Diseno de La Sarta de Perforacion
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James Roxo/Ashley Fernandes Diseño de la Sarta de Perforación
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James Roxo/Ashley Fernandes
Diseo de la Sarta de Perforacin
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DE Feb 2002
Objetivos Describir y calcular los efectos de las fuerzas fsicas sobre el acero.
Ser capaz de nombrar y describir las principales leyes fsicas y su relacin
con el comportamiento del acero.
Conocer donde se puede conseguir informacin sobre la propiedades de los
tubos de acero.
Ser capaz de seleccionar el grado de acero adecuado para diferentes
aplicaciones.
Describir y ser capaz de aplicar factores de seguridad (tambin conocidos
como factores de diseo) y factores de correccin.
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DE Feb 2002
Relacin de Leyes Fsicas
Los conceptos importantes son: Esfuerzo Tensin Ley de Hook Modulo de Young Lmite Elstico Resistencia a la Fluencia / Resistencia a la
Tensin
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DE Feb 2002
EsfuerzoEl acero es un material elstico, hasta cierto lmite. Si una carga de tensin es aplicada al acero (ESFUERZO), el acero se estirara (TENSION). Si usted duplica la carga, doblara la cantidad en que el acero se estira.
El esfuerzo es definido como una carga rea seccional cruzada. Las unidades son normalmente Libras por pulgada al cubo. Al esfuerzo se le da normalmente el smbolo de s (Smbolo Griego Sigma).
Hale mas duro (mas esfuerzo)!!! Pero se estirara ms (ms tensin)!!!
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DE Feb 2002
Esfuerzo - Ejemplo Si una tubera de perforacin
nueva de 5 tiene una seccin
transversal de 5.2746
pulgadas cuadradas y soporta
una carga de 100,000 lbs,
Cual es el esfuerzo en la
tubera?
Esfuerzo = Carga rea
Esfuerzo = 100,000 5.2746
Esfuerzo = 18,960 psi
Si una tubera de perforacin
nueva de 3.5 tiene una
seccin transversal de 4.3037
pulgadas cuadradas y soporta
una carga de 100,000 lbs, Cual
es el esfuerzo en la tubera?
Esfuerzo = Carga rea
Esfuerzo = 100,000 4.3037
Esfuerzo = 23,235 psi
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DE Feb 2002
TensinLa Tensin se define como la cantidad de estiramiento longitud original. La Tensin no tiene unidades, es una proporcin. Tensin generalmente se le da el smbolo e (El smbolo Griego Epsilon). La Tension puede deberse a un esfuerzo aplicado o
expansion trmica.
Longitud Original ---------------- Estiramiento -----------------
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DE Feb 2002
Tensin - ejemplo Una sarta de perforacin de 10,000 pies de
largo, esta pegada en el hoyo. Se marca la
tubera con una tiza en la mesa rotaria.
Despus de jalar la tubera se hace otra
marca. Las marcas estn a 2 pies de
separacin. Cual es la Tensin?
Tensin = Estiramiento Longitud Original
Tensin = 2 10,000
Tensin = 0.0002
Una sarta de perforacin de 5,000 pies de
largo, esta pegada en el hoyo. Se marca la
tubera con una tiza en la mesa rotaria.
Despus de jalar la tubera se hace otra
marca. Las marcas estn a 2 pies de
separacin. Cual es la Tensin?
Tensin = Estiramiento Longitud Original
Tensin = 2 5,000
Tensin = 0.0004
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DE Feb 2002
Relacin Esfuerzo - TensinLa Ley de Hook dice;
Dentro los lmites elsticos, el esfuerzo es proporcional a la Tensin.
Si el Esfuerzo Tensin, entonces Esfuerzo Tensin debe ser constante.
Esta constate se llama Modulo de Young de Elasticidad. El smbolo griego E(Epsilon) se usa para denotar del Modulo Young
E Para el acero = 30,000,000 psi (30 x 106 psi)E Para el aluminio = 10,500,000 psi (10.5 x 106 psi)
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DE Feb 2002
Mdulo de Young - ejemplo
Una tubera de 5 pulgadas cuadradas de seccin transversal esta pegada. Despus de sobre-tensionar las 100,000 lbs se observa un estiramiento de 5 pies. A que profundidad se encuentra el punto de pegadura?
Esfuerzo = 20,000 psi
Tensin = 20,000 30,000,000
= 0.00067
Tensin = 5 Longitud Original
Entonces la Longitud Original = 5 0.00067 = 7,463
Una tubera de 4.5 pulgadas cuadradas de seccin transversal esta pegada. Despus de sobre-tensionar las 90,000 lbs se observa un estiramiento de 6 pies. A que profundidad se encuentra el punto de pegadura?
Esfuerzo = 20,000 psi
Tensin = 20,000 30,000,000
= 0.00067
Tensin = 6 Longitud Original
Entonces la Longitud Original = 6 0.00067= 8,955
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DE Feb 2002
Esfuerzo Grafico de Tensin (limite elstico)
Graph showing Stress (PSI) vs Strain
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
At D; Ultimate TensileStrength reached
A
B
C
D
E
A to B; region ofelastic behaviour
(reversible)
From B; region of plasticbehaviour (permanant
deformation)
At E; material fails
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DE Feb 2002
Resistencia a la Cedencia y Resistencia a la Tensin
Resistencia a la Cedencia: es el punto donde el material pasa de ser elstico a plstico cuando es sometido a Tensin. La unidad de medida es en PSI.
Resistencia a la Tensin: es la resistencia mxima del material y se logra antes de romperse. La unidad de medida es en libras.
