sarta de perforacion

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL INGENIERÍA EN PETRÓLEOS PERFORACIÓN I NOMBRE: Giovanny Vásconez PROFESOR: Ángel Fernando Ushiña Puma SEMESTRE: 2014 B

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Perforacion

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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

INGENIERA EN PETRLEOS

PERFORACIN I

NOMBRE: Giovanny Vsconez

PROFESOR: ngel Fernando Ushia Puma

SEMESTRE: 2014 B

QUITO, 10 NOVIEMBRE DEL 2014

LA SARTA DE PERFORACIN

DEFINICION

La sarta de perforacin es la que trasmite la fuerza generada por la mesa rotaria o el top drive a la broca en el fondo del pozo y que tambin proporciona un medio para circular el lodo. La mayor parte de la Sarta la constituye la tubera de perforacin.

Las funciones principales de la sarta de perforacin son:

Proporcionar una va desde la superficie hasta la broca para que el fluido de perforacin se puede llevar bajo presin.

Transmitir la rotacin, aplicada en superficie, a la broca.

Transmitir la fuerza, o peso, a la broca para que la formacin se rompa ms fcilmente.

Proporcionar los medios para bajar y subir la broca de perforacin dentro del pozo.

Partes de la sarta de perforacin

Tubera de perforacin o Drill Pipe

Conjunto de fondo o Bottom Hole Assembly (BHA): Barra de perforacin (Drill Colla

Tubera pesada (Heavy Weight)

Estabilizadores y accesorios.

Trepano, Broca o Bit.

Tubera de perforacin o Drill Pipe

Se entiende como tubera de perforacin a la tubera de acero resistente pero poco pesada que se conecta al ensamblaje de fondo (BHA, Botom Hole Assembly) y termina enroscndose al Kelly o al Top Drive, la cual se usa para transmitir la potencia generada por los equipos de rotacin a la mecha y servir como canalde flujo para transportar los fluidos de alta presin desde el taladro hasta los Drill Collars y la mecha.

Este es el componente principal, en trminos de longitud de la sarta de perforacin. Cada junta de tubera (llamada tambin tubo, largo, sencillo,) de perforacin, hecha en acero, comnmente tiene una longitud de 9 a 11 metros, con una caja de conexin (Tool Joint), macho o hembra, la cual est soldada en cada extremo de tal forma que se puedan enroscar entre s una tras otra. El hombro alrededor de cada caja de conexin tiene un dimetro mayor pues as se ha dispuesto para dar mayor resistencia a las conexiones.

La tubera de perforacin se consigue en varios dimetros (OD) aunque el ms utilizado es el de 5 (127 mm). El dimetro interior de la tubera de perforacin (Inside Diameter)(ID) vara de acuerdo al peso por unidad de longitud de cada tipo de tubo, entre mayor sea el peso, menor ser su dimetro interior.

Comnmente, el peso de la tubera de 5 ms utilizada es de 19.5 lbs/pie o 29.1 kg/m:

Esto resulta

OD = 5 = 127 mm

ID = 4.28 = 108.7 mm

Tambin puede conseguirse tubera de perforacin en diferentes grados de acero, lo cual se obtienen diferentes grados de resistencia, donde D es la ms dbil y S la ms resistente.

La tubera de perforacin tiene una vida relativamente corta por lo que es importante un adecuado cuidado y seleccin. La parte ms dbil de la tubera de perforar es el cuerpo. Por lo que el drill pipe es la parte ms dbil de la sarta.

Partes de la tubera de perforacinEst constituido por dos partes las cuales son fabricadas separadamente y luego unidas mediante soldadura. Estas son:

a) Cuerpo o Body: Plain and upset

b). Conexin o Tool joint: box and pin

Conjunto de fondo o Bottom Hole Assembly (BHA)

El ensamblaje de fondo es la seccin de la sarta de perforacin que agrupa el conjunto de herramientas entre la mecha y la tubera de perforacin. Tiene como funciones proporcionar el peso requerido sobre la mecha para maximizar la tasa de penetracin, producir hoyos en calibre, evitar la formacin de desviaciones tipo pata de perros y ojos de llaves y minimizarvibraciones y pegamentos de la sarta deperforacin. Est compuesto por:

Barra de perforacin (Drill Collar)

Tubera pesada (Heavy Weight)

Estabilizadores y accesorios.

