SEMINARIO DISEÑO DE SARTA DE PERFORACIÓN DOCENTE: ING. RAFAEL VILLAMIZAR SOLANO FUNDACIÓN AUTONOMA DE SANT S ANTANDER ANDER BUCARAMANGA-2014
COMPETENCIAS DEL SEMINARIO
Conocer acerca de los conceptos básicos sobre los elementos que se deben tener en cuenta para diseñar y desarrollar una sarta de perforación.
Conocer y entender las diferentes presiones las cuales cuales se deben tener en cuenta para el diseño de una sarta de perforación
Analizar e interpretar la importancia del buen calculo de la densidad del lodo de perforación.
Desarrollar la capacidad elaboración de diseños perforación.
de análisis y de sarta de
Identificar las diferentes fuerzas y esfuerzos a la cual esta sometida una sarta de perforación, para la cual se buscará seleccionar el mejor diseño de la misma.
Fuente: http://www.esc http://www.escuelacolombianade uelacolombianadepetroleos.edu. petroleos.edu.co/wp-conte co/wp-content/uploads/2 nt/uploads/2013/05/Perforac 013/05/Perforacion_2.jpg ion_2.jpg
COMPETENCIAS DEL SEMINARIO
Conocer acerca de los conceptos básicos sobre los elementos que se deben tener en cuenta para diseñar y desarrollar una sarta de perforación.
Conocer y entender las diferentes presiones las cuales cuales se deben tener en cuenta para el diseño de una sarta de perforación
Analizar e interpretar la importancia del buen calculo de la densidad del lodo de perforación.
Desarrollar la capacidad elaboración de diseños perforación.
de análisis y de sarta de
Identificar las diferentes fuerzas y esfuerzos a la cual esta sometida una sarta de perforación, para la cual se buscará seleccionar el mejor diseño de la misma.
Fuente: http://www.esc http://www.escuelacolombianade uelacolombianadepetroleos.edu. petroleos.edu.co/wp-conte co/wp-content/uploads/2 nt/uploads/2013/05/Perforac 013/05/Perforacion_2.jpg ion_2.jpg
CALCULO DE PRESIONES •
PRESIÓN PRESIÓ N HIDROST HIDROS TATICA DEL LODO LO DO DE PERFORACIÓN PERFORACIÓN
La presión hidrostática del lodo de perforación es la presión que ejerce el peso del lodo de perforación en el pozo y se calcula teniendo en cuenta la profundidad del pozo y la densidad del lodo de perforación.
PH= 0.052*ρL*h ρL= Densidad del lodo de perforación en Lb/Gal (LPG) H= Profundidad del pozo (FT) pies Fuente: http://www.esc http://www.escuelacolombianade uelacolombianadepetroleos.edu. petroleos.edu.co/wp-conte co/wp-content/uploads/2 nt/uploads/2013/05/Perforac 013/05/Perforacion_2.jpg ion_2.jpg
CALCULO DE PRESIONES •
GRADIENTE HIDROSTATICO HIDROSTATICO
Es la relación existente entre la presión hidrostática del lodo de perforación con respecto a la profundidad del pozo.