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin y Prevencin de Fallas
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DE Feb 2002
Descripcin Reconocimiento y Prevencin en la fallas
Sartas de Perforacin Propiedades Metalrgicas Conexiones con Hombro Diseo de Sarta de Perforacin Inspeccin Operacin y otros
Introduccin
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DE Feb 2002
La prevencin de fallas es el manejo de todos los factores que la causan.
Sin importar que mecanismo esta envuelto en la falla de la sarta, esta siempre sucede por uno de los cinco elementos que se mencionan abajo.
Se puede recordar estos cinco elementos utilizando el acrnimo ADIOS.
El Elemento ADIOS
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DE Feb 2002
Atributos (A): Estos son las propiedades mecnicas y dimensiones de cada componente de la sarta de perforacin.
Los atributos tpicos son resistencia, dureza y otras propiedades metalrgicas.
Mantener la identidad de cada componente es de suma importancia para poder tener confianza en su metalurgia.
El Elemento ADIOS
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DE Feb 2002
Diseo (D): El diseo de la sarta de perforacin es la seleccin de sus componentes y configuracin para lograr los objetivos de la perforacin.
El objetivo es proveer una sarta de perforacin que puede soportar las cargas requeridas sin fallar.
El Elemento ADIOS
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DE Feb 2002
Inspeccin (I): A menos que los componentes de la Sarta de perforacin sean nuevos, estos han sido expuestos a daos por manejo y dao acumulado desconocido por fatiga.
La Inspeccin de la sarta de perforacin se utiliza para determinar si sus componentes pueden ser utilizados.
El Elemento ADIOS
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DE Feb 2002
Operacin (O): Las operaciones de perforacin presentan muchas oportunidades para sobrecargar y mal utilizar la sarta de perforacin.
Ambiente alrededor (S): El ambiente qumico y mecnico que rodea la sarta de perforacin puede tener un efecto importante en las probabilidades de falla.
El Elemento ADIOS
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DE Feb 2002
Para mantener la sarta de perforacin completa se requiere prestar atencin a los cinco elementos de ADIOS.
Una sarta de perforacin puede tener componentes de una docena de compaas diferentes.
La responsabilidad en la prevencin de fallas esta distribuida.
La Importancia del Trabajo en Equipo
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DE Feb 2002
Reconocimiento y Respuesta a fallas en la Sarta de Perforacin.
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DE Feb 2002
Introduccin
a. Fallas prematuras e inesperadas en sarta de perforacin causan perdidas de tiempo y dinero cuantiosas.
b. Reduciendo las fallas en la sarta de perforacin aumenta la eficiencia del equipo y reduce los costos.
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DE Feb 2002
Que es una Sarta de Perforacin?
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DE Feb 2002
Que es una Falla en la Sarta de Perforacin?
Que es una Falla en la Sarta de Perforacin?
a. Cuando un componente no puede realizar sus funciones
b. Separacin Completa (particin)
c. Fuga
Localizacin?
a. Cuerpo del Tubo, Conexin o Rosca
b. Cualquier componente de la Sarta de Perforacin
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DE Feb 2002
Tipo de FallasMecanismos que pueden causar fallas
Tensin
Torsin
Fracturas por Fragilizacin por Hidrogeno
Fatiga
Otras Causas
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DE Feb 2002
Mecanismos, grupo 1
Tensin
Torsin
Combinacin de Tensin y Torsin
Presin de Colapso
Presin de Estallido
Tipo de Fallas
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DE Feb 2002
Mecanismos, grupo 2:
Fatiga
Cajas Abiertas
Fracturas por Hidrogeno
Fracturas por Corrosin
Tipo de Fallas
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DE Feb 2002
0 Fluencia ltima
No son posibles las Fallas
Posibles FallasPosibles Fallas
Operacin Normal
Rango de Esfuerzos
MecanismosGrupo 2
MecanismosGrupo 1
Tipo de Fallas
No son posibles las Fallas
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DE Feb 2002
Anlisis de Fallas
Fatiga77%
Corrosin9%
Tensin y Torsin
14%
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DE Feb 2002
Las fallas por tensin ocurren cuando se excede la capacidad de carga del componente mas dbil de la sarta de perforacin. Generalmente es la tubera de perforacin en el tope del hoyo.
Ocasionalmente falla la junta si se le aplica Torque por encima del recomendado.
Fallas a la Tensin
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DE Feb 2002
Fallas a la Tensin
a. La carga a la tensin es mayor que la resistencia mxima a la tensin.
b. La superficie de la falla esta escarpada y a 45 grados del eje de la tubera.
c. La tubera presenta un cuello junto a la fractura.
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DE Feb 2002
Prevencin de Fallas a la Tensin o Torsin
La mayora de las fallas por tensin o torsin se pueden eliminar utilizando un proceso efectivo de diseo y buenas practicas en las inspecciones.
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DE Feb 2002
Seleccionar tubera de perforacin capaz de soportar las cargas anticipadas mas un margen de sobre tensin, mas un factor de diseo.
Utilizar un sistema de identificacin que muestre el peso y el grado. Revisar las marcas en el pin para confirmar el peso y el grado.
Asegurarse que el indicador de peso del equipo de perforacin esta calibrado correctamente y no excede de la carga a la tensin permitida.
Respuesta a Fallas por Tensin
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DE Feb 2002
Las juntas estndar API tienen una resistencia a la torsin del 80% sobre el tubo al que encuentran soldadas.
Por esta razn en todos los casos las fallas por torsin siempre van a ocurrir en las juntas.
