1 perfo
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Eduardo Pérez Tosca 19 de Octubre del 2009
Perforación de Pozos
La TP es la parte más larga de la sarta, es también llamada la de trabajo, es la
que entra y sale continuamente del agujero.
La TP tiene cuatro grados API:
1. E-75, con resistencia mínima a punto cedente de 75000 𝑙𝑏
𝑝𝑙𝑔 2 (de modulo de
Young).
2. X-95, con resistencia mínima a punto cedente de 95000 𝑙𝑏
𝑝𝑙𝑔 2.
3. G-105, con resistencia mínima a punto cedente de 105000 𝑙𝑏
𝑝𝑙𝑔 2.
4. S-135, con una resistencia mínima a punto cedente de 135000 𝑙𝑏
𝑝𝑙𝑔 2.
Los últimos números multiplicados por 1000 me dan el punto cedente o modulo de
Young.
Las Fallas en la Tubería de Perforación.
Lo esencial es que casi todas las fallas de la Sarta en la TP provienen de fatiga del
metal, las fallas ocurren en el punto de concentración de la combada.
En el cuerpo del tubo el espesor de pared es menor que el de la junta, luego el
tubo se dobla más fácilmente, de ahí que la mayor parte de las fallas ocurran en el
tubo y no en la junta.
En la TP las fallas ocurren en el cuerpo del tubo, en los DC’s en las juntas.
La Tubería de Perforación también está sujeta a esfuerzos cíclicos de tensión,
compresión, torsión y flexión.
La flexión y la rotación producen una alternación de estados de tensión y
compresión en ciertos puntos específicos de la tubería de perforación,
principalmente en las uniones de tuberías y las áreas cercanas a cada recalcado.
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Perforación de Pozos
El factor principal relacionado con la fatiga es la flexión cíclica ocasionada cuando
esta gira en un pozo que sufre un cambio de dirección (pata de perro o dogleft)
produciendo esfuerzos cíclicos (tensión y compresión) con cada rotación.
La fatiga puede ocurrir aunque el peso de la barra se mantenga para evitar que la
sarta de perforación se pandee, y aunque uno exista una deformación permanente
(tubería doblada) en la sarta de perforación.
Si el esfuerzo de flexión excede el límite de resistencia del metal, la tubería podrá
fallar.
El tipo de acero de la junta es 4140 con YP de 100 000 psi, un punto de cedencia
mayor que la E-75 y X-95 pero menor que la G-105 y S-135.
Para que la junta tenga mayor resistencia se aumenta el área de acero
engrosando las paredes de la junta y utilizando recalcado en la zona de
transición de la junta con el tubo.
Tiene tensión y compresión
porque está girando
doblada.
La carga axial por el peso.
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Perforación de Pozos
Las cajas de uniones tienen ahusamiento a 18 grados los que embonan en los
elevadores a 18 grados. Los elevadores tienen un ahusamiento de 18º.
Los piñones generalmente tienen hombros con un ahusamiento a 35 grados para
ayudar a centrar la tubería.
La mayoría de las
TP de 23
8
′′a 2
1
2
′′y de
31
2
′′tienen recalcado
interior.
La mayoría de las
TP de 41
2
′′a 5 tienen
recalcado interior y
exterior.
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Perforación de Pozos
El A.P.I. ha establecido pesos y dimensiones estandarizadas de uniones de
tuberías para los pesos.
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Perforación de Pozos
A mayor resistencia de la tubería mayor espesor de la junta.
Al utilizar tuberías de perforación, es necesario clasificar las tuberías de acuerdo al
trabajo que han realizado que incide en las características físicas y mecánicas de
estas herramientas.
Clasificación de acuerdo al Uso:
a) Tubería Nueva. Tubería recibida de fábrica.
b) Clase Premium. Tubería usada de alto registro.
c) Clase Dos. Tubería usada para perforar pozos someros.
d) Clase Tres. Tubería usada para perforar pozos con agua.
e) Clase Cuatro. Tubería de desecho.
Todas estas clasificaciones son el resultado de una inspección periódica a que
son sometidas las tuberías de perforación ya que las tuberías a través del trabajo
que desempeñan van perdiendo sus especificaciones, cambiando de clasificación.
2 ranuras
3 ranuras
Esta liso no hay marca en el piñón
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Perforación de Pozos Indicador de la clasificación de tubería con franjas de color.
Conexiones y Roscas.
El apriete en las roscas es de vital importancia para evitar fallas, por lo tanto el
enrosque tiene por objeto:
A. Mantener sellos perfectos que eviten fuga de los fluidos de perforación.
B. Evitar las roturas de las mismas cuando se sometan a esfuerzos.
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Perforación de Pozos
Piñón Caja
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Perforación de Pozos
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Perforación de Pozos
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Perforación de Pozos
Descripción de una Rosca.
A – VALLES
B – CRESTAS
C – FLANCOS
D – ALTURA DEL HILO
E – PASO DE HILO
F – EJE DE HILO
G - ANGULO DEL HILO
H – RADIO DEL VALLE
I – RADIO DE LA CRESTA
J – ANGULO DE INCLINACIÓN
5 Roscas por pulgada (TPI) el calibrador de
perfil de rosca debe estar marcado V-
0.040, 5 TPI, 3” TPF se usa con:
API REG 23′′
8, 2
7′′
8, 3
1′′
2, 4
1′′
2
API F.H. 31′′
2, 4
1′′
2
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Perforación de Pozos
Para las barrenas la rosca más utilizada es la API REGular.
Para la V-0.038 son 4 roscas por pulgada (TPI) con una inclinación de 2’’ por cada
pie (TPF).
Para la V-0.050 son de API Reg. 65
8
′′y tiene 2 pulg por pie de inclinación.
