Torsión Tensión Torsión combinada Presión de ruptura Presión de colapso Compresión Aplaste causado por cuñas Fuerzas estabilizadoras

Los valores de tensión se aproximan utilizando el método de peso por flotación.

Se asume que el pandeo ocurre solo hasta el punto en que el peso de flotación de la sarta es igual al peso en el trepano.

A medida que aumenta el ángulo de perforación en el BHA se reduce el peso que el BHA dispone para el peso sobre el trepano.

La resistencia a la cedencia de un material es la mínima especificada.

Se asume que la sarta está colgada verticalmente.

El espesor de la pared de la tubería de perforación es el mínimo para su clase.

La resistencia a la torsión y el torque en la unión es la óptima.

Mantener el esfuerzo máximo a un nivel menor que la resistencia a la cedencia, reducido por un factor de seguridad.

Seleccionar los componentes y configurar los conjuntos para retardar la fatiga mientras sea económicamente práctico.

El límite de la fatiga se encuentra disminuido por:

Lodo corrosivo. Cortes ocasionados por las cuñas, picaduras

por corrosión y recalques internos.

Estos factores disminuyen el límite de resistencia permitiendo que ocurran daños por fatiga.

Selección adecuada del BHA y limitar el peso sobre el trepano para evitar el pandeo.

Seleccionar conjuntos con transiciones geométricamente suaves

Específicar los recalques internos para la tubería de perforación nueva para que no concentren los esfuerzos.

Reducir el grado de flexión de la tubería y del BHA

Observar y controlar las vibraciones de la sarta.

Disminuir la corrosividad del sistema de lodo

Los daños causados por fatiga a la sarta son probablemente inevitables.

Se deben tener un programa de inspección para reducir fallas en la sarta.

A. Seleccionar el tamaño de la barra, conexiones y características de las conexiones.

B. Determinar la resistencia a la torsión de las conexiones en las barras.

C. Determinar la longitud mínima de la sarta de HW y de la barra de sondeo.

D. Verificar la fuerza de aplaste de las cuñas

E. Programar los factores de diseño y margen de sobretensión.

F. Calcular la longitud máxima permisible para cada sarta de la tubería de perforación.

G. Calcular la reducción en la capacidad de resistencia al colapso de la tubería de perforación bajo cargas de tensión simultáneas.

Lo mejor es usar barras de mayor diámetro de acuerdo con sus necesidades, para:

Aumentar la rigidez. Aumentar la estabilidad direccional. Disminuir el esfuerzo por pandeo. Disminuir el índice de fatiga.

Otros factores que deben tenerse en cuenta son:

Factores de pesca. Capacidad del equipo de perforación. Requisitos de control direccional. Hidraulica. Características exteriores deseadas

(ranuras en espiral, receso para elevador u otras).

A. Relación de la resistencia a la flexión (BSR):

Es la consideración mas importante para seleccionar la barra de perforación.

La serie de rangos de BSR son guías basadas en la experiencia.

Para perforaciones poco profundas con poca experiencia de fallas BSR entre 2.0 y 3.0.

Para perforaciones mas severas o con experiencia de fallas BSR entre 2.25 y 2.75.

B. Variaciones para una BSR fuera de los límites recomendados.

Utilizar una BSR en el límite superior para diámetros mayores a 8”.

Utilizar una BSR en el límite inferior para diámetros de 5” o menos.

C. Forma de la rosca en conexiones del BHA.

La forma de la rosca a usarse en todas las conexiones del BHA debe tener ek radio de la raiz completa, para aumentar al máximo la resistencia a la fatiga.

D. Verifique resistencia a la torsión:

La torsión es transmitida de arriba hacia abajo, por lo que las conexiones del BHA son sometidas a esfuerzos de torsión menores que los de las barras de sondeo.

La resistencia a la torsión de la conexión de la barra de perforación se calcula haciendo:

TS=MUT/f

TS = Resistencia a la torsión en la conexión (lb-pie)

MUT = Torque de apriete recomendado para la conexión de la barra (lb-pie). (tabla 2.11)

F = fracción decimal de la resistencia por torsión que es la base para los valores de apriete mostrados en la tabla 2.11

El tamaño y colocación de los estabilizadores, generalmente está determinado por consideraciónes direccionales, pero también afectan otros factores de diseño:

A. Fatiga en la conexión de la barra de perforación.

Durante la perforación, la parte inferior del BHA estará pandeado y sostenida por el pozo.