G= (0.052*ρL*h)/h G= 0.052*ρL G= Gradiente hidrostático (Psi/ft) ρL= Densidad del lodo de perforación en Lb/Gal (LPG) H= Profundidad del pozo (FT) pies Fuente: http://www.esc http://www.escuelacolombianade uelacolombianadepetroleos.edu. petroleos.edu.co/wp-conte co/wp-content/uploads/2 nt/uploads/2013/05/Perforac 013/05/Perforacion_2.jpg ion_2.jpg
CALCULO DE PRESIONES •
PRESIÓN DE FORMACIÓN
También conocida como la presión de la formación donde se encuentran confinados los fluidos en el yacimiento o también conocida como la presión de los poros de la roca. Para cálculos de perforación se asume que la presión de formación está representada por el fluido mas denso en fondo (Agua) y esta presión se puede dar en forma de gradiente de formación
Fuente http://3.bp.blogspot.com/-Qew147JpzBk/Tk_RfTgI6EI/AAAAAAAACOU/FC681qK4ic8/s1600/Dibujo2.JPG
CALCULO DE PRESIONES •
GRADIENTE DE FORMACIÓN
•
Gf=0.052* ρH Gf= Gradiente de formación (Psi/Ft)
•
• ρH= Densidad del agua en LPG (libras por galón) Densidad del agua dulce
Gf
Subnormal
ESCALAS 0.433 Psi/ft Normal
Densidad del agua salada (La mas utilizada)
0.465 Psi/ft Anormal
Fuente http://3.bp.blogspot.com/-Qew147JpzBk/Tk_RfTgI6EI/AAAAAAAACOU/FC681qK4ic8/s1600/Dibujo2.JPG
CALCULO DE PRESIONES PRESIÓN DE SOBRECARGA( Overburden) Es la presión ejercida por el peso combinado de la matriz de la roca y los fluidos contenidos en los espacios porosos de la misma
Gsc= Psc/H El gradiente de sobrecarga a profundidades menores a 20.000 ft y asumiendo que toda la formación es una arenisca : Gsc=0.98 Psi/ft Fuente http://3.bp.blogspot.com/_toZVzSIvdZM/SOfB_sivbDI/AAAAAAAAABc/HXs9ALcm6sE/s400/Dibujo.jpg
Presión de sobrecarga
CALCULO DE PRESIONES PRESIÓN DE SOBRECARGA( Overburden) Cuando la profundidad de perforación es mayor a 20.000 FT el gradiente de sobrecarga se asume que es :
Gsc= 1 Psi/ft
Fuente http://3.bp.blogspot.com/_toZVzSIvdZM/SOfB_sivbDI/AAAAAAAAABc/HXs9ALcm6sE/s400/Dibujo.jpg
Presión de sobrecarga
CALCULO DE PRESIONES GRADIENTE SOBRECARGA( Overburden)
Para la estimación del gradiente de sobrecarga se utiliza la grafica de BEN EATON el cual según la profundidad a la cual se va a realizar la perforación se conoce el gradiente de sobrecarga
Fuente Drilling_Rig_components_(Illustrated_Glossary)[
CALCULO DE PRESIONES EJEMPLO: Se requiere perforar el pozo UNIORIENTE un pozo que se encuentra a una profundidad de 10.000 Ft, determine cuanto es la presión de sobrecarga que ejerce la formación.
Fuente Drilling_Rig_components_(Illustrated_Glossary
0.96 PSI/FT
CALCULO DE PRESIONES EJEMPLO: Se requiere perforar el pozo UNIORIENTE un pozo que se encuentra a una profundidad de 10.000 Ft, determine cuanto es la presión de sobrecarga que ejerce la formación.
El gradiente de sobrecarga estimado @10.000 FT es aprox 0.96 PSI/FT Gsc=0.96 PSI/FT Conociendo el Gsc y sabiendo que el Gsc= Psc/H
Psc= 1600 Psi
CALCULO DE PRESIONES PRESIÓN DE FRACTURA Es la presión a la cual se fractura el yacimiento debido al peso y/o esfuerzo de el lodo de perforación y de la sarta de perforación El método mas común para determinar la presión de fractura es:
Pfr= (2*Pf+ Psc)/3 Pfr= Presión fractura (Psi) Pf= Presión de formación (Psi) Psc= Presión de sobrecarga (Psi) Fuente http://geologyanddrillingproblems.wikispaces.com/file/view/Nueva_imagen_(1).jpg/340232028/Nueva_imagen_(1).jpg
CALCULO DE PRESIONES DENSIDAD EQUIVALENTE FRACTURA DEL LODO
DE
Es la densidad de circulación que representa la densidad del lodo que puede determinar la presión hidrostática en el fondo del pozo.
ρeqfr=
.∗
Donde Densidad equivalente de fractura del lodo (LPG) Pfr= Presión de fractura (Psi) H= profundidad del pozo ρeqfr=
Fuente http://geologyanddrillingproblems.wikispaces.com/file/view/Nueva_imagen_(1).jpg/340232028/Nueva_imagen_(1).jpg
CALCULO DE PRESIONES DENSIDAD EQUIVALENTE FRACTURA DEL LODO
DE
Es la densidad de circulación que representa la densidad del lodo que puede determinar la presión hidrostática en el fondo del pozo.