El BHA tambin puede contener otros componentes, como un motor de fondo orientable sistemarotatorio,lamedicindurantela perforacin (MWD), y mientras que la tala de perforacin(LWD) herramientas

Barra de perforacin o Drill Collar (o Porta mechas)

Es un conjunto de tubos de acero o metal no magntico de espesores significativos, colocados en el fondo de la sarta de perforacin, encima de la mecha, lo cual proporciona la rigidez y peso suficiente para producir la carga axial requerida porla mecha para una penetracin ms efectiva de la formacin

En forma similar a la tubera de perforacin los drillcollars se consiguen en varios dimetros exteriores (OD) con el dimetro interior (ID) variando segn el peso por unidad de longitud.

Normalmente el ID es similar al de los Heavy weight Drill Pipe, cercano a 3 o 76 mm:

Cumplen varias funciones importantes:

Proporcionar peso para la broca.

Proporcionar la resistencia para que los drillcollars estn siempre en compresin.

Proporcionar el peso para asegurar que la tubera de perforacin siempre se mantenga en tensin para evitar que se tuerza.

Proporcionar rigidez o consistencia para que la direccin del pozo se mantenga.

Producir un efecto de pndulo, permitiendo que los pozos casi verticales puedan ser perforados.

El peso aplicado a la broca debe provenir nicamente de los drillcollars, si el peso aplicado a la broca excede el peso total de los drillcollars, el peso extra provendr de la tubera, la cual estara en compresin, siendo susceptible de torceduras y a que se zafara la rosca.

Tubera pesada o Heavy Weight

La tubera pesada constituye el componente intermedio del ensamblaje de fondo.

Constituyen elcomponente intermedio del ensamblaje de fondo, es un tubular de gran espesor de pared similar a los Drill Collars pero menos rgidos y de menor dimetro, cuya conexin posee las mismas caractersticas de la tubera de perforacin, pero mucho ms pesadas y ligeramente ms largas sus uniones o conexiones; es bastante flexibles y sirve de zona de transicin entre los Drill Collars y la tubera de perforacin (Drill Pipe) para minimizar cambios en rigidez entre estos componentes, as como tambin para reducir la alta tensin y las fallas originadas por la concentracin deflexin cclica en la conexin de la tubera de perforacin.

Se conoce tambin con los nombres de Heavy Wall Drill Pipe y Heavy Weight Drill Pipe. La funcin ms importante de la tubera pesada es servir de zona de transicin entre las barras y la tubera de perforacin, para minimizar los cambios de rigidez entre los componentes de la sarta, con el objeto de reducir las fallas originadas por la concentracin de flexin cclica en la conexin de la tubera de perforacin

Funciones:

Como elemento de transicin entre los collares de perforacin (DC) y la tubera de perforacin (TP)

Esto previene el pandeo o combamiento de la TP

Puede trabajarse en compresin sin sufrir dao en los acoples

Empleada extensamente en Perforacin Direccional

En ocasiones se utiliza en reemplazo de los DC

Mantiene la Tubera de Perforacin rotando en tensin

No se debe usar para proporcionar peso sobre la barrena en condiciones normales

Estabilizadores

Los estabilizadores como su nombre lo indica, dan firmeza y seguridad al ensamblaje de fondo o sarta de perforacin, cuidndola del contacto con las paredes del hoyo y controlando la desviacin, tanto en hoyos verticales como direccionales.

Estos son unos tramos cortos de tubera,(Subs.) posicionados entre los drillcollars con el fin de mantenerlos centrados dentro del hueco, mantener el pozo derecho y por medio de la accin de corte mantener el dimetro correcto en las paredes del pozo. El dimetro completo del pozo se consigue con unas Cuchillas montadas en el cuerpo del estabilizador, las cuales pueden estar hechas de aluminio o caucho macizo, o ms comnmente, de acero con insertos de carburo de tungsteno dispuestos en la caras cortantes. Los estabilizadores se pueden clasificar como de cuchillas rotantes o no rotantes, o como de cuchillas espirales o rectas.