Los estabilizadores reducen la libertad de movimiento lateral, y por ende, la fatiga producida por pandeo.

B. Tubería atascada.

El uso de estabilizadores aumenta la probabilidad de atascarse debido a causas mecánicas.

El uso de estabilizadores disminuye las probabilidades de atascarse por presión diferencial.

Tipo 1: este conjunto es “estandar” y ofrece la ventaja de ser simple.

Tipo 2: utiliza HW sobre las barras de perforación como zona de transición para suavizar el cambio abrupto en la sarta.Todo el peso sobre la mecha es aplicado por las barras.

Tipo 3: utiliza las barras necesarias para control direccional.Reduce tendencia a atascarse por presión diferencial.El peso sobre la mecha es aplicado por las barras y las HW.

A. Para BHA tipo 1 y 2, la longitud mínima está dada por:

LDC = longitud mínima(pies)

WOB= peso máximo sobre la mecha (lbs)

DF BHA = factor de diseño para exceso de peso BHA

K B = factor de flotación (tabla 2.14)

Φ = angulo máximo del pozo en el BHA (grados)

W DC = peso en aire de las barras de perforación (lb/pie)

B. Para BHA tipo 3

Debe seleccionarse la cantidad mínima de las barras de perforación para obtener un mayor control direccional.

A. Para la configuración del BHA tipo 2, la cantidad de tuberías a colocar está determinada por la experiencia, y va de 12 a 30 tubos.

B. Cuando se utilita HW para colocar peso sobre la mecha (tipo 3) la longitud mínima se ccalcula como:

L HWDP = Longitud mínima de la sarta de HW (pie)

WOB = Peso máximo sobre la mecha (lbs)

DF BHA=Factor de diseño para exceso de longitud BHA

WDC=Peso en el aire de la barra de perforación(lb/pie)

WHWDP=Peso en el aire de la tubería HW (lb/pie)

LDC=Longitud de la sección de barras de perforación

K B = Factor de flotación (tabla 2.14)

Φ= Ángulo máximo del pozo en el BHA(grados)

Las formulas anteriores solo se aplican a pozos verticales o de ángulos moderados.

Un BHA pesado es perjudicial para pozos con ángulos elevados, debido al aumento de la resistencia a la tensión y torsión.

En pozos de ángulos elevados se le aplica peso a la mecha a travéz de la tubería de perforación.

El pozo con angulo ayuda a la estabilización de la tubería impidiendole pandearse.

Dsde el punto de vista fatiga, el tubo de perforación no debe ser girado cuando está pandeado.

Los cálculos de compresión no deben exceder los cálculos para esfuerzos críticos de pandeo.

Para evitar que las conexiones se aprieten demasiado en el fondo, la torsión maxima de operación no debe exeder la torsión de apriete de la unón.

Cuando se esperan operar con altas torsiones, la presión de apriete podrá ser aumentada aproximadamente por el 60% encima de la normal, verificando con las curvas de capacidad de carga

La relación de rigidez de la sarta, por arriba y debajo de la zona de transición deben compararse para cuantificar el cambio brusco en la sarta y determinar si se necesita añadir tubería de transicíon esto se verifica con:

SR=Zbaja/Zalta

Z = Modulo de la secciónLos módulos los podemos ver en la tabla siguiente.

La relación de rigidez máxima debe ser determinada en base de la experiencia

Para perforación de poca profundidad o baja experiencia de fallas mantener SR por debajo de 5.5

Para perforaciones mas severas o con un alta experiencia de fallas mantener SR por debajo de 3.5

A. Capacidad de carga de tensión (Pt)- Es la fuerza de tensión calculada para que el tubo seda al ser

tensionada

B. Factor de diseño en tensión (DFT)-El factor usado para reducir la capacidad de carga en tensión y obtener la carga

permisible (PA)

C. Carga permisible (PA)-La carga máxima que pueda colocarse a la tubería. Es la capacidad de tensión

reducida por el factor de diseño

D. Margen de sobre-tensión (MOP)-El exceso de capacidad tensional diseñada por encima de la carga de trabajo

(PW) para compensar el arrastre esperado de la tubería, la posibilidad de atascarse, el aplaste por las cuñas y el efecto de la presión de circulación sobre la tensión.

E. Carga de trabajo (Pw)-Es el máximo de tensión que se espera que ocurra durante una operación

normal.