ρeqfr=
.∗
Donde Densidad equivalente de fractura del lodo (LPG) Pfr= Presión de fractura (Psi) H= profundidad del pozo ρeqfr=
Fuente http://geologyanddrillingproblems.wikispaces.com/file/view/Nueva_imagen_(1).jpg/340232028/Nueva_imagen_(1).jpg
CALCULO DE PRESIONES DENSIDAD EQUIVALENTE FRACTURA DEL LODO
ρeqfr=
DE
.∗
Para el calculo de la densidad del lodo para perforar se debe realizar lo siguiente: ρl= ρeqfr
- Factor de seguridad
ρl= ρeqfr
- 0.5
Fuente http://geologyanddrillingproblems.wikispaces.com/file/view/Nueva_imagen_(1).jpg/340232028/Nueva_imagen_(1).jpg
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN
Fuente: http://milisen.files.wordpress.com/2010/06/broca6.jpg
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN SARTA DE PERFORACIÓN La sarta de perforación está compuesta por tubería de perforación y botellas o collares o porta-mechas o drill collars, con una cierta cantidad de componentes menores y conecta los sistemas de superficie con la broca de perforación.
Las funciones principales de la sarta de perforación son: • Proporcionar una vía desde la superficie hasta la broca para que el fluido de
perforación se puede llevar bajo presión. • Transmitir la rotación, aplicada en superficie, a la broca. • Transmitir la fuerza, o peso, a la broca para que la formación se rompa más
fácilmente. • Proporcionar los medios para bajar y subir la broca de perforación dentro del
pozo.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN SARTA DE PERFORACIÓN La sarta de perforación es el enlace mecánico que conecta a la barrena de perforación que está en el fondo con el sistema de impulsión rotario que está en la superficie.
Está compuesta por tubería de perforación y botellas o collares o porta-mechas o drill collars, con una cierta cantidad de componentes menores y conecta los sistemas de superficie con la broca de perforación.
Drill Pipe
Drill Collar
Bite Fuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TU B ER ÍA DE PER FO RA CIÓN
Este es el componente principal, en términos de longitud de la sarta de perforación, es la tubería necesaria y diseñada para realizar la perforación del pozo Sus principales características son: • Juntas reforzadas • Facilidad y rapidez de enrosque • Alto grado de resistencia • Se rigen por normas API
Fuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TU B ER ÍA DE PE RF OR A CIÓN
Funciones: •Servir como conducto o conductor del fluido de perforación
Perno (Pin, macho)
•Transmitir la rotación desde la superficie hasta la barrena en el fondo
Componentes: •Un tubo cilíndrico sin costura exterior y pasaje central fabricado de acero fundido o de aluminio extruído Caja (Box)
Conectores de Rosca: •Proporcionan la conexión entre los componentes de la sarta de perforación. • Son piezas metálicas soldadas al cuerpo tubular sin costuras •Suficientemente gruesos y fuertes , caja de conezión Tool Join roscas de pin y de caja Fuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN CLASIFICACIÓN DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN 1. Tamaño:
de 2-3/8” a 6-5/8” (Diámetro Externo del Cuerpo)
2. Rangos de Longitud: R-1 de 18 a 22 pies, R- 2 de 27 a 30, R- 3 de 38 a 45 3. Grado del Acero: E - 75, X - 95, G - 105, S - 135 Los números indican la mínima resistencia a la cedencia en 1000 libras
4. Peso Nominal: Depende de los divesos rangos de tamaño y peso P. Ej., una TP puede ser : 5”, R-2, G-105, 19.5Lpp (Libras por pie) Fuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN CLASIFICACIÓN DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN CALIDAD DEL ACERO Y USO A diferencia de la tubería de revestimiento y la tubería de producción, que normalmente se usan nuevas, la tubería de perforación normalmente se utiliza ya usada. Por lo tanto tiene varias clases: New:
Sin desgaste. No ha sido usada antes
Premium:
Desgaste uniforme y el espesor de pared remanente es por lo menos un 80% del tubular nuevo. Tubería con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el área seccional es todavía premium Tubería con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado.
