Apuntes de Tecnologia de Perforacion. Primera Parte_ocr

8/14/2019 Apuntes de Tecnologia de Perforacion. Primera Parte_ocr

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICOFACULTAO DE INGENIERI

APUNTES DETECNOLOGI

DE PERFORACIONPRIMERA PARTE)

MIGUEL A BENITEZ HERNANDEZ

DIVISION DE INGENIERI EN CIENCI S DE LA TIERRDEPARTAMENTO DE EXPLOTACION DEL PETROLEO FI/OICT/8 7 031


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TECNOLOGTA E PERFORACION

APUNTES

1a. PI\RTE

CONTENIDO:

Principios de hidrulica aplicada ala perforacin rotatoria pags. 1 16Diseo de Tuberas de revestimientopags. 17 51Perforacin de pozos petroleros conorientacin controlada. pags. 52 103

A ~ O E 1982

Ing. Miguel Angel Bentez Hernndez.


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INTRODUCCIONEn el siguiente material sobre hidrulica se presenta una pequeaaplicacin a la perforacin rotar a no como una t n i ~ profundaal respecto. Es una recopilacin de algunos datos ya existentes;solamente se intenta con ellos mostrar al personal de campo los -principios bsicos de hidrulica de fluidos.Se piensa que mucho tiempo y trabajo se ha empleado en la aplicacin correcta de los principios hidrulicos en los trabajos de -perforacin; tambin es cierto que grandes sumas de dinero se hangastado para proveer a los equipos de perforacin de ms eficientes dispositivos hidrulicos. Se t r t con estas ideas de ayudara completar esos esfueros.Por ahora es bin conocido que en l mayorta de los equipos se ut i l iz n barrenas con toberas. Estos equipos t ienen bombas de alt presin tuberias con gran dimetro inter ior y toberas cuidadosamente seleccionadas en las barrenas. Todo este esfuero el ::-equipo no darn su completo rendimiento a menos que e l fluido deperforacin se programe con igual cuidado.

-As que el propsito de estos apuntes es motivar a l gente del -campo a formular sus programas de lodo de manera que se ajusten alas capacidades hidrulicas del equipo con que cuentan.Estos conocimientos permitirn operar con mayor eficiencia servirn de enlace entre los operadores y los encargados del equipopara que los resultados sean sat isfactorios para ambos.

EQUIPO DE OM EODe todas las operaciones de perforacin en l que ms caballos -de fuerza-horas se uti l izan es en el ciclo de circulacin.Las bombas para lodo tuberta de perforacin tiniones lastraba-rrenas toberas de la barrena y l ineas de f lujo deben estudiarsecon sumo cuidado; pero con principal inters las bombas para lodoevaluando su adaptacin a cualquier trabajo con lodo debiendo d ~terminarse su tamafio y su presin de trabajo para determinada velocidad del lodo en e l espacio anular. Las bombas de potencia -de doble t r iple accin son e l t ipo ms coman que se emplea hoyen dia.Como bombas de potencia se entiende aquellas que se mueven por m ~dio de un cigueal. Por doble accin se entiende que el lodo esbombeado por ambos lados del pistn. Cuando e l pistn hace una -carrera cierto volumen de fluido es bombeado; este volumen se d ~termina por el dimetro del cilindro y la bngitud de la carrerarestando el volumen del vstago para obtener e l volumen por golpeo carrera.Grandes volOmenes y altas presiones se requieren hoy para obteneraltos valores de avance en l perforacin particularmente con lasbarrenas mencionadas lo que implica severas condiciones de operacin de estas bombas. -


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Consecuentemente, en la mayora de los equipos se operan las bombas a, o cerca de su mxima capacidad. Esto s ignif ica que los Ingenieros en lodos disponen de poca capacidad adicional en casos :de problemas en el pozo y deben ayudarse a resolver estos problemas en el pozo mediante principios hidrulicos o por los conoci-mientos de las propiedades del flujo.La potencia suministrada a la bomba para su operacin se llama energla recibida (in-put) en caballos, y la potencia obtenida - -(out-put) de la bomba se llama potencia hidrulica.La potencia obtenida (out-put) siempre es menor que la potencia -suministrada (in-put). Resumiendo: Las bombas para lodos de per--foracin se fabrican en una gran variedad de tamaos y de potencia suministrada; proporcionan un gasto y una presin de descargaque son gobernados por cuatro factores:l ) Velocidad de la bomba.(2) Dimetro de la camisa y el pistn.(3) Longitud de la carrera.(4) Eficiencia de la bomba.

La mayora de las bombas operan aproximadamente a S S ~ de ef ic iencia mecnica y 100t de eficiencia v o l u m ~ t r i c a una reduccin deltamao de la camisa permitir elevar la presin de descarga, perose reducir el volumen.C ID DE PRESION

En cualquier pozo, una cier ta presin es necesaria mientras se est perforando. Esta presin se requiere para vencer las p ~ r d i d a sde presin que ocurren en e l sistema. Estas p ~ r d i d a s ocurren en -todo el sistema de circulacin y son resultado de la resistenciaal f lujo.Las prdidas son proporcionales a la densidad y a la viscosidad -del lodo, al dimetro de la tubera a travs de la cual se bombeael lodo al gasto del lodo que se bombea. Por conveniencia, lasp ~ r d i d a s de presin por fr iccin se dividen en cuatro grupos parael an l i s i s de cualquier lodo dado y cualquier gasto de c i rcu la - cin, como sigue:A.- Prdidas a travs del equipo superficial .a .- Lneas de lodob.-Tubo verticale . - Mangera.d .- Unin giratoria.e..- Flecha o vstago.B.- P ~ r d i d a s a t r a v ~ s del in ter ior de la sarta .

a .- Juntas de la tubera.b.- Tubera de perforacin.c .- Lastrabarrenas.C.- P ~ r d i d a s de presin a t r a v ~ s de las toberas o vas de la ba-rrena.D.- P ~ r d i d a s debido al retorno del fluido por espacio anular.

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a .- Causadas por los lastrabarrenas.b.- Causadas por las juntas de la tubera de perforacin.c .- Causadas por la tuberia de perforacin.Equipo SuperficialPrdidas de presin en el equipo superficial ocurren principalmente en las conexiones del equipo de perforacin, asi como en las 7l neas de lodo. Las l neas de lodo son generalmente de dimetro -suficiente para permitir el movimiento fcil del fluido. Las prdidas superficiales son directamente relacionadas con e l dimetrointer ior y la longitud del tubo vert ical (stand-pipe), manguera(rotary hose) unin giratoria (swivel) vlvulas, etc . , pero generalmente en los anl is is de prdidas de presin no se consideranla flecha o vstago, dado que su valor vara en cada instalacin.Por ejemplo para una flecha 3 1/2" DI de 40' de logitud con una -circu aci6n de 400 gal/min se produce una caida de presin de 27

lb/pg y para una flecha de 2 1/2" DI y 40' de l o n g i t ~ la cadade presin con e l mismo gasto de lodo es de 125 lb/pg PERDIDA DE PRESION EN LA SARTA DE PERFORACION

Las prdidas de p r e s i ~ en la sarta de. perforacin son causadaspor la friccin que ocurre por e l lodo bombeado dentro de la tuber a , juntas y lastrabarrenas. En general las prdidas de presison menores en tuberas "interna flush" y de dimetro in ter ior -extra (extra hole) y mayores en tuberas reforzadas en su in ter iory en las de tamao API.En los lastrabarrenas con dimetro inter ior mayor, se producen menores prdidas por friccin. En resumen entre ms grande es e l 7dimetro inter ior de la tubera menor ser la prdida por frie:.--:.:.cin. Por ejemplo una tubera de 3 1/2" API conl 1/Z" dimetro -inter ior , con circulacin de 400 gal/min produce una prdida de -friccin de 510 lb/pg2 por 1000-pies, mientras que el mismo gastode lodo, circulando por una tubera de 3 1/2" interna flush" con2 11/16" de dimetro inter ior produce una prdida de presin de -solamente 200 lb/pgZ por 1000 pies. Un lastrabarrena de 2 de d imetro inter ior con e l mismo gasto de lodo anterior t iene una prdida de presin de 160 lb/pg2 por 100 pies mientras que un lastr .barrenas con 3 de dimetro inter ior t iene (inicamente 25 lb/pg2 -por 100 pies de longitud.

CAlDA DE P RESION A TRAVES DE LAS TOBERAS- - DE LA BARRENAActualmente slo se usan las barrenas de toberas. Las barrenas detoberas circulan el fluido hacia la formacin.La cada de presin a travs de las toberas de la barrena es pro-porcional al gasto de circulacin y a l rea de la tobera. Los requerimientos de circulacin para barrenas son usualmente - los necesarios, s i e l volumen del lodo que circula es suficientepara proporcionar una velocidad en el espacio anular de aproximadamente 125 pies/min. Las vas de agua en las barrenas regularesestn diseadas para proporcionar una velocidad a travs de las toberas menor de 125 pies/seg en condiciones normales, ya que a ltas velocidades pueden causar daos en los dientes y en los conos,por la accin de golpeo directamente a los conos. El tamao de -

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las toberas debe ajustarse para producir velocidades del rango de250 a 350 pies/seg. y obtener e l mximo beneficio por la accin -del chorro en el fondo del agujero. Por lo tanto, para un gastodado, la cada de presin a travs de la tobera de la barrena esal ta .Por ejemplo un gasto de circulacin de lodo de 500 gal/min en unabarrena con 3 toberas, de 3 /4 , se tendr una cada de presin deunicamente 131 lb/pg2.Con e l mismo lodo y e l mismo gasto, una barrena con 3 toberas de1/2 proporcionar una cada de presin de 664 lb/pg2.

CAIDA DE PRESION EN EL ESPACIO ANULARLas prdidas de presin aqu son debidas al retorno del fluido at ravs del espacio anular entre la parte exter ior de la tuberade perforacin las paredes del agujero. Generalmente la sar tade perforacin est formada por la tubera, las juntas y los lastrabarrenas dr i l l col lars) . Cada pieza de este equipo t iene undimetro exterior di ferente , por lo . tanto la cada de presin ser diferente en cada caso. En resumen el dimetro del agujero, -el dimetro exterior de cada pieza de la sar ta y e l gasto de c i r culacin son los factores a considerar para determinar la cada -de presin en el retorno del fluido por el espacio anular.

PROPIEDADES DEL FLUJO, ~ I O D E L O S FLUIDOSEn cualquier consideracin re la t iva a la aplicacin de las propiedades del flujo en los problemas del lodo de perforacin, se haceevidente que para propsitos de estudio, los fluidos se deben separar en categoras de acuerdo con su tiempo y con e l modelo de -f lujo.

Tipos:

Modelos:

l Fluidos verdaderos o fluidos N e ~ t o n i a n o s(agua,etc.)2 .- Fluidos pls t icos o fluidos no NewtonianosLodo de perforacin e tc . )l . - Flujo turbulento2.- Flujo plst ico o laminar.

