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Diseño de Sarta de Perforación En Forma Simple
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Diseño de Sarta de
Perforación
En Forma Simple
Articulo: Diseño de Sarta de Perforación, En Forma Simple Marzo/13 Elaboro: Ing. P.J.P.S.
En este mundo globalizado, se busca
reducir procedimientos para mejorar
en todos los ámbitos técnicos y
administrativos, principalmente en las
actividades de campo.
Introducción:
Articulo: Diseño de Sarta de Perforación, En Forma Simple Marzo/13 Elaboro: Ing. P.J.P.S.
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.
Introducción:
Articulo: Diseño de Sarta de Perforación, En Forma Simple Marzo/13 Elaboro: Ing. P.J.P.S.
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
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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
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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.
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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.
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Resistencia a la Tensión.
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.
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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.
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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.
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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:
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.
) ( 4
2 2 d D Rt - = d
p
pgs terior DiametroIn d
pgs terior DiametroEx D
PSI uencia ModulodeFl
Lbs laTensión sistenciaa Rt
,
. ;
,
, Re
=
=
=
=
d
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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.
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Replanteamiento del Diseño de Sarta de Perforación.
Contamos con unas fórmulas para determinar las longitudes de
tubería de perforación:
L1= Longitud de TP de la primera sección de menor grado o resistencia, mts.
Rt1 = Resistencia a la tensión de TP de la primera sección, Kgs.
Wdc = Peso de los DC, Kgs.
Mpj = Margen para jalar, Kgs.
Wtp1 = Peso ajustado de TP de la primera sección, Kg/mts
Ff = Factor de flotación, adimensional.
L2 = Longitud de TP de la primera sección de resistencia inmediata de la primera, mts.
Rt2 = Resistencia a la tensión de TP de la segunda sección, Kgs.
Wtp2 = Peso ajustado de TP, de la segunda sección, Kgs.
L3 = Longitud de TP de la segunda sección de resistencia inmediata de la segunda, mts.
Rt3 = Resistencia a la tensión de TP de la tercera sección, Kgs.
Wtp3 = Peso ajustado de TP, de la tercera sección, Kgs.
Esta sería la fórmula para determinar el diseño de la sarta de perforación.
FfWtp
MpjWdcRtL
*
)(
1
11
-=
FfWtp
RtRtL
*2
122
-=
FfWtp
RtRtL
*3
233
-=
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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
Densidad Gr/cm2
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
Articulo: Diseño de Sarta de Perforación, En Forma Simple Marzo/13 Elaboro: Ing. P.J.P.S.
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:
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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
TuberíaGrado
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
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.
Grado
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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:
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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
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
Grado
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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
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.
Grado
Articulo: Diseño de Sarta de Perforación, En Forma Simple Marzo/13 Elaboro: Ing. P.J.P.S.
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.
Conclusiones:
Articulo: Diseño de Sarta de Perforación, En Forma Simple Marzo/13 Elaboro: Ing. P.J.P.S.
Diseño de Sarta de Perforación
En Forma Simple.
Preguntas
Y
Respuestas
Por su atención:
Ing. Pedro Javier Pérez Silva.
Articulo: Diseño de Sarta de Perforación, En Forma Simple Marzo/13 Elaboro: Ing. P.J.P.S.
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.