Fallas a la Torsin
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DE Feb 2002
Fallas a la Torsin
a. Por exceso del Mximo esfuerzo a la tensin.
b. Las forma de las fallas es un pin estirado o una caja en forma de campana.
c. Las fallas por torsin ocurren generalmente en las juntas.
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DE Feb 2002
Fallas a la Torsin
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DE Feb 2002
Seleccionar el DE y el DI de la junta de manera que el torque de apriete mximo exceda la torsin mxima anticipada.
Revisar todas la juntas para asegurar que cumplan con todas las dimensiones requeridas.
Asegrese que la herramienta para aplicar el torque funciona y esta calibrada correctamente.
Utilizar grasa para juntas API con un factor de friccin (FF) entre 0.95 y 1.05 o compensar apropiadamente el torque aplicado.
Apretar las conexiones hasta el Torque recomendado..
Respuesta a Fallas por Torsin
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DE Feb 2002
Este tipo de falla es mas frecuente que ocurra pescando o tensionando la tubera pegada.
Combinacin a las Fallas de Tensin y Torsin
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DE Feb 2002
La tubera de perforacin puede estallar o colapsarse si se exceden la capacidad en cargas de presin.
El estallido es mas probable que ocurra en la parte superior del hoyo.
El Colapso es mas probable que ocurra en la parte inferior del hoyo, cuando la tubera es evacuada para realizar pruebas de pozo.
Fallas al Colapso o Estallido
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DE Feb 2002
DesgasteSi se esperan desgastes significativos durante la
perforacin se pueden utilizar herramientas para medir la reduccin en el grosor.
La presin de colapso y de estallido son determinadas por la parte mas delgada de la tubera, la resistencia a la seccin con el rea de la seccin transversal en ese punto.
Burst strengthdetermined byminimum wallthickness.
Tensile strengthdetermined byremaining area.
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DE Feb 2002
Reduccin del Desgaste
El desgaste se puede reducir al:
Reducir las fuerzas laterales minimizando la severidad del agujero (especialmente en la parte superior del
agujero) y utilizando protectores en la tubera de
perforacin.
Utilizando fluidos de perforacin que contienen slidos.
Utilizar llaves de fuerza con dados afilados.
Minimizando las horas de rotacin (utilizar motores de fondo)
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DE Feb 2002
Temperaturas Elevadas
La resistencia a la fluencia de la mayora de los materiales (incluyendo el acero) se reduce con temperaturas elevadas.
En pozos profundos, la resistencia del revestidor se debe corregir utilizando un factor de correccin por temperatura que se puede obtener del fabricante. Esta reduccin en la resistencia es aplicada antes del factor de diseo.
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DE Feb 2002
Resistencia TrmicaEsfuerzos Trmicos se relacionan con el diseo del revestidor a pandeo. El coeficiente de Expansin Trmica a (Smbolo griego Alpha) proporciona el esfuerzo trmico en un cuerpo uniforme sujeto a un calentamiento uniforme.
ThermalexpansionOriginal Length
Thermal Strain = Expansion / Original Length
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DE Feb 2002
Coeficiente de Expansin Trmica
El coeficiente de expansin Trmica esta dado por:
Tensin e = 6.9 x 10-6 /F (1.24 x 10-5 /C)
Por cada C que incremente en forma uniforme el acero se expandir en 0.0000124 de su longitud original.
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DE Feb 2002
Ejemplo de Esfuerzos Trmicos
Un Revestidor de produccin esta cementado hasta 4000. Si el revestidor se va a calentar en promedio 60 cuando este en produccin. cul ser la expansin en longitud del Revestidor?
1.24 x 10-5 x 4000 x 60 = 2.98
Un Revestidor de produccin esta cementado hasta 3500. Si el revestidor se va a calentar en promedio 65 cuando este en produccin. cul ser la expansin en longitud del Revestidor?
1.24 x 10-5 x 3500 x 65 = 2.82
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DE Feb 2002
Con la obvia excepcin de la soldadura de la junta al cuerpo del tubo de perforacin, se debe evitar soldar componentes en la sarta de perforacin. La soldadura altera las propiedades mecnicas del acero a menos que el componente reciba un tratamiento trmico.
Si es absolutamente necesario utilizar un elemento soldado en la sarta de perforacin se debe seguir el procedimiento siguiente
Fallas Relacionadas con la Soldadura
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DE Feb 2002
l Que un especialista disee el procedimiento de soldadura y controle las variables necesarias para obtener una soldadura con las propiedades deseadas.
lEvaluar el procedimiento y seguirlo al pie de la letra. Luego confirmar que se han obtenido las propiedades deseadas.
lSi se utiliza un soldador diferente al que realizo la soldadura inicial este debe estar calificado para realizar el procedimiento especfico.
Fallas Relacionadas con la Soldadura
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DE Feb 2002
Fallas por Fatigas Grupo 2 Mecanismo
Esfuerzos cclicos con esfuerzos pico por encima del
40% de la resistencia ltima a la tensin.
Concentradores de esfuerzo que elevan localmente los
esfuerzos.
Ambiente Corrosivo
Dureza a la Fractura
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DE Feb 2002
Factores que contribuyen a la Fatiga
l Fuentes de cargas cclicas
a. Rotar la sarta en una pata de perro
b. Rotar el BHA a travs de un cambio de dimetro en el hoyo.
c. Pegadura/Deslizamiento de los estabilizadores.
d. Rotar la tubera en un rea lavada.
e. Remolinos en la Barrena
f. Rebote de la barrena.
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DE Feb 2002
La tubera siendo rotada en la pata de perro.
Un lado en tensin y el otro en compresin.
La suma y resta de fuerzas crea cargas cclicas.