Fluidos verdaderos.- Consideremos como un ejemplo de fluido v e r d ~dero agua compuesta, en reposo en una tubera, con velocidad ceroy la presin cero. Si cualquier fuerza mayor que cero es apl icada, el agua se empieza a mover y se mover tanto como sea la presin aplicada.Si la presin se aumenta, la velocidad tambin aumentar i g u a l m e ~te . Esto es, con un fluido verdadero la velocidad es directamente proporcional a la presin. El agua que es un fludo verdadero,no permanece como t a l cuando se usa como fluido de perforacin, -ya que los slidos que se perforan son retenidos en e l fluido y -la viscosidad y densidad gradualmente se incrementan en el s is te ma.A medida que la densidad y la viscosidad aumentan, e l fluido dejae l estado de Newtoniano o flujo verdadero y pasa a la clasif ica-cin de fluido pls t ico (o no Ncwtoniano).

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Fluidos Plst icos. - Un f luido plst ico di f ie re de un flu;do verdadero de la manera s i ~ i e n t e -1 . Una presin def in ida se requiere para i n i c i a r mantenerlo en movimiento; s i la presin se disminuye, e lmovimiento puede cesar antes que la presin sea cero.2 . La velocidad no es directamente proporcional a la pre-sin. Casi s in excepcin los fluidos usados en la perforacin de pozos caen dentro de es ta clas i f icacin. -

Las prdidas de presin, en sistemas de lodos que tengan propiedades pls t i cas , se determinan considerando: la densidad, la v i s c o ~sdad pls t i ca e l punto de cedencia.Los requerimientos de potencia prdidas de presin en fluidos -plst icos aumentan rapidamente a medida que sus carac te r s t icas -se incrementan. Por ejemplo, un sistema de lodos de 10 lb /gal dedensidad y una cada de presin to ta l de 950 lb/pg2; tendr una -cada de presin de 1575 lb/pg2 s i la densidad del lodo aumenta a15 lb /gal y las otras variables permanecen constantes. Por lo quees fci l ver que la cada de presin es proporcional a la densidaddel lodo.Flujo Turbulento. En f lujo turbulento, las par t culas del l quido no se mueven individualmente en l neas recta o curva para le laa las paredes del agujero, s i no que lo hacen en forma de remolino y cas i en desorden dentro de la tubera o en e l agujero.La fuerza o la presin apl icada en e l bombeo del f lu ido tendr - que ser t a l que la accin de deslizamiento de las par t cu las lashaga rolar en desorden. Aqu la densidad del f luido es e l factorms importante en la cada de presin la viscosidad asume una -menor funcin y puede desaparecer enteramente en casos de un al tovalor de f lujo.Ambos Fluidos verdaderos Fluidos Plst icos. - Pueden asumir caracter s t1cas o modelos de fluJOS turbulentos.Hay dos maneras de lograr turbulencia en e l espacio anular , dondelas condiciones del f lujo laminar prevalezcan:

l . Reducir e l valor de cedencia o la viscosidad p l s t i c a o ambas.2.- Aumentar la velocidad anular a un punto ms a l l de lavelocidad c r t i ca .Estos t rabajos hacen que un f lujo laminar en un sis tema se puedahacer f lujo turbulento. La mayora de las autoridades estn deacuerdo en que e l modelo de f lujo laminar t iene las condiciones -ms deseables para l impiar e l agujero.

LUJO L NIN R.Cuando es te t ipo de f lujo exis te , cada par t cula individual del -l quido se mueve en l nea para le la a l tubo. No todas las partculas se movern a la misma velocidad, las part culas de l quido ~que estn en contacto con las paredes del agujero igual que las -par t iculas cercanas a la pared de la tubera de perforacin estncasi es tac ionar ias , mientras que las que estn ms alejadas de las

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paredes se mueven con diferente velocidad.En este t ipo de f lujo, las partculas de fluido se mueven en l i nea recta o ligeramente curva. El flujo laminar ocurre en cualquier porci6n del sistema de lodo donde e l namero de Reynolds -sea menor de ZOOOLos componentes de viscosidad de un lodo que tenga propiedadesde flujo plast ico presentan amplio rango de valores; dependiendodel valor de la velocidad de bombeo. Por consiguiente a velocidades de turbulencia (velocidad mayor que la cr i t ica , la viscosidad permanece como el punto principal que concierne a la cadade presi6n. Sin embargo una vez turbulento, la densidad del lo do se torna en el punto ms importante.

VISCOSIDADViscosidad es la resis tencia de un fluido a l movimiento. La palabra Viscosidad representa las propiedades del f lujo , pero lasola palabra puede descr ibi r las caracter s t icas como: espeso,delgado, fluido, pastoso, aceitoso, cremoso, etc. Tampoco es razonable esperar un instrumento tan simple que proporcione un na7mero de caracter s t icas para un fluido el cual permita predecircon seguridad su comportamiento bajo condiciones muy diferentesque aquellas suministradas por el instrumento.La ciencia que t ra ta e l flujo de fluidos es la Reologa y de a-cuerdo con esta ciencia los fluidos resis ten al flujo principalmente por:

1. Fricci6n por resbalamiento entre las capas molecularesdel fluido.Z Fuerzas que se forman en la estructura del fluido, quetratan de formar estructuras semirgidas, que se quiebran temporalmente durante la agitaci6n inducida porel flujo actual . VISCOSIMETROSCuando se mide la viscosidad de fluidos t ixotrpicos, todos lost ipos de instrumentos indican un nmero de valores, los cualesrepresentan a dos fuerzas (friccin por deslizamiento y forma- ci6n de la estructura) que actaan simultaneamente y cuyo valores determinado por separado, cuantificando de esta manera la intervenci6n que tendrn en e l trabajo por desarrol lar .

De acuerdo con su diseo, los viscosimetros varan en la sensibil idad relat iva, de una u otra de las fuerzas, por lo tanto q u e ~l los viscosmetros que nayan sido diseados para conocer los valores de velocidad de corte,son capaces de evaluar apropiadamentela naturaleza de los fluidos de perforaci6n.Los viscosimetros se construyen en varios diseos,pero se clas i fican de acuerdo con las diferencias bsicas en el movimiento relat ivo del fluido y la superficie confinada del fluido bajo pruePor consiguiente, se t ienen diferentes tipos de viscosmetros:1.) Diseados para fluidos que fluyen entre las paredes e ~tacionarias confinadas. Esta clase son los de or i f i - -

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cio de embudo y los viscosmetros capilares.Instrumentos conocidos de este grupo son: Saybolt ,Ubbelohde, Engler, Norcross.Z. Donde el fluido se localiza. entre superficies disedascon separaci6n especfica y con movimiento re la t ivo ent re una y otra. De este tipo hay t res diseos bsicos.a- De cada, como son e l Hoeppler, el Falling Ball , e lGadner Bubble.b- Rotatorios; como e l Stormer, el Fann, e l Brookfield,el Fisher.e- Vibratorios; como e l Vibraling Reed. e l Ultrasonic.

La introducci6n del viscosmetro Fann como un instrumento conf iable, ha tenido muy buena aceptaci6n, pues proporciona datos e -xactos de viscosidad y otras propiedades de los lodos.Adems de guas para e l control de los Lodos. los valores determinados en l se usan directamente en los clculos hidrulicos, acontinuaci6n se desarrolla e l principio bsico de trabajo del viscos.imetro Fann. -

Nivel delUquido

(De Rogers 4a Edici6n pag 190 .

Resorte

Indicador de lecturade cl caratula

Plomadasos

i l indroRotacional

La figura anterior muestra un esquema del viscosmetro rotacionalcon sus elementos esenciales.El cil indro gira concentricamente al rededor de la plomada ( BOB ..la cual est suspendida de un resorte. El espacio anular entre laplomada y el cil indro es de 1 mm.La cartula y el indicador determinan el valor del ngulo resultante de la deformaci6n del resorte, al haberse creado una reacci6n de la plomada, por e l movimientorotacional del cil indro.Esta deformaci6n en el resorte, se crea por un esfuerzo cortanteen la superficie de la plomada, mayor que la resistencia al corte

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de la estructura plst ica del lquido que se encuentra en el s p ~cio anularA continuacin se presenta un anlis is de estos esfuerzos a part i r de la curva de consistencia de un fluido plst ico de Binghamdonde se t iene un flujo laminar en el espacio anular a par t i r de111L rpm-

Enes

PAR ETORSION

el puntoel radio dondede lat o

TRANSICION

111L VELOCIDAD DEL CILINDRO rpmT 0 es el par de torsin del punto cedente, Rbplomada h su al tura , e l esfuerzo cortante es:

to - dinas) - - - - - - - - - - - (1)IIRZ hEl flujo laminar se in ic ia sobre la superficie de la plomada BOB)progresa en forma continua hasta que este flujo es total en elespacio anular. 1En e l punto donde T es el par de torsin cr t i co Re es el rdiointer ior del cil indro, se t iene el siguiente esfuerzo cortanteT 0 T - - - - - 2} con una rotacin continua a una velo-Z Rz hecidad constante el par de torsin se incrementa, hasta un valor deequil ibrio, el cual ser funcinde las c r c t e r s t i c ~ reolgicas de el fluido.La relacin entre el par de torsin la velocidad de rotacin delcilindro es l ineal siempre que e l fluido en e l espacio anular esten flujo laminar.Reiner y Rialin, en su teora del flujo plstico de los v i s c o s i m ~tros rotacionales, deducen la siguiente ecuacin:

= T 1-4iil l j jp 1 to Re- - - - lnZ Rbe lJP - - - 3)donde es la velocidad angular en radianes/seg- T es el par -

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de torsin correspondiente.El punto cedente, T 0 se define por la intercepcin T2 , que es eltramo, l ineal extrapolado de la curva en e l eje de los pares detorsin. El valor de T0 se obtiene cuando ; = o

Tz 1 1-- )::.To41Th Rb eIn Re - - - - - (4)Rb

La pendiente de la l inea, arriba de la velocidad angular cr i t ica ,'L' es la viscosidad pls t ica pp.El valor del par de torsin del resorte puede obtenerse de la de-fleccin o giro. de la cartula y de su constante de construccinC. la cual es proporcionada por e l fabricante.

T = e e - - - (5)donde T es e l par de torsin en dinas - cm. y e la defleccin engrados ( ) . Sustituyendo 5 ) en (3)e e 141ThPp rb 1z ) - - (6)e

Todos los viscosmetros se basan en el diseado por Savins y Roper ( APl Dri l l . Prod. Prac. 1954 pgs 722) y que a par t i r de losdatos de lecturas a 300 y 600 rpm, permiten evaluar , la viscosi-dad pls t ica y e l punto cedente.La ecuacin (3) se simplif ica de la siguiente manera:

PP = Ae - BTa.. - - - - - - - - - - - (7)

donde A y B son constantes que incluyen: las dimensiones del ins-trumento, la constante del resorte y los factores de conversin,w es la velocidad de rotacin del cil indro expresada en rpm; -luego entonces:PP = VP = A ( 91 - 92 )w - w2 - - - - 8 )

donde 61 v 62. son lecturas obtenidas de la cart.ula a ;1 wzrpm.; VP es el trmino convencional de campo para la viscosidadpls t ica .T Yp _ A _ ( e l '1 ) (91 - 92) 1B - w - '2 - (9)

Yp= Termino convencional de campo para e l punto cedente de ta l manera que los valores de A, B, w1 y w se determinan:A=B=;1 - ; 2

= 2 - ' 1 'z

bajo estas condiciones.