Class 2:
Class 3:
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN DRILL COLL ARS
Los Drill collars son tubos de pared gruesa, rígidos y de alto peso que son la parte más importante del ensamblaje de fondo (Bottom Hole Assembly)(BHA), posicionados entre la tubería de perforación y la broca. Cumplen varias funciones importantes: • Proporcionar peso a la broca. • Proporcionar el peso para asegurar que la tubería de
perforación siempre se mantenga en tensión para evitar que se tuerza. • Proporcionar rigidez o consistencia para que la
dirección del pozo se mantenga. • Producir un efecto de péndulo, permitiendo que los
pozos casi verticales puedan ser perforados.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN DRILLCOLLARS •Se fabrican en variedad de tamaños de
diámetro externo e interno
Diámetros Externos OD típicos van de 4 ¾” to 9 ½” •Por lo general en longitudes de 30 a 31 pies
Fuente: SCLUMBERGER, SARTA DE PERFORACIÓN
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN Medición de los Collares de Perforación Longitud OD Cuello Receso para Receso para de Pesca Elevador las Cuñas Well# Date: Rig: BHA#: Hole Size
Item
Bit Bit Sub 9 1/2" Drill Collar Stab 9 1/2" Drill Collar 9 1/2" Drill Collar 9 1/2" Drill Collar
conexión (pin)
TRG 1 28-Jul-03 IDPT 1 26"
Sl #
1234 SL 235 9546 237689 9503 9521 9520
Bit # Sl # Type Manuf Jets
ID
OD
3 1/8" 3 1/8" 3 1/8" 3 1/8" 3 1/8" 3 1/8"
26" 9 1/2" 9 1/2" 9 1/2" 9 1/2" 9 1/2" 9 1/2"
FN
Pin
Box
Length
Remarks New
7 5/8 R 7 5/8 R 7 5/8 R 7 5/8 R 7 5/8 R 7 5/8 R
0.75 1.01 8.96 2.36 9.01 9.04 8.99
7 5/8" R 0.67 0.93 0.78 0.95 1.03
7 5/8" R 7 5/8" R 7 5/8" R 7 5/8" R 7 5/8" R
1 1234 atm 234 Hughes 20-20-20
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN Tubería de Perforación Pesada - HWDP
Diseño: •Con mayor espesor de pared y acoples más largos que la TP regular •Con refuerzo metálico externo en el centro del cuerpo del tubo •También disponible con diseño exterior espiralado
Funciones: •Como elemento de transición entre los collares de perforación (DC) y la
tubería de perforación (TP) •Esto previene el pandeo o combamiento de la TP •Puede trabajarse en compresión sin sufrir daño en los acoples •Empleada extensamente en Perforación Direccional •En ocasiones se utiliza en reemplazo de los DC •Mantiene la Tubería de Perforación rotando en tensión •No se debe usar para proporcionar peso sobre la barrena en
condiciones normales
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN
La Barrena En general las barrenas son de dos tipos:
1. Barrenas de Conos de Rodillo (Rock Bits)
2. Barrenas de Cortadores Fijos (Drag Bits)
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN E l E n s a m b l a j e d e F o n d o (B H A )
Este es el nombre aplicado a los drillcollars y cualquier otra herramienta o tubería incorporada, incluyendo la broca. La sarta de perforación es entonces la tubería de perforación más el BHA.
Estabilizadores
Estos son unos tramos cortos de tubería,(Subs.) posicionados entre los drillcollars con el fin de mantenerlos centrados dentro del hueco, mantener el pozo derecho y por medio de la acción de corte mantener el diámetro correcto en las paredes del pozo.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN Cross-Overs
Los Cross-Overs son pequeñas secciones de tubería que permiten conectar entre sí tuberías y drillcolllars de diferente rosca y diámetro.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN
Martillos (jars)
Estos son elementos operados mecánica o hidráulicamente para proporcionar un golpe de alto impacto sobre la sarta de perforación dentro del pozo para el caso en que sobrevenga una pega de tubería.
Los Martillos están específicamente diseñados para perforar o para pescar (recuperar una parte de la sarta de perforación que se ha dejado en el pozo). Spring Jar
Jar
Spang Jar
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN RIMADORES (REAMERS)
Los rimadores riman las paredes del pozo a un diámetro igual o inferior al de la broca y realizan una función similar a los estabilizadores en cuanto que ayudan a estabilizar el ensamblaje de fondo y mantener el hueco con el diámetro completo. Son usados generalmente cuando se experimentan problemas para mantener el pozo del diámetro de la broca, en formaciones abrasivas, cuando a la broca se le desgasta el diámetro exterior.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN OBJETIVOS DEL DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN Los objetivos del diseño de la sarta de perforación son: •
Mantener el esfuerzo máximo a un nivel menor que la resistencia a la cedencia, reducido por un factor de seguridad.