Esfuerzos Cclicos
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DE Feb 2002
Concentradores de EsfuerzosLos aceleradores de la fatiga:
l Los Concentradores de esfuerzo enfocan y magnifican los esfuerzos cclicos en puntos especficos.
lEstos puntos se convierten en el origen las grietas por fatiga, que actan como sus propios concentradores para acelerar el crecimiento de la grieta hasta fallar.
lLos refuerzos internos, la raz de las roscas, las muecas por corrosin son los concentradores de esfuerzos mas comunes.
Concentradores de Esfuerzos
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DE Feb 2002
Esfuerzos Cclicos & Concentradores de Esfuerzos
reas de Concentracin de
Esfuerzos
Concentracin de Esfuerzos en la punta de una grieta
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DE Feb 2002
En la figura se aplica un momento de flexin al final de una tubera de perforacin. Este esfuerzo a la tensin en la tubera es representado por los
contornos de esfuerzo. El diagrama muestra que la concentracin de los contornos de esfuerzo en el punto R, localizados en el final de un refuerzo.
Este es el punto donde se concentra la mayora de los esfuerzos en cualquier parte de la tubera.
Esfuerzo Cclicos y Concentradores de Esfuerzos
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DE Feb 2002
Una grieta por fatiga es suave y plana a menos que la superficie sea alterada por erosin o dao mecnico.
La grieta va a estar orientada perpendicularmente al eje axial de la tubera o la conexin.
Las grietas por fatiga se originan en concentradores de esfuerzos como refuerzos internos, ranuras hechas por las cuas y muecas por corrosin.
La superficie de una grieta por fatiga muestra un modo de ataque. Aparecen marcas cruzadas cuando mltiples grietas se unen para formar una grande.
Reconocimiento de Fallas por Fatiga
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DE Feb 2002
Reconocimiento de Fallas por Fatiga
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DE Feb 2002
Reconociendo Concentradores de Esfuerzo
a. Las cargas cclicas producen grietas muy pequeas.
b. Con el aumento del nmero de ciclos las grietas crecen.
c. La fatiga es acumulativa.
d. La grietas por fatiga ocurren en un plano de 90 grados con respecto al eje axial de la tubera.
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DE Feb 2002
Reconociendo Concentradores de Esfuerzo
Corte realizado por las cuas
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DE Feb 2002
Corrosin
La corrosin reduce el
espesor de las paredes de la
tubera.
Existen tres patrones de
corrosin;
a. Reduccin Uniforme del
espesor de las paredes.
b. Patrones puntuales de
perdida de metal.
c. Picaduras
El problema principal son las
picaduras.
Las picaduras son perdidas
muy puntuales de metal que
penetran la pared del tubo.
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DE Feb 2002
Corrosin
La corrosin ocurre por reacciones electroqumicas con agentes corrosivos. La tasa de corrosin se incrementa por:
l Alta temperatura. La tasa se duplica por cada 31 C.
l Tasa de Bombeo. Especialmente si existen slidos abrasivos presentes. La erosin remueve la capa protectora de productos anticorrosivos y expone al metal nuevo.
l Concentracin alta de agentes corrosivos (O2, H2S, CO2).
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DE Feb 2002
Daos por Corrosin
Las Picaduras conllevan a una eventual falla.
Reconociendo Fallas por Corrosin
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DE Feb 2002
Dao por Corrosin
Cuanta corrosin es demasiada?
No existe una respuesta cuantitativa para esto, por lo que la mayora de la compaas utilizan la regla de que a tasas mayores de 1 a 2 lbs/pie2/ao se deben tomar acciones correctivas.
Ambientes Corrosivos
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DE Feb 2002
Fragilidad por H2S
Exponer Aceros de alta resistencia a la tensin a presiones parciales de H2S mayores de 0.05 psi a presiones menores al umbral (que varia en cada grado de acero) puede conllevar a una falla catastrfica.
El metal se vuelve frgil y se parte repentinamente y sin avisar.
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DE Feb 2002
Fracturas por Fragilizacion por Hidrogeno
Ocurre en ambientes con H2S
El hidrgeno (H +) migra dentro del acero y se rene en puntos con altos esfuerzos.
El tomo de hidrogeno se combina para formar una molcula de hidrogeno (H 2) formando una grieta.
+++ ++ HFeSSHFe 22
222 HeH ++
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DE Feb 2002
Ruptura Creada por Esfuerzo de Sulfuro
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DE Feb 2002
Ley de Presiones Parciales de Dalton
N2
O2
Imagine un recipiente de 1 bbl lleno de dos gases; 80% Nitrgeno y 20% Oxigeno. La presin en el recipiente es de 100 psi.
Las reacciones qumicas con el Oxigeno ocurren como si el oxigeno ocupara en contenedor completo. Si se removiera el Nitrgeno la presin en el recipiente sera de 20 psi (Ley de Boyle; P1V1 = P2V2 so P2 = P1V1 V2 = 0.2 x 100 = 20 psi).
En este ejemplo, se puede decir que la presin parcial del oxigeno es de 20 psi. (0.2 x 100). La suma de todas las presiones parciales es igual a la presin total del recipiente.
Presin Parcial de un Gas = Presin original x fraccin de volumen del gas.
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DE Feb 2002
Ejercicio Parciales sobre Presiones de H2S
Un gas a una presin de 1,000
psi contiene 50 ppm (partes por
milln) de H2S. cul es la
presin parcial de H2S?
pp H2S = 50 x 1000 1,000,000
= 0.05 psi.
