PESO DE LOS DRILL COLLAR EN POZOS VERTICALES
La siguiente fórmula se usa para determinar los Drill Collar requeridos para obtener el peso deseado para la mecha en un pozo vertical.
WDC = (WOB x SF) ÷ BF
Donde
WDC es el peso del drill collar en aire, lb.
WOB es el peso requerido para la mecha, lb.
SF es el factor de seguridad.
BF es el Factor de Flotación del Lodo .
PESO DE LOS DRILL COLLAR´S EN UN POZO DESVIADO
Para
pozos desviados, los drill collar no transfieren el peso directamente a
la mecha debido a la inclinacion del pozo que afecta el componente
vertical de la fuerza Peso.La siguiente fórmula es la que se usa para determinar el peso requerido en los drill collar para obtener el peso que se le desea aplicar a la mecha en un pozo desviado.
WDC = (WOB x SF) ÷ (BF x COS (θ))
Donde
WDC es el peso del drill collar en aire, lb.
WOB es el peso requerido para la mecha, lb.
SF es el factor de seguridad.
BF es el Factor de Flotación del Lodo .
θ es la inclinación del pozo.
Ejemplo:
Un pozo desviado tiene una inclinación de 30 grados en la sección tangencial, cuyo peso de lodo es 12,0 lpg. Si se usa un factor de seguridad de25%, ¿Cuál será el peso de drill collar´s para obtener una WOB requerida de 50 klbs?
Determinamos primero el factor de flotación
Buoyancy Factor = (65,5 – 12,0) ÷ 65.5 = 0,817
Usando el Factor de seguridad --> SF @ 25 % = 1,25
El peso de los Drill Collar será
WDC = (50.000 x 1,25) ÷ (0,817 x COS (30))
WDC = 88.333 lb
Para este caso el drill collar debe tener un peso en aire de 88,3 Klbs. Realmente el Ensamblaje de Fondo (BHA) no solo tiene Drill Collar, por lo que se necesita adaptar esta figura. Un BHA puede constar de Motor de Fondo, Estabilizador, LWD y Heavy Weight (HWDP), los cuales tienen un peso total de 30 Klbs. Por lo tanto, el peso actual que deben proporcionar los drill collar es solo 58,3 Klbs (88,3 – 30).
Si se dispone de DC´s cuyo OD= 6-1/2" e ID= 3", cuyo peso es de 89,0 lbs/pie, podemos calcular la cantidad de DCs requeridos,sabiendo que cada uno de ellos mide una longitud promedio de 30 pies.
#DC´s = WDC / PesoDC x 1DC´s/30 pies
#DC´s = 58.300 lbs / (89,0 lbs/pie) x 1DC´s/30 pies = 22 DC´s 6-1/2"
Ref Book:
Formulas and Calculations for Drilling, Production and Workover, Second EditionTraducido desde el Articulo:
Drill Collar Weight Calculation To Prevent Drill Pipe Buckling
http://www.drillingformulas.com/drill-collar-weight-calculation-to-prevent-drill-pipe-buckling/
https://www.drillingmanual.com/2017/11/drill-collar.html
Cuáles son las funciones de Drill Collars:
- Proporcionar peso en la broca (WOB)
- Minimizar los problemas de estabilidad de la broca por vibraciones, bamboleos y saltos
- Minimizar los problemas de control direccional proporcionando rigidez al BHA.
- Mantener la sarta de perforación en tensión, de modo que reduzca las tensiones de flexión y las fallas debido a la fatiga.
Tipos de rosca del collar de perforación
Dado que el D / C tiene un grosor de pared tan grande, no se necesitan juntas de herramientas y las roscas de conexión se pueden mecanizar directamente en el cuerpo del collar. El punto más débil en los D / C es la conexión y, por lo tanto, se debe aplicar el par de compensación correcto para evitar fallas. La superficie externa de un collar regular es redonda (resbaladiza), aunque hay otros perfiles disponibles.
El número D / C (columna 1) consta de dos partes separadas por un guión.
- La primera parte es el número de conexión en el estilo NC.
- La segunda parte, que consta de 2 (o 3) dígitos, indica el diámetro exterior del collar de perforación en unidades y décimas de pulgada.
Las conexiones que se muestran entre paréntesis en la columna 1 no forman parte del número D / C; indican la intercambiabilidad de los D / C hechos con las conexiones estándar (NC) como se muestra.
Si las conexiones que se muestran entre paréntesis en la columna 1 se realizan con la rosca V-0.038R, las conexiones y los D / C son idénticos a los del estilo NC.
