4. Sarta de Perforación 4.1 Peso de una sarta de Perforación 4.1. PESO DE UNA SARTA DE PERFORACIÓN Para calcular el peso de la sarta de perforación en el aire, se requiere el peso de cada una de las secciones en kg/m (T.P., H.W. y lastrabarrenas), en el caso de la T.P., es recomendable aplicar el peso ajustado. Cuando se requiere el peso de la sarta en el fluido de perforación, ésta recibe un empuje de abajo hacia arriba por el efecto de flotación (Principio de Arquímedes), siendo menor su peso que en el aire, para este cálculo se aplica el factor de flotación, en función de la densidad del fluido de perforación y del acero. Aplicación: Encontrar el peso de la T.P., de los lastrabarrenas y H.W., y el peso total de la sarta de perforación en el lodo. Barrena: 8 ½” D.C. 6 ½” X 2 13/16”, 13/16” , 136.0 kg/m. – 110.0 m T.P. 5” – 29.05 kg/m, Premium, °X-95, NC- 50, 1524.0 m H.W. 5” x 3” - 74. 50 kg/m, 110.0 m – NC-50, T.P. 5” – 29.05 kg/m, Premium, °E, 2763.0 m. T.P. 5” – 29.05 kg/m, Premium, °X95, NC-50, 1524.0 m T.P. 5” – 29.05 kg/m, Premium, °G, NC-50, 400.0 m Lodo. 1.56 gr/cm3 Desarrollo del cálculo: A.- Factor de flotación y tubería flotada. Ff = 1 Dl Da = 1 1.56 = 0.8012 7.85 Pesos ajustados de las tuberías: T.P. – 5” – Premium - °G – 32.66 kg/m T.P. – 5” Premium - °X-95 – 31.94 kg/m T.P. – 5” - Premium - °E – 31.12 kg/m 45 4. Sarta de Perforación 4.1 Peso de una sarta de Perforación Pesos flotados: D.C. – 136 kg/m x 110.0 m x 0.8012 = 11,986.0 kg H.W. - 74.5 kg/m x 110.0 m x 0.8012 = 6,566.0 kg T.P. - °E – 31.12 kg/m x 2,763.0 m x 0.8012 = 68,891.0 kg T.P. - °X-95 – 31.94 kg/m x 1524.0 m x 0.8012 = 39,000.0 kg T.P. T .P. °G – 32.66 kg/m x 400.0 x 0.8012 = 10,467.0 kg Respuestas: * Peso de lastrabarrenas flotada – 11,986.0 kg ≈ 12 tons. Peso de lastrabarr enas enas y H.W. – 18,552.0 Kg ≈ 18.5 tons. Peso total en la sarta de perforación flotada – 136,910 kg ≈ 137 tons. * El símbolo ≈ se toma como casi igual.
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4. Sarta de Perforación 4.2 Cálculo del margen para jalar 4.2. CÁLCULO DEL MARGEN PARA JALAR Margen para jalar (Mpj) En la sarta de perforación es necesario tener o dejar un margen de resistencia a la tensión del tubo, del peso total, incluyendo su misma sección, que va a estar recibiendo en su parte inferior; para cuando se tenga que tensionar la sarta sobre su peso, haya tolerancia en dicha operación y no se llegue a romper la tubería en el punto más débil. La tensión que se proporciona sobre el peso de la sarta, influye a lo largo de la sarta de perforación. Por lo anterior expuesto, en los diseños de sarta de perforación, el margen para jalar es una información de mucha importancia para los cálculos, generalmente tiene una variación de 30 a 50° tons., de acuerdo a las condiciones del pozo. Cuando no se tiene un diseño o desconoce el Mpj, es razón suficiente para realizar el cálculo, como se muestra en el siguiente problema. Aplicación: Con los datos del problema anterior del peso de la sarta de perforación, encontrar el margen para jalar, completando la información para el cálculo con la resistencia a la tensión (Rt) de las tuberías. T.P. – 5° - 29.05 Kg/m - °G – Premium –Rt = 178,054.0 kg T.P. – 5” 29.05 kg/m - °X – 95 – Premium – Rt = 161,096.0 kg T.P. – 5” - 29.05 kg/m - °E – Premium – Rt = 127,181.0 kg Operación.- A la resistencia de la tensión de cada sección de T.P., se resta el peso de su parte inferior y se selecciona el mínimo 47
4.2 Cálculo del margen para jalar 178,054 kg - 136,910 kg = 41,144 kg T.P. 10,467.0 kg °G 161,096.0 kg - 126,443.0 kg = 34,653 kg X T.P. 39,000.0 kg °X-95 X T.P. °E
