Torque y Arrastre

Asignatura: Perforación no convencional

Docente:

Roque Francisco Riquelme Alcantar

Cuatrimestre: 7mo Grupo: A

Alumnos:

• Erick Javier Acosta Pérez (1001002)

• Enrique Cancino Baeza (1001013)

• José Alfredo Jiménez Vázquez (0901304)

Torque

• El torque T de una fuerza F que actúa sobre algún punto de un cuerpo rígido, para facilitar el análisis, en una posición r, respecto de cualquier origen o, por el que puede pasar un eje perpendicular, sobre el cual se produce la rotación del cuerpo.

• Fricción al rotar la columna de perforación.

Arrastre

• El arrastre es una fuerza mecánica, generada por la interacción entre un cuerpo rígido y un fluido. Para que exista arrastre el cuerpo debe estar en contacto con el fluido. Debe haber un movimiento relativo entre el fluido y el sólido.

• Fricción al movimiento de la columna de perforación

Torque y arrastre en la perforación

• El torque que se presenta en la perforación, es la fuerza mecánica generada por el Top Drive/Mesa Rotatoria, necesaria o aplicada para hacer rotar la sarta de perforación para vencer las fuerzas presentes a lo largo de la trayectoria del pozo.

• El arrastre presente en la perforación es la fuerza que se produce entre las superficies de contacto de las conexiones de tubería y las paredes del pozo que se esta perforando causado por el deslizamiento y/o la rotación de la sarta de perforación.

Importancia en la perforación

direccional • Con el desarrollo de la perforación direccional

creció la demanda por herramientas de perforación que permita la reducción de los esfuerzo de torsión y arrastre asociados.

Orientar con precisión las herramientas de perforación y completación

Reducir el desgaste en las secciones entubadas del pozo.

Prevenir daño o fallas del equipo de fondo y superficie.

Reducir el torque y el arrastre hasta el 70% (dependiendo de las

características del pozo) para mantener el peso de la sarta de

perforación

Aumentar el control y eficiencia de perforación direccional.

Reducción de los costos y tiempos a través de:

Esfuerzos en una sarta de perforación

Principios básicos de torque y arrastre

en la sarta

• Las fuerzas que actúan en la sarta de perforación al estar dentro del agujero dependen del tipo de superficie en la que se encuentre y la función que esté realizando la misma.

• Los principios básicos se pueden analizar matemáticamente.

Superficie horizontal

Superficie inclinada

Superficie horizontal

• Al existir desplazamiento de la tubería dentro del agujero, existirá una velocidad de desplazamiento, la cual será constante hasta llegar al tope de la siguiente sección que se va perforar.

𝑁 = 𝑊

𝐹 = 𝜇 ∗ 𝑁

𝐹 = 𝜇 ∗𝑊

Donde; N es la normal W es el peso µ coeficiente de friccion

Superficie inclinada

• Considérese una sección de tubería dentro del hoyo. En ausencia de fricción, las fuerzas actuando sobre la tubería son el peso W, la tensión axial T y la fuerza de reacción, denominada Normal N.

• Se puede hacer un balance de fuerzas, asumiendo que la tubería está rotando dentro del agujero.

𝐹ℎ = 0 →∆𝑇 = 𝑊 cos(𝐼)

𝐹𝑣 = 0 →∆𝑇 = 𝑊 sin(𝐼)

A lo largo del eje del agujero

Perpendicularmente al eje

• Considerando ahora el coeficiente de fricción µ en una sección sin curvatura

𝐹𝑓 = μ ∗ 𝑁 → 𝐹𝑓 = 𝜇 ∗ 𝑊 ∗ sin(𝐼)

Bajando tubería Sacando tubería

Δ𝑇 = 𝑊 ∗ cos 𝐼 − 𝐹𝑓

Δ𝑇 = 𝑊 ∗ cos 𝐼 − 𝜇 ∗ 𝑊 ∗ sin(𝐼)

Δ𝑇 = 𝑊 ∗ cos 𝐼 + 𝐹𝑓

Δ𝑇 = 𝑊 ∗ cos 𝐼 + 𝜇 ∗ 𝑊 ∗ sin(𝐼)

Modelo de Johancsik

• Consiste en un modelo que representa a la sarta de tuberías como un cable capaz de transmitir la carga axial resultante, sin considerar los momentos de flexión generados.

• La fricción es el producto de las fuerzas normales y un coeficiente de fricción. Las fuerzas normales tienen dos componentes:

El peso flotado de la sarta Fuerza de reacción lateral de una sarta en una

sección curva de un pozo desviado.

𝐹𝑁 = 𝑇Δ𝜙 sin 𝜙𝑃2 + 𝑇Δ𝜙 +𝑊 sin 𝜙𝑃

2 1 2

Δ𝑇 = 𝑊 cos 𝜙𝑃 ± 𝑓𝐹𝑁

Δ𝑀 = 𝑓𝐹𝑁𝑅

𝐹𝐹 = 𝑓𝐹𝑁

Donde: 𝐹𝑁 fuerza normal (lbf) T: tensión axial, en la parte inferior de la sarta (lbf) W: peso flotado de la sarta (lbf/ft) 𝐹𝐹: fuerza de fricción actuando en la sarta (lbf) M: torsión de la sarta (lbf-ft) 𝜙𝑃: ángulo promedio de severidad (grados) 𝜙: ángulo máximo de inclinación (grados) R: radio de curvatura (pg) f: factor de fricción (adim)

Conclusión

• Es en la perforación direccional donde estos coeficientes tienen mayor peso ya que el tenerlos caracterizados trae beneficios económicos al llevar acabo el proyecto de la perforación de un pozo.

• Estos coeficiente sirven de criterio para realizar el diseño apropiado de la sartas y de igual forma el modo en que las mismas se ven afectadas.

Bibliografía

• “Herramientas reductoras de Torque y Arrastre de nueva generación en Perforación Direccional, Sistema LoTAD, y su aplicación en el campo Sacha de Petroproducción.” Christian Jacobo Quispe Camacho, 2009.

• Manual de uso de casing y tubing, Tenaris.

• 100 años de la perforación en México (pdf).