Los D / C con diámetros exteriores de 8-1 / 4 y 9-1 / 2 pulgadas se muestran con conexiones REG de 6-5 / 8 y 7-5 / 8, ya que no hay conexiones NC en el rango de relación de resistencia a la flexión recomendado.
Los tamaños de collar de perforación enumerados en la Tabla 1 se adoptaron para proporcionar una gama completa de collares con conexiones mejoradas, como reemplazo de los collares con las diversas conexiones especificadas en ediciones anteriores de API Spec.
Las órdenes de compra de collares con las conexiones mejoradas deben indicar el número de D / C o el tamaño y estilo, diámetro y longitud. Las órdenes de compra de collares con conexiones opcionales deben indicar el diámetro exterior, el orificio, la longitud, el tamaño y estilo de la conexión y el diámetro del bisel.
Longitud del collar de perforación
Los D / C se suministran normalmente en longitudes de rango 2 (30-32 pies). Los collares están fabricados con una aleación de cromo-molibdeno, que está completamente tratada térmicamente en toda su longitud. El orificio del collar está mecanizado con precisión para garantizar una rotación suave y equilibrada.
Peso y tamaño del collar de perforación
Los D / C se fabrican en una amplia gama de tamaños con varios tipos de conexión conjunta. El tamaño del collar de perforación y los pesos del collar de perforación por pie de un rango de tamaño de collar de perforación se muestran en la Tabla 2. Los pesos que se indican en la Tabla 2 son el "peso en el aire" de los D / C. Es muy importante que se tenga el cuidado adecuado al manipular los D / C. Los hombros y las roscas deben lubricarse con el lubricante correcto (que contenga entre un 40 y un 60% de zinc metálico en polvo o plomo).
Al igual que la tubería de perforación, los collares están sujetos a tensiones debido a:
- Fuerzas de pandeo y flexión
- Tensión
- Vibraciones
- Compresión y tensión alternas.
Sin embargo, si está correctamente confeccionada, la conexión hombro / hombro será suficiente para resistir estas tensiones. La figura siguiente muestra cómo se deben seleccionar las conexiones numeradas para proporcionar un sello eficiente y una resistencia adecuada.
Tipos de collar de perforación
Barra anti-pared / Collar de taladro en espiral
Al perforar a través de determinadas formaciones, los D / C de gran diámetro pueden atascarse contra el pozo (adherencia diferencial). Es probable que esto suceda cuando la formación es muy porosa, se está utilizando un gran exceso de presión del lodo y el pozo está muy desviado. Un método para prevenir este problema es reducir el área de contacto del collar con el pozo. Se pueden cortar ranuras en espiral en la superficie del collar para reducir su área de superficie.
Cuadrado D / C
Estos collares son generalmente 1/16 ”menos que el tamaño de la broca de perforación y se colocan para proporcionar la máxima estabilización del conjunto de perforación de fondo de pozo (BHA) .
¿Cuál es la aplicación del tipo cuadrado D / C?
- proporcionan una buena centralización en toda su extensión.
- Aumentan la resistencia a la flexión (rigidez) al máximo.
- Aumentan la amortiguación torsional
- Disminuyen las vibraciones axiales.
¿Por qué no usarlos todo el tiempo?
- Este tipo de collar de perforación es costoso de comprar y realizar el mantenimiento regular.
- Por lo general, crean un alto par de giro.
- Debido a su forma, muelen recortes de perforación y cavidades de pozos hasta obtener finos, lo que aumentará el tratamiento y el costo del lodo.
- La pesca de este tipo de collar de perforación es difícil.
Collar de taladro no magnético
Este collar de taladro no magnético está hecho de una aleación de acero especial no magnético. Su propósito es aislar los instrumentos topográficos direccionales de la distorsión magnética debida a la columna de perforación de acero .
SELECCIÓN DE COLLAR DE PERFORACIÓN API (TAMAÑOS, PESO, CONEXIÓN Y TABLAS DE PAR DE COMPONENTES)
Selecciones de collar de perforación API
 |
| PORTAMECHAS |
Woods y Lubinski señalaron que el uso de una broca de perforación no estabilizada y collares de perforación de diámetro exterior pequeño puede causar un agujero de tamaño insuficiente, lo que dificulta el funcionamiento de la carcasa . Determinaron que la deriva real, o el diámetro útil, del agujero sería igual al diámetro de la broca más el diámetro del collar de perforación, dividido por dos,
La ecuación anterior se puede reescribir para determinar el diámetro exterior mínimo del collar de perforación que aseguraría el paso de la carcasa y el diámetro del acoplamiento de la carcasa más grandes . Sustituyendo el diámetro del acoplamiento de la carcasa por el diámetro de la deriva,
- Se utilizarán menos collares de perforación
- Menos tiempo de disparo
- Más rígido
- Tienen menos tendencia a doblarse o doblarse.