Adems:

Reducen la fatiga en las conexiones de las barras al reducir el pandeo de la sarta.

Reduce la pega de la sarta al mantener las barras alejadas de las paredes del hoyo.

Previene cambios bruscos de ngulo del hoyo al aumentar la rigidez del ensamblaje de fondo.

Mantienen las barras centradas en el hoyo minimizando la desviacin del mismo y obtenindose hoyos mejor alineados.

Dentro de los tipos de estabilizadores se encuentran: Estabilizadores de camisa rotatoria, de camisa no rotatoria y escariadores

La ubicacin de los estabilizadores en el ensamblaje de fondo, depende del desempeo que requiera la sarta en cuanto a trayectoria se refiere.

En la perforacin de pozos horizontales, se hace uso de los estabilizadores para controlar o modificar el ngulo de inclinacin del pozo de acuerdo a lo deseado, los estabilizadores se instalan en la sarta de perforacin para aumentar, reducir o mantener el ngulo, ellos constituyen el componente del ensamblaje de fondo que permite tener el contacto adecuado con la pared del hoyo para proporcionar estabilidad de la sarta, as como prolongar la vida de la mecha, obteniendo a su vez hoyos ms rectos y ms seguros.

Rimadores (Reamers)

Los rimadores riman las paredes del pozo a un dimetro igual o inferior al de la broca y realizan una funcin similar a los estabilizadores en cuanto que ayudan a estabilizar el ensamblaje de fondo y mantener el hueco con el dimetro completo. Son usados generalmente cuando se experimentan problemas para mantener el pozo del dimetro de la broca, en formaciones abrasivas, cuando a la broca se le desgasta el dimetro exterior. En forma similar, se utilizan si se sabe que en el pozo existen ojos de llave, patas de perro, o escalones. El nmero y posicin de las cuchillas rimadoras dictan la clasificacin del reamer. Por ejemplo, con tres cuchillas, se llama un reamer de 3 puntos. Si se le ubica hacia la base del sub (como se muestra en la ilustracin) se le llamara un reamer de tres puntos, cerca de la broca. Un reamer estabilizador tendr las cuchillas posicionadas en el centro del sub.

Los Under-reamers tambin son ubicados directamente encima de la broca para rimar el hueco y mantener el dimetro o aumentar el dimetro del hueco ya perforado. La accin de corte o rimado se logra por medio de conos giratorios que van sobre brazos extensibles. Estos brazos se abren y se mantienen abiertos durante la perforacin por la presin de lodo que est pasando a travs de la tubera. Esto permite que la herramienta pueda bajar a travs de una seccin de dimetro estrecho, como un revestimiento, y luego abrirse en la profundidad deseada.

Hole opener (ensanchador)

Esta herramienta es similar a los under reamers, en la cual la accin de corte o rimado se logra por medio de conos giratorios para ensanchar el dimetro del hueco. Pero a diferencia de estos, no van sobre brazos extensibles. Generalmente son usados en secciones superiores de pozos donde se requieran dimetros grandes.

Cross-Overs

Los Cross-Overs son pequeas secciones de tubera que permiten conectar entre s tuberas y drillcolllars de diferente rosca y dimetro.

Martillos (jars)

Estos son elementos operados mecnica o hidrulicamente para proporcionar un golpe de alto impacto sobre la sarta de perforacin dentro del pozo para el caso en que sobrevenga una pega de tubera. Los Martillos estn especficamente diseados para perforar o para pescar (recuperar una parte de la sarta de perforacin que se ha dejado en el pozo).

Si la tubera se pega y no puede ser liberada trabajando la tubera con movimientos normales hacia arriba y hacia abajo, sin sobrepasar las limitaciones del equipo y la tubera entonces es cuando se usan los martillos para perforacin rotaria.