127,181.0 kg - 87,443.0 kg = 39,738 kg 136,910.0 kg 68,891.0 kg 126,443.0 kg X H.W. 87,443.0 kg 6,566.0 kg X D.C”. 11,986.0 kg
Respuesta.- Mpj = 34,653.0 kg 34.6 tons. 48 4.3 Punto Neutro 4.3. PUNTO NEUTRO Se puede de definir al punto neutro en la sarta de perforación, como aquella pequeña sección o franja de un tubo en donde se tiene compresión y tensión, estando dicha sarta en forma vertical. Para entender este concepto, suponemos que se encuentra la barrena arriba del fondo del pozo, la sarta se encuentra en tensión, pero en el momento de estar cargando peso a la barrena, la sección de los lastrabarrenas cuyo peso se le está cargando se encuentra en compresión y la parte superior en tensión. Como éste tipo de fenómeno ocasiona fatiga en donde se encuentra el punto neutro, es recomendable que se localice en un tubo de mayor espesor como los lastrabarrenas o la T.P. extrapesada (H.W.). Tensión Factor de seguridad Peso sobre la barrena
Compresión Barrena arriba del fondo Para el cálculo de la longitud de los lastrabarrenas, se recomienda dejar un 15 o 20% del peso de los mismos para seguridad. 49 4.4 Diseño de una sarta de perforación 4.4. DISEÑO DE UNA SARTA DE PERFORACIÓN El realizar un diseño de la sarta de perforación, es saber cuál es la longitud necesaria de los lastrabarrenas que se requieren para perforar (o moler), y las diferentes longitudes de las secciones de tubería de perforación a diferentes grados o resistencias, anticipando el margen para jalar de la sarta de perforación. A continuación anotamos las fórmulas que se aplicarán en el cálculo LH = Pm x F .S . Ff x P *LH = Pm x F .S . Ff x P x cos L1 = Rt1 − ( PD.C . + PH .W . + Mpj ) PT . P. 1 × Ff Rt3 − Rt 2 PT . P.3 x F f
L2 = Rt 2 − Rt1 PT . P.2 x Ff
L3 = * Pozo direccional Nomenclatura: LH = Longitud de herramienta o lastrabarrenas, en m Pm = Peso máximo sobre barrena, en kg F.S.= Factor de seguridad, expresandose en 1.15 si es 15% y 1.20 en caso de 20% P = Peso de los lastrabarrenas en kg/m Ff = Factor de flotación, adimensional = Angulo de inclinación del pozo, en grados L1, L2, L3 = Longitud de las diferentes secciones
de T.P., en m 50 4.4 Diseño de una sarta de perforación P.T.P.1, P T.P.2 y P T.P.3 = Peso ajustado de la T.P. de las diferentes secciones en kg/m Aplicación: Con la siguiente información, realizar un diseño de sarta de perforación y compararlo en donde se calculó el margen para jalar. Barrena – 8 ½” T.P. – 5” – 29.05 kg/m, Premium, °G, NC –50, P T.P. 3 – 32.66 kg/m T.P. – 5” – 29.05 kg/m, Premium, °X-95, NC – 50, P T.P. 2 – 31.94 kg/m T.P. – 5” – 29.05 kg/m, Premium, °E, NC –50, P T.P.1 –31.12 kg/m H.W. –5” X 3”, 74.50 kg/m, NC – 50, 110.0 m Lastrabarrenas – 6 ½” X 2 13/16”, 136.0 kg/m Lodo – 1.56 gr/cm3 Información complementaria: Diseño para 4907.0 m Margen para jalar – 35 tons. Factor de seguridad en los lastrabarrenas – 20% Máximo peso esperado para la barrena – 12 tons 51 4.4 Diseño de una sarta de perforación Operaciones: Ff = 1 1.56 = 0.8010 7.85 Total = 132.0 m + 110.0 m + 2,857.0 m + 1325.0 m + 648.0 m = 5,072.0 m T.P. °G L3 = 178,054 - 16’, 096 32.66 x 0.8012 L3 = 648.0 m 5072.0 m 4907.0 m 165.0 m 648.0 m - 165.0 m = 483 m de T.P. - °G - Necesaria T.P. °X-95 T.P. °E L 2 = 161,096 - 127,181 31.94 x 0.8012 L 2 = 1,325.0 m de T.P. - °X - 95 L 1 = 127,181.0 - (14,383 + 6,566 + 35,000 ) 31.12 x 0.8012 L 1 = 2,857.0 m de T.P. - °E Peso flotado - 74.50 kg/m x 110.0 m x 0.8012 = 6,566 kg H.W. 12,000 x 1.20 LH = 136.0 x 0.8012 = 132.15 m Peso de lastrabarrenas flotado: 136.0 kg/m x 132.0 m x 0.8010 = 14,383 kg
