Calculo de Barras de Sondeo

Universidad Nacional del Comahue
Facultad de Ingeniería
Ingeniería en Petróleo
Cátedra de Perforación I
Trabajo Práctico Nº3
Calculo de Barras de Sondeo
Alumnos:
•
La Gran Bestia
•
Hierofante
Año: 2009
BARRAS DE SONDEO
Este es el componente principal, en términos de longitud de la sarta de perforación. Cada junta de
tubería (llamada también ‘tubo’, ‘largo’, ‘sencillo’, etcétera) de perforación, hecha en acero,
comúnmente tiene una longitud de 9 a 11 metros, con una caja de conexión (Tool Joint), macho o
hembra, la cual está soldada en cada extremo de tal forma que se puedan enroscar entre sí una tras
otra. El hombro alrededor de cada caja de conexión tiene un diámetro mayor pues así se ha
dispuesto para dar mayor resistencia a las conexiones.
La tubería de perforación se consigue en varios diámetros (OD) aunque el más utilizado es el de 5”
(127 mm). El diámetro interior de la tubería de perforación (Inside Diameter)(ID) varía de acuerdo
al peso por unidad de longitud de cada tipo de tubo, entre mayor sea el peso, menor será su
diámetro interior.
Una vez que ya se ha diseñado la herramienta de fondo, se necesita añadir la tubería de perforación
para que en la superficie se pueda sostener el peso del trepano y la columna de BHA. También
debe soportar las fuerzas de las cuñas sobre la tubería que tratan de aplastarla.
La mayor tensión sobre la sarta de perforación se presenta en el tramo superior cuando se llega a la
máxima profundidad perforada.
Si usamos diferentes tuberías de perforación, la tubería más débil es la que va en el fondo y la
tubería más fuerte en la parte superior
GRADO EN BARRAS DE SONDEO
El grado de la tubería de perforación describe la resistencia mínima a la cedencia del material. En la
mayoría de los diseños de sarta de perforación, se opta por incrementar el grado del material (acero)
en lugar de aumentar el peso del tubular.
Grados de la Tubería de Perforación
Grado Cedencia
D or D-55
E or E-75
X or X-95
G or G-105
S or S-135
Mínima Cedencia
55
75
95
105
135
Promedio
65
85
110
120
145
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 es todavía premium
Class 3:
lado.
Tubería con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un
Factores de Diseño para la Sarta de Perforación
Factor de diseño por Torsión,
No se requiere un factor de diseño. Los acoples se ajustan
hasta un 60% de su capacidad torsional y están diseñados para resistir hasta un 80 % de la
capacidad de torsión del tubo. De esta forma si el diseño limita el apretado del acople, hay un factor
de diseño adecuado construido dentro del sistema.
Factor de Diseño al Colapso, La capacidad en el cuerpo de la tubería es considerada inferior para
tomar en cuenta la reducción en el esfuerzo a la tensión biaxial y en SLB se usa un factor de diseño
al colapso, DFc entre 1.1 y 1.15
Factor de Diseño para el Estallido Se consideran estallidos simples sin tolerancia para efectos
axiales. En SLB el factor de diseño al estallido, DFB = 1.0
Factor de Diseño Para Pandeamiento, DFb En pozos muy desviados es posible operar la tubería de
perforación en compresión, siempre y cuando no esté pandeada. El factor de diseño al
pandeamiento es análogo al factor para exceso de peso del BHA ya discutido, DFbha para pozos
rectos o ligeramente desviados en el cual este factor tiene el efecto de alargar el BHA, el DFb
reducirá el peso permitido para perforar pozos altamente desviados
Diseño para la Tensión
La sarta de perforación no está diseñada de acuerdo con la resistencia de cedencia
mínima.
Si al tensionar la tubería de perforación se alcanza su punto de cedencia:
1.
Tendrá una deformación total que es la suma de las deformaciones elástica y
plástica (permanente).
2.
El estiramiento permanente se quedará en la tubería de perforación (no
desaparecerá al quitar la tensión aplicada)
3.
Será difícil conservar la tubería recta
Margen de sobre tensión
El margen de sobre tensión es nominalmente de 50- 100 T o en el límite de la diferencia
entre la carga máxima permisible menos la carga real.
Opciones del Margen de Sobre Tensión que se deben considerar
•
Condiciones generales de perforación
•
Arrastre de la sarta en el pozo
•
Posibilidad de atrapamiento de la sarta
•
Aplastamiento con las cuñas al asentarse sobre la MR
•
Cargas dinámicas
Cálculo BARRAS DE SONDEO
PESO
[kg/m]
GRA
DO
5
30
E75
141
5
30
G105
179
ø [pulg]
Resitencia la traccion
C2
CM=50T
(Carga Marginal)
Esto se debe a que se considera trabajando un equipo grande . Si fuera chico, se toma 30T
BHA 1ra y 2da FASE
3 PM 9 ½” x 3”
1 PM 8 ¼” x 2 13/16”
14 PM 6 ¾” x 2 13/16”
Longitud de BHA: 162m
Peso: 29,41 T
BHA 3ra FASE
22 PM 6 ¾” x 2 13/16”
Longitud de BHA: 198m
Peso: 29,41 T
•
1ra FASE (0-400m):
Barras E 75 clase 2.