•
Seleccionar los componentes y configurar los conjuntos para retardar la fatiga mientras sea económico y práctico. (DC11-rig)
No se cubre: • Análisis de Vibraciones. •
Torque y arrastre.
•
Hidráulica.
•
Control direccional.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN SUPOSICIONES PARA EL DISEÑO DE LA SARTA • Pozo de bajo ángulo y valores de tensión calculados con el método de peso
flotado.
• La resistencia a la cedencia de todos los componentes es la mínima
especificada. • El espesor de la pared de la tubería de perforación es el mínimo para su clase. • La resistencia torsional de la sarta esta definida por el torque de apriete en la
unión • Se asume que la sarta está colgada verticalmente y flotando sobre el lodo de
perforación
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN FACTORES DE DISEÑO MECANICO
• PRESIÓN DE COLAPSO • TENSIÓN • TORSIÓN • PRESIÓN DE ESTALLIDO • COMPRESIÓN – BUCKLING- WOB• APLASTE CAUSADO POR CUÑAS
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN FATIGA La fatiga es el daño estructural progresivo, localizado permanente que se produce cuando un material se somete a ciclos repetidos de esfuerzos (tensión-compresión) Fuentes de fatiga: • Lodo corrosivo. • Cortes ocasionados por las cuñas, picaduras por corrosión y recalques
internos. • Rotar la sarta pandeada. Vibraciones
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN PASOS PARA EL DISEÑO DE LA SARTA 1. Seleccionar el tamaño de los drill collars, conexiones y características de las conexiones. 2. Determinar la resistencia a la torsión de las conexiones en los drill collar. 3. Determinar la longitud mínima de la sarta de HW y del drill collar. 4. Verificar la fuerza de aplaste de las cuñas. 5. Programar los factores de diseño y margen de sobretensión. 6. Calcular de las cargas de trabajo y la tensión permisibles. 7. Calcular la longitud máxima permisible de cada sección de tubería de perforación. 8. Calcular la reducción en la resistencia al colapso de la tubería de perforación bajo cargas de tensión simultáneas.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DE LOS COLLARES DE PERFORACIÓN Es mejor usar collares de mayor diámetro según el hueco para: • Aumentar la rigidez. • Aumentar la estabilidad direccional. •
Disminuir el esfuerzo por pandeo.
•
Disminuir el índice de fatiga.
Otros factores que deben tenerse en cuenta son: •
Factores de pesca- Hidráulica
•
Capacidad del equipo de perforación.
•
Requisitos de control direccional.
•
Características exteriores deseadas (ranuras en espiral, receso para elevador u otras).
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DE LOS COLLARES DE PERFORACIÓN Relación de rig idez (SMR)
Relación que indica la rigidez de los collares de perforación según el tipo de perforación con la tubería de producción. Se utiliza para cuantificar el cambio
brusco de diámetros en la sarta y determinar si se necesita añadir tubería.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DE LOS COLLARES DE PERFORACIÓN Relación de rigidez (SMR)
5.5 para perforación de rutina 3.5 para perforación en condiciones severas o difíciles Cuando se exceden estas opciones de SMR toca utilizar un HWDP Para efectos prácticos y en experiencias en campo se utiliza que la relación de rigidez sea cercana a 4.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN PRESIÓN DE COLAPSO Es la presión a la cual por el efecto de la presión que ejerce la columna hidrostática de lodo en el anular la tubería se colapsa. Para los cálculos presión de colapso se debe tener un factor de seguridad (SF) que debe estar entre 1.1- 1.15, que garantice que la tubería nunca se colapse.
