vibraciones de la sarta

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Vibraciones en la Sarta

de Perforacin

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Que Es Vibracin? Es una Oscilacinomovimientode vaivndentro de uncuerpo La Vibracin es provocada por fuerzas de Excitacinexternas actuando sobre el cuerpo para hacerlo mover Para la sarta de Perforacin (elcuerpo), las Fuerzas de

excitacin incluyen:La interaccin mecha-roca, el peso sobre la mecha(WOB) y la rotacin (RPM) Bombas de Lodo (pulsos circulatorios) Motores [Energa a la mecha y torque reactivo

(opuesto) a la sarta] Movimiento de la sarta (rebotes con la pared del hoyo)

Estas vibraciones pueden amplificarse y, en casos severos,causar dao a la mecha y a los componentes del BHA

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1. Dao a la mecha ..(cortadores/insertos rotos, calibre)

2. Desgaste Prematuro..(acorta la vida de la mecha)

3. Reduce la tasa de penetracin..(rendimiento pobre)

4. Dao al BHA.......(roturas, fugas)

5. Fallas de MWD/LWD..(daos por vibracin, no hay seal)

6. Dao a la Sarta...... (latigueo, impactos contra el hoyo)

7. Desgaste a la tubera. (abrasin - contacto con el hoyo)

Problemas causados por VibracinIncontrolada

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Problemas causados por VibracinIncontrolada (cont.)

8. Incremento de torque de la sarta..(baja la eficiencia, elcontacto con el hoyo reduce el torque de perforacion)

9. Hoyo agrandado....(la mecha perfora un hoyo ms grande

que su dimetro)

10. Prdida de control direccional...(los estabilizadores pierdencontacto con el hoyo agrandado)

11. Pobre calidad del hoyo..(hoyo espiralado, geometra de relojde arena, los estabilizadores se cuelgan)

12. MayoresCostos de perforacin!!!

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Tipos de Movimiento de una Onda

Una onda longitudinal es una onda en la cual laspartculas delmediose mueven en direccin paralela alsentido del movimiento de la onda. Cuando la energa setransporta de izquierda a derecha, las partculas delmedio se desplazarn en ese sentido. Este tipo de ondaes anlogo a una onda de compresin y est asociada alas Vibraciones Axiales

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Una onda transversal es una onda en la cual las

partculas del medio se mueven en direccinperpendicular al sentido de la onda. Cuando la energase transporta de izquierda a derecha, las partculas delmedio se desplazarn hacia arriba y hacia abajo. Este

tipo de onda es anlogo a las ondas de corte (shear) yest asociada a las Vibraciones Laterales

Tipos de Movimiento de una Onda

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Propiedades del Movimiento Armnico Simple

La Interferencia de Ondas es el fenmeno que sepresenta cuando dos ondas se encuentran mientras viajanen el mismo medio. La interferencia de ondas provocaque el medio se deforme como resultado del efecto netode las ondas individuales sobre las partculas del medio

Interferencia Constructiva:las ondas presentandesplazamiento en lamisma direccin

Interferencia Destructiva:las ondas presentandesplazamiento endirecciones opuestas

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Una Onda Estacionariaes un patrn vibracional creado dentro

del medio cuando la frecuencia vibratoria de la fuente continaemitiendo ondas desde un extremo del medio reforzando laincidencia de ondas en el medio de tal manera que el medio da laapariencia de no presentar movimiento. Tales patrones soncreados solamente dentro del medio a especificas frecuencias devibracin. Estas frecuencias son conocidas como FrecuenciasArmnicas o, simplemente,Armonas

A - Amplitud de la onda,

tambien llamadaAnti-Nodo

B - Nodo(Sin Displazamiento)

Propiedades del Movimiento Armnico Simple

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Todos los materiales tiene una frecuencia o frecuencias a lascuales tienden a vibrar cuando son golpeados o, de algunamanera, perturbados. Esto es conocido como la frecuencianatural del objeto. Si la amplitud de las vibraciones essuficientemente grande y la frecuencia natural del material

esta dentro del rango audible humano, entonces el objetoemite ondas snicas que pueden ser escuchadas

El proceso de friccin (stick-slip) es

suficiente para que las molculas de unacopa de vidrio entren en vibracin a sufrecuencia natural

Propiedades del Movimiento Armnico Simple

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Un objeto vibrando a la misma frecuencia naturalde unsegundo objeto induce a ste a vibrar. Esto se conocecomo Resonancia. Cualquiera que sea el sistemavibracional, si se presenta resonancia, el resultado es una

vibracin de gran magnitud

Propiedades del Movimiento Armnico Simple

Una cabilla metlica vibrando induce al aire a su alrededora vibrar y ocurre resonancia

