06 Torque y Arrastre

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TORQUE Y ARRASTRE

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parametros medidos durante la perforacion de pozos petroleros

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TORQUE Y ARRASTRE

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Introducción

• El objetivo del curso es familiarizarse con losconceptos básicos del analisis de Torque y Arrastre y los datos de entrada y salida del programa que utiliza D&M para dicho análisis.

• Se revisara algunos conceptos del programa y el principio de cálculo que utiliza.

• Se dejarán claramente definidos los rangos generales de datos que necesita ser introducidos para correr elprograma.

• Se definirá en forma precisa los modos de operación, el tipo de análisis, orientación e interpretación de los resultados.

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Fallas presentes en la Sarta de Perforación

• Fatiga: El mecanismo de falla que se presenta mas comúnmente en una sarta de perforación es la fatiga. Se define como el daño acumulado que ocurre cuando los componentes son sometidos a esfuerzos cíclicos por debajo del límite de tensión del material.

• Se presenta comunmente cuando se rota la sarta mientras está doblada o en buckling.

• Otra causa de fatiga es la vibración.

• Los daños por fatiga resultan en grietas indetectables por la inspección visual.

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Como Prevenir la Fatiga?

• Mayor Resistencia a la fractura del material

• Menor nivel de esfuerzo de operación

• Mejor inspeccción

• Mejor planeación

• Ambiente de perforación menos corrosivo

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Fallas de la Sarta de Perforación

• Fallas por tensión ocurren cuando la carga tensional por unidad de área aplicada a la sarta de perforación excede la capacidad (a la tensión) del miembro más débil. Estas fallas normalmente ocurren en el cuerpo de la TP cerca de la superficie.

• Fallas por Torsión es la cedencia de un componente de la sarta debido a las cargas torsionales. Estas se presentan como piñones alragados o cajas abocinadas, dependiendo de cual es el más débil.

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• Fallas al Colapso: El colapse del cuerpo de la tubería de perforación ocurre cuando la diferencia de presión externa a interna excede la capacidad de presión al colapso de la TP. Esta resistencia al colapso se reduce drásticamente por las cargas tensionales.

• Fractura por Ambientes con Azufre Estas fallas pueden ocurrir en componentes operando en presencia de H2S.

Fallas de la Sarta de Perforación

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Buckling Sinusoidal

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Tipos de Factores de Friccion

• Fuerzas de arrastre o solo movimientos axiales (Sliding mode)

• Torque friccional generado por rotacion (solo rotando).

• La combinacion de ambos (Repaso)

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Factores de Friccion por tipos de lodo

Tipo de Lodo Factor de FriccionRotacional

Factor de Friccionen Sliding

Factor de FriccionTranslacional

Base Agua 0.25-0.28 0.30-0.40 Se calcula dentro deDrillSAfe

Base Aceite 0.17-0.21 0.20-0.30 Se calcula dentro deDrillSAFE

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Efectos del tipo de lodo sobre el FF

1. Números basados en los mejores estimados de información disponible actualemente.2. Coeficientes por fricción altos registrados en arenisca atribuidas a la rugosidad de la superficie.3. Para lodos base aceite, excepto para lodos de ester, usese información de OBM.

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Guia General para Usar FF

• Lodos Base Agua� Dentro de TR = 0.25-0.30

� Agujero Desc. = 0.30-0.35

• Lodo Base Aceite� Dentro de TR = 0.17-0.25

� Agujero Desc. = 0.25-0.30

� En modo para deslizar agregar0.05 a 0.1 para ambos casos.

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Modos de Operacion de DrillSAFE

• Rotando� On es perforando con peso y rotacion

� Off es rotando en el fondo sin peso

• Deslizando� In es perforando con motor orientado o viajando

hacia dentro del pozo

� Out es repasando con motor orientado o viajando hacia fuera de pozo

• Repasando� In es repasando con rotacion hacia abajo

� Out es repasando con rotacion hacia afuera

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Analisis de T&D en Un Solo Punto

• El programa de DrillSAFE en modo Single Point desarolla un análisis completo (carga axial, carga critica de buckling, fuerzas laterales y esfuerzos en cualquier punto de la sarta de perforación y profundidad de barrena) para un juego de parámetros de perforación dado

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Analisis de DrillSafe en Puntos Multiples

• Analisis de Torque y Arrastre en Puntos Multiples Este análisis incluye la opción de incluir diferentes tipos de fricción para el cáculo de Cargas al Gancho y torques de superficie con un rango de profundidadesmedidas en diferentes modos de operación (Viajando, rotando, deslizando o repasando).

