PRINCIPALES COMPONENTES DE LA HERRAMIENT

PRINCIPALES COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA Y ALTERNATIVAS DE
DISEÑO DE LA SARTA DE MEDICIÓN
Partes de la sarta de perforación
 Tubería de perforación o Drill Pipe
 Conjunto de fondo o Bottom Hole Assembly (BHA):
 Barra de perforación (Drill Collar)
 Tubería pesada (Heavy Weight)
 Estabilizadores y accesorios.
 Trepano, Broca o Bit.
Tubería de perforación o Drill Pipe
Se entiende como tubería de perforación a la tubería de acero resistente pero
poco pesada que se conecta al ensamblaje de fondo (BHA, Botom Hole Assembly) y
termina enroscándose al Kelly o al Top Drive, la cual se usa para transmitir la
potencia generada por los equipos de rotación a la mecha y servir como canal de flujo
para transportar los fluidos de alta presión desde el taladro hasta los Drill Collars y
la mecha. Se clasifican según su diámetro, grado del acero, longitud, peso por pie. La
longitud tiene un promedio de 30 pies. Los tubos se conectan por medios de juntas
que se encuentran en los extremos denominada Pin (Macho) y Box (Hembra)
Es la que constituye la mayor parte de la sarta de perforación y que
generalmente esta en tensión, y cuyo peso es sostenido por la torre o castillo. La
tubería de perforación de uso común esta laminada en caliente, taladrada sin costura
al que luego se suelda las conexiones o tool joints. La tubería de perforación tiene
una vida relativamente corta por lo que es importante un adecuado cuidado y
selección. La parte más débil de la tubería de perforar es el cuerpo. Por lo que el drill
pipe es la parte más débil de la sarta.
Conjunto de fondo o Bottom Hole Assembly (BHA)
El ensamblaje de fondo es la sección de la sarta de perforación que agrupa el
conjunto de herramientas entre la mecha y la tubería de perforación. Tiene como
funciones proporcionar el peso requerido sobre la mecha para maximizar la tasa de
penetración, producir hoyos en calibre, evitar la formación de desviaciones tipo pata
de perros y ojos de llaves y minimizar vibraciones y pegamentos de la sarta de
perforación. Está compuesto por:
 Barra de perforación (Drill Collar)
 Tubería pesada (Heavy Weight)
 Estabilizadores y accesorios.
El BHA también puede contener otros componentes, como un motor de fondo
orienta el sistema rotatorio, la medición durante la perforación (MWD), y mientras
que la tala d eperforación (LWD) herramientas
Barra de perforación o Drill Collar (o Porta mechas)
Es un conjunto de tubos de acero o metal no magnético de espesores
significativos, colocados en el fondo de la sarta de perforación, encima de la mecha,
lo cual proporciona la rigidez y peso suficiente para producir la carga axial requerida
por la mecha para una penetración más efectiva de la formación.
Las funciones de las barras son:
 Proporcionar peso sobre la mecha para la perforación, manteniendo peso en la
sección inferior de la sarta para hacer tensión en la misma.
 Soportar y dar rigidez a la parte inferior de la sarta de perforación.
 Servir de apoyo y estabilizador de la mecha para mantener el nuevo hoyo alineado
con el hoyo anterior.
Para efectos de diseños del ensamblaje de fondo, lo más importante será
analizar la localización del punto neutro, que es la región por encima de la cual la
sarta no sufre pandeo. El peso que se aplicará sobre la mecha debe determinarse de
acuerdo con la longitud de las barras, para ubicar el punto neutro en ellas y evitar
fallas en la sarta durante las operaciones de perforación.
Tubería pesada o Heavy Weight
La tubería pesada constituye el componente intermedio del ensamblaje de fondo.
Constituyen el componente intermedio del ensamblaje de fondo, es un tubular
de gran espesor de pared similar a los Drill Collars pero menos rígidos y de menor
diámetro, cuya conexión posee las mismas características de la tubería de
perforación, pero mucho más pesadas y ligeramente más largas sus uniones o
conexiones; es bastante flexibles y sirve de zona de transición entre los Drill Collars
y la tubería de perforación (Drill Pipe) para minimizar cambios en rigidez entre estos
componentes, así como también para reducir la alta tensión y las fallas originadas
por la concentración deflexión cíclica en la conexión de la tubería de perforación.
Se conoce también con los nombres de Heavy Wall Drill Pipe y Heavy Weight
Drill Pipe. La función más importante de la tubería pesada es servir de zona de
transición entre las barras y la tubería de perforación, para minimizar los cambios
de rigidez entre los componentes de la sarta, con el objeto de reducir las fallas
originadas por la concentración de flexión cíclica en la conexión de la tubería de
perforación
Por lo tanto a grandes rasgos la sarta queda compuesta en este orden:
 Tubería de Perforación o Drill Pipes (DP)
 Tubería pesada o Heavy Weight (HW)
 Barras de Perforación o Drill Collars (DC)
 Trepano Pudiendo estar los estabilizadores y los accesorios en distintas zonas
según el diseño que se requiera.
