Diseño de
Sartas de
Perforación
Preparado por:Ing. Jairo C. Molero
Diseño de Sartas de Perforación
OBJETIVO
Diseñar los componentes que conforman una Sarta de Perforación, considerando todos las variables involucradas para tal fin, de manera de garantizar los factores mecánicos necesarios para la obtención de una mejor eficiencia de la perforación y de la conclusión de un hoyo útil
CONTENIDO
Funciones y Componentes de una Sarta de Perforac. Cálculos
Características y propiedades mecánicas de un BHA
Factores involucrados en el Diseño de un BHA, así como en sus conexiones
Optimización de los factores mecánicos. Cálculos del No. de Barras o DC´s. Prueba de Perforabilidad (Drill off Test)
Mecanismo de aplicación en pozos verticales y pozos desviados
Tubería de Perforación. Clasificación y Propiedades Mecánicas involucradas en el diseño. Resistencia a la Tensión. Cálculos
Cálculo de Máxima Sobre Tensión (Over Pull). Número de vueltas para realizar un back off (desenrosque)
Longitud máxima alcanzable con una y dos tipos de tuberías. Cálculos
Principios generales de la Tecnología ADIOS
Diseño de Sartas de Perforación
SARTA DE PERFORACIÓN
Sarta de PerforaciónSon componentes metálicos armados secuencialmente
que conforman el ensamblaje de fondo (BHA) y la tubería de perforación, a fin de cumplir las siguientes funciones:
Proporcionar peso sobre la mecha o barrena (PSM)Prueba de perforabilidad (Drill off test)
Conducir del fluido en su ciclo de circulaciónDarle verticalidad o direccionalidad al hoyoProteger la tubería del pandeo y de la torsiónReducir patas de perro, llaveteros y escalonamientoAsegurar la bajada del revestidorReducir daño por vibración al equipo de perforación Servir como herramienta complementaria de pescaConstruir un hoyo en calibreDarle profundidad al pozo
Diseño de Sartas de Perforación
Componentes:Barras ó botellas de perforación (drill collars)
Tubería de transición (hevi-wate)
Tubería de perforación (drill pipe)
Herramientas especialesSubstitutosCross-overEstabilizadoresMartillosMotores de fondo TurbinasCamisas desviadas (bent housing)MWD / LWDOtras herramientas (cesta, ampliadores, etc)
SARTA DE PERFORACIÓN
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SARTA DE PERFORACIÓN
Barras o Botellas Tubería de Transición Tubería de Perforación
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Tipos de Barras (DC´s) de Perforación
Barra Lisa
Barra en espiral
Barra lisa con acanaladas
Barra en espiral con acanaladas
Definición:Componente principal del ensamblaje de fondoconstituido por tuberías de gran espesor, queproducen la carga axialRequerida por la mecha oBroca de perforación
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Peso de las Barras (Botellas ó DC´s). Fórmulas
Barras ó DC´s lisas
Pb (lbs/pie) = 2,67 (OD - ID )
Barras ó DC´s espiraladas
Pb (lbs/pie) = 2,56 (OD - ID )
SARTA DE PERFORACIÓN
2 2
22
1 / 1 / 2 2 / 2 / 2 / 3 3 / 3 /
Diámetro interno (pulg)
107116125
6 /6 /
7
Diámetro externo (pulg)
3 4
3 41 2 1 4
1 2
1 2 13 16 1 4 1 2
105114123
102111120
99108117
96105114
91100110
8998
107
8593
103
808998
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SARTA DE PERFORACIÓN
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SARTA DE PERFORACIÓN
Diseño de Sartas de Perforación
Ejercicios:
Calcular el peso de las siguientes barras o drill collarsmás comunes, considere las mismas lisas. Compare con los valores tabulados anteriormente:
• DC´s´: 8” OD x 2 13/16” ID
• DC´s: 7 ¼” OP x 2 13/16” ID
• DC´s: 6 ½” OD x 2 ½” ID
• DC´s: 6 ¼” OP x 2 ¼” ID
• DC´s: 4 ¾” OD x 2 ¼” ID
SARTA DE PERFORACIÓN
• Tubería pesada (hevi-wate)
Definición:
Componente principal de pesointermedio, pared gruesa conconexiones similares a la tuberíade perforación normal de manerade facilitar su manejo.
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Tubería pesada
Propósito:• Servir de zona de transición para minimizar cambios de rigidez y reducir fallas.
Fácil manejo en el equipo de perforación
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• Substitutos
36” 12½”
Caja x espiga
Caja x espiga
Substituto de junta Kelly con protector
36” 36”36”o 48”
Caja x espiga Espiga x espiga
Caja x caja
Substituto de diámetro externo recto.
36”o 48”
Caja x caja
36”
Espiga x caja
36”
Caja x espiga
48” 48”
Espiga x espigaCaja x espiga
Substituto de sección reducida
Definición:Herramientas auxiliares que seutilizan para enlazar herramientas y tuberías que no son compatibles con el tipo deconexión
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SARTA DE PERFORACIÓN
Definición:
Herramientas que se utilizan para estabilizarel ensamblaje de fondo, reduciendo el contacto con las paredes del hoyo para controlar la desviación.
