SARTA DE PERFORACION

Mario Bonilla

Jairo Canaria

• Funciones de la sarta

Componentes de la sarta de perforación

• “Drill pipe” o Tubos de perforación

• “Bottom Hole Assembly (BHA)” o ensamblaje de fondo del pozo– Heavy weight drill pipe– Drill Collars o Botellas de perforación o lastra barrenas– Stabilizers o estabilizadores– Bit sub– Bit

• Herramientas adicionales– MWD “monitor while drilling”– DST “Drill stem test”– Junk baskets

DRILL PIPE

• Transmite la potencia rotaria de la superficie al fondo

• Une el BHA con la Kelly

• Suministra el fluido de perforación a la broca

Tipos de acero que se utilizan en la fabricación

GRADOEsfuerzo Cedente

(PSI)

Limite elastico

(Mpa)Carga de rotura

minima (Mpa)Letra asignada

Designación Minimo Maximo

D D-55 55.000 ----- ----- -----

E E-75 75.000 515 725 690

X X-95 95.000 655 860 720

G G-105 105.000 725 930 790

S S-135 135.000 930 1140 1000

Drilling Engineers. Neal J Adams and API Spec SD-7

Dimensiones del Drill pipe

• Diámetros

– OD 2 3/8” – 6 5/8” (60.3mm – 168.3mm)

Para pozos de profundidad media las medidas

mas usuales son:– 2 7/8” (73mm), 3 1/2” (88.9mm)

4” (101.6mm), 5” (127mm)

• LongitudesLas longitudes estandarizadas se encuentran

en tres gamas

– 12-22 pies (5.4 – 6.6 m)– 27-30 pies (8 ½ - 9 m)– 38-45 pies (11.4 – 13.5 m)

*Estas mediciones corresponden a la medida entre extremos sin incluir el empalme

Tipos de tubo

• Internal upset

• External upset

• Internal external-internal upset

• “Tool joint”

– Sostienen el peso de la sarta de tubería– Soportan el esfuerzo de conexiones y

desconexiones frecuentes– Proveen un sello a prueba de escapes– Permiten una conexión rápida

• Tipos de union “tool joint” mas utilizados son:

– Regular (REG). El diametro interior del tool joint es igual de extremo recalcado interiormente

– Internal flush (IF). El diametro interior del tool joint es igual al diametro de la tuberia. Hay recalque exterior no interior.

– Roscas conicas, del 16 al 25% y diversos hilos por pulgada y formas, lo que dfa origen a los tipos existentes

TORQUE

CONEXIÓN Tool Joint WT • La rosca tipo WT con perfil

acuñado tipo cola de milano, es una conexión cónica de dos escalones para juntas de perforación que ofrece una extraordinaria resistencia al torque y un amplio diámetro interior que mejora la eficiencia hidráulica del aparejo.

• Usos y Aplicaciones • Tubería de Perforación y Sartas

de Trabajo • Se utiliza también para abrir

ventanas, para reparación de pozos y debido a su alta resistencia a tensión / compresión es ideal para perforar pozos desviados, horizontales y de largo alcance.

• CARACTERÍSTICAS DE LA CONEXIÓN Tool Joint WT

• Mejor eficiencia hidráulica al mantenerse un diámetro interno grande a través de la junta. No ocurren reducciones del diámetro interno debido a que la resistencia a la torsión por debajo del espesor del último hilo enganchado de la rosca del piñón, no se ve limitada.

• El esfuerzo resultante debido al torque se distribuye a través de toda la longitud de la rosca. Cuando se aplica torsión, el flanco de ataque de la rosca ofrece la superficie de reacción a la fuerza igual y opuesta generada en el flanco de carga de la rosca. La superficie de reacción, u hombro de torsión, de una junta convencional, ha sido eliminada. Con esto se evita la concentración de esfuerzos en el último hilo del piñón inherentes a dichas juntas convencionales.

• La separación de la cara de la caja es un indicador de desgaste. Después de un uso prolongado, el desgaste de la conexión permitirá que haya un desplazamiento adicional del piñón dentro de la caja. Cuando la separación alcance 0.1 mm (.004"), el piñón y la caja deberán apartarse para su recorte y readaptación.

CONEXIONES Serie 500, Tipo 533

• Para pozos de petróleo (aceite) y gas con presiones moderadas a altas que requieran un sellado metálico confiable, combinado con una capacidad estructural superior. Recomendada para usarse en pozos de petróleo (aceite) y gas con alta presión y en aplicaciones de flexión extrema.