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Tendencia del BHA

• BHA Tendency determina los ritmos de construcción / decremento de equilibrio y ritmos de giro para un BHA dado.

• El ritmo de equilibrio es el ritmo de construcción/decremento al cual se espera que el BHA se estabilice después de una “larga corrida de BHA”.(Cuando la fuerza lateral en la barrena es cero)

• Factores que afectan la tendencia del BHA� Alargamiento del agujero

� Rigidez de la formación

� Ángulo de deflexión

� Inclinación promedio

� Peso sobre barrena

� Posición y tamañi de los estabilización

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DrillSAFE Analysis

• Fuerzas Laterales en la barrena calcula la fuerza de contacto entre la barrena y la formación (paralela al eje del pozo). Esta fuerza se descompone en dos vectores (Vector inclinación y vector azimuth).

• El analisis de desplazamiento arroja una representación de la posición tridimensional de la posición de la sarta de perforación dentro del pozo, en función de la profundidad medida. El plot de desplazamientos indicará el desplazamiento desde el centro del pozo hasta la posición actual de la sarta de perforación.

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Esfuerzos

• El esfuerzo de “Von Misses” se define como la sumatoria de los tres esfuerzos a los que está sometido un BHA dentro de un pozo direccional o vertical. (Axial, Torsional, de Flexión).

• Estos esfuerzos se usan para comparar el límite de cedencia del componente para detreminar si el límite elástico del componente se ha excedido.

• El límite de cedencia de un componente es el esfuerzo máximo que puede soportar antes de romperse o inducir una elongación permanente. En el reporte de DrillSafe los valores que excedan el 80% del límite de cedencia de algún componente de la sarta de perforación aparecerán en rojo. (Factor mínimo de seguridad=80%)

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Fuerzas Laterales

• La fuerza lateral se define como la presión de contacto entre la sarta deperforación y las paredes del agujero.

• La fuerza es perpendicular al eje del pozo y las unidades están dadas en 1000 kg/10 m. (Unidades métricas).

• Este análisis se puede usar para mostrar la localización de puntos decontacto (Sarta-pozo) importantes que podrían conducir a problemas depozo a largo plazo (ojos de llave, desgaste de TR’s, etc.)

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Rigidez de la Formación

• Es un parámetro usado en Drill SAFE para caracterizar la dureza de la formación en el análisis de la tendenciadel BHA. Para la mayoría de las formaciones este valor va dsde 0.1 (para formaciones blandas, ROP>30 m-hr) y 1.0 )para formaciones duras, ROP < 3 m/hr).

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Datos de entrada para DrillSafe

• Perfil Direccional (Well Design)

• BHA detallado

• Estado mecánico del pozo

• Factores de fricción para agujeros entubados y agujeros descubiertos (de tablas o por cálculos y experiencia)

• Peso del lodo

• Rigidez de la formación (Medición elástica de la formación)

• Torque generado por la barrena & Peso Sobre Barrena

• Peso del bloque viajero

• Orientación del Motor de Fondo (Para predicción de DLS)

• Profundidad de la barrena dentro del pozo

• RPM del BHA & ROP

• Tortuosidad

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Rangos de valores para torque en la barrena

• Este valor en realidad en una especificacion técnica de cada barrena y varia dependiendo deltamano y tipo. Siendo mas altos los valores cuando tienen mayor proteccion.