• EstabilizadoresPatines Reemplazables RWP
Camisa integral
Aleta soldada
Camisa reemplazable en el equipo de perforación
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Estabilizadores
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Martillos (Mecánicos e Hidráulicos):• Herramienta que se coloca en la sarta de perforación, para ser utilizada solamente en caso de un pegamento de tubería.
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Martillo Mecánico
Martillo Hidráulico
SARTA DE PERFORACIÓN
• Motor de desplazamiento positivo:
• Definición:Herramienta utilizada en elBHA a fin de incrementar lasRPM en la mecha o broca
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SARTA DE PERFORACIÓN
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SARTA DE PERFORACIÓN
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SARTA DE PERFORACIÓN
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Turbina de fondo
• Definición: Unidad de multi-etapas dealabes, la cual se utilizapara incrementar las RPMa nivel de la mecha o broca.Utilizado por primera vezen la Unión Soviética.
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Camisas Desviadas (Bent Housing)
• Herramienta de mucha utilización en la actualidad, permite controlar la inclinación de un pozo y su dirección sin necesidad de realizar un viaje con tubería
• La combinación de una camisa desviada con un motor de fondo por ejemplo, permite utilizar un principio de navegación para realizar las operaciones de construir ángulo, mantener y disminuir, así como orientar la cara de la herramienta a la dirección deseada
• De allí el principio de deslizar y rotar (sliding androtaring), términos utilizados por los operadores direccionales
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Camisas Desviadas (Bent Housing)
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SARTA DE PERFORACIÓN
• MWD / LWD• Control direccional de complejo sistema de telemetría pozo abajo, que permite continuamente conocer el lugar exacto de la trayectoria del pozo. Casi siempre utilizado con el LWD el cual mide registra características de la formación
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SARTA DE PERFORACIÓN
Propiedades mecánicas del BHA y Factores paraun Diseño Óptimo
Todos los ensamblajes de fondo de pozo ejercen fuerzas laterales sobre la mecha que causan construcción o aumento del ángulo de inclinación, caída o mantenimiento del mismo. Es por ello que los ensamblajes de fondo se pueden utilizar para el control de la desviación de un pozo
La selección de un ensamblaje de fondo óptimo debe partir por conocer las dimensiones y propiedades mecánicas de todos los componentes de la sarta, especialmente los primeros 300 pies desde la mecha
A continuación, un resumen de las distintas teorías que estudian el Comportamiento Físico de los Ensamblajes de Fondo, así como algunos de los Factores que intervienen en el Diseño óptimo de un BHA
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SARTA DE PERFORACIÓN
Lubinsky y Woods:
Diámetro hoyo útil DM+DMB
2
Patrón en el fondo de la mecha
Patrón en el tope de la mecha
X = Diámetro de la mechaX1= Diámetro de hoyo efectivo
• Diámetro del hoyo útil
Ecuación: DHU = DM + DMB2
Según Robert Hoch:
Diam. Min. Barras = 2 Diam. Coup. Rev. – Diam. Mecha
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SARTA DE PERFORACIÓN
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Ejercicios:
Calcular cual sería el Diámetro del Hoyo Útil según Lubinsky para los siguientes valores dados:
• Dmecha (DM): 12 ¼” Dbarras (DMB): 9” y 8”
• Dmecha (DM): 8 ½” Dbarras (DMB): 6 ½”
Calcular aplicando la formulación de Robert Hoch, cual sería según su consideración el Mínimo Diámetro de las Barras para las combinaciones Hoyo – Revestidor dadas:
• DE Coupl. Rev.: 14.375” Dmecha (DM): 17 ½”
• DE Coupl. Rev.: 7.656” Dmecha (DM): 8 ½”
SARTA DE PERFORACIÓN
• Longitud de las barras (botellas ó drill collars)
Métodos:• Factor de flotación• Ley de Arquímedes• Fuerza Areal
PS-PSM
PSMPSM<PB
(A)
PS-PSM
PSMPSM>PB
(B)
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Método: Factor de Flotación
• Consideraciones para el Diseño:
Pozos Direccionales:
Pozos Verticales:
BBf
SMB LxWxF
xPN
15,1=
αCosxLxWxFxP
NBBf
SMB
15,1=
• Configuración Estándar: Barras y tubería de perforación
Barras
P.N15%
Tubería de perforación
Zona en tensión
85%Zona en compresión
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SARTA DE PERFORACIÓN
( )1,105,1, −= SBBf
SSMB F
CosxLxWxFFxP
Nα
• Configuración de barras, tubería de transición y tubería de perforación. Punto neutro en las barras
5-10%
90-95% Barras
P.N
Zona entensión
Zona en compresión
Tubería de perforación
Tubería de transición(Hevi-wate)
• Método: Factor de Flotación
• Consideraciones para el Diseño:
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SARTA DE PERFORACIÓN
HWTBB
f
SMSHW W
LxWCosxF
FxPL 1
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−=
φ
• Configuración de barras, tubería de transición y tubería de perforación. Punto neutro en los Hevi-Wate