Los martillos son herramientas diseadas para proporcionar golpes de alto impacto, en sentido hacia arriba o hacia abajo sobre la sarta de perforacin. La direccin para la cual se active el martillo depende del movimiento de la tubera cuando ocurri la pega. Un golpe hacia abajo se obtendr si la tubera estaba quieta o movindose hacia arriba. Un golpe hacia arriba se obtendr si la tubera se est moviendo hacia abajo. La mayora de las situaciones de pega resultan cuando la tubera se est moviendo hacia arriba o cuando esta quieta, por lo tanto el martilleo hacia abajo es el ms comn.

Para liberar la tubera se necesita que el jar est por encima del punto de pega, por esto se les ubica a los martillos en la parte superior del ensamblaje de fondo (BHA), siempre arriba de los estabilizadores y otras herramientas de mayor dimetro susceptibles a pegarse.

Los martillos pueden ser activados hidrulica o mecnicamente, pero ambos funcionan con el mismo principio. Este es que el martillo consiste en un tubo de dimetro mayor el cual est unido a la sarta de abajo (la que est pegada) y un mandril de dimetro inferior, unido a la tubera libre arriba, el cual puede deslizarse liberando una gran energa(aceleracin y fuerza) rpidamente bien sea hacia arriba o hacia abajo.

Si con el martilleo no se puede soltar la tubera, el nico recurso es soltar la parte de tubera que an este libre (back off). Esto se consigue desenroscando la tubera en una conexin arriba del punto de pega. Este punto de pega se determina con una herramienta especializada de registros elctricos, y luego se baja una pequea carga explosiva a este punto para soltar la conexin. El resto de tubera que ha quedado abajo en el pozo, debe ser pescada, molida, o se puede desviar el pozo para poder continuar perforando.

Shock-Subs

Este se posiciona directamente sobre la broca cuando la dureza de las formaciones hacen golpear la broca sobre el fondo. Estn diseados para absorber estos impactos con el fin de prevenir daos en el resto de la sarta de perforacin. Esto se hace por medio de resortes o de empaques de caucho.

Motores de Fondo

Enlaperforacin depozosseutilizan motoresespecialmente diseados para perforar una curva predecible desde vertical ahorizontal y mantener una geometra constante, este motor tiene la particularidad de eliminar la rotacin de la tubera mediante una fuerza de torsin pozo abajo, impulsada por el fluido de perforacin, los motores traen incorporado un cuerpo de desvo (Bent Housing) ajustable de 0.5 a 3, con la finalidad de permitirle a la mecha, construir inclinacin y/o cambiar la direccin del hoyo sin rotacin en la tubera y de perforar en forma recta cuando la sarta es rotada.

Trepano, Broca o Bit

Las brocas poseen un sistema decirculacin para su enfriamiento y permitir el paso del fluido, usando su fuerza hidrulica para impactar la roca y facilitar su perforacinTipos de BrocasBrocas de arrastre

Estas tienen cuchillas endurecidas, en vez de cortadores distribuidos, las cuales hacen parte integral de la broca y rotan solidamente con esta y con la sarta. Tienen la tendencia a producir un alto torque y tambin a perforar huecos con muy altas desviaciones. La penetracin se consigue por raspado usando poco peso en la broca (Weight On Bit, WOB) y alta velocidad de rotacin (RPM). Realmente con este tipo de broca slo se pueden perforar formaciones blandas e inconsolidadas, pues no tienen la dureza ni la resistencia al desgaste necesariaspara las formaciones consolidadas.

Brocas Tricnicas

Es el tipo de broca ms comn actualmente usada. Estas tienen 3 conos los cuales se van interfiriendo luego limpiando entre s, con filas de cortadores en cada cono. Los conos son principalmente de dos tipos: o bien dientes tallados o de insertos de carburo de tungsteno (Tungsten Carbide Inserts, TCI) y pueden ser de varios tamaos y durezas de acuerdo a las litologas previstas. Una gran cantidad de calor se genera por la friccin durante la perforacin y este calor debe ser disipado. El enfriamiento y la lubricacin son funciones del fluido de perforacin. Este sale por las boquillas o jets que tiene la broca. Cada boquilla est posicionada encima de cada cono, son reemplazables y pueden ser instaladas en varios tamaos, siendo mayor la velocidad del lodo por la boquilla a medida que esta es ms pequea.