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A A= 1, 8 = 1, 111- - - - - 2w- 1112Las ecuaciones (8) y (9) se simplifican.

Yp 92 VPpara satisfacer ~ s t a s condiciones se requiere que w1 = 600 rpm,wz= 300 rpm. y la constante del resorte 387 dinas-cm/grado y comoya se mencion el espacio anular sea de 1 mm con estas condiciones se establece que las unidades para la viscosidad plstica soncentipoises y para el punto cedente lb /100 pies2La viscosidad aparente se calcular a part ir de las siguientes -constantes calculadas por Savins - Roper.1 (giro de ia cartula) 1.067 lb /lOO pies 2= 5.11 dinas cm2 , esfuerzo cortante1 rpm 1.703 seg-1 , velocidad de corte.pe =Va = viscosidad aparente = e ~ = ~ a poise/grado/rpm:

ae ~ 3 = 0 = 0 . . . : X : ; _ . 9.. 300 centipoise/grado/rpm.

donde 9 es la lectura de la caritula a 111 rpm; s i 111 600 rpm.que es la prctica comGn de determinar la viscosidad aparente, yque est dada por la siguiente ecuacin.Va = 300 X 9 600 . 9 600600 r

e 300 y 9 600 son las lecturas observadas en la cartula a 300y 600 rpm.PROPIEDADES DEL FLUJO

La viscosidad aparente es una funcin de la viscosidad plstica yel ~ u t o de cedencia; donde la viscosidad pllst1ca es aquella partee la re.s1stencJ.a del flujo en un Iodo la cual .representa friE:ci6n mecnica entre los slidos en el lodo, entre los s6lidos y -el liquido que los rodea y las fuerzas de corte entre el mismo l i quido.La viscosidad pl stica se mide en centipoises. El punto de cedenca equilibra la viscosidad y se describe como la parte de la resistencia del flujo en un fluido de perforacin causada por fuerzas entre las partlculas en suspensi6n.El punto de cedencia es medido en lb/100 pies2 El punto de ce-dencia es un resultado del grado en el cual el tratamiento qulmicosatisface la atraccin entre las partculas. La viscocidad plst ica en el lodo puede cambiar si el nmero y naturaleza de los ~lidos cambia.El agua por lo tanto, puede causar que la viscosidad plstica d i

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minuya debido a la reduccin del contenido de slidos. El puntode cedencia se reducir efectivamente por tratamiento qumico,s i e l sistema no ha sido tratado en exceso, y por consiguientees insensible.Cualquier reduccin en la viscosidad plst ica o en el valor delpunto de cedencia resultar en menor resistencia a l flujo.Un valor al to del punto de cedencia del lodo puede elevar la velocidad cr t ica de ese lodo haciendo ms dif c i l lograr un flujolaminar. La mayora de los lodos estn bajo f lujo turbulento enel equipo superficial , en la tubera de perforacin, a travs delos lastrabarrenas; mientras que el flujo es generalmente lami-nar en el espacio anular. El flujo turbulento es ideal para remover los cortes en la barrena el laminar es apropiado en elespacio anular.Es imposible asignar un valor definido para e l punto de cedenciay la viscosidad plstica para un lodo en part icular ; esto se debe dejar al cri ter io del ingeniero que trabaja en el pozo. Hays in embargo una correlacin definida entre los valores de laspropiedades sensibles del flujo y las apropiadas prct icas hidrul icas El ingeniero debe hacer el esfuerzo de hacerlos compati--bles. DENSIDAD EQUIVALENTE E CIRCULACIONLa prdida de circulacin del lodo, puede remediarse reduciendola presin de bombeo mientras se circula en la zona de prdidade circulacin. Esta reduccin de la presin de bombeo produceuna baja contrapr.esin en la formacin dbil . La presin hidrost t ica actual ms la cada de presin total en el espacio anulares la presin total de circulacin en el fondo del agujero. Ladensidad del lodo mientras est circulando, se le llama Densi-dad equivalente de circulacin . La Densidad equivalente decirculacin puede obtenerse a par t i r de la siguiente ecuacin _7(se deber de ut i l izar el factor adecuado para la compatibilidadde unidades).Densidad equivalentede circulacion.

Presin total de circulacin en el fondo.Profundidad del pozo.

VELOCIDAD DE RESBALAMIENTOLa velocidad de resbalamiento de los cortes o derrumbes en un -fluido de perforacin es la diferencia de velocidad entre la velocidad del lodo en el espacio anular y la velocidad con que seelevan los cortes. Cualquier estudio de hidrulica o hidrulicaen la barrena y un programa de lodos, debe incluir e l problemapara remover los cortes de el agujero.Con el uso ms frecuente de las barrenas con toberas se hace msnfasis en el estudio de la velocidad a travs de la barrenamenos lo que concierne a la velocidad en-el espacio anular. Amenudo por proporcionar suficiente velocidad en las toberas, sedesatiende la velocidad anular a ta l grado de tener problemas enel agujero. Cuando esto sucede, la viscosidad generalmente au-menta, lo cual hace que la bomba opere a su mxima capacidad ypor lo tanto baja su velocidad (epm), para re s i s t i r e l aumento-


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de cada de presi6n debida al incremento de la viscosidad.Si la capacidad de la bomba es suficiente para dar la velocidadadecuada en las toberas en el espacio anular, la operaci6n escorrecta, s i no, probablemente lo ms prudente s ~ r usar mayordimetro de las toberas, con lo que se tendr ganancia en el -gasto para remover mejor los recortes.Recientes pruebas de laboratorio indican que e l valor de cedenca de el lodo es la propiedad ms importante del fluido en ladeterminaci6n del efecto en la velocidad de resbalamiento delos cortes. La mxima velocidad de resbalamiento en los cortesde tamao normal ha sido encontrada del orden de 100 a 110 piesmin. para lodos de bajo valor de cedencia. Una reducci6n de lavelocidad de resbalamiento, a casi cero, se ha encontrado en lodos con alto valor de cedencia.Sin embargo cuando el valor del punto de cedencia se aumenta ar r iba de 1 lb/100 pies2 la velocidad de resbalamiento decrecerpidamente. Estas determinaciones indican que un pequeo benef icio en la capacidad de acarreo se puede esperar por el aumen-to del punto de cedencia a un valor poco menor que 20 lb/100 -pies2. Si bajos valores de cedencia no mantienen el agujero l ~pio, no es posible aumentar la velocidad anular, entonces elpunto de cedencia probablemente se pueda aumentar a algo ms de2 lbs/100 pies2La viscosidad aparente la viscosidad plst ica no t ienen efecto considerable en la velocidad de resbalamiento; al aumentar ladensidad se reduce la velocidad de resbalamiento en forma efect iva sin embargo, los requerimientos de densidad son g e n e r l m e ~te necesarios por las condiciones de t rabajo.En resumen la velocidad anular debe exceder a la mxima velocidad de resbalamiento para desalojar todos los cortes derrumbescon el objeto de mantener limpio el agujero.Si esto es imposible, este defecto se puede compensar aumentandoel punto de cedencia o la viscosidad to ta l .

Resumen de f6rmulas para evaluar las cadas de presi6n enel sistema circulatoriov = ~ l L qd V =Ve 1.62 1 1 1.62 / 8.20 p d2 Pepdd= dimetro inter ior de la tubera de perforaci6n o delos lastrabarrenas pg)Para el espacio anulard= da-de

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da= dimetro del pozo o de labarrena.


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t ~ dimetro de la tubera ode los lastrabarrenas.Si V > VeV < Ve el f lujo ser turbulentoe l flujo ser laminarCadas de Presin

Flujo Laminar Flujo Turbulentodentro de la tuberap ~ 6 : . . . . . . 2 ~ X : . . . . l ~ 0 _ - _ _ l . I J _ V . . . . . . ; L ~ + Pe Ld2 5 d

en e l espacio anularp 6.72 x 10- 4 1 1 V Ld ~ - dt

+ Pe L225 da-dt)

p f L v2 P25.6 dRe 2965 dv

J

0.046f Re 0.23854

P ,. f 1 v 2 P25.6 da-dt)

para f y Re se uti l izan las frmulas anteriores tomando en cuentala diferencia de dimetros.Cada

p =bde presin2qg p a t ravs de la barrena toberas).

tambin se emplea la siguiente frmula:Vt 2P b ~ zo

Vt _ 13 44 q- APotencia hidrulica en la barrenaHHP = 0.0245 X Pt x qNomenclaturav = velocidad anular, pies/seg)q = gasto, bl/min) qg = gasto gal/min)ve= velocidad cr t ica pies/seg)P = densidad del fluido de perforacin, lb/gal)1 1 = viscosidad plst ica centipoises)Pe= punto cedente, lb/100 pies2 (Yp)L Longitud de la tubera o lastrabarrenas pies)f = factor de fr iccin de fanning adimensional)

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Re= nmero de Reynolds adimensional)A= ~ r e a de las toberas pag2)Vt= velocidad de circulacin en las toberas pies/seg)Pt= Ca1da de presin to ta l en e l sistema. lb/pag2)

HOJA DE CALCULODATOS DE CAlDA DE PRESIONCompaia CampoCon t r a t i . : : c s . , - t a = - - - - - - - - - - - - - ~ E q u i p : : c o N r r : o : - . - - - - -Bomba Carrera C a m ~ s a s

V e l o c ~ ~ a : : c a ~ a - - - - - - - - - R e n d i m i e = n ~ t 7 o - - - - - - - - - - V e l . A n u T I : : c a ~ r - - - - - - - - - -E q u ~ p o superflClal d1metro del pozoTube.ria de perforac.. .l76,_n-,-t ' l-po--y-pesoJuntasLastrabarrenasToberas

DEDEE

DIDId i ~ m e t r o

CAlDA E PRESIONA t ravs del equipo superf icialA travs de la tuberfaA t ravs de los lastrabarrenasA t ravs de la barrenaEspacio anular l s t r b r ~ r ~ e ~ n ~ ~ sJuntas ~ P ~ r o ~ f u n = d ~ l d ~ a a ~Tuber1a densidadTotalCorrecc16n por dens1dad Vise. Prom.Correccin por viscos ida - - - - - - - - - - - - Punto cedente Prom.Ca1da de presin corregida

GLOSARIO DE TERMINO$.FLUIDO NEWTONIANO.- En un fluido simple en e l cual e l -esfuerzo cortante es proporcional a la velocidad de c o r ~ e . Es-

tos fluidos se empiezan a mover inmediatamente que la presin ofuerza aplicada es mayor que cero, continua movindose hastaque la presin deja de actuar.FLUIDO NO NEWTONIANO.- Un fluido complejo en e l cual -el esfuerzo cortante no es proporcional a la velocidad de corte . Una presin definida se requiere para in ic ia r mantener -en movimiento este fluido.POISE.- Es la unidad de viscosidad, se u t i l i za e l Centipoise = O.OIoise es la fuerza de una dyna aplicada a una -rea del 1 cm y que la mueve con una velocidad de 1 cm/seg.VISCOSIDAD APARENTE.- La viscosidad en centipoises de-terminada por la mitad de la lectura del viscosimetro Fann VG a