( )20,115,1: −Fs
80-85%
15-20%
Barras
P.N
Zona entensión
Zona en compresión
Tubería de perforación
Tubería de transición(Hevi-wate)
• Método: Factor de Flotación
• Consideraciones para el Diseño:
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Torque de apriete:• Referencia API para garantizar el sello efectivo al momento de realizar una conexión y evitar lavado en las mismas
Conexión Torque de apriete mínimo lbs-piesDiámetro interno de las barras (pulg)
API NC 44 5 /6
6 /6 /
*20,895*26,45327,30027,300
*20,89525,51025,51025,510
*20,89523.49323,49323.493
*20,89521,25721,25721,257
18,16118,16118,16118,161
Tipo (pulg) 1 / 2 2 / 2 / 23 4
3 4
1 41 2
1 4 1 2
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SARTA DE PERFORACIÓN
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Selección de las conexiones• Relación de resistencia a la flexión (BSR):
• Describe la capacidad relativa de las conexiones pararesistir fallas por fatiga debido a la flexión
BSR = Módulo de sección de cajaMódulo de sección del pin
NC50
1 2 3 4 5 6 7 8
1.591.631.711.771.892.06
DI 6 6 / 6 / 6 / 6 / 6 / 6 /1.741.781.861.932.062.25
1.891.932.032.102.242.45
2.042.102.192.282.432.65
2.212.262.372.462.622.86
DE (pulg)
1.311.341.411.461.561.70
1.451.481.551.611.721.88
2 /2 /2 /33 /3 /
1 8
13 16
1 4
1 2
1 4 3 8 1 2 5 8 3 4
1 2
1 4
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• Aplicación BSR
• Consideraciones para el Diseño:
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• Método API para la selección de las conexiones
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• Método API
1ª Opción: BSR cercano a 2,25: 1 y 2,75: 1 cercano a 2,50:1
2ª Opción: BSR a la izquierda de 2,25: 1
3ª Opción: BSR a la derecha de 2,75: 1
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• Método Drilco: Principios
1. Barras pequeñas 6 pulg [ 2,75:1<BSR<2,25:1]
2. Barras pequeñas en hoyos grandes(altas revoluciones - formaciones blandas)
Ej. 2,85:1< BSR < 2,25:1[ ]12 / ”8”en 6”en 8 / ”1 2
1 4
≤
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SARTA DE PERFORACIÓN
3. Barras cercanas al diámetro del hoyo
• Método Drilco: Principios
4. Condiciones abrasivas o ambientes corrosivos
Ej. 10” en , en 8 / ”1 412 / ”14 9 / ”7 8
(bajas revoluciones - formaciones duras)
2,25:1< BSR< 3,20:1
2,50:1< BSR < 3,00:1
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Método Drilco: Consideraciones para el Diseño:
Barra x 2 / ”13 169 / ”3 4
2 / ”13 16
Condiciones extremasde abrasión y corrosión
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• Experiencia de campo
• Consideraciones para el Diseño:
BSR Sugerido
Menor a 6” 2,25 - 2,75 1,80 - 2,50
6” a 8” 2,25 - 2,75 1,80 - 2,50
Mayor a 8” 2,25 - 2,75 2,50 - 3,20
DiámetroExterno
BSR Tradicional
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Tubería pesada (Hevi-Wate): Propiedades Mecánicas
Conexión
Tam.Nom.(pulg)
D.I(pulg)
Resist.a
Tensión(lbs)
Resist.a
Torsión(lbs-pie)
PropiedadesMecánicas
(sección tubo)
Tam.Nom.(pulg)
Tamaño deConexión
(pulg)
Resist.a
Tensión(pie)
Resist.a
Torsión(lbs-pie)
D.I(pulg)
D.I(pulg)
PropiedadesMecánicas
Torquede
apriete
41/2 23/4 548075 40715 41/2 NC 46(4 IF) 61/4 27/8 1024500 38800 21800
5 3 691185 56495 5 NC 50(41/2 IF) 65/8 31/16 1266000 51375 29400
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Tubería pesada: Relación de Rigidez ó Momento de Secciones (SMR)
SMR =
• Relación del momento de inercia
(I/C) diámetro mayor(I/C) diámetro menor
• Perforaciones suaves, SMR < 5,5• Perforaciones severas, SMR < 3,5
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −DE
DIDE 44
32πI/C=
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Tubería pesada: Relación de Rigidez ó Momento de Secciones (SMR)
Diseño de Sartas de Perforación
ID 1OD 1
OD 2ID 2
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• Ejercicio:• Calcular los valores de la Relación del Momento de Secciones (SMR) de las combinaciones dadas entre Barras y Tubería de Perforación.
• De acuerdo a su resultados recomienda o no el uso de Tubería de Transición Hevi- Wate
• Datos• Barras de 8” OD x 2 13/16” ID• TP: 5” OD x 4,276” ID
• Datos• Barras: 6 ½” OD x 2 ½” ID• TP: 5” OD x 4.276” ID
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SARTA DE PERFORACIÓN
8 / ” x 2 / ”
12 / ” 9 / ” x 3” 83,8 1,5
Diámetro hoyo Barras/Tuberías I/C Relación ObservacionesSMR
Para formacionessuaves
5” (25,6 lbs/pie)
5” (19,5 lbs/pie)
55,9
10,7
5,7
5,2
1,9
9 / ” x 3” 83,8 1,5 Para formacionesduras (incrementartubería pesada)
5” (19,5 lbs/pie)
55,9
22,7
5,7
2,5
3,9
8 / ” 6 / ” x 2 / ” 22,7 3,9 Cualquier formación
5” (19,5 lbs/pie) 5,7
12
14
1 4 13 16
12
8 / ” x 2 / ”1 4 13 16
6 / ” x 2 / ”1 4 13 16
12
14
1316
• Tubería pesada (Hevi-wate)
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Tubería pesada en perforación direccional
• Consideraciones para el Diseño
Su diseño produce menos área de contacto conla pared del hoyo y esto tiene como ventajas:
• Menor torsión.