Un gas a una presin de 1,400
psi contiene 3 ppm (partes por
milln) de H2S. Cul es la
presin parcial de H2S?
pp H2S = 3 x 1400 1,000,000
= 0.042 psi.
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DE Feb 2002
Resistencia a la FracturaEl inhibidor de Fatiga:
lLa resistencia a la fractura es una medida de la capacidad del material a la propagacin de una grieta existente, bajo cargas de Tensin.
lEs mas difcil extender una grieta en un material resistente que en un material frgil.
Resistencia a la Fractura
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DE Feb 2002
En trminos prcticos, todo esto significa que si un componente es frgil una grieta pequea causar una falla catastrfica cuando en un material resistente una grieta de mayor tamao puede existir antes que
se parta la tubera. A mayor resistencia del material, mayor tamao puede tener la grieta antes que la tubera se parta.
Buen Material y Diseo de Componente
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DE Feb 2002
Buen Material y Diseo de Componente
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DE Feb 2002
La solucin de este problema esta a la mano para el cientfico aeroespacial promedio....... REDUCIR EL NMERO Y LA SEVERIDAD DE LOS CONCENTRADORES DE ESFUERZOS CCLICOS.
Prevencin de Fallas por Fatiga
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DE Feb 2002
Prevencin de Fallas por Fatiga
lLa Fatiga no se puede eliminar
se puede limitar el dao al:
Detectar en forma temprana las vibraciones y lavados.
Comenzar con buenos materiales y buen diseo de componentes.
Reducir los esfuerzos cclicos y las concentraciones de esfuerzos.
Reducir la corrosividad del ambiente.
Asegurar buenas prcticas operativas en el campo
Seguir un plan de inspeccin
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DE Feb 2002
Esfuerzo CclicoLa causa de la Fatiga:
l Planear la trayectoria del pozo con la menor severidad posible
l Evitar prcticas que crean patas de perro no planificadas, especialmente en hoyos verticales.
l Invertir en viajes para enderezar el hoyo o reducir las patas de perro.
l Estabilizar el BHA, especialmente si el agrandamiento del hoyo alrededor del hoyo es un problema.
l Mantener el punto neutro debajo del tope del BHA.
l Mantener la compresin de la tubera de perforacin menor a la carga crtica de pandeo en hoyos de alto ngulo.
Prevencin de Fallas por Fatiga
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DE Feb 2002
Esfuerzo CclicoLa causa de la Fatiga:
l Monitorear las vibraciones. Evitar combinaciones de configuraciones de BHA, peso sobre la barrena, y RPM que promueven las vibraciones.
l Considerar rotar la sarta mas lentamente, introduciendo un motor de fondo en el BHA, nicamente si los requerimientos de Limpieza y Direccionales de hoyo lo permiten.
Prevencin de Fallas por Fatiga
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DE Feb 2002
CorrosinEl catalizador de la Fatiga
Reducir los efectos corrosivos al
Reduciendo el O2 disuelto
Reduciendo el CO2 disuelto
Incrementando el pH a > 9
Agregar recubrimientos e inhibidores
Prevencin de Fallas por Fatiga
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DE Feb 2002
Prevencin de Fallas por Fatiga
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DE Feb 2002
Prevencin de Fallas por Fatiga
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DE Feb 2002
Previniendo Fallas por Fragilizacin por Hidrogeno.
lMantener el H2S fuera del sistema de lodo al:
i) perforar sobrebalance
ii) manteniendo un ph elevado
iii) utilizar recolectores de H2S
iv) utilizando lodo base aceite
lControlando la metalurgia
Utilizar un grado diferente de tubera
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DE Feb 2002
Por que Inspeccionar las Conexiones?
Garantizar la integridad de las conexiones
Evitar dejar herramientas en el hoyo
Evitar danos como derrames y lavado
Evaluar las roscas a reparar
Requerimientos del cliente
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DE Feb 2002
Mtodos de Inspeccin
Ultrasonido
Partculas Magnticas
Lquido (Tinta) Penetrante
Radiografa
Visual
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DE Feb 2002
Poltica de Inspeccin de cuatro reas
Programa de inspeccin a utilizar
Criterios de Aceptacin o Rechazo
Asegurar que las inspecciones se hagan correctamente
Frecuencia de inspeccin
Programa de Inspecciones
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DE Feb 2002
Que es un Buen Programa?
No hay respuesta Perfecta
DS-1 es una gua pero no una poltica
reas a considerar cuando se crea un programa
Severidad a las condiciones de perforacin
Seguridad e Impacto ambiental de una falla
Impacto de costo de una falla
Tolerancia al riesgo de la gerencia.
Programa de Inspecciones
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DE Feb 2002
Que es una Falla de la Sarta de Perforacin?
Mecanismos de Falla
Prevencin de Fallas en la Sarta de Perforacin
Inspeccin
Resumen y Revisin
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DE Feb 2002
Mecanismos de Fallas
Tensin
Torsin
Fracturas por Hidrogeno
Fatiga
Resumen y Revisin
-
DE Feb 2002
Prevencin de fallas en la Sarta de Perforacin
Disee considerando los lmites de la tubera
SSC se puede controlar
La Fatiga no se puede eliminar completamente
Pero se puede reducir sus efectos negativos.
Resumen y Revisin
-
DE Feb 2002
Inspeccin
Decidir un programa
Conozca las causas de la falla
Conozca la historia de la sarta de perforacin
Sea proactivo
Resumen y Revisin
-
DE Feb 2002
Conexiones
Los objetivos son
Tipos de conexin
Consideraciones de diseo
Esfuerzo en una conexin-
BSR
Como hacer una conexin
-
DE Feb 2002
Porque tener Conexiones?