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600 r.p.m.VISCOSIDAD PLASTICA.- Se expresa en centipoises, representa la parte de la resistencia del f lujo que contribuye a la -friccin mec&nica. {1) entre slidos {2) entre slidos y l iqui -des {3) impartida por e l liquido mismo, y es la diferencia de lalectura a 600 rpm menos la lectura de 300 rpm.PUNTO E CEDENCIA. Expresado en lb/100 pies 2 es aquellaparte de la resistencia del flujo en un lodo de perforacin causada por fuerzas atractivas existentes entre las partculas contenidas en suspensin y representan la fuerza necesaria para i n ciar el movimiento, su valor representa la diferencia de la lec7tura de 300 rpm y e l valor de la viscosidad plst ica .VELOCIDAD ANULAR DEL LODO. Promedio de velocidad con -que sube e l lodo entre la tubera de perforacin y las paredes -del agujero, basada en e l rea anular y e l gasto que se bombea.VELOCIDAD CRITICA.- Es e l punto en e l cual un fluidollega a ser turbulento. Se asigna un nmero Reynolds Re=ZOOO alestado del flujo turbulento en este punto.NUMERO REYNOLDS. Un nme.ro.derivado del cAlculo, en e lcual una combinacin de factores asociados que se ref lejan en lateorfa del movimiento de fluidos.Este nmero sin dimensiones, sirve como indicador del estado delflujo ya sea laminar o turbulento.FLUJO LAMINAR. Este es un t ipo de f lujo l ineal . El f lujo parece f lu i r en capas.FLUJO TURBULENTO. Un flujo que a a l ta velocidad se mueve formando remolinos.CAlDA E PRESION.- Es una res is tencia a f lu i r causada -por friccin. Una p ~ r d i d de presin debida a la friccin del -fluido al f lu i rCABALLOS E POTENCIA.- in-put) . La potencia to ta l proporcionada por motores o mquinas a las bombas.POTENCIA HIDRAULICA. out-put) La potencia ~ o t l pro

porcionada por las bombas.DENSIDAD. 1\ asa por unidad de volumen para ls.propsitos del lodo se expresa en lb/gal , gr/cm3.

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~ .

BIBLIOGRAFIAApplied Mud Technology.IMCO SERVICES 6a. edicin 1978The Rheology of oilwell dri l l ing fluidsAPI BUL 13 D la. edicin noviembre de 1979.Dril l ing Practices ManualPrestan L Moore.Composition and properties of

1974

o l well dri l l ing Fluids. 4a. edici6n 1980Wa1ter F. Rogers.

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I S E ~ O E TUBERIAS E REVESTIMIENTO

Desde e l inicio de la perforacin de un pozo es indispensablecontener las paredes del miSPlO. Esto se logra con la columnadel lodo. Conforme se avanza en profundidad y a intervalos determinados, la contencin se efecta por medios tubulares no:minados tuberas de revestimiento. Para lograr este efecto esnecesario que intervenga otro material que es e l cemento.El conjunto t.uberas de revestimiento y cemento ademan _el pozo, realizando las siguientes funciones:1.- Evita los derrumbes de las paredes del pozo.2_.- Previene la contaminacin de los acuferos dulces de la -intrusin de fluidos del pozo.3.- Impide la contaminacin proveniente de zonas problema - -(cido sulfhdrico, formaciones sal inas , etc .4. Confina la produccin d.el intervalo seleccionado al ais larla zona productora del agua del yacimiento.5.- Suministra un medio para la instalacin del equipo de cont rol del pozo. -6.- Permite la instalacin de equipo para la terminacin delpozo o para su produccin a travs de sistemas r t i f i c i ~les.Naturalmente que e l programa ideal ser a e l de una tubera derevestimiento desde la superficie hasta la formacin productora. Sin embargo, debido a que durante la perforacin se penetra una variedad de formaciones y cada una de el las presenta diferentes problemas se introducen en e l pozo, en forma -concntrica, varias tuberas de revestimiento, que de acuerdoa sus funciones especificas se denominan como se indica a COtinuaci6n:a) . -Tuberas de revestimiento c o n d u c t o r a ~ Generalmente estasar ta es de corta longitud. Previene la erosin o lavadodel pozo, permite establecer, desde e l inicio, el retornodel fluido de perforacin; tambin soporta los cabezalesde las subsecuentes tuberas.

Los dimetros de estas tuberas sern de 16 a 30 pg. y d ~penden del programa profundidad del pozo.b .-Tuberas de revestimiento superfic ia les . - Despus de cernentada la tubera conductora y perforado el pozo con el s iguiente dimetro de barrena, se ins tala una tubera de m ~

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nor d ~ m e t r o que la conductora y a una ~ r o f u n d i d a d queproteJe al pozo de derrumbes, de formac1ones con prdida de circulacin, que a menudo se encuentran cerca dela superficie y de acuferos dulces someros.

c).-Tuberas de revestimiento adicionales.- Dependiendo dela profundidad del pozo o de los problemas que durantela perforacin se encuentren, tales como zonas de pre-siones anormales o de prdida de circula_cin, ser necesario colocar una o ms sartas de tuberas de revesti--=miento, que aislarn la zona problema. estas tuberasse les conoce con el nombre de tuberas de revestimiento intermedias.d).-Tubera de revestimiento de explotacin. Esta tuber a -es la ltima en instalarse en el p ~ z y l lega hasta lazona productora. Sirve para ais lar los hidrocarburos defluidos indeseables, tales como agua o gas de formaciones anteriores, adems ser la protectora de la tuberade produccin.e).-Tuberfas de revestimiento cortas Liners).- Estas tuber as constituyen una instalacin especial que evita util izar una sar ta de la superficie al fondo del pozo. La

l o n ~ i t u d de esta tubera permite cubrir e l agujero descub1erto, quedando adems una parte traslapada dentro -de la ltima tubera, de aproximadamente 50-150m.Diseo de tuberas de revestimiento.- Para obtener un p r o ~grama ptimo de la tubera de revestimiento se debern conocer la profundidad del pozo y la densidad del lodo respectva para esa profundidad. Tambin es importante conocer las-propiedades fsicas de las tuberas y e l t ipo de conexionesincluyendo en_ ellas la resistencia a la presin interior, ala presin exterior colapso o aplastamiento), a la deformacin por efecto de peso tensin).El Instituto Americano del Petrleo API) establece normaspara la fabricacin de productos que se emplean en la indust r ia del petrleo. Las especificaciones que rigen a los produetos tubulares son las 5A, 5AC y SAX que establecen e l -peso/unidad de longitud lb/pie o Kg/m), el rango de la tubera Rl, R2 R3), el dimetro exterior, e l espesor del -tubo, el dimetro de trabajo dri f t ) , el grado de acero, -los mtodos de fabricacin. y e l t ipo de conexin del-tubo.Hay tres rangos de longitud para las tuberas:rango uno Rl) de 4.88 m - 7.62 m.rango dos R2) de 7.63 m - 10.36 m.rango tres R3) de10.37 m en adelante.

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Los grados de acero son identificados por le t ra nmeros,que d e t e r m i n ~ la calidad del acero. Los nmeros sealan elmnimo esfuerzo a la deformacin Yp,en otras palabras es -el esfuerzo que soporta con una elongacin menor del 0.5\la le t ra indica la calidad determina e l mximo esfuerzo.La siguiente tabla indica los grados de tubera empleados -en la industr ia:Grados API Mnimo esfuerzo lb/pgZ) Nximo esfuerzo lb/pgZ)H-40 40000 80000J-55 55000 80000K-SS 55000 80000C-75 75000 90000L-80 80000 95000N-80 80000 110000C-95 95000 110000P-110 110000 140000V-150 150000las tuberas para quedar dentro de especificaciones se sorneten a la prueba de presin hidrostt ica que es la ms seve7ra que se basa en 60\ 80 del valor del mnimo esfuerzoa la deformacin, este rango de porcentaje es aplicado dependiendo del grado dimetro de la tubera, es decir para aceros H-40, K-55 J-55, dimetros de 10 3/4 mayores se em:plear e l 60\ para los otros grados de acero y dimetros -menores e l 80 . La frmula empleada para esta prueba es la -siguiente:

Ph = (ZFS t I ---------- 1)Ph Presin hidrostt ica (lb/pgZ)FS 0.60 Yp 0.80 Yp (lb/pg2)Yp mnimo esfuerzo a la deformacin (lb/pg2)t espesor del tubo pg)dimetro exterior (pg)Conexiones.- las tuberas son fabricadas generalmente con -roscas en ambos extremos posteriormente es conectada la -junta o copie (figura 1) en uno de el los , con excepcin dela tubera denominada de extremos planos (extreme l ine) cuyas roscas son maquinadas en e l cuerpo del tubo.Las conexiones son nominadas de ocho hilos rosca redonda concopie corto o copie largo 8 h. r . r . c.c . h.r . r .c .L . deacuerdo con la longitud de la rosca de la tubera de revest miento a usar, en la especificacin 5-A API se encuentran - las dimensiones de las ro scas copies.

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La carga axial que puede soportar una junta copie se denomina como resistencia a la tensin. El boletn SC3API en la -seccin 20.4 da las ecuaciones para calcular la resistenciaal desprendimiento para roscas de tipo: redondo, buttressy extremos planos o l isos .Generalmente la tubera de revestimiento representa uno delos puntos de mayor costo en e l trabajo de perforacin de unpozo, por lo que la columna ideal sera aquella cuyo peso -fuese el ms l igero del menor grado de acero posible, peroque permitiese no fa l lar ante los esfuerzos condiciones -ambientales a los que fuese expuesta.Es por eso que e l diseo se efectua para que dichas columnassoporten fuerzas para evitar:

-La ruptura debida a una presin interna.-El colapso o aplastamiento ocasionado por:-El exceso de una presin externa-El desprendimiento o fal las ocasionadas por esfuerzos axia--les debido al peso nro -)io de la columna.

F CTOR E D I S E ~ ODebido a que el material de que es construida la T.R. t ienepropiedades f s icas que son determinadas estadsticamenteque las propiedades de una longitud individual de T.R. pueden desviarse considerablemente del promedio estadst ico, -s ha introducido el concepto de factor de seguridad que esla relacin entre el esfuerzo mximo el esfuerzo de trabajo. La seleccin del factor de diseo en cualquier problemade ingeniera esta gobernado por cuatro consideraciones bsicas:1.- La realidad deb grado de resistencia ut i l izado en diseo.2.- El grado de simili tud entre las condiciones de serviciolas condiciones de prueba.3.- La realidad del dato de la carga uti l izada en el diseo4.- La consecuencia de la fal la (posibilidades de peligro -personal e incremento de los costos).En el caso de diseo de las T.Rs. se uti l izan las condiciones ms drst icas posibles: En colapso, se supone que la -presin in ter ior es cero; en presin interna, se despreciala flotacin lo cual resulta en una carga axial aproximadamente mayor que la real . La prdida econmica en cual-quiera de los casos es considerable.