• Menor posibilidad de atascamiento.
• Menor arrastre vertical.
• Mejor control de la dirección.
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Se pueden utilizar para reemplazar parte de las barras y reducir la carga en el gancho, en formaciones blandas.
• Se puede aplicar peso sobre la mecha en pozos hasta 4 pulgadas más grande que las conexiones
• Ej: TP: 5”, 19,5 lbs/pie - Diámetro del TJ: 6 5/8”
Dhoyo ≤ 4” + 6 5/8” = 10 5/8”
• Tubería pesada en perforación vertical
• Consideraciones para el Diseño
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SARTA DE PERFORACIÓN
Peso máximo de la mecha - (L DC´s 1 x Peso Dc´s 1) - (L DC´s 2 x Peso Dc´s 2) FF x FS x Cos θ
Long. HW = Peso del HW (lbs / pie)
Cálculo de la Longitud de Hevi –Wate ®Tradicionalmente el No. de HW siempre esta referido a prácticas de
campo utilizadas en los diferentes diseño de los pozos.
Existe un mecanismo para calcular su valor y poder establecer su requerimiento, de allí que su formulación es la siguiente:
Hoyos Verticales y Desviados:
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Donde:
• Peso máximo de la mecha, lbs/pulg (dado por el fabricante)
• F.F: Factor de flotación, adimensional
• F.S: Factor de seguridad, 85 % ó 90 %
• θ: Ángulo de inclinación del pozo
• LDC´1: Longitud de los Drill Collars 1 (inferior), pies
• PesoDC´1: Peso de los Drill Collars 1 (inferior), lbs/pies
• LDC´2: Longitud de los Drill Collars 2 (superior), pies
• PesoDC´2: Peso de los Drill Collars 2, (superior), lbs/pies
• Peso de los Hevi-wate, lbs/pies
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SARTA DE PERFORACIÓN
Ejercicio:
Calcular la Longitud de Hevi-Wate necesarios para perforar un pozo vertical con las siguientes características:
• Diámetro de la mecha: 12 ¼”• Peso máximo en la mecha: 4500 lbs por pulgs de mecha• Densidad del fluido: 12 lbs / gal• F.S: 85 %• Longitud DC´1: 120 pies• DC´1: 8” OD x 2 13/16” ID• Longitud DC´2: 330 pies• DC´2: 7 ¼” OP x 2 13/16” ID• Peso Hevi-Wate: 50 lbs / pie
Calcular la Longitud de los Hevi-Wate si el ángulo de Inclinación del pozo es de 25 grados
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• Tubería pesada: Longitud requerida de acuerdo al tipo de pozo
• Consideraciones para el Diseño
Pozos verticales: 18 a 21 tubos
Pozos direccionales: 30 ó más tubos
• El uso de la Tubería pesada estará asociada con el cálculo previo de la Relación de Rigidez o también conocida como Momento de las Secciones (SMR)
• Se ha demostrado que el valor de SMR debe ser menor de 5,5, caso contrario se necesitará una tubería de transición (Hevi-Wate) (3,5 form. severas)
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Diseño de Sartas de Perforación
SARTA DE PERFORACIÓN
• Estabilizadores: Funciones Generales
• Controlan la desviación, aumentan la tasa de penetración y mantienen la rotación de la mecha alrededor del eje de la sarta.
Resultado: Mayor vida útil de la mecha
• Controlan la centralización y reducen los problemas asociados a la dinámica de la sarta.
• Evitan cambios bruscos de la inclinación del pozo.
• BHA sin estabilizadores y formación sin Buzamiento genera un hoyo en forma de espiral
• BHA sin estabilizadores y formación con Buzamiento genera un hoyo en forma escalonada
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• Estabilizadores: Funciones en la perforación vertical
Funciones:
• Limitan el movimiento lateral oscilatorio
Minimizan esfuerzos generados por pandeo.
Aumentan ciclos de oscilación de fatiga mecánica del material.
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SARTA DE PERFORACIÓN
• Estabilizadores: Funciones en la perforacióndireccional
Funciones:
• Limitan la longitud de contacto de las barrascon la pared del hoyo.
TorqueReducen Arrastre
Pegas diferenciales
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• Tipos de ensamblajes: empacados
• Consideraciones para el Diseño:
Máxima deflexión permisible en la perforación de un objetivo
Simulación de la trayectoria de un ensamblaje de fondo de pozo con dos
y tres puntos de apoyo
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Consideraciones de Diseño – Otras herramientas:
• Amortiguadores: • Herramienta que se utiliza para incrementar la vida útil de la broca, disminuir posible daño a las barras y a la tubería de perforación, así como a los equipos en superficie, produciendo una mejor eficiencia en la penetración
• Martillos: • Herramienta que tiene como propósito utilizarlo en caso de atascamiento de la sarta en el hoyo.