Hacer una seccin de tuberas continuas Proveer un sello hidrulico Transferir torque desde la superficie hasta la
barrena
Pin Caja
-
DE Feb 2002
Consideraciones para el Diseo de Conexiones
Tipos de roscas (perfil)
Material (Grada)
Sello
Resistencia a la flexin
Torque de apriete
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DE Feb 2002
Tipos de Roscas
Reg - RegularNC - Conexiones NumeradasIF - Flujo InternoH-90 - HughesFH - Agujero Completo
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DE Feb 2002
Identificacin del Tipo de Rosca
Utilizar una regla para conexiones
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DE Feb 2002
Sellante
La rosca NO proporciona sello hidrulico.
Sello
Box
Pin
El hombro es el nico sello
Canal
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DE Feb 2002
Resistencia a la torsin de la conexin
Resistencia torsional de la conexin en lastra barrenas
Torque de apriete
Factor de friccin de la grasa de conexin
Caractersticas especiales en las conexiones del BHA
Consideraciones de Diseo
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DE Feb 2002
Resistencia a la Torsin de las conexiones:
lLa mayora de las conexiones estndares son mas dbiles a la torsin que los tubos a los que estn soldadas.
lAPI coloca la resistencia a la torsin de las conexiones a un valor arbitrario de 80% de la resistencia a la torsin del tubo en la mayora de los casos.
Consideraciones de Diseo
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DE Feb 2002
Resistencia Torsional de la conexin de los Lastra barrenas:
lLa resistencia Torsional de la conexin de un Lastra barrena siempre ser diferente del de una conexin de las mismas dimensiones.
lLa capacidad Torsional de los Lastra barrenas raramente es una preocupacin porque sus conexiones son mas grandes y estn sujetas a menores cargas de torsin que las conexiones de la tubera de perforacin.
lLa resistencia torsional de un Lastra barrena no esta disponible en la mayora de las publicaciones, pero puede ser calculado utilizando la siguiente formula....
Consideraciones de Diseo
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DE Feb 2002
Resistencia Torsional de la conexin de los Lastra barrenas:
fMUT
TS =
TS= Resistencia TorsionalMUT= Torque de AprieteF= mirar al lado
Tamaos de Lastra barrenas:
Tipo de Rosca 3 1/8-6 7/8 >7
PAC f=0.795 N/AH-90 f=0.511 f=0.562Otras f=0.568 f=0.625
El factor f es simplemente la fraccin decimal de la resistencia Torsional que forma la base del Torque de apriete de los Lastra barrenas.
Conexiones
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DE Feb 2002
Otras revisiones a realizar:
Cargas Combinadas
La Tensin reduce la capacidad de presin al colapso de la tubera de perforacin.
La Torsin reduce la capacidad de tensin de la tubera de perforacin.
Apretar la conexin despus de un cierto punto reduce la capacidad a la tensin de la conexin.
La Tensin reduce la resistencia a la torsin de conexiones dbiles en el Pin.
Consideraciones de Diseo
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Resistencia a la Flexin
Tensin
Compresin
Junta Flexionndose
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DE Feb 2002
Proporcin de Esfuerzo de Tensin
La relacin de Resistencia a la Flexin o BSR es la rigidez relativa de la caja con respecto al pin en una conexin dada.
Rangos Recomendados de BSR: BSR Tradicional BSR Recomendado
< 6 pulgadas 2.25 - 2.75 1.8 - 2.57 7/8 pulgadas 2.25 2.75 2.25 - 2.75
>/= 8 pulgadas 2.25 2.75 2.5- 3.2
Resistencia a la Flexin
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Proporcin de Esfuerzo de Flexin
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Proporcin de Esfuerzo de Flexin
Vid
a de
la F
atig
a (c
iclo
s)
Caja Dbil Pin Dbil
Conexin BalanceadaVida Mxima
Alto riesgo de falla prematura de caja
Alto riesgode falla prematura
de pin
Resistencia a la Flexin
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Esfuerzos en las Conexiones
Grietas en la ltima rosca del Pin
Grietas en la ltima rosca de la cajaEsfuerzos en la Caja
Esfuerzos en el Pin
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DE Feb 2002
Las caractersticas de alivio de Esfuerzos estn descritas en la seccin 6 de la Especificacin 7 de API, y se debe aplicar en conexiones del BHA, NC-38 o mayores.
- No se recomiendan ranuras de alivio de esfuerzo en pines mas pequeos que el NC-38, ya que esto puede debilitar la resistencia a la tensin y a la torsin de la conexin.
- Las cajas ensanchadas se pueden usar en cajas mas pequeas y se deben considerar si estn ocurriendo fallas.
Caractersticas de Esfuerzo
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Caractersticas del Alivio de Esfuerzos
Pin Normal Pin con ranura de alivio de Esfuerzos
Caja Normal Caja EnsanchadaCaja con ranura
para alivio de Esfuerzos
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Rolado en Fro
- El rolado en fro de las roscas del BHA y las superficies de alivio de esfuerzos aumenta la resistencia a la fatiga al colocar un esfuerzo compresivo residual en la raz de la rosca.
- El rolado en fro es beneficioso para las roscas de los HWDP pero no para las juntas de la tubera de perforacin.