- Buena distribución de la carga en la broca para un mejor rendimiento de la broca de cono de rodillo y de la broca PDC y reduce los problemas de desviación del agujero.
Pesos del collar de perforación API
Conexiones del collar de perforación API y torque de compensación
Métodos de cálculo del peso del collar de perforación
El cálculo del peso del collar de perforación no es difícil de ejecutar. Básicamente, existen dos métodos para tales cálculos. En este artículo discutiremos ambos métodos y la diferencia entre ellos.
Cálculo del peso del collar de perforación
Método del factor de flotabilidad
Número y longitudes de los cálculos del collar de perforación Objetivo y supuestos
Antes de profundizar en los métodos de cálculo del peso del collar de perforación, tenga en cuenta las siguientes notas:
- Asegura que el pandeo esté restringido a los collares de perforación y que no ocurra pandeo en el tubo de perforación pesado (HWDP) o en los tubos de perforación encima de los collares de perforación.
- La longitud del collar necesaria para proporcionar el peso deseado en la broca se puede calcular de la siguiente manera:
Donde, WOB = peso deseado en la broca, lb SF = factor de seguridad (1.1-1.15), BF = factor de flotabilidad, Wc = peso del collar de perforación en el aire, lb / ft I = ángulo máximo del pozo en BHA, grados
- Este método no tiene en cuenta las fuerzas hidráulicas que actúan en el extremo inferior de los collares de perforación y en las áreas de los hombros entre los collares de perforación y la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) o las tuberías de perforación .
- Debe comprender que la longitud de los collares de perforación calculada por la ecuación anterior no es suficiente para proporcionar todo el peso deseado en la broca y, por lo tanto, el resto del peso lo proporcionará la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) o las tuberías de perforación. . encima de los collares de perforación .
Pandeo de la tubería de perforación
El pandeo de la tubería de perforación es un problema que debe evitarse en todo momento. La tubería de perforación de peso pesado (HWDP) o el pandeo de la tubería de perforación inducen tensiones en la tubería que causarán fatiga prematura y fallas en la tubería.
El punto neutro de pandeo de la sarta de perforación
Lubinski definió el punto neutro de pandeo como el punto en la sarta del collar de perforación debajo del cual la tubería se pandea (bajo compresión) o tendrá tendencia a pandearse, y por encima (también bajo compresión) donde no ocurrirá pandeo. El punto neutro de pandeo se calcula mediante la siguiente ecuación,
Por encima de la ecuación establece que no se produce el pandeo por encima de los collares de perforación, siempre y cuando el peso sobre la barrena de perforación no exceda el peso impulsado del cuello de perforación .
El punto neutro de tensión axial de la sarta de perforación
En algunos casos, puede ser necesario calcular la tensión axial en la sarta de perforación o localizar el punto neutro de la tensión axial. Cuando se debe determinar la tensión axial, se deben considerar todas las fuerzas que actúan sobre el conjunto de perforación de fondo de pozo BHA, incluidas las fuerzas hidrostáticas .
Las fuerzas hidráulicas
son el resultado de la presión hidrostática del lodo y se calculan
multiplicando la presión hidrostática por el área de la sección
respectiva.
Esfuerzos axiales en tubería de perforación de peso pesado Cálculos de HWDP
Para determinar las tensiones axiales en el HWDP por encima de los collares de perforación, considere el diagrama de cuerpo libre
Perforación del conjunto del orificio inferior BHA aquí consiste
- Taladro Collares de longitud LC
- Tubería de perforación de peso pesado (HWDP) de longitud LH .
- La fuerza hidráulica que actúa sobre el área de la sección transversal entre el collar de perforación y la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) se indica mediante F1 .
- La fuerza hidráulica que actúa en la parte inferior de los collares de perforación se indica con F2 .
El peso en la broca de perforación WOB actúa sobre la formación, pero dado que para cada acción hay una reacción de igual magnitud , habrá una fuerza de reacción igual a la WOB que actúa hacia arriba en el extremo inferior de los collares de perforación. .
- Los pesos totales de la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) y los collares de perforación se indican mediante W 1 y W 2 respectivamente.
- La fuerza de tracción que actúa en el punto de corte en la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) se indica con F T .