SF=
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN PRESIÓN DE COLAPSO La presión de colapso viene dada por la siguiente expresión: PC= 0.052* ρl*L Pc= Presión de colapso (Psi) ρl= Densidad del lodo de perforación (LPG) L= Longitud de la tubería de perforación (FT)
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN Es necesario tener en cuenta que todos los cuerpos al sumergirse, sufren una fuerza de empuje hacia arriba ó fuerzas de Bouyanza. Las fuerzas de Bouyanza reducen el peso total del cuerpo, y esta magnitud depende de la densidad del fluido.
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN Factor de boyanza viene dado por la siguiente formula:
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN Refiriéndonos a la figura el peso total P está soportado por el tope de la junta drillpipe JJ está dado por:
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN La resistencia de tensión se entiende como la resistencia a la cadencia de la tubería (acero) a elongarse o deformarse por el peso que soporta, según el grado de tubería la cedencias son las siguientes:
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN La resistencia a la cedencia para asegurar un optimo diseño viene dado por la siguiente expresión:
Donde Pa= La carga máxima que pueda colocarse a la tubería. Es la capacidad de tensión reducida por el factor de diseño. (Lbf) Pt= Resistencia teórica a la cedencia(Lbf)
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN La resistencia a la cedencia para asegurar un optimo diseño viene dado por la siguiente expresión:
Donde Pa= La carga máxima que pueda colocarse a la tubería. Es la capacidad de tensión reducida por el factor de diseño. (Lbf) Pt= Resistencia teórica a la cedencia(Lbf)
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN En el diseño por tensión siempre debe haber un margen máximo de sobre tensión por si existe pega de tubería y es necesario jalar la tubería, esto se conoce como MOP y viene dado por la siguiente expresión: MOP= P-Pa Donde P es el peso que soporta la tubería de perforación y Pa es la carga que puede colocarse en la tuberia. Generalmente debe estar el MOP entre 50.000 a 200000 Lbfs
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN Una vez conocido la tensión que debe soportar teóricamente la tubería de perforación y la que soporta realmente la tuberia, se calcula el factor de seguridad de tensión (Sf) que debe estar entre 1.0 a 1.1
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN Longitud de la tubería por tensión, despejando de la formula del factor de seguridad por tensión se puede conocer cuanto es la longitud mínima de tubería de perforación para poder cargar el peso necesario por tensión:
También puede expresarse en términos de MOP:
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN Cuando queremos tener varios tipos de tubería de perforación, la longitud de tubería estaría dada por:
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN O APLASTAMIENTO POR CUÑAS La carga máxima admisible de tensión debe ser diseñada para prevenir el aplastamiento por cuñas (slip crushing) de la tubería. Las cuñas debido a la forma cónica tratan de aplastar a la tubería de perforación, este esfuerzo en anillo es resistido por el tubo y a la vez incrementa el esfuerzo global en el acero. El factor de seguridad para las cuñas convencionales de 16 y 12 in viene dado por la siguiente tabla:
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TENSIÓN O APLASTAMIENTO POR CUÑAS La longitud máxima por tensión de las cuñas viene dada por la siguiente expresión: Misma formula que longitud por tensión solo que el factor de seguridad (RS O SF) es el de las cuñas
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN CARGAS POR COCHE (FUERZA IMPACTO) Las cargas por choque suceden cuando las cuñas están colocadas ó el drill pipe está en movimiento, y pueden contribuir a la ruptura de la tubería en diseños limitados. La adición de la fuerza de tensión, Fs, generada de las cargas por choque, es calculada como:
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TORSIÓN Generalmente se puede calcular la torsión pura de una tubería de La resistencia a la cedencia de la tubería de perforación cuando está sujeta a la torsión pura, pero en operaciones de perforación la torsión depende de la fuerza de tensión, por tal motivo la formula que muestra lo anteriormente comentado es la siguiente:
A= 4 (2 -2 ) OD=ID+2e Donde e= espesor de la tuberia dp OD= Diametro externo dp ID= Diametro interno tuberia dp
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN TORSIÓN Generalmente se puede calcular la torsión pura de una tubería de La resistencia a la cedencia de la tubería de perforación cuando está sujeta a la torsión pura, pero en operaciones de perforación la torsión depende de la fuerza de tensión, por tal motivo la formula que muestra lo anteriormente comentado es la siguiente:
A= 4 (2 -2 ) OD=ID+2e Donde e= espesor de la tuberia dp OD= Diametro externo dp ID= Diametro interno tuberia dp