Caractersticas del Alivio de Esfuerzos
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Haciendo una Conexin en el Equipo de
Perforacin
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DE Feb 2002
Aplicacin de la Grasa
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DE Feb 2002
Encajando
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DE Feb 2002
Colocacin de Llaves
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DE Feb 2002
Listo para Apretar
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DE Feb 2002
Torque de Apriete
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DE Feb 2002
Lnea de Tiro
Celda de CargaMedidor de lnea de tiro
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
IIIIII
IV
V
VI
Tipo de Seccin Funcin
Caractersticas Deseadas
Consideraciones Deseadas
I BHA Control Direccional
Rgido y Bajo Peso
Minimizar el Torque y Arrastre
II TP Transferencia de PesoRgido y Bajo
Peso
Minimizar el Torque y Arrastre, resistencia adecuada al Pandeo
IIITP o HWDP
Transferencia de Peso Rgido y Bajo
Peso
Minimizar el Torque y Arrastre, resistencia adecuada al Pandeo
IV
HWDP
Transferir y Proveer
Peso
Rgido y Peso Moderado
resistencia elevada al Pandeo
VHWDP o DC
Proveer Peso
Peso Concentrado
Componente de Transicin
(De Compresin a Tensin)
VITP Peso de Soporte
Lmites de Torsin y Tensin
Proveer mrgenes adecuadas de
Tensin y Torsin
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DE Feb 2002
Procedimiento de Diseo
Seleccionar el dimetro del Lastra barrena:Consideraciones importantes:
Facilidad de Pesca
Capacidad de las herramientas del equipo para manejarlos.
Requerimientos de control direccional.
Hidrulica
Caractersticas exteriores deseadas.
Diseo
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Seguridad y Factores de Diseo
Cual es la diferencia entre el factor de seguridad y el factor de diseo?
La diferencia principal es que el factor de seguridad siempre utiliza un valor basado en una falla catastrfica.
Con un factor de diseo, el valor se puede basar en prcticamente cualquier cosa (p.e. El limite elstico, un criterio de resistencia, falla, etc.).
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DE Feb 2002
Factores de Seguridad
El factor de seguridad se calcula de la siguiente manera:
Cuando la carga aplicada alcanza la carga de falla, p.e. Cuando se alcanza el factor de seguridad de 1.0, la falla es inminente. Por esto, la falla va a ocurrir si el factor de seguridad es menor de 1.0.
LoadAppliedActualLoadFailure
FactorSafety
=
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DE Feb 2002
Factores de DiseoPorque se necesita emplear un factor de Diseo? por qu no se utiliza la resistencia Mnima de API?
1. La resistencia mnima a la fluencia de API excede el lmite elstico. Por esto API recomienda utilizar un factor de Diseo de 1.1 para prevenir la deformacin permanente de los tubulares, a menos que el fabricante recomiende un factor de Diseo diferente.
2. Para tomar en cuenta fuerzas desconocidas o difciles de calcular; como las cargas de impacto mientras se corre dentro del hoyo.
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DE Feb 2002
Factores de Diseo
El Factor de Diseo se calcula de la siguiente manera;
El Factor de Diseo normalmente es mayor de 1.
Load Service nticipatedA aximumMthePipe of Rating
Factor esignD =
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DE Feb 2002
Factores de DiseoPeso en exceso del BHA (DF BHA): 1.15Tensin (DFT)>: 1.10Margen de Sobre Tensin (MOP): 160,000 lbs
Peso en exceso del BHA : Este factor establece la cantidad de peso en exceso del BHA comparado con el peso el peso sobre la barrena a aplicar. Este peso adicional provee un margen para mantener el punto neutro abajo del tope del BHA. El valor recomendado es DFBHA = 1.15.
Tensin (DFT): Este factor establece la mxima carga a la tensin permitida para un tubo especfico. Los valores utilizados comnmente del DFT varan entre 1.0 y 1.1.
Margen de Sobre-Tensin (MOP): Es la capacidad de tensin en exceso deseada sobre la carga normal para soportar el arrastre en el hoyo y durante los casos de pega de tubera. El valor normal vara entre 50,000 y 150,000 lbs.
Diseo
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DE Feb 2002
Procedimiento de DiseoOtras revisiones que hacer:
- Calcular el radio de rigidez
- Localizacin de los Estabilizador
- Presin de Estallido
- Presin de Colapso
- Pandeo de la tubera de perforacin
- Factor de flotacin para componentes de material diferente al acero.
- Colapso por las cuas
Diseo
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DE Feb 2002
Factores de Diseo - Tensin
Los factores de diseo recomendados en la industria varan desde 1.3 (Neal Adams) hasta 1.8 (Preston Moore). IPM esta preparando un poltica para este caso.
API recomienda un factor de diseo de alrededor de 1.1 aplicada a la resistencia mnima o segn lo recomienda el fabricante de la tubera (API RP7G pg. 42).
Shell utiliza 1.15 para el diseo de sartas de perforacin y 1.3 para el diseo de revestidores.
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DE Feb 2002
Factores de Diseo - CompresinAPI indica que para la resistencia mnima a la tensin en aceros normales se calcula la carga requerida para producir un estiramiento de 0.5%. La misma carga en compresin produce una contraccin de 0.5%.
El Boletn 5C2 de API no indica valores para la resistencia a la compresin. Generalmente la mayora de las compaas utilizan la resistencia mnima a la tensin como el valor para compresin sin modificarlo.
Para un conductor que soporte las cargas de los revestidores, preventores, completacin y cabezal, tambin se utiliza el valor de la resistencia mnima a la tensin sin modificarla (p.e. el factor de seguridad es 1).
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DE Feb 2002
Factores de Diseo - Estallido
Los revestidores pueden ser sujetos a presiones de estallido en el transcurso de su vida til. Generalmente se aplica un factor de diseo de 1.1 a la presin mnima de estallido.