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os factores de seguridad a uti l izar omo norma en el dise-o de las columnas de tuberas de revestimiento se tabulana continuaci6n:

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TUBERIAS DE REVESTIMIENTOTIPO DETRABAJO SUPERFICIAL INTERMEDIA EXPLOT, CORTCOLAPSO NO CON DIFERENCIA DE SI NOSIDAD ENTRE LODO Y

GU POR EL F CTOR1.125 1.0TENSION SI SI SI EN L T.R. CORRI NOCTOR DE FACTOR DE SEG. 1.8 D NO EN T.R. CORTASEG = 1.8 POZOS DIRECCIONALES F CTOR DE SEG. 1.82.0 POZOS DIRECCIONALES2.0PRESION NO SI SI NON INTERNA F CTOR DE SEGURIDAD F CTOR DE SEGURIDAD1.25 DE L PRESION 1.25 DE PRESION DEDE FRACTURAMIENTO FRACTURAMIENTODESGASTE NO SI EN CASOS ESPECIA- SI EN CASOS ESPECIA SINTERNO LES. CONSIDERAR UN LES. CONSIDERAR UN- POR VIAJES20\ ADICIONAL L DI 20\ ADICIONAL L DI T. PERF.S E ~ O ESPESOR O G R ~ SERO ESPESOR O G J ~DO T.R. DO T.R.FATIGA POR SI, POR CON SI, POR CONTINUAR SI, (SI CONTINUA -- NOLEXION O TINUAR PER:- PERFORANDO) PERFORANDO).COLUMN FOR NDOCORROS ION R R VEZ R R VEZ SI SIDISPAROS NO NO SI OCASIONAL--MENTE.EROS ION NO NO NO SI


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Apriete de l junta cople)con l laves de fuerza Apriete manual

COPLE CORTO ROSCA REDONDA 8 HILOS POR PULGADA

Apriete de la junta cople)con l laves de fuerzaApriete manual

COPLE LARGO ROSCA REDONDA 8 HILOS POR PULGADA

Apriete de la junta cople)con l laves de fuerzaROSCA BUTTRESS

Apriete manual

Apriete de la junta con l laves de fuerza.

ROSCA DE EXTRENOS P L l ~ O S (EXTREME LINE)

APRIETES BASICOS API) PARA DIFERENTES TIPOS DE ROSCASON LLAVES DE FUERZA Y MANUALMENTE.

FIGUR -Z3-


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Presin interna.-El API establece que la presin interna que res is te una --T.R. (interna yield pressure) estar en funcin de el dimetro exterior el mnimo espesor de pared, y el mnimo es-fuerzo a la deformacin del tubo. La siguiente frmula establece que el valor de la presin interna ser:

P 1.75(yp)(t) 2)DP mnima presin interna requerida para causar una deformacin permanente (lb/pg2)La presin necesaria para reventar una junta o copie de untubo tendr que ser superior a la calculada por la frmulaanter ior .Al disearuna tubera que por presin interna, se deber -de considerar un factor de seguridad DFi) que vara entre1 . 0 1 .75. Este factor afectar al valor calculado de -presin en la superficie, la mxima presin en la superfi-cie se obtiene cuando la tubera se l lena con gas de la forrnacin. Una ecuacin emprica aplicable para determinar esta presin, es:

eG

L =

34 x 10-6 GL)es = s (3)presin en la superficie (lb/pg2)presin de fondo (lb/pg2) cuando se desconoce la pre-sin de fondo es vlido el emplear la presin ejercidapor la columna pel lodo.logaritmo base natural = 2.7182818densidad relat iva del gas, normalmente se usa la del -metano (CH4) = 0.545profundidad del pozo (pies)

de lo anter ior se deduce que s t P y el valor de s serel ut i l izado para el clculo de diseo por presin inter ior .Presin de colapso o aplastamiento.La resistencia al colapso de una tubera es funcin del dimetro exterior el espesor de pared y el grado de acero.La resistencia al colapso se ha investigado, tanto terica -corno experimental. El API emplea cuatro formulas para determinar la presin de colapso, basadas en diferentes t ipos de

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o/)a.ctJouJctctzwNVl /)iOwo

ESFUERZO AXIALESFUERZO DE CEDENCIO vv 80 -GO -40 20 o 20 40 60 80 100 120 a t t t r }

20

100

120

( )ol)

COMPRESION T NSlON

FIGURA


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fallas: elst ica , transicin, plst ica de deformacin o -cedencia.El uso especifico de las frmulas esta gobernado por la re lacin del dimetro exterior D), el espesor de pared t) delas caracteris t icas del material Yp).Cabe aclarar que las frmulas para el t ipo de falla elst icade deformacin o cedencia son del tipo terico, mientras -que las frmulas para el t ipo de fa l la plst ico o de t ransicin se determinaron de datos experimentales.Otro factor importante que hay que considerar que es determinante en e l diseo, es la fuerza axial a que esta sujeta 7una tubera. Este fenmeno esta determinado por la ecuacinde la el ipse de esfuerzos biaxiales, que determina una. reduccin sobre la presin de colapso debida al peso de la tube-7r a carga o fuerza axial) .La ecuacin de la elipse de esfuerzos ~ x i l e s es la s i g u i e ~te:X2 Y Y2donde TYiAS Adimensional------------ 5)=

Y=Jl-0 .75 0.5X adimensional) - - - - - - 6)T Tensin o peso de la tubera en la seccinconsiderada lb) .

As rea de la seccin transversal del tubo en laseccin considerada pg2)Para corregir la presin de colapso por efecto de la carga -axial:

Pea y Pco - - - - - - - - - - 7 )

Pea mnima presin de colapso bajo efecto de tensin lb/pg2).Pe o = mnima presinpg2). de colapso sin efecto de tensin lb /El diseo de una columna de tubera de revestimiento por presin de colapso se afecta por un factor de seguridad al c o ~lapso DFc) que vara de 1 . 0 - 1.5, llegndose a ut i l izar para zonas con presiones anormalmente al tas , o formaciones de7leznables valores mayores.Para considerar la presin de colapso, es prctica comn presumir que la presin que acta por fuera de la tubera es la

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resultante de la presin ejercida por la columna de lodo. eesta manera el valor mayor de presin se encontrar en el fondo del poz.o e l menor valor en la superficie.El procedimiento matemtico se expresa:

Pe 0.052 W L. Fc ( )Pe = presin de colapso {lb/pg2)W densidad del lodo lb/gal)= profundidad{pies)0.052 lb/pg2/pie

del pozo o tambin una seccin considerada)

= gradiente de presin para un fluido cuya -densidad es igual a 1 lb/gal .A medida que la profundidad disminuye la presin ejercida porla columna de lodo tambin disminuye. Por lo tanto una columna de tuberia combinada, en pesos y grados, es a menudo em--pleada,siempre que satisfaga los requerimient.os de los factores de diseo, con e l menor costo de inversin; de ahi que, -Pe < Pco cuando este efecto es considerado, la determinacinde las profundidades a que debern de ser introducidas las diferentes tuberias a usarse, involucra un clculo de ensaye y -error o bien por solucin grfica.Tensin.La resistencia a la tensin de una tuberia es funcin delrea de la seccin transversal y de la minima resistencia a -la deformacin que depende del grado del acero; resultado deesto es que e l cuerpo del tubo es de mucho mayor resistenciaque el cople o unin, esta consideracin en e l diseo dependeen gran parte de la resistencia de la unin, igual que en -las dos consideraciones anteriores, en esta tercera se involuera el factor de seguridad a la tensin DFt) y que es la r ~lacin de la resistencia de la junta o unin propuesta a lacarga axial pero de la columna de tuberia, ~ t e m t i c m e s t e seexpresa: JTT

Los factores de diseo a la tensin varan para e l cuerpo deltubo de 1.6 - 1.8 y para la junta o unin de 1.8 a 2.0.Para efectos de comprensin de lo anterior se emplea el si -guiente ejemplo:

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Disear por el mtodo de ensaye y error, aplicando la ecuacin de la elipse de esfuerzos biaxiales, l siguiente tuber i de explotacin de 7 pg. de dimetro exterior que deber de introducirse en un pozo a 14760 pies (4500m) con unlodo de 12.5 lb/gal (1.5 gr/cm3), se usarn los siguientesfactores de diseo

DFi=1.1 ;DFc=1.125;Solucin:

DFt = 2.0 (junta).Se determina la presin en el fondo del pozo.PB 0.052 W

0.052 X 12.5 X 14760 = 9594 lb/pg2Se calcula, con la ecuacin 3, la presin que tendra el pozo en la superficie s i estuviese lleno de metano. (G=0.54S).Ps PB t e 34 X 10-6 GLPs 9594 t e 34 X 10-6 X 0.545 X 14760 = 7298 lb/pg2P DFi x PS = 1.1 x 7298.3 = 8028 lb/pg2La T.R. deber res is t i r la siguiente presin al colapso:

Pe = PB x DFc 9594 X ~ 2 5 = 10793 lb/pg2Se presenta a continuacin algunos grados y pesos de T.R. deque satisfacen los valores expuestos.TABLA ANEXA)La T.R. de grado C-95 de 35 lb/pie t iene una resistencia a -la presin interior de 11830, 10970 y 10050 lb/pg2 para el -tipo de junta de extremos planos, rosca redonda copie largo -y rosca buttress, respectivamente. Su resistencia al colapsoes de 11640 lb/pg2 para todos los t ipos de juntas. Su costoaproximado es de 192 /pie -La T.R. de grado N-80 de 38 lb /p ie t ien una resistencia a lapresin interior de 10800, 9240 8460 lb/pg2 para el t ipo dejunta de extremos planos, rosca redonda copie largo y rosca -buttress respectivamente y resis tencia al colapso de 11390 -lb/pg2 para todos los tipos de juntas, con un costo aproximado de 183 /pieAmbas tuberias satisfacen los valores requeridos y se s e l e c c i ~na la N-80, por su menor costo.