• Usos y aplicaciones • Tubería de Producción, Sartas de

Trabajo y Tubería de Producción con Recubrimiento Plástico

• Sus aplicaciones especiales incluyen lastrabarrenas no magnéticos para sartas de perforación de radios reducidos, además de geotermia e inyección de vapor

• CARACTERÍSTICAS DE LA CONEXIÓN Serie 500, Tipo 533

• Su resistencia excepcional a la torsión se debe al engranaje simultáneo de los flancos opuestos de la rosca tipo cola de milano. Los flancos de la rosca cuentan con un tope a la torsión efectivo, el cual virtualmente elimina las reducciones del D.I. del piñón, causadas por la sobretorsión.

• La durabilidad de la sarta de trabajo se debe a la resistencia y al paso largo de la rosca y a su perfil de alta conicidad que permite una inserción profunda.Su capacidad al 100% a la compresión se logra gracias al ángulo reverso (invertido) del flanco de ataque de las roscas tipo cola de milano.Ideal para pozos muy desviados y de largo alcance, y para otras aplicaciones que demanden una capacidad superior de rotación con flexión.

• La Rosca Acuñada tipo cola de milano proporciona un rendimiento excelente en cargas combinadas de torsión, flexión y tensión o compresión.La protección continua en contra de la corrosión se logra mediante el uso del anillo opcional CB. Este anillo crea un puente entre las capas plásticas del piñón y la caja, que resiste la corrosión sin alterar el funcionamiento general de la conexión. Este anillo se encuentra empotrado de modo que se protege contra los posibles daños causados por los cables de las sondas de registro y por el flujo de la corriente.

TIPOS DE CONEXIONES

APLICACIÓN DEL TORQUE• LLAVES DE FUERZA

• Se deberán usar llaves de fuerza para el torqueado final de la conexión. Las llaves deberán estar en condiciones de operar a mínimo 3 r.p.m. Es necesario que estén equipadas con insertos curvos para impedir que el tubo o cupla se safen y queden marcados. Debe seleccionarse una celda de carga calibrada para colocar en el brazo de la llave de fuerza. la llave de contra fuerza debe estar en un Angulo de 90° respecto de la llave de fuerza cuando se aplique el torque.

• La llave de fuerza debe permitir el movimiento vertical para evitar que se deforme o se golpee durante el enrosque del tubo.

• Una vez que se ha instalado la llave de fuerza, se recomienda colocar en ella un trozo de tubo del mismo diámetro que el tubo que se esta bajando y ajustar las mordazas a fin de asegurar un contacto adecuado y una rotación suave de las cabezas de los insertos sin que se produzca ninguna obstrucción ni interrupción de la rotación durante el torqueado.

EQUIPOS DE MONITOREO DE TORQUE

• Los equipos de monitoreo de torque deben poder aceptar o rechazar automáticamente el enrosque de una conexión. Existen cuatro (4) tipos básicos de equipos que permiten obtener una lectura de torque.

MEDIDOR DE TORQUE

• Generalmente hay un medidor de torque montado a la llave de fuerza. Este debe calibrarse por lo menos cada tres meses y debe tener un certificado donde figuren los datos de la calibración actual, así como la fecha de la siguiente calibración.

• El medidor de torque y el indicador del dispositivo para control de torque tiempo-vueltas deben dar lecturas coincidentes durante el ajuste preliminar.

DISPOSITIVO DE MONITOREO TORQUE-VUELTAS

• Las conexiones API deben enroscarse hacia el numero correcto de vueltas pasada la posicion de ajuste manual. Para poder determinar esta posicion se puede utilizar un sistema de monitoreo torque-vueltas que permita medir vueltas en centecimas de revolucion.

DISPOSITIVO DE MONITOREO TORQUE TIEMPO

• Este dispositivo se utiliza con suma frecuencia en las conexiones Premium que tiene hombros internos y externos y sellos metal- metal. Estas superficies metálicas deben enroscarse hasta alcanzar la posición adecuada.

• Esto ocurre cuando los hombros de la conexión llegan a loa posición correcta, para luego torquear el hombro para energizar el sello. Este equipo debe ser capaz de realizar 20 mediciones por segundo

POCISION DEL TORQUE

• Limites de torque y triangulo en conexiones Buttress

• Método EXXON – SPE/IADC 18697-Louisiana Drilling Conference 1989

• Nuevo método de enrosque para conexiones API

Características de las Llaves de Fuerza

• Las llaves de fuerza deben ser las adecuadas. Por ejemplo, no se recomienda usar una llave de 50.000 lb.pie para una junta que sólo requiere 4.000 lb.pie, dado que la inercia inherente durante el enrosque y la escala del medidor darán como resultado falta de precisión en la aplicación del torque. Las llaves para barras de sondeo y portamechas son demasiado potentes e imprecisas como para enroscar las uniones de tubing y casing.