• Puede ser de acondicionamiento mecánico, hidráulico e hidro-mecánico
• Puede golpear en forma ascendente o descendente
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Optimización de los Factores MecánicosConocidas las diferentes formaciones a penetrar, es
necesario considerar los factores mecánicos quepermitan optimizar la velocidad de penetración (ROP).
Dichos factores mecánicos son:Peso sobre la mecha o barrena (P.S.M)Revoluciones por minuto (R.P.M)
Las variables involucradas para seleccionar los factores mecánicos son:
Esfuerzo de la matriz de la rocaTamaño y tipo de mechaTipo de pozoTipo de herramientas de fondo
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P.S.M
R.P.MFactores Mecánicos
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Ejercicios de Diseño:
No. 1: Datos:
Dhoyo = 12 ¼”Dlodo = 12 ppgBarras de 8” OD x 2 13/16” IDLongitud de cada DC´s o barra = 30 piesPSM requerido = 35.000 lbs
Calcule el No. de DC´s si el pozo fuese vertical ?
Supongamos que existe un ángulo de desvió de 20ºCalcule el No. de DC´s o barras ?
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SARTA DE PERFORACIÓN
Ejercicios de Diseño:
No. 2: Datos:
Dhoyo = 12 ¼”Dlodo = 12 ppg4 DC´s o barras de 8” OD x 2 13/16” IDDC´s o Barras de 7 ¼” OD x 2 13/16” IDLongitud de cada barra ó DC´s = 30 piesPSM (WOB) requerido= 35.000 lbs
Se desea utilizar una combinación de las barras ó DC´s de 8” con 7 ¼”. Calcule el No. de barras óDC´s de 7 ¼” que se requiren para poder suministrarle a la broca el PSM requerido ?
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Prueba de Perforabilidad
La Prueba de Perforabilidad es un mecanismo que nos permite las búsqueda de nuevos valores de Peso sobre la mecha (PSM) y Revoluciones por minuto (RPM) durante la perforación de un pozo con el fin de obtener un incremento en la Tasa o Rata de Penetración (ROP) o sea de mejorar la eficiencia de penetración en un pozo
Para su aplicabilidad se deben tener ciertas condiciones que favorezcan la prueba y no retarde su aplicación, entre otras:
Valores de ROP no muy bajos
Intervalo a perforar homogéneo
No existencia de un alto diferencial entre el gradiente del fluido y el gradiente de la formación
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SARTA DE PERFORACIÓN
Existen dos métodos para realizar la Prueba en cuestión, a continuación se explicará uno de ellos:
Procedimiento:
Seleccione un valor de PSM de 5.000 lbs como referencia para la toma del tiempo
Mantenga fijo un valor de RPMVarié los valores de PSM seleccionados y anote el menor tiempo
en que se pierdan las 5.000 lbs de referencia. Repetir 3 o 4 vecesSeleccione un valor fijo de PSM, el cual deberá ser el de menor
tiempo anteriorVarié los valores de RPM y seleccione el de menor tiempo.
RepetirEvalué la ROP con estos dos valores durante un intervaloCompare la nueva ROP con los valores de la ROP anterior a la
pruebaSeleccione en definitiva cuales serán ahora los factores mecánicos
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SARTA DE PERFORACIÓN
Prueba de Perforabilidad
Construya la siguiente tabla para la prueba:
RPM = 100 (valor fijo)
Como se puede ver en la Tabla anterior, el menor tiempo en la cual se perdieron las 5.000 lbs de referencia, se obtuvo con un PSM que variaba entre 30 y 35 mil lbs
PSM Pr.1 Pr. 2 Pr. 3 Pr. 4
20 - 25 mil lbs
12 seg
14seg
15seg
14seg
25 - 30 mil lbs
12seg
11 seg
12seg
13seg
30 - 35mil lbs
11seg
10seg
10 seg
9 Seg
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SARTA DE PERFORACIÓN
Ahora se variará las RPM y se dejará fijo el PSM obtenido
PSM = 30 - 35 mil lbs (valor fijo)
El valor de RPM = 110 es ahora el menor tiempo en perder las 5.000 lbs de referencia. De allí que se tienen dos valores, con el fin de evaluar su ROP durante un intervalo, estos son RPM = 110 y unPSM = 30 a 35 mil lbs. Comparar
RPM Pr.1 Pr. 2 Pr. 3 Pr. 4
90rpm
16 seg
17seg
17seg
19seg
100 rpm
17seg
16seg
17seg
16seg
110rpm
14seg
14seg
13 seg
12 seg
Diseño de Sartas de Perforación
SARTA DE PERFORACIÓN
Mecanismo de AplicaciónDurante la perforación de un hoyo, existen algunas
consideraciones directamente relacionadas con el diseño previo del BHA y con el tipo de pozo que se tiene planificado perforar
Las consideraciones relacionadas con el BHA, están asociadas a la características de las formaciones a atravesar, su rumbo, buzamiento, así como al esfuerzo neto de la matriz de la roca
Las consideraciones del tipo de pozo están asociadas a la incorporación de elementos principales al BHA que permitan obtener los resultados previstos en la planificación y ejecución del proyecto pozo
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SARTA DE PERFORACIÓN
Mecanismo de AplicaciónPozos Verticales