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DE Feb 2002
Factores de Diseo - Colapso
Como con el estallido, los revestidores pueden estar sujetos a presiones de colapso a traves de su vida. Generalmente se aplica un factor de diseo de 1 a la presin minima de colapso.
El boletin 5C2 de API presenta la resistencia a presiones de colapso (incluyendo las Biaxiales).
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DE Feb 2002
Factor de Correccin
Los factores de correccin por temperatura fueron cubiertos en el captulo anterior. Si se va a aplicar un Factor de Correccin por Temperatura, tambin se debe aplicar el factor de diseo.
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DE Feb 2002
Factores de Correccin por Temperatura (Nippon Steel)
Temperatura
C Temperatura F Factor de
Correccin de la Resistencia
20 68 1.0 50 122 0.95
100 212 0.88
150 302 0.84
200 392 0.81
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DE Feb 2002
Correccin de Temperatura & Factores de Diseo
Ejemplo; un revestidor con una
resistencia mnima a la fluencia de
5,000 psi estar sometida a una
temperatura de 200 C (TCF 0.81).
La poltica es utilizar un factor de
diseo de 1.1 al estallido. Cual
es la mxima presin al estallido
que el revestidor va a estar sujeto
durante su vida de servicio?
Ejercicio; una tubera de
perforacin con una resistencia
mnima a la fluencia de 9,000 psi
estar sometida a una
temperatura de 150 C (TCF 0.84).
La poltica es utilizar un factor de
diseo de 1.1 al estallido. Cual
es la mxima presin al estallido
que el revestidor va a estar sujeto
durante su vida de servicio?
psi .
.3680
118105000
= psi
..
687011
8405000=
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
Pandeo
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
Pandeo
(acero)
W = peso en el aire x factor de flotacin
K = 1-(MW / 65.5)
61030 =E
( )4464
IDODI -=p
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
Puntos de Inters
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
Cual es el peso mximo sobre la barrena para que no ocurra
pandeo debajo del punto tangencial?
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
Cual es el peso mximo sobre la barrena para que no ocurra pandeo
encima del punto de inicio de desviacin?
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
Cual es el peso mximo sobre la barrena para que no ocurra pandeo?
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
Ejemplo
Calcular la carga critica de pandeo para TP de 4 , grado E, peso nominal de 16.6 lbs/pies. Angulo del hoyo es de 50 . Peso del Lodo es de 14ppg
Informacin Adicional
OD conexin: 6 3/8
ID: 3
Peso Ajustado : 17.98
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin
Ejemplo
Tamao del Hoyo: 12
Angulo del Hoyo: 0 sobre KOP, 75 tangente
BUR: 6/100
MW: 10ppg
BHA: 95 ft - 140 ft/lb.
HWDP: 93 ft 53.7 lb./ft
DP: 5. 19.5 lbs/ft
La barrena esta a 1000 pies dentro de la tangente (75)
Factor de Diseo: 1.15
Cual es el peso mximo sobre la barrena sin pandear en ninguna parte la tubera de perforacin?
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DE Feb 2002
Anlisis de la Sarta de Perforacin
Anlisis de torque y arrastre para la perforacin y los viajesProveer cargas criticas axiales y de pandeoProveer fuerzas y esfuerzos lateralesTendencias del BHA y fuerza en la barrena con modelo de equilibrio ren 3D
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DE Feb 2002
Diseo de la Sarta de Perforacin Calcular el torque y arrastre
Analizar la sarta de perforacin y el comportamiento del BHA
Investigar las diferentes operaciones de perforacin
Calcular las cargas y fuerzas que actan sobre la sarta de perforacin
Calcular la tasa de construccin y giro del BHA
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DE Feb 2002
Anlisis de la Sarta de Perforacin
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
Bit Depth (ft)
CSG_FF= 0.00 OPH_FF= 0.00
CSG_FF= 0.20 OPH_FF= 0.20 Trip in
CSG_FF= 0.20 OPH_FF= 0.30 Trip in
CSG_FF= 0.20 OPH_FF= 0.40 Trip in
CSG_FF= 0.20 OPH_FF= 0.50 Trip in
Bore Hole: Borehole #1Engineer: Cooper
Client: Oil Co.
TRIPPING LOADS ANALYSIS
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DE Feb 2002
Identificacin de Riesgo
P2
base
P4
base
P6
base
Sha
llow
Kic
k O
ff
P2
base
P4
base
P6
base
P2
base
P2
12 1
/4"
- TD
P4
base
P4
12 1
/4"
- TD
P6
base
P6
12 1
/4"
- TD
P6
"S" 8
1/2"
P6
"S"
12 1
/4"
- TD
INJ
"S"
12 1
/4"
P2
WB
M
P2
OB
M
P4
WB
M
P4
OB
M
P6
WB
M
P6
OB
M
P6
"S"
9 7/
8" W
BM
P6
"S"
9 7/
8" O
BM
Directional Control
T&D Drilling
T&D Casing
Surveying and A/C
ECD Drilling
ECD Casing
Hole Cleaning
Wellbore Stability
Mud Losses
Low Temp Effect
Cementing
Well Control
Signal Transmission
Formation Evaluation
Sidetracking
Completion Running
Communication
17 1/2" 8 1/2"Top Hole 12 1/4"
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Diseo de la Sarta de Perforacin
Magnitud de las cargas (torsin, al levantar, flexin)
Pandeo Limitaciones Hidrulicas Arrastre
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DE Feb 2002
Fuerzas Axiales
W
AF
SF = W
Inc=0 90 >Inc>0 Inc=90
W
SF
AF
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DE Feb 2002
Fuerzas Axiales