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7

TABLA DE VALORES DE RESISTENCIA DE UNATUBER IA DE REVESTIMIENTO DE 7"

f.25 17.00 -6 538 6.-413 7.-656H-40 1700 6. :.l8 6.413 7.656H40 20.00 6.456 6.331 7.656

J ~ ~ ~ i ~ : ~ : ~ ~ ~ . :m 7.390J..SS 260') 4.276 6-.151 7.656 6.151 7.3'90K-55 20.00 64'56 6.331 7.656K-SS 23 00 6 . 66 6 241 7.656 6.151 7.390KSS 2600 6.276 6151 7.6'56 6.151 7.390C75 23.00 6.366 (. 241 7.656 6.151 7.390C-75 26.00 6 276 6 t.SI 7.656 6.151 7.390C1S 29.00 6.164 6059 7.656 6.0'1i'9 7.390C-75 l1 00 6 096 6.151 7.J90N ~ B O 2'>l00 6 JU fiOS? 7.6 16 6.Ci59 7.390. NSIJ 32.00 6.094 5 961 7 656 5 ? 6 ~ 7 JQON ~ 8 Q J< ; OJO 6 ()04 5 8:'9 7 656 5.879 7 S J ~NSO 38.00 5.92C .5795 7.656 5.7'05 7 . ~ 3 0C-95 2300 6366 6.241 7656 6.151 7.390C-95 260'::' 6 Z16 6.1'SI 7 . f . ~ 6 6.151 7.390C-95 .?.00 6 IU 6 ~ ; 656 6.059 7.390C-95 32 0.1 6 Ofl.t 5 9 ~ 9 16 .6 "5.069 7 J ~ OC-9S 3500 OUW- 5879 7.456 5179 7.530C'ilS 3800 5q10 5.)'9$ 7.t.S6 5.795 7.530

P,.l10 2t:OO 6 276 6 151 7 6 ~ 6.151 7.390P-110 2-900 6184 6:05-? 76S6 6.059 7 3 ~ 0P-110 J2 tJil 61l"M S-.969 7.656 5.969 7.390PIIO 35..00 6004 5.819 7656 5.179 7.530P-110 38.90 5.920 5.795 7.6$6 5.795 7.530v.tso n.oo -6.184 6.ust 7.656v.JSO 32.00 6.094 5 9 ~ 9 7.656v.t 5o O Js.oo 6.004 s 879 1.656v-150 Ja.on s:r tO 5.79S 7.6S6

1,100~ r o

2,.2?03.2704,3202,2703 2704,3203.770

~ . ' 2 ' 5 06.16081309",7iO10.6803830S. ID7.0101 . 6:2010.13011.3'904 ISOs:.,o7.8149.1l011.640U.eO6.2108.'510IC 160ll.01t}15,fl09.800tl.OlO16.23019,240

-29-

123 118196 122230 176

~ : } ~ : 3i i 432 ..415 334 367 490 506316 254366 309 3.C1415 364 401499 416566 ..6lol 56'Z699 633763 703822 767532 4.C2604 519616 591745 672814 746877 8146)2 sos711 59)803 683eas 768966 853t.o.n 9l1830 693929 797I.OlS 891f ,U9 996l.lOS - 1.0S7

1.267 - 1,049~ ~ = =:nv1.64.111 - f.A.M

S22 632592557 632631 6-41707 68S79 761833 850833 917588 666667 675' ' ' 72123 801876 895876 965636 697m ""08 751891 8-41920 940920 1.013853 84.C

902t.053 1..002~ = I ~ J1.2961.363l5H


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A continuacin se calcula la al tura o punto de enlace dela siguiente columna de tubera que estar limitada por suresistencia a la presin in ter ior y por el valor menor dela presin de colapso que acte en dicho punto de enlace -y que bien puede ser una tubera de grado inmediato infe-r iorLa T.R. grado C-75 de 32 lb/pie t iene una resis tencia a lapresin interior de 8490 lb/pg2 para juntas de ext2emos -planos rosca redonda copie largo de 7930 lb/pg para -rosca buttress. Su resis tencia al colapso es de 8230 lb/pg2para todos los tipos de juntas con un costo aproximado de -158 /pie*Por e l mtodo de ensave error se obtiene la profundfdad delpunto de enlace, cons1derando para esta longitudecalculode la profundidad L = L;', La etc.L1 = PcoD;.Fc=-r. o .'ons....,zr::x l'..-)

S230 Ibtgg21.125 x O S 2 lb/pgZ/p1e x 12.5 lb/gal = 11255 piesEl siguiente paso consiste en verif icar s i la tubera C-75,32 lb/pie) a esta profundidad 11255 pies) sat isface e l fac-. tor de seguridad por resistencia al colapso, considerado e lefecto de carga axial . Para esto se calcula Pea de la s i g u i ~te manera:

x = _r_YpAs As = De2 - Di2)De dimetro exteriorDi dimetro interiorAs = 9.31 pg2

7 pg.6.094 pg.

El peso de la tubera en la,seccin considerada es:T = 14760 pies - 11255 pies) x 38 lb/pie = 13190 lb133190 1X = 75000 16/pgZ X 9.31 pg2 = 0 9aplicando la ecuacin (6)Y = 0.891 y refir indola a (7)Pea = 0.891 x 8230 = 7333 lb/pg2

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~

Se determina ahora el factor de diseo a l colapso a la p r ~fundidad de 11255 pies, para la presi6n de colapso afectada por la carga axial la presin ejercida por l columnade lodo a dicha profundidad:_ Pea 7333 l b p ~ 2DFc- p- = 0.052 x 1 .5 x 11255 = 1002

Para esta profundidad el factor de diseo resul t menor queel propuesto; por lo tanto se continuar hasta sat isfacer -la igualdad:

DFc calculado > DFc propuesto (1 . 125 .clculo de la profundidad 27333Lz = 0.052 X 12.5 X 1.125 = 10028 pies.

179816 lbx = .. .7 ..5 , . . O ' O , _ , l i - [ b - = s ~ / ~ p . : : : g . . , . 2 : : : . . x ~ 9....3 . . . , 1 , - , p ' g . . . , 2 ~ = 0 2S80.846

Pea = 0. 846 X 8230 = 6963 lb/pg26963DFc = 0.052 x 12.5 X lOOZB 1 068

1.068 l 1.125clculo de la profundidad 3

6963L3 = 0.052 X 12.5 X 1.125 9522 piesefectuando operaciones en forma similar a las anterioresX 0.285y = 0.827Pea= 0 8 2 7 ~ ~ 8 2 3 0 = 6806

- 6806DFc - 0.052 X ll.S X 9522 = 1.100 1.125clilculo de la profundidad L4L 6806 - 9307 pies4 0.052 X lZ.S X 1.125 -

-:n-


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X = 0.297 ; = 0.818Pea = 0.818 x 8230 67326732DFc = 0.052 X 12.5 x 9307clculo de L5

6732L5 = O OSZ X 12.5 X 1.125X = O. 302 ; = 0.814PeaDFc

0.814 X 8230 66996699

0.052 X 12.5 X 9206

1. 113 < 1. 1259206 pies

= 1. 120 < 1.1 2.5los siguientes clculospies;es la correcta. confirmar;n,la profundidad de 9,160 -La profundidad a lase introducir serla tubera de grado1707 m .

que la tubera de grado C-75 de 32 lb/piede 9160 pies 2793m). la longitud de -N-80 de 38 lb/pie ser de 5600 pies - - -Revisin del factor de diseo a la tensin para la rosca propuesta de la tubera grado C-75, que es la que soportar el -peso total de toda la columna de tubera.La resistencia a la tensin de la tubera C-75 de 32 lb/pie.en miles de l ibrasCUERPODEL TIJBO

699

T I PO SROSCA REOO. JDACOPLE LARGO

633

DE ROS CASROSCA EXTREMOS

BUITRESS PL NOS799 761

DFt = resistencia a la tensin de la junta propuestapeso total de la columna de T.R.se designa para este ejemplo la rosca buttress

799000 lbDFt = 5600 p1es x 38 I6/p1e) 9160 p1es x 32 i6/p1e) = 1.58Dado que para cualquier otro valor de las cuerdas propuestasel factor de diseo es infer ior , se deber de efectuar la correccin de la longitud de la tubera C-75 -

- 799000DFt- 2 = 5600 x 38)+ Lx32)

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L 5834 pies por lo que fal ta una cantidad de tubera de3326 pies y de la tabla de resistencia propuesta para eldiseo de la columna de tubera de revestimiento de 7 pgse requiere una rosca que satisfaga la tensi6n y verif icaque los grados C 95 de 38 lb/pie y P 110 de 3 lb/pie t ie -nen resistencias superiores a un mill6n de l ibras .{para

Resistencia a la tensi6n = 1 011 840 lbs.

Resistencia a la tensi6n 1 051 752 lbsla T.R. grado P 110 de 32 lb/pie con cuerda buttress sat is-face la demanda en cuanto a tensi6n y presiones internas yde colapso.

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RESUMEN FINAL DEL DISEROdimetro intervalo peso grado t ipo de Factor a Factor al Factor apg) pies) lb/pie) junta la tensi6n colapso la presi6nmetros) DFt DFc inter ior .

DFi7 0-3326 32 P-110 buttress 2.00 1.590-10147 3326-9160 32 C-75 buttress 3.75 1. 125 1. 09014-27937 9160-14760 38 N-80 r r c l - - 1. 187 1. 74793-4500

Los costos de las tuberias son del 1ero. de enero de 1981

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. Diseo de una columna de T.R. empleando las grficas de lacasa Youngstown (figura 3).Para efectuar el diseo se requiere de la siguiente informacin:a .- dimetro exterior de la tuberab .- densidad del fluido de controle . - profundidad a la que se va introducird) . - factores de seguridad para el diseoLas grficas constan de dos partes. en el extremo izquierdo (grffica 11 en e l eje horizontal se tienen diversos valores de densidad de profundidades; en e l extremo dere-7cho (grfica I) las curvas de las tuberas con dife.rentesgrados de pesos. en los ejes vert ical y horizontal respectivamente se tienen los valores de la presi6nde colapsoy de la tensin.Procedimiento.1 . - Multiplquese e l .valor de la densidad del lodo por e lfactor de seguridad al colapso (1.125).2 . - Con e l valor determinado fijamos un punto (grfica I Ien el eje horizontal (densidad) y a par t i r de este punto levantamos una perpendicular hasta la parte supe--7r ior de la grfica (esta linea recibe e l nombre de l i nea programa).3 } . - Al punto formado por la interseccin de la recta de laprofundidad con la l inea programa, se designar como -punto A .

Desde e l punto se proyecta una linea horizontal hastael margen izquierdo de la grffica y se designa comopunto A1 . e :; te punto in(lica e l grado y peso de la -primera seccin de tubera que se va a introducir a lpozo.

4 . Al punto formado por la interseccin de la l inea punteada de la grfica con la linea programa se desi&na como punto B .La U:nea punteada representa una columna de 3048m(10000 pies) de tuberia suspendida en e l aire.

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Despus este punto es proyectado horizontalmente hasta e l -eje intermedio que est entre las dos grficas y a este nueva punto lo denominaremos como punto a1 o pivote. -Si se va a considerar e l efecto de flotaci6n de la tuberia -que se est diseando entonces e l punto pivote se obt ie-ne de la proyecci6n del punto formado por la interseccinde la l inea programa con la l nea de flotacin de la grfi -ca I IEn este caso la l nea programa se obtiene de la siguiente -ecuacin:

( WsL = 3 048.78 . Ws _ Waen donde:L = longitud de la tubera de ademe suspendida en el fluido.

l ~ s densidad del acero (7. 853 gr/cm3)densidad del fluido de control o de perforacin (gr/cm3)

S A part ir del punto pivote o punto B , se trazan l neasrectas a los diferentes puntos marcados que se localizan enla parte superior de la grfica I que representan los pe-sos por unidad de longitud de la tubera que se requiera disear. -6) A part ir del punto A , trcese la primera paralela a larecta que corresponde al peso de la grfica o curva intersectada por la prolongacin de la proyeccin horizontal del puto A . Esta paralela debe continuarse hasta que corte ot ra -grfica o curva de diferente peso y grado.7) La siguiente parale la se t razar a part i r de la intersec-cin anterior y as sucesivamente se continuar con las de-ms, trazando paralelas como pesos nos indiquen la grfica,hasta l legar a intersectar la parte superior de la grficaI8) Los puntos formados por las i n t e r s e ~ i o n e s de las p a r a l ~las trazadas con las grficas o curvas de pesos y grados -son proyectados horizontalmente hacia e l lado izquierdo hasta la lnea programa de la grfica 11.Ya proyectados dichos puntos hasta la l inea programa, se t razan paralelas a las rectas de profundidades hasta el margen-izquierdo de la grfica II para de esta forma determinar lalongitud de la seccin de tubera del mismo grado.