En el caso de pozos verticales, la consideración de mayor impacto está asociada al tipo de formación a atravesar. Esto a fin de armar un BHA que permita perforar un hoyo útil y recto, con un máximo de ángulo de 5 grados y con la mejor configuración del mismo que permita realizar la entrada y salida, evitando los esfuerzos críticos comúnmente presentes en los hoyos desviados
Pozos DireccionalesEn este caso, la consideración del diseño es el punto
de partida para cualquier planificación óptima. Esto debido a que la forma del pozo conlleva a tener una disposición de herramientas en la sarta de acuerdo a las secciones del pozo que se perforará
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SARTA DE PERFORACIÓN
Mecanismo de AplicaciónPozos Direccionales
Para este tipo de pozos tal como lo mencionamos estará asociada a la sección del hoyo, para ello se determinaría la posición de una herramienta clave para los pozos desviados como lo son los estabilizadores, esto a saber:
Sección de construcción o aumento de ánguloo Sarta de construcción
Sección tangencial o de mantenimiento de ánguloo Sarta empacada o rígida
Sección de descenso o de disminución de ánguloo Sarta de descenso o pendular
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SARTA DE PERFORACIÓN
Mecanismo de AplicaciónSarta de construcción (Fulcrum):
Posición estándar de los estabilizadores:o Near Bit – Estabilizador a 60 pies de la mecha (0´- 60´)
Sarta empacada o rigídaPosición estándar de los estabilizadores:
o Near Bit – Estabilizador a 30 pies – Estabilizador a 60 pies de la mecha (0´- 30´- 60´)o Near Bit – Pony Collars de 10 pies –Estabilizador a 10 pies, a 40 pies y a 70 pies de la mecha (0´- 10´- 40´- 70´)
Sarta de descenso o pendularPosición estándar de los estabilizadores:
o Estabilizador a 60 pies de la mecha (60´)
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SARTA DE PERFORACIÓN
Diseño de Sartas de Perforación
1.SLICK
2.PENDULUM
3.BUILD
4.PACKED II
5.PACKED III
6.PACKED IV
7.PACKED V
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR DRILL
COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
DRILL COLLAR
STAB
STAB
STABSTAB
STAB
STAB
STAB
STABSTAB
STAB
STAB
STAB
STAB
STAB
STAB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
SHOCKSUB
FULLGAUGESTAB
FULLGAUGESTAB
FULLGAUGESTAB
FULLGAUGESTAB
PONY
PONY
PONY
DRILL COLLAR
SARTA DE PERFORACIÓN
Diseño de Sartas de Perforación
HerramientasMechaCamisa DesviadaEstabilizadoresMotor de fondoBarras
Sarta de Perforación desviada
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Mecanismo de Aplicación Pozos Direccionales
Los mecanismos utilizados en los pozos direccionales, está relacionado con la forma de penetrar las formaciones en función del ángulo construido o no y en función de la sección que se perfora. De allí, que existen dos mecanismos o modalidades convencionales para esto, los cuales son:
Modalidad de Deslizamiento Posición de la cara de la herramienta (tool
face) en alta (high tool face) o en baja (low toolface), en la cual solo rota el motor de fondo o turbina y no rota la mesa rotaria o top drive.
Se ejecuta para construir o descender el ángulo de inclinación en el pozo
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SARTA DE PERFORACIÓN
Mecanismo de Aplicación Modalidad de Rotación
Existe una doble rotación, la del motor de fondo óde la turbina y la de la mesa rotaria o top drive. Esta modalidad se ejecuta para mantener el ángulo de inclinación en el pozo
En conclusión, podemos combinar la posición de los estabilizadores con la modalidad de penetrar el pozo en la sección requerida, pero siempre debemos tomar una medición puntual o continua desde la estación o punto de inicio hasta obtener el ángulo referido por cada cierta cantidad de pies planificados (ej: 2 grados / 100 pies)
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SARTA DE PERFORACIÓN
Tubería de Perforación Componente de la Sarta de Perforación, que va desde el
BHA hasta la superficie
La misma, está formada por un cuerpo tubular y juntas anexas (caja y pin) de diámetros diferentes
FuncionesTrasmitir la potencia generada por los equipos de
rotación a la broca o mecha
Servir como canal de flujo para transportar los fluidos a alta presión, desde los equipos de bombeo del taladro a la broca o mecha
Su función principal es DARLE PROFUNDIDAD AL POZO, considerando su trabajo en Tensión
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Clasificación y Propiedades Mecánicas La tubería de perforación se clasifica de acuerdo a su:
Longitud
Grado de acero
Condición de uso
Esta clasificación involucra una serie de aspectos que son considerados en un diseño óptimo de la sarta de perforación en su conjunto