Resistencia a la tracción: 141 T
Longitud de barras de sondeo necesaria
= 400 m – BHAFASE1
= 238 m
PB AGR = RT – (PBHA1 + CM)
RT: Resistencia a la tracción de la barra de sondeo.
PB AGR: Peso de barras a agregar.
PBHA2: Peso del BHA de la FASE 2
CM: Carga marginal.
PB AGR = 141 T – ( 50 T + 29.41 T ) = 61.6 T
LB AGR = PB AGR/peso x metro
LB AGR: Longitud de barras a agregar
LB AGR = 61600kg/(30 kg/m) = 2053.33 m
Como se puede agregar 2053,33 m de barras E75 C2, que verifican la carga marginal y la
resistencia a la tracción y el peso del BHA, y solo se necesitan 238 m, se concluye para
esta fase se utilizan solo barras de este grado y clase.
Cantidad de barras de sondeo E75 C2 para la 1º FASE:
Nº barras E75 C2 FASE 1 = 26 barras
Peso barras E75 C2 FASE 1 = 7140 kg
•
2da FASE (400m-2000m):
PB AGR = RT – (PBHA2 + CM+PF1 )
PF1: Peso barras fase 1
RT: Resistencia a la tracción de la barra de sondeo.
PB AGR: Peso de barras a agregar.
PBHA2: Peso del BHA de la FASE 2
CM: Carga marginal.
LB AGR = PB AGR/peso x metro
LB AGR: Longitud de barras a agregar
1. Barra de sondeo E75 C2.
PB AGR = 141 T – (29.41T + 50T + 7,14T) = 54,.45T
LB AGR = 54450kg/(19.5 x 1.49kg/m) = 1815 m
-
La longitud de barras de sondeo necesaria para la 2da FASE es:
Como se puede agregar 1815 m de barras E75 C2, que verifican la carga marginal, la
resistencia a la tracción ,el peso del BHA y el peso de barras de sondeo de la primera fase
y como se necesitan 1600m , se concluye para esta fase se utilizan solo barras de este
grado y clase.
Cantidad de barras de sondeo E75 C2 para la 2da FASE:
Nº barras E75 C2 FASE 2 = 175 barras
Peso barras E75 C2 FASE 2 = 48000 kg
•
3ra FASE (2000m-3500m):
1. Barras de sondeo E75 C2
PB AGR = RT – (PBHA2 + CM+PF1+ PF2)
PF1: Peso barras fase 1
PF2: Peso barras fase 2
RT: Resistencia a la tracción de la barra de sondeo.
PB AGR: Peso de barras a agregar.
PBHA3: Peso del BHA de la FASE 3.
CM: Carga marginal.
LB AGR = PB AGR/peso x metro
LB AGR: Longitud de barras a agregar
PB AGR = 141 T – (29,41T+ 50T+48T+7,14T) = 6,45T
LB AGR = 6450kg/(19.5 x 1.49kg/m) = 215 m
Nº barras E75 C2 FASE 3 = 23 barras
Peso barras E75 C2 = 6450 kg
2. Barras de sondeo G105 C2
Longitud requerida: 3500m-BHAF3 -Lbarras sondeo F1 -Lbarras sondeo F2-Lbarras sondeo F3 E75C2=
=3500-198-238-1600-215=1249m
PB AGR = RT – (PBHA2 + CM+PF1+ PF2+ PF3E75)
PF3E75: Peso barras E75 en la fase 3
PF1: Peso barras fase 1
PF2: Peso barras fase 2
RT: Resistencia a la tracción de la barra de sondeo.
PB AGR: Peso de barras a agregar.
PBHA3: Peso del BHA de la FASE 3.
CM: Carga marginal
LB AGR = PB AGR/peso x metro
LB AGR: Longitud de barras a agregar
PB AGR = 179 T – (29,41T + 50T + 7,14T+48T+6,45) = 38T
LB AGR = 38000kg/(19.5 x 1.49kg/m) = 1266,67 m
Como se puede agregar 1266,67 m de barras G105 C2, que verifican la carga marginal, la
resistencia a la tracción ,el peso del BHA y el peso de barras de sondeo de la primera,
segunda y tercera fase (esta última con 23 barras E75 C2 ) y como se necesitan 1249m ,
se concluye para esta fase se utilizan 23 barras E75 C2
Y el resto G105 C2
Nº barras G105 C2 FASE 3 = 137 barras
Conclusion:
Se utilizaran 224 barras E75 C2 y 137 Barras G105 C2
Este trabajo fue corregido y aprobado por la cátedra de Perforación I de la
facultad de ingeniería de la universidad nacional del comahue.