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REVISION DEL DISENO DE LA TUBERIA DE ADEMECon lo anterior terminamos el diseo grfico de la tubera,pero se necesita revisar dicho diseiio a los diferentes es-fuerzos.a) Revisin por tensin.- Del punto formado por la intersescin de la paralela con la parte superior de la ~ r f i cI se baja una .perpendicular hasta la parte infer1or de -la misma grfica, en donde estn marcados los valores ala tensin. Con esto obtenemos un valor de la tensinpara cada,seccin de tubera del mismo grado, pr lo quese hace lo mismo para los diferentes puntos formados porlas intersecciones de las paralelas con las grficas o -curvas.b Revisin por colapso.- Del punto A se traza una horizonta l hasta el margen derecho de la grfica I, en donde obtenemos el valor de presin hidrosttica que le corresponde a esta seccin de tubera. -

Se hace lo mismo para los dems puntos formados por lasintersecciones de las paralelas con las grficas o curvas.e Revisin por presin interna. Se busca, en e l manual detablas de resistencias, el valor de l presin interna -que resiste la seccin de tubera que estamos revisando.

Todos los valores obtenidos de la revisin l colapso, -a la tensin a la presin interna son valores tericospor lo que es necesario comprobarlos en caso necesariocorregirlos. Para realizar la comprobacin o correcin de las dife--rentes secciones de tuberia diseadas se har lo siguie .te:

a) Con los datos de dimetro, grado, peso de cada seccin -de tubera diseada graficamente, nos vamos a las tablasde los manuales para determinar las-resis tencias .De esta forma obtenemos un valor de resistencia l c o l ~so, el cual lo dividimos entre el factor de seguridad alcolapso as determinamos el valor real de resistenciaal colapso que debe tener la seccin de tubera.

b Este valor real de resistencia al colarso obtenido se -compara con el valor de resistencia al colapso determinado en forma terica s i el valor de resistencia terico es mayor o igual al valor de resistencia real estonos indica que el diseo terico fue correcto para estaseccin de tubera.

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e) En caso contrario en que el valor de resis tencia tericosea menor que e l valor de resis tencia rea l entonces nosindicar que el diseo terico es incorrecto por lo quees necesario corregir lo tomando un mayor peso u otro grado para esta seccin de tubera con lo cual aumentamossu resis tencia y se procede de la misma manera para comprobar s i con tornar una tuberia de mayor peso o de mayorgrado de resis tencia fue lo suf ic iente como para superaro igualar el valor real de resis tencia que necesi ta dichatubera.d) Este mismo proceso se hace para comprobar s i el diseo -grfico sat isface las dems secciones de tubera de diferente grado, as como para la revisin a la tensin. -

COMPROBACION GRAFICA DEL DISEO E LA TUBERIA E ADEME:l} En una hoja de papel milimtrico o cuadriculado, el i janse las escalas, una vert ical para las profundidades y -dos horizontales,una en la parte superior para la tensiny la otra en la parte inferior para el colapso.2 Una vez seleccionadas las escalas, determine e l valor - del punto que representa la tensin mxima en el eje v e ~t ica l profundidad) el cual corresponder al ltimo t ra mo de tubera que se ha introducido a l pozo, es decir , -la seccin de tubera que est a menor profundidad.

En la escala horizontal superior que corresponde a los -valores de la tensin, determine e l valor del punto quecorresponde a la tensin del ltimo tramo de tubera quese introdujo.} Dicho punto determinado nase con e l punto de la profundidad en el que se ha quedado la zapata que l leva la tubera. Esta l inea recta representa la variacin del es-fuerzo a la tensin respecto a la profundidad.

4 Ahora en el eje horizontal infer ior que corresponde a -los valores del colapso, bsquese e l punto que o r r e s p o ~da al valor mximo a l ~ c o l a p s o e l cual caer en el pr i - mer tramo de tubera introducido porque como ya lo mencionamos anteriormente e l esfuerzo a l colaoso es mximoen el fondo del pozo.

S Ya determinado este punto de mximo esfuerzo al colapso,se une con el punto que tenga e l menor valor al colapsoen el eje vert ical de profundidades que corresponde a l -ltimo tramo de tubera introducido.Esta l nea recta nos representa .la variacin del esfuerzo al colapso respecto a la profundidad.

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'Como se sabe e l esfuerzo a la tensin disminuye a medidaque profundizamos por lo que la tensin es mxima en e lTtillo tramo de tubera introducido y es mnimo en e l -fondo del pozo, o sea, en e l primer tramo introducido.Por el contrario e l esfuerzo al colapso aumenta a medidaque se profundiza por lo que es mximo en e l fondo del -pozo ( en e l primer tramo introducido) y es mnimo en e lltimo tramo de tubera.Una vez que se tienen trazados los t res ejes a escalaprocederemos a efectuar la comprobacin grfica de la s _guiente manera:

a) Revisin a la Tensin.- Del valor indicado por el disefioreal , determnese e l que corresponde al de la tubera superficial . Bjese una vertical hasta intersectar la pro7yecci6n horizontal (profundidad) de la tubera que se est revisando. , -Posteriormente bjese una s e ~ u n d vert ical hasta inter-sectar la proyeccin de la s1guiente horizontal, y nanse por medio de l ineas rectas, como se muestra en laf ig No 3Si e stas l ineas no intersectan en ninguna parte a la u:-nea que representa a las tensiones, esto nos indica quee l diseo es correcto; pero s i exist iera alguna interseccin deber de cambiarse el tramo de tubera por otro -7que tenga mayor resistencia a este esfuerzo.

b) Revisin a l Colapso.- El procedimiento para revisar porcolapso es similar al anterior, la nica diferencia queexiste es que e l eje horizontal de los valores del c o l ~so est en la parte inferior.Si al trazar estas l ineas se intercepta a la linea oue -representa al colapso, deber cambiarse este tramo de tuberia por ser incorrecto su diseo y se cambiar por - 7otra de mayor resistencia colapso.Para que el diseo de la tubera sea correcto, para e l -caso del esfuerzo a la tensin, todas las interseccionesdebern quedar abajo de la linea que representa a este -esfuerzo (tensin).Para el caso del esfuer,zo al colapso, todas las intersecciones de las lneas debern quedar arriba de la l inea 7que representa a l esfuerzo al colapso.Presentacin grfica de la comprobacinDatos supues tos:Peso real de 1a tubera = 600 x t03 Lbs.


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GRAFICA EJEMPLO

GRAFICA I I GRAFICA I PESOS l b /p i e )

100

200

u...o '


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Resistencia a la tensin valor obtenido del manual y -afectado por el factor de seguridad a la tensin)=325 x 103Kg.Profundidades = las indicadas en la grficaPresin hidrostt ica mxima = 600 kg/cm2Resistencia al colapso = valor obtenido del manual y -afectado por el factor de seguridad al colapso = 650 Kgs/cm2.Profundidades = las indicadas en la grfica.

TensinColapso

-41-


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1000 ...'000

i

- - -1 C :NS IOI I----cou.-...

FIGUR 4

-42-

ISf UIAlO ALA Tllfi iOM C'OIUel

1111A.---11

...

1.------a111

..00 toO toO 160(lf'UCit%0 L O U P I O I ~ t

_


47/108

. . . . . . . . . ~

DENSIDAD DEL LODO

9p ~ r : -I r ~ { ~ ~ ~ ~ iht -fr-- - --=--r-------- - ~ ~ ~ o--- 7 = ~ f r . t a - - - ~ ~ o1 - ~ ii-/f --11__ --- --.:(-/ Oj ~ ~ -r-- --- >oo 1__,.J>I.P rt b oo

., _ / Ne

~ - { j_ / ooo~ ~ - . 1 . ;~ - l V-r--l f- e - . - GOO. -h;- 7f - ~ : - - -f--?V S a C O ~ l . E COATO ' . ' .... j 700 ,. / L COPL.f. LAJICO: l BtBU 'TitES CUPt.EE.SPEClAL _.....___t

8 $UTTREs COPL.E NORMAL j . EN LA GRAFICA E$lA fijCL.UIOO UN FACTOR1 t , DE SECURIDAO .\ TENSION DE 1 8 900._/ , EH LAS J U ~ t A S .l1 _ . / . . . .. :: Y 900'~ 1 -Ji. 11111111 o gTENSION ( 10 5 lbs.) e g oo oooDISEO DE TUBERIA DE REVESTIMIENTO 4 1z

4 3


48/108

:'lJ . w 1

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49/108

... ~ ~ ~ : .. .._ o og g - -T---T--- i - - - ' j - -: . - :. - - ; -- - : r - - -=r-- ; :- . . ,OOOto o o o o 1laJac:laJo"'1&1I=>

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e 1---1-: r l i i r - - - - - - ~ 4 1 1 1 11 1 1UJ 300oo501)~ W I I I N I I I I+m',,r- __. ./ .S COPL CORTOL COPLE L6 RGO+ - J - + -J - :; - 1 e E 8 U T T R S COPt E ESPECIALe BIJTTRES COPLE N O ~ M 4 1 . . 100000- f - - f - - f - - . ~ - f - - 1 EN t.A GR.AF/C:4 nTA INCLUIDO UN FACTOR jOE SEGUAIDAO A TENSIOU OC 1 8

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51/108

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DEN SI DAD DEL LODO [ Gr/ CC)DISEO

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o. - ~

o ' oo o.oo2 TEN S ON (103 lbs)

DE TUBERIA DE REVESTIMJ ENTO 13 3/8 11

51-

oo oo oo g900 .


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~ . .

n la perforacin orientada es necesario l levar un con-t rol constante de inclinacin rumbo direccin) a lo largode todo e l curso perforado asi l legar al objetivo programa-do.