• Debido al movimiento vertical del tubo cuando se enrosca o desenrosca una conexión, las llaves de fuerza deben tener libertad de moverse con el tubo para evitar que las roscas sufran solicitaciones indebidas (compensador elástico vertical).

Aplicación de Torqueen Uniones API

• a) Rosca redonda desde 4 1/2" hasta 13 3/8" de diámetro de tubo. Los valores de torque para esta unión pueden verse en la API RP 5C1 o en las tablas presentadas al final. Los valores de torque fueron calculados por API como el 1% de la resistencia a la tensión (por desenchufe) de la unión. Estos valores así calculados se comparan bastante bien con los obtenidos por ensayos, utilizando grasa API 5A3. Mediante este procedimiento se estableció el Torque Óptimo. Los valores de Torque Mínimo son el 75% del valor del Torque Óptimo, mientras que el Torque Máximo es el 125% del valor del Torque Óptimo. El valor del Torque Óptimo se ha seleccionado para dar un valor óptimo recomendado de torque en condiciones normales de enrosque y puede considerarse satisfactorio si la cara de la cupla llega hasta el punto de desvanecimiento de los filetes más o menos dos vueltas de rosca. Si no se llegara a esta posición con los valores de torque dados, la unión debe ser desenroscada e inspeccionada. De persistir el problema, deberán desecharse ambos tubos. Para 16", 18 5/8" y 20" el enrosque debe hacerse hasta la posición del punto de desvanecimiento de los filetes utilizando como guía la tabla de Torque Mínimo. El torque que debe aplicarse cuando se trate de conexiones API de distinto grado de acero o peso métrico será el correspondiente a la de menor valor en grado de acero o peso métrico. En el caso de ajustar conexiones API de casing rosca larga (LC) con rosca corta (STC), utilizar siempre una cupla larga o reducción.

• b) Rosca Buttress desde 4 1/2" hasta 13 3/8". El valor de torque debe determinarse enroscando hasta que la cupla llegue a la base del triángulo marcado en el tubo. Luego de varias determinaciones se promediará un valor de torque a aplicar.

Aplicación del Torque• Durante el enrosque final, el torque debe monitorearse continuamente. Si se advierte

un torque excesivo en el comienzo del enrosque, hay que detener el proceso y verificar la alineación vertical. Desenroscar la unión e inspeccionar que no se hayan producido daños en el pin o box. Para conexiones API utilizar un máximo de 25 r.p.m., y de 5 r.p.m. para las últimas vueltas. En conexiones premium el máximo es de 20 r.p.m. y de 5 r.p.m. en las dos últimas vueltas. Si corresponde, se deben reemplazar los anillos de sello en la conexión. Si no hay evidencia de daños, se deberá aplicar grasa nuevamente y repetir el enrosque. Una vez que la conexión se ha enroscado hasta la posición adecuada y/o dentro de los valores de torque especificados, liberar la llave de fuerza del cuerpo del tubo. Antes de continuar, es imprescindible verificar que los datos obtenidos mediante el sistema de monitoreo sean aceptables. Esto incluye el torque final, el torque aplicado al hombro y la forma general de las curvas torque/vueltas y/o torque/tiempo. Todo enrosque que sea rechazado por cualquiera de los motivos antes mencionados deberá evaluarse antes de continuar. La evaluación consistirá en desenroscar la conexión y llevar a cabo una inspección visual exhaustiva de las roscas y las superficies de sello. Si no se encuentran indicios de daños, podrá enroscarse nuevamente, si corresponde. Si la conexión tuviera anillos de sello, se deberán reemplazar por nuevos. Después de cada enrosque, el área del tubo/cupla que fue sujetado por las llaves de fuerza/contrafuerza, así como el área de mordazas, deberá inspeccionarse visualmente para determinar si se ha dañado. Si hay demasiadas marcas provocadas por la llave en el tubo o en las cuplas, deberán evaluarse de acuerdo con la norma API 5CT ISO 11960

Dispositivo para enroscar lasarta de perforación

• Las tenazas TorkWinder™ son herramientas únicas para enroscar y desenroscar en forma segura las tuberías de perforación, collares de perforación, barrenas de perforación, estabilizadores y los conjuntos del fondo del pozo (BHA, por sus siglas en inglés). Hasta la barrena (o mecha o broca o trépano) de perforación se puede enroscar fuera de línea y a un lado del camino crítico de tiempo, sin ocupar la mesa rotatoria. Su llave de rotación independiente genera 2000 libras-pie (2,711 Nm.) de par torsor y se levanta a una altura suficiente para acomodar los estabilizadores y los conjuntos del fondo del pozo de diámetros exteriores grandes.