Estabilizadores
Los estabilizadores como su nombre lo indica, dan firmeza y seguridad al
ensamblaje de fondo o sarta de perforación, cuidándola del contacto con las paredes
del hoyo y controlando la desviación, tanto en hoyos verticales como direccionales.
Además Incrementan la tasa de penetración al propiciar que la dirección de la fuerza
resultante sobre la mecha coincida con el eje del hoyo. Además:
• Reducen la fatiga en las conexiones de las barras al reducir el pandeo de la sarta.
• Reduce la pega de la sarta al mantener las barras alejadas de las paredes del hoyo.
• Previene cambios bruscos de ángulo del hoyo al aumentar la rigidez del ensamblaje
de fondo.
Mantienen las barras centradas en el hoyo minimizando la desviación del
mismo y obteniéndose hoyos mejor alineados. Dentro de los tipos de estabilizadores
se encuentran: Estabilizadores de camisa rotatoria, de camisa no rotatoria y
escariadores. La ubicación de los estabilizadores en el ensamblaje de fondo, depende
del desempeño que requiera la sarta en cuanto a trayectoria se refiere
En la perforación de pozos horizontales, se hace uso de los estabilizadores para
controlar o modificar el ángulo de inclinación del pozo de acuerdo a lo deseado, los
estabilizadores se instalan en la sarta de perforación para aumentar, reducir o
mantener el ángulo, ellos constituyen el componente del ensamblaje de fondo que
permite tener el contacto adecuado con la pared del hoyo para proporcionar
estabilidad de la sarta, así como prolongar la vida de la mecha, obteniendo a su vez
hoyos más rectos y más seguros.
Motores de Fondo
En la perforación de pozos se utilizan motores especialmente diseñados para
perforar una curva predecible desde vertical a horizontal y mantener una geometría
constante, este motor tiene la particularidad de eliminar la rotación de la tubería
mediante una fuerza de torsión pozo abajo, impulsada por el fluido de perforación,
los motores traen incorporado un cuerpo de desvío (BentHousing) ajustable de 0.5
a 3º, con la finalidad de permitirle a la mecha, construir inclinación y/o cambiar la
dirección del hoyo sin rotación en la tubería y de perforar en forma recta cuando la
sarta es rotada.
Rectificadores o Reamer
Son herramientas que son corridas mientras se perfora en formaciones muy
duras y abrasivas, cuando la estructura cortante externa de la mecha se desgasta
gradualmente si no está protegida, de esta forma cada pie adicional de hoyo
perforado es ligeramente de diámetro más pequeño que el anterior y de esta forma
rectificar la pared y el diámetro del hoyo.
Conexión (Tool Joint)
Son fracciones de tuberías que tienen por objetivo convertir un tipo de rosca en otro
a fin de empalmar tubos incompatibles en unión.
Cross Over
Son tubulares que posen roscas especiales macho y hembra, se utilizan para
conectar componentes de la sarta de perforación que tienen roscas diferentes.
Durante muchos años, se han utilizado las columnas de perforación para operar
las barrenas y el equipo de perforación y se ha empleado cable eléctrico para obtener
registros de pozo, efectuar disparos e instalar los componentes de terminación de
pozos. Hoy en día, se obtienen mediciones durante la perforación, se perfora o se
operan equipos en el fondo del pozo con tubería flexible; datos obtenidos en tiempo
real sustentan las operaciones de geonavegación durante la perforación, los cables
de acero son más resistentes y más largos y los tractores de fondo de pozo arrastran
equipos a través de grandes distancias en secciones de pozos cuyo acceso sería de
otro modo difícil o muy oneroso.
En pozos profundos con trayectorias complejas, los operadores y las compañías
de servicios participan activamente en la selección de métodos de operación de
herramientas y en la planeación de las tareas subsiguientes.
Este artículo describe diversas opciones de transporte de herramientas en el
fondo del pozo, centrándose específicamente en dos nuevos desarrollos: cables ultra
resistentes y tractores de fondo de pozo. Algunos ejemplos del Golfo de
México y del Mar del Norte ilustran estos últimos avances en la tecnología de
operación de herramientas.
Cómo llegar al lugar.
El transporte de un equipo a lo largo de una distancia de varias millas o
kilómetros, a través de un agujero pequeño practicado en el terreno hasta alcanzar
un punto en particular, es una proeza notable pero que sucede diariamente en la
industria de E&P. Una vez en la localización de fondo de pozo requerida, se espera
que el equipo lleve a cabo tareas complejas que a menudo deben ser vigiladas
rutinariamente y controladas en tiempo real en la superficie, lejos del pozo. La
elección del método de operación de herramientas forma parte de la provisión de
estas capacidades.