A continuación una descripción general de las mismas:
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SARTA DE PERFORACIÓN
Clasificación y Propiedades Mecánicas Longitud:
Los valores de longitud de la tubería de perforación y otros tubulares, están clasificados por la API en Rangos, a saber:
Rango 1 o Longitud de: 16 a 25 pies
Rango 2o Longitud de : 26 a 34 pies
Rango 3o Longitud de: 35 a 45 pies
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Clasificación y Propiedades Mecánicas Grado de acero:
Existen cinco grupos comúnmente utilizado a nivel de los Taladros en la Industria Petrolera Mundial
Estos se diferencian en su punto de Esfuerzo de Ruptura ó Cedencia Mínima y Máxima, lo cual representa el factor principal de diseño para los pozos y sus profundidades respectivas, a saber:
Grado de acero Esf. rup. min Esf.rup.maxD 55.000 psi 85.000 psiE 75.000 psi 105.000 psiX 95.000 psi 125.000 psiG 105.000 psi 135.000 psiS-135 135.000 psi 165.000 psi
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Clasificación y Propiedades Mecánicas Condición de uso:
Está relacionada con la CLASE del tubular, el cual no es más que la identificación de una tubería que ha sufrido en sus propiedades físicas, esto es, tanto condiciones internas como externas, por supuesto después de ser utilizada
Tipos de Clase:o Nuevao Premium Classo Class 2o Class 3
Evidentemente, esta clasificación redunda también en el Torque aplicado a cada tipo de tubería
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SARTA DE PERFORACIÓN
Clasificación y Propiedades Mecánicas Condición de uso: Basado en el API R P 7G
A diferencia de la tubería de revestimiento y la tubería de producción, que normalmente se usan nuevas, la tubería de perforación normalmente se utiliza ya usada, por lo tanto tiene varias clases:
New: Sin desgaste. No ha sido usada antes
Premium: Desgaste uniforme y el espesor de pared remanente es por lo menos un 80% del tubular nuevo.
Class 2: Tubería con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el área seccional se considera todavía premium
Class 3: Tubería con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado
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Clasificación y Propiedades Mecánicas Consideraciones para el Diseño:
Para el criterio de diseño de la Tubería de Perforación, se toma como referencia que la sección mas baja o inferior de la Sarta siempre este el tubular que posea la menor Resistencia al Esfuerzo de Ruptura ó Cedencia y en la parte más alta o superior la de mayor Resistencia
Esta consideración esta asociada para que dicho tubular pueda soportar el peso de las barras, de la tubería de transición (Hevi-Wate) y de su propio peso
Adicionalmente, la tubería de la sección inferior debe soportar la presión de colapso que produce la hidrostática ejercida por el fluido de perforación
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Clasificación y Propiedades Mecánicas Consideraciones para el Diseño:
Fundamentalmente uno de los criterios para un diseño óptimo de la Tubería de Perforación es lo referente a su Resistencia a la Tensión
Este valor esta asociado directamente con el Esfuerzo a la Ruptura o Cedencia y el área seccional del tubo y es un valor fundamental a tomar en cuenta al momento de decidir el Tipo de Tubular a utilizar
Así mismo, para contingencias en el pozo, tales como atascamiento de la Sarta es necesario conocer el valor de Máxima Sobre Tensión (Over Pull) que se dispone, a fin de evitar mayores complicaciones en el pozo, a continuación las formulaciones
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SARTA DE PERFORACIÓN
Área seccional (Asecc.) de la Tubería:
Asecc = π / 4 x (DE tp –di tp ) = pulgs
donde:π / 4 = 3,1416 / 4 = 0,7854DE tp = Diámetro externo de la tubería de perforación, pulgsdi tp = Diámetro interno de la tubería de perforación, pulgs
2 2 2
Resistencia a la Tensión (Rt)
Rt = Esf. rup min. x Asecc x F.S = lbs
donde:Esf. rup. min = Esfuerzo de ruptura mínimo de la tubería, psiAsecc = Ärea seccional del tubo, pulgsF.S = Factor de Seguridad (90 % ó 85%)
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SARTA DE PERFORACIÓN
Máxima Sobre Tensión (MST) o Máximo Over Pull
MST = Rt – Ps flu = lbs
donde:Rt = Resistencia a la Tensión, lbsPs. flu = Peso de la sarta en el fluido, lbs
No. de vueltas Back off (No.vuelt.)
No. vuelt. = Torq. / Factor K = vueltas1000´
donde:Torq.: Torque aplicado a la tubería, lbs-pieFactor K : Factor de Torque para los distintos tipos de tuberíaFactor K tp nueva = 51,405 (DEtp – ditp ) 4 4
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SARTA DE PERFORACIÓN
Profundidad máxima alcanzable con la tubería de perforación. (Prof. max.)