- Ahora, para que el sistema esté en equilibrio estático, las fuerzas que actúan hacia arriba deben ser iguales a las fuerzas que actúan hacia abajo , o
Dónde
- W1 = LH WH
- W2 = LC WC
- F1 = P1 (A2-A1)
- F2 = P2 A2
Donde WH = peso en el aire de HWDP, lb / ft
WC = peso en el aire de los collares de perforación, lb / ft
LH = longitud de HWDP, ft
LC = longitud de los collares de perforación, ft
P1 = presión hidrostática en la parte superior de los collares de perforación, psi
P2 = presión hidrostática en la parte inferior de los collares de perforación, psi
A1 = área de la sección transversal de acero para HWDP, in2
A2 = área de la sección transversal de acero para los collares de perforación, in2
FT = fuerza de tracción, lb
Debe
tenerse en cuenta que se supone que FT es una fuerza. Si la magnitud de
FT es negativa, entonces es una fuerza de compresión.
Para determinar las tensiones axiales en los collares de perforación, considere el diagrama de cuerpo libre. Tenga en cuenta que en este caso no hay fuerza hidrostática que actúe en la parte superior de los collares de perforación porque no hay cambios en el diámetro (no hay área de hombro). Sumando las fuerzas da,
Cálculo del collar de perforación Método del área de presión Conclusión
- El número de collares de perforación calculado por el método del factor de flotabilidad no es suficiente para proporcionar todo el peso de la broca WOB. Parte del WOB será proporcionado por la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) o la tubería de perforación directamente encima de los collares de perforación . Por esta razón, la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) o la tubería de perforación por encima de los collares de perforación estarán comprimidas pero no dobladas. Es una práctica aceptable usar tubería de perforación de peso pesado (HWDP) o tubería de perforación en compresión siempre que no esté pandeada.
- El punto neutral de pandeo siempre está cerca de la parte superior de los collares de perforación . Los collares de perforación debajo del punto neutro tenderán a doblarse. Los collares de perforación y la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) por encima del punto neutral no se pandearán siempre que el peso real aplicado en la broca durante la perforación no exceda el WOB utilizado en los cálculos. Si el WOB real excede el WOB utilizado en los cálculos, entonces se debe aumentar el número de collares de perforación ; de lo contrario, la tubería de perforación de peso pesado (HWDP) o la tubería de perforación por encima de los collares de perforación se combará. Tubo de perforación de peso pesado (HWDP) o Drill Pipe nunca deben usarse en una condición doblada.
Método del área de presión para el cálculo del collar de perforación
El cálculo del peso del collar de perforación | El método de área de presión tiene en cuenta todas las fuerzas que actúan sobre el conjunto de perforación de fondo del pozo BHA, incluidas las fuerzas hidráulicas. Considere el diagrama de cuerpo libre en la Figura anterior. Un equilibrio de fuerzas cede,
La longitud del cuello de perforación requiere para proporcionar el peso en la perforación de bits WOB es,
Cálculos de peso de los collares de perforación | Método del factor de flotabilidad versus método del área de presión
 |
Comparación entre el método del factor de flotabilidad y el método del área de presión para los cálculos de peso del collar de perforación .
- Puede verse que la longitud del collar de perforación calculada por el método del área de presión es casi el doble de la calculada por el método del factor de flotabilidad y, por lo tanto, es suficiente para proporcionar todo el peso en la broca de perforación WOB.
- Por esta razón, en el método de área de presión solo el collar de perforación
- están en compresión mientras el tubo de perforación pesado HWDP está en tensión.
- El punto neutro de pandeo es el mismo en ambos casos.
- Cualquiera de los dos métodos se puede utilizar para calcular la longitud del collar de perforación
Sin embargo, el método del área de presión tiene las siguientes desventajas:
- Requiere más collar de perforación para mantener el tubo de perforación pesado HWDP o los tubos de perforación en tensión. Esto no tiene ningún propósito útil porque si la tubería por encima del punto neutro de pandeo está en tensión o compresión es irrelevante para el daño por fatiga, si la tubería no está pandeada.
- La necesidad de adquirir, transportar, mantener, inspeccionar y manipular el collar de perforación adicional aumenta el costo de la operación de perforación.
- Agregar más collares de perforación reduce la sobrecarga disponible.
- Agregar más collares de perforación aumenta el peso de la sarta de perforación y la tensión de tracción en las tuberías de perforación en todas las profundidades. El aumento de la tensión aumentará la tasa de ataque de fatiga y reducirá la vida útil de los tubos de perforación .
CÁLCULOS DEL PESO DE LOS COLLARES DE TALADRO - MÉTODO DEL ÁREA DE PRESIÓN
Método del área de presión
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| El método del área de presión |
El método de área de presión tiene en cuenta todas las fuerzas que actúan sobre el conjunto de perforación de fondo del pozo BHA, incluidas las fuerzas hidráulicas. Considere el diagrama de cuerpo libre en la Figura anterior. Un equilibrio de fuerzas cede,