Las brocas tricnicas estn clasificadas dentro del sistema desarrollado por la IADC

(International Association of Drilling Contractors)

Brocas Policristalinas y de Diamante (PDC)

Estas brocas tienen una larga vida pues sus cortadores son muy duros y no hay rodamientos ni partes mviles. Los diamantes industriales de origen natural empleados son colocados manualmente en diseos geomtricos que cubren el fondo de la broca, en forma redundante que permita el funcionamiento de la misma si hay rotura de alguno de ellos.

En las brocas PDC, los diamantes policristalinos son montados en una matriz de carburo de tungsteno. Los diamantes realizan la perforacin, o el corte, mientras el carburo de tungsteno los sostiene proveyndoles de resistencia y rigidez.

Los cortadores de diamante comienzan su trabajo afilado y se desgastan mantenindose afilados, mientras que la mayora de cortadores se desgasta con el uso. Esto y su vida ms larga hacen extremadamente efectivas en costo para perforaciones profundas y en formaciones duras y abrasivas.

Dado que no tienen partes mviles, son econmicas y permiten altos regmenes de rotacin (RPM), (mayores que los permitidos para brocas de rodamientos) producidos con motores de fondo.

Tienen una larga vida, aunque las ratas de penetracin (ROP) son generalmente menores. La distancia perforada tendr que ser mayor para justificar el alto costo que implican estas brocas.

La accin cortante de los diamantes es del tipo de fallamiento o pulverizacin. Lo cual produce cortes que son mucho ms finos que los producidos por una broca tricnica. Comnmente apareciendo como una fina harina de roca, y algunas veces hasta trmicamente alteradas debido al alto calor friccional generado. Esto hace que esta broca no sea muy til cuando se trata de evaluar una formacin, pues la estructura y la forma de la litologa se destruyen en alto grado. En forma similar, no son sensibles a los cambios de formacin (generalmente un cambio en la ROP es la primera indicacin de un cambio en la litologa), se recalca nuevamente que estas brocas no producen cortes aptos para la evaluacin geolgica.

Las brocas de diamante tienen diferentes requerimientos operacionales que las brocas

tricnicas. Generalmente tienen un dimetro ligeramente menor que el tamao de hueco para reducir desgaste durante los viajes para adentro y para fuera del pozo.

CONFIGURACIONES DEL BHA

Tipo "A". Esta configuracin usa HW encima de los drill collars como una transicin para suavizar el cambio abrupto de seccin Sin embargo el peso total sobre la broca se aplica con los drill collars.

B. Tipo "B". Esta configuracin tiene suficientes drill collars para mantener un control adecuado de la direccin y llegar a un objetivo aplicando peso sobre la broca tanto con los drill collars como con los HW. Este arreglo mejora y facilita el manipuleo ensuperficie, disminuyela tendencia a atascamientos pordiferencial y aparentemente disminuye las fallas de las conexiones de los drill collars.

C. Tipo "C". Esta configuracin tiene ms de un tamao de drill collars pero sigue usando tanto losdrill collars como los HE para peso sobre la broca. Tambin disminuye el riesgo por diferencial a la vez que mantiene una mayorrigidez y concentracin para el peso sobre la broca.

TIPOS DE BHAs CONVENCIONALES

FULCRUM. Tambin llamado punto de pivoteo. Es importante que la pared del os conjuntos de fondo proporcione longitud de contacto para asegurar el alineamiento del hueco que ya se ha perforado. La experiencia ha confirmado que un solo estabilizador acta como un Fulcrum o punto de pivoteo. Esto hace que el ngulo del pozo crezca debido a las fuerzas laterales de los drill collars no estabilizados

Pueden ser:

1. Simple (Slick assembly). Est conformado por broca, drill collars, y Heavy Weight. Este tipo de BHA tuvo muchos problemas de desviacin de pozos y de atasques por diferencial

2. Multi componentes. Es aquel que adems de los componentes bsicos tienen alguna otra herramienta tales como STB, reamers, Jars, amortiguadores, que ayudan a controlarla direccin.