Cálculos del Margen de Sobretensión (MOP) en Perforación

El Margen de Sobretensión (Margin of Overpull, MOP) se define en perforación como la diferencia entre la carga de tensión máxima permitida de la sarta de perforación y el peso actual de la misma (peso en el gancho).

En términos sencillos, es la capacidad de tracción adicional "de reserva" que tiene el perforador antes de alcanzar el límite elástico de la tubería. Es crucial conocer este valor en caso de que la tubería se atasque (stuck pipe), para saber cuánto se puede tirar de ella sin causar una falla mecánica o ruptura.

1. Definiciones y Conceptos Clave

Margen de Sobretensión (MOP)

Es la tensión adicional que se puede aplicar de forma segura al tirar de una sarta de perforación atascada para evitar romperla.

Carga de Tensión Permitida ($T_a$)

Es la carga máxima que se permite aplicar a la sección más débil de la tubería. Generalmente, no se utiliza el 100% de la resistencia a la fluencia (Yield Strength) por seguridad; lo común es utilizar un factor de diseño (usualmente el 80% o 90%).

Carga en el Gancho ($T_h$)

Es el peso total de la sarta de perforación sumergida en el fluido de perforación (lodo). Se calcula multiplicando el peso de la sarta en el aire por el factor de flotación.

---

2. Fórmulas de Cálculo

La fórmula básica para el Margen de Sobretensión es:

$$MOP=T_a-T_h$$

Donde:

• $MOP$: Margen de sobretensión (lb).

• $T_a$: Tensión máxima permitida (lb). Se calcula como:

  $$T_a=\text{Resistencia a la Fluencia}\times \text{Factor de Seguridad (ej. 0.8)}$$

• $T_h$: Carga en el gancho o peso boyante (lb).

Cálculo de la Carga en el Gancho ($T_h$)

Para obtener $T_h$, primero debemos calcular el peso de la sarta en el aire y luego aplicar el Factor de Flotación ($BF$):

1. Factor de Flotación ($BF$):

   $$BF=\frac{65.5-MW}{65.5}$$

   (Donde $MW$ es el peso del lodo en ppg).

2. Peso de la sarta en el aire ($W_{string}$):

   $$W_{string}=(L_{dp}\times W_{dp})+(L_{dc}\times W_{dc})+(L_{hwdp}\times W_{hwdp})+W_{bha}$$

   • $L$ = Longitud.

   • $W$ = Peso por pie de los componentes (Tubería de perforación $dp$, Collares de perforación $dc$, Tubería de pared pesada $hwdp$, y componentes del ensamblaje de fondo $bha$).

3. $T_h$ Final:

   $$T_h=W_{string}\times BF$$

---

3. Procedimiento de Cálculo Paso a Paso

Para determinar el MOP real durante las operaciones:

1. Identificar el componente más débil: Generalmente es la tubería de perforación de menor grado o menor peso que se encuentra en la parte superior de la sarta (donde la tensión es mayor).

2. Obtener la Resistencia a la Fluencia (Yield Strength): Consulte las tablas de API para el grado (E, X, G, S) y la clase de la tubería (Nueva, Premium, Clase 2).

3. Aplicar el factor de diseño: Multiplique la resistencia por 0.8 (u otro factor según la política de la empresa) para obtener la tensión permitida ($T_a$).

4. Calcular el peso boyante actual ($T_h$): Use el peso registrado en el indicador de peso del equipo (pick-up weight) o calcúlelo con las fórmulas anteriores.

5. Restar los valores: La diferencia es su margen de maniobra.

---

4. Ejemplo Práctico

Datos de la sarta:

• Tubería de perforación (DP): 8,000 pies, 19.5 lb/ft, Grado G (Resistencia a la fluencia = 436,000 lb).

• Drill Collars (DC): 900 pies, 150 lb/ft.

• Peso del lodo ($MW$): 9.2 ppg.

• Factor de seguridad requerido: 90% (0.9).

Cálculos:

1. Tensión Permitida ($T_a$): $T_a=436,000\text{ lb}\times 0.9=392,400\text{ lb}$

2. Factor de Flotación ($BF$): $BF=(65.5-9.2)/65.5=0.8595$

3. Peso de la sarta en aire: $(8,000\times 19.5)+(900\times 150)=156,000+135,000=291,000\text{ lb}$

4. Carga en el gancho ($T_h$): $T_h=291,000\text{ lb}\times 0.8595=250,114\text{ lb}$

5. Margen de Sobretensión ($MOP$): $MOP=392,400-250,114=142,286\text{ lb}$

---

 

5. Importancia en el Diseño de la Sarta

Al diseñar un pozo, el ingeniero debe asegurarse de que el MOP sea suficiente para las condiciones esperadas.

• MOP típico: Se suele diseñar para tener entre 50,000 lb y 150,000 lb de sobretensión disponible.

• Pozos profundos o direccionados: El arrastre (drag) reduce el MOP efectivo, por lo que se requiere una tubería de mayor grado en las secciones superiores para mantener un margen seguro.

• Factor de Seguridad ($SF$): También se puede expresar como una relación: $SF=T_a/T_h$.

 

6. Consideraciones Adicionales

• Tubería usada: Para tubería "Premium", la resistencia a la fluencia se reduce al 80% del valor de tubería nueva.

• Efecto de la Torsión: Si se aplica torque mientras se tira de la tubería, la resistencia a la tensión disminuye. Esto debe calcularse usando diagramas de carga combinada.

• Pozos Direccionales: En pozos de alto ángulo, el peso en el gancho no es simplemente el peso boyante debido a la fricción contra las paredes del pozo; en estos casos, es vital usar programas de Torque & Drag.

 Puedes Ingresar aca para acceder a un calculador en línea para el margen de overpull

https://oilfieldteam.com/en/calculators?category_id=20 

 

 

FUENTES

• Maximum Overpull In Drilling
  • Calculations Steps
• Margin Of Overpull In Drilling Calculations
• Example On How To Calculate Margin Of Overpull In Drilling
• Margin Of OverPull Calculator

.

SIGUENOS EN  INSTAGRAM : @PERFOBLOGGER