Con un solo tipo de tubería: Prof. max = Lmax 1 + Long.b
Lmax1 = (Rt – MST) - Long.b x Pba = piesPtp x F.F Ptp
Con dos tipos de tubería diferentes: Prof. max = Lmax 1 + Lmax2 + Long.b
Lmax2 = (Rtn – MST) - (Lmax1 x Ptp + Long.b x Pba) = piesPtp x F.F Ptp
donde:Ptp = Peso ajustado de la tubería de perf.incluye tool joints), lbs / pieRtn = Resistencia a la tensión de la nueva tubería, lbs
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SARTA DE PERFORACIÓN
Altura máxima del Tool Joint (hmax)
Para Llaves colocadas a 180º
hmax = 0,038 x Esf.rup. min x Lb x (I/C) = pies0,9 x Torque
Para Llaves colocadas a 90º
hmax = 0,053 x Esf. rup.min x Lb x (I/C) = pies0,9 x Torque
donde:Esf. rup. min = Esfuerzo de ruptura o cedencia mínima, psiI/C = Momento de la sección de la tubería, pulgs , I = π / 4 (OD - ID ) y C = OD / 2Lb = Longitud del brazo, pies y Torque = Torque aplicado. lbs-pie
344
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Clasificación y Propiedades Mecánicas Consideraciones para el Diseño:
Otras consideraciones que se toman en cuenta para el Diseño de la Tubería de Perforación son:
o Tipo de conexiones
o Tipo de reforzamiento
o Torque aplicado al tubular
Estas consideraciones están en línea con un óptimo diseño y básicamente la información asociada se presentan en Tabla API de uso común. A continuación una descripción general:
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Clasificación y Propiedades Mecánicas Consideraciones para el Diseño:
Tipo de conexiones:
Sistema API Sistema NC2 3/8” IF NC 262 7/8” IF NC 313 ½” IF NC 384” FH NC 404” IF NC 464 ½” IF NC 50
La nomenclatura utilizada en la actualidad es NC (Conexión Numerada)
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Clasificación y Propiedades Mecánicas Consideraciones para el Diseño:
Tipo de reforzamiento del tubular:Los reforzamientos de los tubulares están
asociados a la resistencia que la conexión del mismo posee. Ellos se clasifican en tres tipos, a saber:
o IU = Internal upset : La tubería en los extremos se hace más gruesa disminuyendo el ID
o EU = External upset: La tubería en los extremos se hace más gruesa aumentando el ID
o IEU = Internal – External upset: La tubería en los extremos se hace más gruesa aumentando el OD y disminuyendo el ID
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Ejercicio General Datos:
Dlodo = 13 ppgDhoyo = 8 ½”Barras o DC´s: 6 ½” OD x 2 ½” IDLongitud de cada barras ó DC´s = 30 piesPSM requerido = 25.000 lbsTubería de perforac. 5” 19,5 lbs/pie, Grado “E” y “S-135”Profundidad del pozo: 15.000 pies
Calcule el No. de barras ó DC´s requeridasCalcule el tramo máximo de longitud de tubería “E” que
se podrá utilizar (Asuma MST: 100.000 lbs)Calcule la profundidad máxima si se utilizan los dos tipos
de tuberías disponibles, utilice el valor de Sobretensión(MST) menor calculado o dado en dato
Verifique si para este pozo se requiere el uso de HW
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• Tecnología ADIOS
A: Atributos
D: Diseño
I: Inspección
O: Operación
S: solicitudes
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• Tecnología ADIOS
• A: Atributos:
• Propiedades Mecánicas de los elementos:• Dimensiones• Resistencia• Espesor• Capacidad de carga y resistencia a la fatiga
• D: Diseño
• Tipo de pozo: Vertical, Direccional, Horizontal• Selección de componentes a utilizar• Configuración del ensamblaje de fondo
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• Tecnología ADIOS
• I: Inspección:
• Aplicación de ensayos no destructivos (ndt) para la detección de defectos en los elementos:
• Inspección visual• Ultrasonido• Líquidos penetrantes• Partículas magnéticas
• O: Operación
• Mayor probabilidad de falla en las operaciones por maltrato y sobrecarga en la sarta de perforación
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• Tecnología ADIOS
• S: Solicitudes:
• Medio ambiente químico y mecánico en la cual opera una sarta de perforación
• El tipo de fluido• Cantidades de gas disuelto• Salinidad• Presencia o ausencia de inhibidores de corrosión• Vibración existente• Dureza de la formación y desviaciones (geometría) del pozo
SARTA DE PERFORACIÓN
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• Análisis a considerar de la Tecnología ADIOS
• A: Atributos:
• Propiedades de los materiales de los diferentes elementos de la sarta conformada• Geometría de las piezas y su selección adecuada
• D: Diseño
• Confirmar diseño del BHA• Confirmar resistencia de la tubería a los esfuerzos• Confirmar ubicación del punto neutro
SARTA DE PERFORACIÓN
Diseño de Sartas de Perforación
• Análisis a considerar de la Tecnología ADIOS
• I: Inspección:
• Características que se deben inspeccionar• Definir criterios de rechazo?• Tiempo para realizar la inspección?
• O: Operación
• Manejo de la sarta en forma general• Mantenimiento entre las uniiones (grasa)• Torque aplicado a los componentes de la sarta• Manejo de las cuñas en contra de las sarta
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Diseño de Sartas de Perforación
• Análisis a considerar de la Tecnología ADIOS
• S: Solicitudes:
• Dificultad del pozo• Geometría del hoyo (desviaciones masivas)• Formaciones duras o severas• Presencia H2S y CO2• Adecuado Ph en el fluido de perforación
…En tiempos de cambiosaquellos que aprendencontinuamente heredanel futuro...
…Los que consideranque ya todo lo han aprendido
se encontrarán equipadospara vivir en un mundo
que ya no existe …
Eric Hoffer