El sistema de tractor de fondo de pozo MaxTRAC corresponde a un tractor de
fondo de pozo de sujeción alternativa cuya eficiencia es superior al 40%. Este tractor
de alta eficiencia tiene energía disponible para mayores velocidades o cargas más
grandes que otros tractores, dada una energía de superficie determinada.
Una característica esencial de este tractor es su diseño de tipo leva-mordaza de
sujeción. Tres conjuntos de brazos centralizan cada unidad de tractor en el pozo.
Cada brazo del tractor presiona una leva y dos ruedas contra la pared del pozo. La
leva es un dispositivo en forma de corazón que gira alrededor de su propio eje.
Al girar la leva, la distancia D que media entre el eje y el borde exterior que está en
contacto con la pared puede cambiar permanentemente.
Cuando los brazos se hallan desplegados pero la unidad no está desplazando la
sarta de herramientas, una pequeña fuerza hidráulica radial los mantiene contra la
pared del pozo pero no los fija en su lugar. Los brazos van montados sobre ruedas a
lo largo de la pared. De este modo, se pueden desplazar hacia adentro y hacia afuera
para adaptarse a los cambios de diámetro del pozo.
El borde de la leva en contacto con la pared tiene dientes de sujeción. Los
dientes de la leva se mantienen contra la pared mediante resorte de poca tensión
pero el movimiento de la herramienta hacia adelante tiende a hacer rodar la leva
hacia un extremo con una distancia D más corta. La leva se desliza a lo largo de la
pared del pozo sin sujetarse.
Justo antes de que la unidad de tractor inicie su carrera de impulsión, el sistema
hidráulico cambia para mantener los brazos en una extensión constante,
presionados contra la pared.
Cuando el sistema de accionamiento de la unidad de tractor comienza a
empujar la sarta de herramientas, una fuerza reactiva intenta deslizar los brazos
hacia atrás con respecto a la pared del pozo. Esto hace rodar la leva dentada una
distancia D adicional. Como hay tres brazos que mantienen centralizada la
herramienta, esta mayor distancia D sólo puede forzar la leva con mayor firmeza
contra la pared. Los dientes proveen una sujeción segura, lo que impide que la
unidad se deslice hacia atrás. Este mecanismo convierte a este diseño de leva en un
amplificador mecánico natural que rota automáticamente lo suficiente como para
proveer la fuerza radial mínima necesaria para evitar el deslizamiento del tractor.
Con la unidad de accionamiento sostenida firmemente, su motor impulsa el
cuerpo del tractor y su carga hacia adelante. Esto continúa hasta el final de la carrera
de impulsión, en que otra unidad de tractor asume las funciones de accionamiento.
El motor de impulsión invierte su marcha a fin de retomar su posición para la
siguiente carrera. Este proceso hace rodar la leva en una dirección para reducir la
distancia
D, soltando la mordaza de sujeción y permitiendo el deslizamiento de la unidad.
El sistema de leva provee una presión de contacto constante, dentro de las
limitaciones de diámetro interno (DI) del pozo propias del diseño de la herramienta.
La unidad MaxTRAC puede aplicar toda su fuerza de impulsión en cualquier
diámetro de pozo, dentro de un rango de DI que oscila entre 6.1 y 24.4 cm [2.4 y
9.625 pulgadas].
La herramienta puede pasar a través de una restricción de 5.6 cm [2.21
pulgadas] sin cambiar sus piezas. El tractor se sujeta en tres puntos discretos a lo
largo del pozo, cada 0.6 m [2 pies], lo que reduce la posibilidad de daño de la tubería
de revestimiento. Si bien un sistema MaxTRAC puede impulsar la sarta de
herramientas hacia atrás, esto se hace habitualmente sólo a lo largo de una distancia
corta, tal como para sortear una restricción, a fin de evitar el daño del cable. El cable
de acero se utiliza para extraer la sarta de herramientas del pozo.
Este sistema de tractor se adecua para ser utilizado en formaciones
consolidadas, en condiciones de agujero descubierto. Mediante la utilización de más
de dos unidades de tractores, el sistema también puede accionarse a través de
cavernas formadas en el pozo con diámetros que sobrepasan el alcance de los brazos
de la herramienta, siempre que las secciones de tractor puedan ser emplazadas con
una separación suficiente de manera que como mínimo dos unidades puedan
sujetarse en las paredes en cualquier momento. En un arreglo de tractor se pueden
incluir hasta cuatro unidades de accionamiento.
