarta = 262,095 Lbs MJSSP= 449,975 Lbs.

Conclusiones: En base a este análisis, se reduce el aplicar una fórmula de campo, en donde solo hay que recordar la fórmula del API de Resistencia a la Tensión para el cuerpo del tubo sin costura, libraje de la TP, así como su diámetro exterior y diámetro interior, módulo de fluencia, con estos datos determinar la Resistencia a la Tensión de cualquier Tubería de Revestimiento, Producción, Perforación, en el cuerpo del tubo sin costura. Como siempre se ha comentado la Sarta de Perforación deberá estar en tensión.

Diseño de Sarta de Perforación En Forma Simple. Preguntas Y Respuestas Por su atención: Ing. Pedro Javier Pérez Silva.

Diseño de Sarta de Perforación En Forma Simple. El sentido común es un complemento en todas las operaciones de perforación. Por su atención: Ing. Pedro Javier Pérez Silva.