• Barrenas 6 1/8” de 1000 a 2000 lbs/pie

• Barrenas de 8 1/2” de 1500 a 3000 lbs/pie

• Barrenas de 12 1/4” de 2500 a 4000 lbs/pie

• Barrenas de 17 1/2” de 3000 a 4500 lbs/pie

• Barrenas de 26” de 4000 a 5000 lbs/pie

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Tortuosidad-Estimados Preliminares

Vertical Direccional Horizontal Radio CortoPlan grad/30m grad/30m grad/30m grad/30m

Curva Abierta 0.50 1.00 2.00 Curva Revestida 0.10 0.20 0.30 Slant Abierta 0.20 0.25 0.30 1.00 Slant Revestida 0.10 0.10 0.10 0.20

SeguimientoCurva Abierta 0.20 0.30 0.50 Curva Revestida 0.10 0.15 0.20 Slant Abierta 0.10 0.10 0.15 0.25 Slant Revestida 0.05 0.05 0.10 0.15

Vertical Direccional Horizontal Radio CortoPlan grad/30m grad/30m grad/30m grad/30m

Curva Abierta 0.50 1.00 2.00 Curva Revestida 0.10 0.20 0.30 Slant Abierta 0.20 0.25 0.30 1.00 Slant Revestida 0.10 0.10 0.10 0.20

SeguimientoCurva Abierta 0.20 0.30 0.50 Curva Revestida 0.10 0.15 0.20 Slant Abierta 0.10 0.10 0.15 0.25 Slant Revestida 0.05 0.05 0.10 0.15

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Tortuosidad

• La tortuosidad se define como una serie de severidades de pata de perro locales que no son creadas por el motor de fondo. Losvalores de tortuosidad dependen de varios factores:

• Tortuosidad intencional o simulada para planificacion.

• Tortuosidad no detectada por los surveys.

• Tortuosidad dentro de Revestimiento.

• Tortuosidad dentro de Hueco abierto.

• Tortuosidad en secciones curvas

• Tortuosidad en secciones rectas

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Pantalla principal de Torque y ArrastreAnálisis para un sólo punto

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Pantalla principal de Torque y ArrastreAnálisis para múltiples puntos

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Valores de Tortuosidad

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Tortuosity

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Pantalla de Fuerzas Laterales en la Barrena

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Pantalla de Tendencia de BHA

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Resultados del “DrillSafe”

• Carga Axial / Perfil de Torque

• Fuerzas Laterales

• Esfuerzos

• Desplazamiento del BHA

• Torque y Arrastre en Multiples Puntos

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Modos de Operación del Programa

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Gráfico de Carga Axial

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Gráfica de Torque vs. Profundidad

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Gráfico de Fuerzas Laterales

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Gráfico de esfuerzos- Rotando

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Reporte detallado del “DrillSafe” (Puntos Multiples)

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Análisis de Viajes

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Gráfica de Torque vs. Profundidad

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Gráfica de Viajes (Modo Deslizate)

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Resultados para Planificación

• 1.- Axial Load/Buckling - Descarga de Peso / Buckling (Poner condición de análisis y diámetro hoyo)

• 2.- Torque (Poner condición de análisis y diámetro hoyo)

• 3.- Side Forces-Esfuerzos Laterales (Poner condición de análisis y diámetro hoyo)

• Stresses - Esfuerzos de Fatiga (Poner condición de análisis y diámetro hoyo)

• Trip Analisis - Análisis de viajes con 5 coeficientes

• Torque (Poner condición de análisis y diametro hoyo) con 5 coeficientes

• Reportes SP

• Reportes MP

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Resultados para Seguimiento

• 1.- Axial Load/Buckling - Descarga de Peso / Buckling

• 2.- Torque

• 3.- Side Forces-Esfuerzos Laterales

• 4.-Stresses - Esfuerzos de Fatiga

• 5.-Trip Analisis - Analisis de viajes con 5 coeficientes (0 y dos opciones extremas)

• Reportes SP

• Reportes MP

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Resultados de Puntos Múltiples

• Trip Analisis - Análisis de viajes con 5 coeficientes (0 y dos opciones extremas)

• Torque (Poner condicion de analisis y diametro hoyo) con 5 coeficientes

• Reportes MP

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Resultados de Tendencia del BHA

• 1.- Axial Load/Buckling - Descarga de Peso / Buckling (Poner condicion de analisis y diametro hoyo)

• 2.- Side Forces-Esfuerzos Laterales (Poner condicion de analisis y diametro hoyo)

• Reportes de BHA Tendency