El sistema MaxTRAC es totalmente compatible con la plataforma de servicios
de producción de nueva generación PS Platform. Tiene el mismo sistema de
telemetría, de manera que la sarta de herramientas puede adquirir registros durante
las operaciones con tractores. Esta capacidad constituye una ventaja importante del
sistema MaxTRAC. En condiciones pobres de adquisición de registros, la adquisición
de registros en sentido descendente—hacia el final del pozo—constituye a veces la
única oportunidad de adquirir datos cruciales. El tractor MaxTRAC es compatible
con las herramientas de adquisición de registros de producción para la toma de
registros en dirección descendente y además es compatible con muchas otras
herramientas cuando se vuelve a registrar en direccion hacia la superficie
La sarta de herramientas fue bajada en el pozo hasta que el ángulo de
inclinación se tornó demasiado grande como para que la fuerza de gravedad venciera
la resistencia a la fricción. En ese punto, las tareas de operación de las herramientas
fueron asumidas por los tractores MaxTRAC. Las secciones correspondientes al
segundo y el tercer tractor bajaron la sarta de herramientas; el primer tractor
permaneció cerrado o plegado hasta que la sarta alcanzó la unión en Y.
Entre la herramienta FloScan y el primer tractor se había colocado una
articulación o unión flexible. A medida que la sarta de herramientas se aproximaba
al conector en Y, la sonda de adquisición de registros de producción se bajaba hacia
el fondo del pozo horizontal. El resalto del conector en Y guiaba la sonda hacia el
interior del lateral inferior, seguida por el primer tractor, que permanecía plegado.
Una vez que el primer tractor estuvo dentro del lateral inferior, se colocaron sus
brazos de sujeción contra las paredes del mismo y se plegaron los brazos de sujeción
del segundo tractor.
El primer y el tercer tractor fueron alternados como unidades de accionamiento
para desplazar la sarta de herramientas hacia adelante hasta que el segundo tractor
estuvo completamente dentro del lateral. El proceso continuó con el tercer tractor
plegado y los primeros dos desplazando la sarta hacia adelante. Luego se plegó el
primer tractor y la operación continuó con el segundo y el tercer tractor
suministrando la fuerza motriz.
Unos 40 m [130 pies] más allá de la unión, el ingeniero de adquisición de
registros colocó las mordazas de sujeción del tractor para obtener un registro de la
herramienta FloScan mientras se encontraba en estado estacionario. El primer
registro de producción en esta estación fue corrido con el pozo cerrado en superficie.
Si bien no hubo flujo neto a la superficie, este registro obtenido con el pozo cerrado
indicó la presencia de flujo cruzado desde el lateral principal hacia el otro lateral.
El pozo fue abierto al flujo. El programa planificador de herramientas indicó
que el flujo no generaría suficiente empuje hacia arriba, o fuerza ascendente, para
mover la herramienta pero esto fue asegurado a través de la sujeción de las levas del
tractor contra la pared del pozo.
En esta misma estación se llevó a cabo otro levantamiento. Los resultados de la
herramienta
FloScan indicaron que todo el fluido que circulaba en la estación era agua.
Utilizando las presiones y gastos de estas dos carreras—cierre y flujo—mediante
un análisis selectivo de rendimiento del pozo se determinó que había una diferencia
de presión de 16 bares
[232 lpc] entre los dos laterales, que producía el flujo cruzado durante el cierre.
Se plegaron los brazos del tractor y se extrajo la sarta de herramientas
utilizando el cable de acero hasta que el arreglo quedó ubicado bien por encima de
la conexión en Y. En ese momento, se volvieron a desplegar las mordazas de sujeción
del tractor contra las paredes del pozo para estabilizar la sarta de herramientas de
adquisición de registros. Otro registro de la herramienta FloScan midió los
regímenes de flujo y la fracción de fluidos en esta estación. Aproximadamente un 6%
de la producción del pozo por encima de la unión era petróleo. Dado que toda la
producción del lateral principal, por debajo de la unión en Y era agua, Hydro
determinó que se cerrara el pozo principal en la unión para mejorar la productividad
del pozo.
Incluyendo la conexión en Y, el tractor arrastró la sarta de herramientas a través
de 18 cambios de DI, a lo largo de una distancia de 325 m [1,066 pies], sorteando
estos cambios sin dificultad.
Sin el sistema MaxTRAC, Hydro no hubiera logrado determinar que el pozo
principal no producía petróleo debajo de la conexión en Y. Este ejemplo del Mar del
Norte indica las ventajas aportadas por la nueva tecnología de operación de
herramientas.
BIBLIOGRAFIA
SCHLUMBERGER Principios/Aplicaciones de la Interpretación de Registros
México Schlumberger, 1989
Daniel Perez "Application of Small Vibration Logging Tool Yields Improved
Dynamic Drilling Performance" SPE/IADC 105898 2007
Stefano Mancini "Drill String Vibration Mitigation During Simultaneous Drilling
and Hole
Enlargement" SPE/IADC 119260 2009