Caja Piñón
Las medidas principales que podemos identificar en Perforación, rápidamente es
el diámetro de la boca de la caja (E) y el diámetro del piñón (C), tienen de
diferencia 1
16 de todas las cajas, y si es
1
16 quiere decir que hay
1
32 de cada lado.
¿Cuál es el tipo de rosca? Conocemos los hilos por cada pulgada.
Hay algunas conexiones que pueden tener el mismo diámetro de la caja, pero su
rosca diferentes hilos por pulgada.
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Perforación de Pozos
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Perforación de Pozos
La regla tiene 3 perfilometros.
NC35 es equivalente con 5XH.
Conexión NC y su equivalente NC.
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Perforación de Pozos
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Perforación de Pozos Apriete de Roscas.
Las roscas deben apretarse con el objetivo de formar un solo cuerpo entre dos
diferentes cuerpos, es decir deben de ser integras y capaces de resistir las
mismas tensiones del cuerpo además de tener integridad para evitar la fuga de
líquidos, en las roscas comunes de perforación el sello que soporta la presión
interna y evita la fuga de fluido es en el contacto del reborde del piñón y caja.
Este apriete depende del área de material de los cuerpos en contacto así como del
tipo de rosca.
Sin embargo todas las roscas tienen su apriete y este depende del par de torsión a
la cual es apretada.
Par de apriete = F x D
Al aumentar el grueso del piñón necesitaremos como apriete mas torque porque lo
va a necesitar.
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Perforación de Pozos
∴ 𝐹 =𝑃𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑖𝑒𝑡𝑒
𝐿𝑜𝑛𝑔.𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑙𝑎𝑣𝑒 𝑒𝑛
𝑙𝑏 − 𝑝𝑖𝑒
𝑝𝑖𝑒
Donde podemos definir que al incrementar la palanca, la fuerza será menor.
¿Cuál es la fuerza que se le debe de aplicar a una llave de 5 pies si se
requiere apretar una rosca de 𝟔𝟓
𝟖
′′?
Datos:
Brazo de palanca = 5 pies
𝐹 =46509 𝑙𝑏 − 𝑝𝑖𝑒
5 𝑝𝑖𝑒= 9302 𝑙𝑏
para apretar una rosca de 65
8
′′
Dinamómetro.
Un dinamômetro es un instrumento utilizado para medir fuerzas. Fue inventado por Isaac Newton y no debe confundirse con la balanza (instrumento utilizado para medir masas), aunque sí puede compararse a la báscula.
Estos instrumentos consisten generalmente en un muelle contenido en un cilindro de plástico, cartón o metal generalmente, con dos ganchos, uno en cada extremo. Los dinamómetros llevan marcada una escala, en unidades de fuerza, en el cilindro hueco que rodea el muelle. Al colgar pesos o ejercer una fuerza sobre el gancho inferior, el cursor del cilindro inferior se mueve sobre la escala exterior, indicando el valor de la fuerza.
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Perforación de Pozos Sartas.
Las sartas se someten a esfuerzos (tensión, compresión, presión interna y
externa, doblez, fatiga, torsión, abrasión, erosión y corrosión).
La acción independiente o combinada de dichos esfuerzos puede causar
problemas durante la perforación, tales como: desprendimientos, pegaduras por
presión diferencial, altos arrastres y fugas en los elementos tubulares.
Un adecuado diseño de la sarta especialmente de la tubería de perforación es
fundamental para el éxito del trabajo.
Un sobre diseño, que exija componentes con resistencias mayores (tuberías con
mayor diámetro en el cuerpo y junta), también incrementa el costo de la
perforación y pone en riesgo la integridad de las tuberías de revestimiento.
Sin embargo la tubería puede estar sometida a esfuerzos que hacen que el
material falle.
Fatiga Pura.
El acero es capaz de absorber cargas dinámicas o esfuerzos cíclicos
infinitamente, si el esfuerzo se mantiene bajo ciertos límites. La composición
química, el acabado de la superficie y las propiedades tensiones del acero
determinan en parte este límite de fatiga o de resistencia. La fatiga pura es una
ruptura del metal con ausencia de irregularidades en su superficie, o sea, sin
causas visibles.
Actualmente la fatiga del metal en las tuberías de perforación
realmente no puede medirse.
La resistencia a la fatiga del acero se presume que es
aproximadamente la mitad de su resistencia a la tensión.
Pueden hacerse cálculos para un grupo dado de condiciones de pozo abajo, con
el fin de indicar el porcentaje de fatiga por esperarse. Sin embargo, el mejor
indicador de fatiga es la frecuencia de las fallas.
no es la misma rotación a
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Perforación de Pozos
Principio fundamental. Los esfuerzos a que se somete la sarta deben ser
siempre inferiores a las resistencias de los componentes sin deformarse
permanentemente o alcanzar su límite elástico.
Cuando el límite elástico de un componente tubular se rebasa, este sufre una
deformación permanente y consecuentemente, una drástica.
Un diseño adecuado de la sarta de perforación permite reducir costos y tiempos
de perforación a través de:
1. Optimizar el número de lastrabarrenas, tubería pesada y tubería de trabajo.
2. Reducir el riesgo de desprendimiento o ruptura de los componentes de la
sarta de perforación.
3. Reducir la posibilidad de pegaduras por presión diferencial.
4. Mantener un control sobre la verticalidad o inclinación del pozo desde el
inicio de la perforación y, por lo tanto, reducir arrastres por tortuosidad del
agujero.
Arrastre quiere decir que hay fricción entre la sarta y las formaciones.
El modulo de Young E es la fuerza
necesaria por unidad de superfície
para producir un estiramiento de la
cuerda igual a su longitud inicial.
Para motivos prácticos, el modulo
de Young es valor de tensión en el
cual un material sufre una
deformación permanente.