Aplicaciones de la perforacin orientada controlada.1.- Perforacin de varios pozos desde plataformas marinasestructuras f i jas . - Esta aplicacin es la mas comn ennuestros das, ya que permite perforar varios pozos desde una sola estructura.Fig. 1 .-2.- Localizaciones inaccesibles.- n ocasiones es necesarioperforar uno o varios pozos para cubrir e l desarrollo - completo de un yacimiento, encima del cual se tiene yaeregida una ciudad, o bien la instalacin del equipo deperforacin se dificulta por las caracters t icas del te rreno.Figs. 2 3 .-3.- Perforacin de domos salinos.- n los casos donde se t iene que atravesar domos salinos, los cuales contaminan aTlodo seriamente, es conveniente dir igir e l pozo hacia - los flancos del mismo para alcanzar las zonas producto--ras.Fig. 4.-4.- Perforacin en zonas de fal las geolgicas.- La perfora-cin orientada evita perforar pozos adicionales, pues s iel pozo vert ical cae en una zona invadida de agua sala-da, ser fact ible colocar un tapn de cemento-arena a -una profundidad conveniente y mediante la perforacincontrolada, dir igi r el pozo a una zona que tenga mejoresprobabilidddes de acumulacin de hidrocarburos.s.-

Fig. 5 .-Perforacin en pozos donde se t ienen problemas por accidentes mecnicos pescado).- n este caso es convenientedesviar e l pozo, a par t i r de un tapn cemento-arena quese coloca arriba de la zona problema.Fig. 6 .-

6 .- Perforacin de pozos de al ivio.- Esta es otra aplicacinde gran importancia, que tienecomo finalidad controlarun pozo, en e l que por alguna causa han fallado los sistemas de seguridad superficiales.Fig. 7.-Planeacin de una perforacin orientada bajo control.Este tipo de perforacin requiere de varios factores que

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Perforacion en Plataformas_ar inas

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LOC LIZ CIONIN CCESIBLE

FIGURA

PUEBLO

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FIGURA

RIO


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PERFORACION DE

DOMO SALINO

FIGUR

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PERFORACION ~ H ~ T ZONASAFALLADAS

F I G U ~ a )

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structura o fallada

FIGUR 5 b )


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PERFORACJ ON FOR PROBLEMASMECANICOS

FIGUR 6

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Perforacion n pozosde alivio

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debern de tenerse en cuenta. La correcta planeacin es la -clave para disminuir e l costo to ta l del pozo a perforar , yaque la seleccin de la herramienta y e l mtodo adecuado redundar en la mayor eficiencia de operacin y resultados econmTcos.

Factores que deben considerarse:a . - Anlisis de las formaciones .- Este factor es ta l igado ala seleccin de la localizacin para si tuar e l equipo deperforacin. Es conveniente aprovechar las tendencias dedesviacin que t ienen las formaciones, pues ta les tendencas ejercen un marcado efecto sobre el grado de incl ina

cin del pozo.b .- Dimetro del pozo programa de tuberas de r v s t i m i ~to.

Estos factores debern permitir la perforacin ms rpida posible la proteccin adecuada del agujero de pro-blemas probables de la zona.De datos estads t icos se menciona que los pozos de dimet ro grande son ms fciles de controlar que los de dimet ro mucho menor, dado que en estos ltimos se usan con-juntos de lastra-barrenas de dimetro adecuado al de labarrena empleada y por consiguiente estos tubos las t ra- barrenas son ms f lexibles , ocasionando que se pierda e lcontrol de ngulo direccin.Los programas de tuberas de revestimiento pueden ser s imilares a los programas de pozos vert icales, la excep- ~cines en aquellos pozos profundos o con demasiado ngulo de inclinacin.

e .- El control del lodo de perforacin requiere de una continua supervisin, ya que es importante mantener sus condiciones para que e l arras t re de torsin de las tuberas ~no sea excesivo.Configuracin de un pozo perforado con orientacin con-t rolada.on base en la informacin geolgica, los programas detuberas de revestimiento y las propiedades del lodo de perfQracin, se podr escoger la configuracin del pozo ms apro-piada para la operacin.

Existen t res t ipos generales de pozos desviados a saber:Tipo I Fig. 8.- El pozo es programado de modo que e l ini

cio de la desviacin sea a una profundidad somera. El ngulo7de inclinacin se mantiene constante hasta l legar a la p r o f u ~diad del objetivo.-60-


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Esta configuracin se usa principalmente para pozos de -profundidad moderada, en regiones en las que la zona productora corresponde a un slo intervalo y en las que no se r e q u i e ~re el uso de ms de una tubera de revestimiento intermedia.TitJO 11.- Fig. 9 .- n esta configuracin, denominada S , sein1cia t a m b i ~ n la desviacin a una profundidad somera, la inclinacin se mantiene constante, igual que en el Tipo I hasta casi lograr el desplazamiento o distancia horizontal. e ~guidamente se reduce el ngulo de inclinacin, hasta llegarel pozo a la vertical en esta forma se perfora la formacinobjetivo. Esta configuracin tiene como base el perforar enzonas donde hay limitaciones por la localizacin del objetivo.Tipo III . Fig. 10.- La desviacin se inicia a una profundi-dad mayor que la impuesta en el tipo I , el ngulo de inclinacin sigue el mismo patrn, consevndose constante hasta al':carizar el objetivo. Esta configuracin es especialmente parasituaciones tales como las perforaciones de fallas o domos -salinos, o para reubicar la seccin inferior del pozo.

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FIGURA 8 FIGURA 9

T PO 1

TUBERIA DEREVESTIMIENTOSUPERFICIAL

T PO

TR YECTORI S DESPL Z MIENTOB SIC S DEL OBJETIVODE LOS POZOS DIRECCION LES

TUBERI OEREVESTIMIENTOINTERMEDI

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FIGURA 1

TIPO

PROFlJNOIO D VERTIC L DEL

OBJETIVO


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DESCRIPCION DE LOS INSTRUMENTOS PARA L ORIENTACION Y L DESVIACIONPara l levar el control de un pozo direccional , se requiere l levar un regist ro constante de su ngulo de inclinacin ysu rumbo. Dicha informacin es proporcionada por medio de losdiferentes tipos de instrumentos que se uti l izan para medir -la orientacin desviacin de pozos direccionales.Si no se contara con estos instrumentos, que permiten determinar los datos de inclinacin rumbo, la perforacin deestos pozos se efectuar practicamente a ciegas, lo cual t rae

r como consecuencia inmediata, una variacin en .; f - -~ 1 L . r /. _ . e _ p r i l J r ~ V m ahtloaJ. e . e eua estos r>os ~ z . . . . CT


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brjula con unidad angular calibrada.Los regis t ros de las mediciones direccionales son necesaros para la perforacin direccional controlada de agujeros y

p ~ r a calcular la posicin del fondo con relacin a la superfic1e. Estos regis t ros son fciles de lee r simples de interpretacin y permanentes. -El instrumento consiste de un re loj mecanismo de tiempo),una seccin de bater as fuente de potencia) , cmara fotogrfica, focos,compartimiento del disco y unidad angular; todaslas partes estn encerradas dentro de una camisa exter ior .Los relojes del instrumento estn disponibles para nter

valos de tiempo de 33 de 66 minutos. La seccin de baterascontiene 3 bater as secas, fabricadas especialmente para usarse con los instrumentos de disparo nico. La cmara est enfocada de antemano y no requiere ajuste. El diseo del comportamiento del disco permite la carga y descarga a la luz del da,eliminando la necesidad de un cuarto obscuro o de un saco para la cmara. Las unidades angulares de una sola exposicin -0- 10, 0-20y 15- 9 ~ combinan una brjula magntica paraindicar la direccin magntica rumbo) y un indicador de ngulo para mostrar e l ngulo de inclinacin con respecto a la ~ver t ical . Las partes mviles de todas las unidades angularesestn amortiguadas con un fluido, dentro de una unidad sel lada Fig. 11).Los discos de disparo nico de 0- 10y 0-20se l e en - util izando un lente amplificador visor) que se coloca sobreel los de ta l manera que la l nea del visor pase exactamente -a travs del punto central del disco y la interseccion de lasl neas cruzadas Fig. 12 ) .

La direccin magntica se lee de Norte a Este u Oeste, ode Sur a Este u Oeste; en la interseccin de la l nea y las -graduaciones sobre e l borde exter ior del disco.La incl inacin ngulo de desviacin se lee contando e l

nmero de crculos concntricos. Cada crculo es igual a ungrado, desde e l pun.to ce?tral a la interseccin de las lneascruzadas. Los discos de disparo nico de 15a 90se leen directa-mente sin la necesidad de ut i l izar e l visor . La direccin masntica se lee en la interseccin de la l nea ver t ical con lasgraduaciones en la ori l la inferior del disco.

La inclinacin se lee en la interseccin de la lnea horizonta l la escala calibrada sobre e l disco de disparo ~ ~ i c o .s necesario que e l lugar en donde se vaya a tomar ladesviacin y orientacin, no este afectado por ninguna atrac

cin magntica diferente a la d la t ier ra Fig. No. 13), por

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\

GUI CENTR LFLOT DOR INDIC DOR

DISCO FOTOGR FICO-.. .;

BRUJUL UNID D NGUL R \FIGUR

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DISCOS PARA ANGULOS E RANGO DIFERENT E

0 20

FIGURA 2

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w

~ ~

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lo cual se ut i l izan lastrabarrenas no magnticas, que son losque alojan al instrumento.La camisa exter ior , donde estn encerradas las partes delinstrumento, se coloca dentro de un barri l protector, el cualt iene en la parte superior una unin girator ia l ibre (swivel)sobre ste est la unin para la l nea o cable, con e l quese baja por e l interior de la tubera de perforacin.I 2.- Inclinmetro de Disparo Mltiple (Multi Shot).- Elinstrumento de medicin de disparo mltiple presenta un mtodo seguro, rpido preciso ~ r examinar agujeros descubiertos. Este instrumento de med1cin de 1 1/4 de dimetro, encerrado en un barri l protector no magntico de 1 3/4 , se dejacaer libremente dentro de la tubera de perforacin, detenindose en e l fondo, ya sea en una mampara o sobre e l ani l lo deaterr izaje en la parte infer ior del lastrabarrena no magntico.Se usan las barras espaciadoras no magnticas arriba o abajo del barr i l protector no magntico del instrumento, con ::e l objeto de mantener la posicin de la brjula aproximadamente a un pie abajo de la l nea central , en las diferentes Ion-:gitudes de los lastrabarrenas.no-magnticos.La direccin magntica la desviacin con respecto a lavert ical se pueden regis trar fotogrficamente sobre pelculade 1 al sacar cada lingada de tubera.Los regis tros pueden efectuarse en cualquier intervalo oprofundidad que se requiera, mientras la tubera de p e r f o r a ~ .cin es sacada del agujero. Inmediatamente despus de que seha hecho la medicin, la pel cula puede ser revelada, interpretada calculados los resultados. -2.- Giroscopios.- Para el iminar completamente los problemas que causa la interferencia magntica de los inclinmetroscon aguja imantada, se empez a emplear a desarrollar la -tcnica de la aguja giroscpica. La aguja giroscpica es un -instrumento electromecnico cuyo funcionamiento se basa en elaprovechamiento de la precisin. y de inercia o rigidez gi

roscpica. La rigidez giroscpica es la tendencia que t ienen los giroscopios a mantener su eje constantemente paralelo ~ s mismo,cuando se le mantiene girando y en suspensin pendular.(Fig. 14e estos instrumentos se t ienen los siguientes:

2.1.- Giroscopio de Disparo Unico.- El instrumento estndar R de disparo nico, con un adaptador a la unidad angu--=lar del giroscopio, proporciona un mtodo preciso para orienta r las herramientas u otros conjuntos de perforacin que re

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quieren orientacin direccional .El instrumento no es afectado por los campos magnticos,ni afecta la precisin del mismo por la cercanfa del f ierrode la subestructura del equipo de perforacin.La pelfcula del disco, puede ser revelada y lefda tan -pronto como el instrumento es recuperado del agujero, al igualque la elaboracin y graficacin de los cl

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Apuntes de Tecnologia de Perforacion. Primera Parte_ocr