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Frecuencia = Velocidad/Longitud de OndaLas propiedades del material que afectan la frecuencia son:

Inercia- la densidad del medio - Mientras ms grande lainercia, mas lenta la onda. Una onda de sonido viajar

mas rpido en un material menos denso que en unmaterial ms denso

Elasticidad - Gobierna la interaccin entre las partculasdel medio. Los slidos tienen ms interaccin entre laspartculas que los lquidos, los que, a su vez, tienen ms

interaccin que los gases. Las ondas longitudinales viajanms rpido en slidos que en lquidos y gases. Ancuando la inercia es muy pequea en los gases, laelasticidad tiene mucho mayor influencia sobre la velocidadde la onda

Factores que Afectan lasFrecuencias Naturales

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La sarta de perforacin es un sistema muy complejo. Existenpor lo menos 9 frecuencias naturalespresentes en una sartatpica:

Cuando una frecuencia de excitacin externa alcanza alguna deestas 9 frecuencias naturales, el componente entra enResonancia,acumula energa y sufre deformaciones productode las grandes cargas adicionales que actan sobre l

Frecuencias Naturales enSartas de Perforacin

Tubera de Perf.

HeavyWeight

Drill Collars

COMPONENTE

Axial

Lateral

Torsional

VIBRACION

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Medida de la Vibracin

Las vibracionesocurren y se repiten enespacios de tiempofijos. La vibracin se

puede medir entrminos de ciclos (oeventos) por segundo(Hertz)

Rotando a 180 rpm:180 rpm/60 seg = 3 rpm/seg (ciclos/segundo)o 3 Hz3 Hz es la Frecuencia de la mecha rotando a 180 rpm

Frequency of RPM in the Time Domain

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Time - sec

Am

plitude

60 rpm

180 rpm

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Movimiento Armnico

Primary Vibration with Harmonics

-4

-3

-2

-1

01

2

3

4

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

Time - seconds

Amplitude

Main Vib - 1hz

2x Harmonic - 2hz

3x Harmonic - 3hz

La Vibracin Primaria tendr un Movimiento Armnicoa una

frecuencia mltiplo de la vibracin original con Amplitud menor

Vibracin Primariaa 1 Hz (un ciclo completo/seg)2x Armnicoa 2 Hz = 2 x 1 Hz (2 ciclos completos/seg)3x Armnicoa 3 Hz = 3 x 1 Hz (3 ciclos completos/seg)

Los Nodos, o puntos estticos, ocurren a los 0.5, 1.0, 1.5 y 2 segundos. ElMovimiento Armnico Primario y los dems se interceptan en la Amplitud cero

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Frecuencia Dominante de la VibracinPrimary Frequency with Harmonics

-0.50

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 1 2 3 4 5 6

Frequency - hz

Amplitude

Amplitude

Adicionalmente a suMovimiento Armnico, laVibracin se puede mediren trminos de laFrecuencia a la cual ocurre Frecuencia Dominante

Vibracion Primaria a 1 Hz.

2x Armnico a 2 Hz3x Armnico a 3 Hz4x Armnico a 4 HzTpicamente laAmplitudde la vibracin armnicadisminuye a medida que aumenta la frecuencia

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Nodos de Vibracin

Nodo

Movimiento

Nodo

Nodo

Nodo

Nodo

Nodo

1 Nodo

Movimiento Ilimitado

2 Nodos

Movimiento Limitado

3 Nodos

Movimiento Restringido

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La mecha y el buje del cuadrante (kelly bushing)actan como nodos o puntos de cero desplazamientoen la Sarta de Perforacin

Severos Modos de vibraciones puedenpresentarse pozo abajo pero no sondetectados en superficie debido a que elBuje del cuadarnte es un Nodo

Los Estabilizadores(convencionales y de rodillos)actan como nodosforzadosde cerodesplazamiento vibratorio

Nodos de Vibracin

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AXIAL- paralela o a lo largo del eje de la Sarta dePerforacin (Movimiento hacia arriba y hacia abajo):

Rebote de la Mecha Martilleo Estiramiento y compresin de la tubera

LATERAL- perpendicular al eje de la Sarta (Movimientode lado a lado): Rebote de la tubera con la pared del hoyo Mecha/BHA girando fuera de centro (whirl) Movimiento de los codos de las herramientas direct.

TORSIONAL- rotacin con altas fuerzas de arrastre(torque) y resbalado cclico en la Sarta:

Frenado/Resbalado de la mecha y estabilizadores Torque en reversa de motores/turbinas Torque acumulado de la tubera

Tipos de Vibraciones

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