PA = PT/DFT

PA= Máxima carga de tensión permisible (Lb)

PT = Capacidad de tensión en la tubería (Lb) tabla 2.5

DFT = Factor de diseño en tensión

Los factores típico de diseño en tensión varía entre 1.0 y 1.15

Los margenes de sobre tensión debido al arrastre del pozo y a la capacidad de sobre tensión en caso de atascamiento de la tubería, son determinado por las políticas de la compañía.

El efecto de la presión de circulación en la tensión puede estimarse como:

P = (PrMECHA)(Ai)

P = Aumento de tensión en la tubería debido a la presión de circulasión (Lb)PrMecha = Caída de presión a través de la mecha (PSI)Ai = Area interna de la Tubería (Inch2) (tabla 2.1)

Es la carga permisible menos el margen de sobre-tensión.

PW = PA – MOP

PW = Carga de trabajo (lb)PA = Carga permisible (lb)MOP = Margen para sobre tensión (lb)

El MOP deseado debe mantenerse en todos los puntos de la sarta. Y puede ir de 50.000 a 150.000 Libras

Los cálculos para la longitud máxima de la tubería ignoran la reducción de tensión causada por el ángulo de perforación.

Esto es para compensar por el aumento en

resistencia que normalmente acompaña al aumento en el ángulo del pozo.

Si se considera que este valor es conservador, la

longitud calaculada para cada sarta puede ser aumentada por la relación entre la profundidad medida (MD) y la profundidad vertical real (TVD).

Sin embargo, a las sartas en la porción vertical

inferior de la curva “S” no se les debe aumentar la longitud de eso forma.

La tabla 2.7 presenta los valores de presión de ruptura. Estos valores fueron calculados asumiendo propiedades mínimas del material y sin carga axial.

La presión neta de colapso en cualquier punto de la sarta y condiciones estáticas puede calcularse como:

La capacidad de colapso disminuye al tener la barra tensionada.

Cargas Bidireccionales.

Por lo general las tablas publicadas con las cargas asumen que las cargas son independientes. Sin embargo las cargas combinadas y bidireccionales disminuyen la carga que puede soportar. Algunos Ejemplos pueden ser:

- Tensión y colapso simultáneamente, reducen la presión de colapso

- Torsión y tensión, reducen la capacidad de tensión.

- Apretar una conexión mas allá de un punto determinado, reduce la capacidad de tensión de conexión.

Reducción de la capacidad de presión de colapso para tensión simultanea:

Los valores normales se encuentran en la tabla 2.8 y si la barra esta tensionada se debe aplicar un factor de reducción al valor de la tabla 2.8, según el gráfico 2.3

Reducción de la capacidad de carga de la tubería de perforación por tensión y torsión simultanea.

La capacidad de tensión y torsión simultáneas de los tubos en la tubería de perforación puede leerse en el grafico 2.4a hasta la 2.4u.

Sabiendo que la circulación máxima ocurre cuando la mecha no está tocando el fondo del pozo, la tendencia de las furzas de estabilidad a pandear el pozo pueden ser ignoradas en el diseño de la sarta de perforación.

El siguiente proceso eliminará el pandeo inducido por presión: al notar aumento en la caida de presión a travéz de la mecha, mientras esta esté en el fondo, levante la sarta hasta que note un aumento de peso, esto permitirá que la sarta se estire eliminando la tendencia a pandearse.

Ejercen una compresión radial sobre la tubería de perforación, la cual puede llegar a deformar el tubo.

La longitud de la cuña, su coeficiente de fricción, el diámetro de la tubería y otros determinan la constante de aplastamiento por cuña (SH/St).

Asumiendo que el tubo no está atascado, la tensión máxima ejercida por las cuñas es la de trabajo (PW).

Para calcular si hay suficiente margen de compensación por efecto de aplastamiento, calcular:

Pw(Sh/St) ≤ PA

Luego de hacer el calcular el MOP como vimos anteriormente, se debe comprobar, si este satisface la siguiente relación, y en caso contrario, aumentar el MOP hasta que se cumpla.

MOP≥(Sh/St – 1)

Estos deben evitarse, ya que alteran las propiedades de las piezas originales.

KB(REV)=(D – DLODO)/D

KB (REV)= Factor de flotación corregidoD= Densidad del componente en el BHA

Luego,el peso total del BHA puede determinarse:

WBHA=(WACERO x KB)+(Wotro x KB(REV))