CARACTERITICAS Y BENEFICIOS

• Rotación de 140º en una sola carrera• La unidad genera 145,000 libras-pie (200,000 Nm.) de par

torsor• Agarre de mandíbula hidráulica y sistema de par torsor• (patentados)• Girador independiente• Adaptador para desenroscar la barrena para el cambio de la• barrena de perforación (opcional)• Plena capacidad de control remoto• Beneficios• Reduce el tiempo en la torre de perforación en la operación de• enroscar y desenroscar.• Eficientemente enrosca la rosca “wedge thread” y otros tubos

de• perforación de alta torsión.• Facilita todos los enrosques y desenrosques del conjunto del

fondo• del pozo.• Facilita el enrosque y desenrosque de la barrera de

perforación.• Compatible con los Sistemas PowerFrame y PowerScope.• Opera con seguridad desde un lugar remoto.• Elimina la necesidad de tenazas manuales.• Elimina la necesidad de premontado del conjunto del fondo del• pozo.

• Identificación– Símbolo del fabricante mostrado en la tabla– Mes de la soldadura– Año de la soldadura– Codigo del fabricante de la tuberia– Grado del acero mostrado en la tabla

Bottom Hole Assembly (BHA)

• Heavy weight drill pipe– Aplica peso a la broca– Se utiliza como transición entre el drill collar y el drill

pipe para hacer un cambio gradual– Ahorra costos permitiendo una alta velocidad de

perforación con menos torque.– Simplifica el control direccional proporcionando

estabilidad– Menor área de contacto con la pared del pozo que los

drill collars– Sirve para perforar angulos altos debido a que es

mas flexible que el drill collar– Facil manejo ahorrando tiempo y viajes.

Drill collars

• Provee peso a la broca• Proporciona la fuerza necesaria para

correr en compresión• Asegurar que el drill pipe permanezca en

tensión y evitar pandeos• Minimiza problemas de estabilidad en la

broca por vibraciones y saltos• Reduce los problemas de control

direccional proporcionando rigidez al BHA

Clases de Drill Collars

• “Drill Collar” espiral: estos son utilizados comúnmente y poseen espirales planos o depresiones poco profundas a lo largo de su superficie

• “Drill Collar” no magnéticos: estos son fabricados de una aleación de acero no magnética para proteger los instrumentos de medida direccional de la influencia distorcionante de la sarta de acero en el campo magnetico de la tierra.

Drill Collars

• Tipos de acero normalizados por API– SAE 31/40 al NI-Cr– SAE 41/40 al Cr- Mo

• Diametros mas comunes– OD 3 ½” hasta 11“ ( 79.4 – 279.4 mm)

• Peso unitario– 32.7 – 445 Kg/m

• Longitudes – 30-42 pies (9 – 12.6 m)

Elección del diámetro de los drill collars

• Factores que condicionan la elección:– Diámetro del pozo– Perdidas de carga en la circulación del fluido – Desviación del eje del hueco.– Introducción de instrumentos en su interior

• Resistencia de las roscas depende de:– Resistencia del acero – Perfil de la rosca y de sus extremos– Método de mecanización– Tratamientos posteriores – Par de apriete

Estabilizadores

• Existen de tres tipos:– Aleta rotatoria: este tipo de estabilizador puede ser

de aletas rectas o en espiral y en ambos casos las aletas pueden ser cortas o largas

– Estabilizadores de camisa no rotatoria reemplazable en el equipo de perforación: este tipo de estabilizador es mas común debido a que es menos propenso a atascarse y es de fácil limpieza; es el mas efectivo en formaciones duras como caliza y dolomita.ya que la camisa no gira y por consiguiente no penetra en la pares del pozo ni la daña.

– Rimador de rodillos cortadores: estos son usados para rimar y dar mas estabilidad a la sarta en las formaciones duras, su área de contacto con la pared del pozo es pequeña, pero a pesar de esto es la unica herramienta disponible para rimar efectivamente las rocas duras.

• “Cross over subs”Son secciones cortas de material de tubería de

Perforación que proveen un enlace entre los diferentes diámetros y tipos de conexiones roscadas. Los cross over subs están disponibles como caja- caja, pin-pin y pin-caja

Kelly o barra de arrastre

Es de sección cuadrada o hexagonal y transmite la rotación desde la mesa a laSarta.

• Longitud– 40-50 pies (12-15m)

• Diámetro– 2 ½” - 5 ¼” (63.5-133.3mm)– La sección cuadrada es de 3”-6” (76.2-152.4mm) las

hexagonales los diametros interiores respectivamente son de 1 ¼ a 3 ¾ (31.7-82.6mm) y de 1 ½ a 3 ½ ( 38.1 – 88.9 mm)

– El roscado superior al contrario del resto de la sarta es a izquierdas.

• Se fabrican en acero su limite elastico minimo es de 758 MPa y de 620 MPa en la sección util.

• Es un elemento fundamental de elevado precio