1. Introducción y Principio Básico
Cuando una sarta de tubería (ya sea de perforación, revestimiento o producción) se atrapa en el pozo por cualquier razón, una de las primeras acciones operativas es determinar la profundidad exacta hasta la cual la tubería está libre. Este procedimiento se conoce como cálculo del punto libre (stuck pipe free point calculation).
En el caso de tuberías de producción (tubing), es muy común que se atrapen en el empacador (packer) debido a incrustaciones (scale) o a la acumulación de sólidos en el espacio anular entre el tubing y el casing.
Estiramiento de la Tubería (Stretch)
Toda tubería de acero posee comportamiento elástico. Al aplicar una fuerza de tensión (sobretensión o overpull), la tubería se alarga proporcionalmente.
Este comportamiento se rige por el Módulo de Elasticidad del acero, el cual es constante para prácticamente todos los grados de acero y equivale aproximadamente a 30.000.000 lb/plg^2 (30 x10^6 psi) .
Midiendo la cantidad de estiramiento (stretch) en superficie producido por una fuerza de tensión determinada, se puede calcular mecánicamente la profundidad del punto libre utilizando fórmulas o tablas de datos estándar.
2. Procedimiento de Campo para Medir el Estiramiento
Dado que los pozos no son perfectamente rectos, la fricción entre la tubería y las paredes del pozo genera imprecisiones en las lecturas de superficie. Para minimizar el error por fricción y obtener una medición precisa del estiramiento real, se debe seguir una técnica de trabajo de la sarta:
Paso Previo
Trabajar la tubería tensionándola un 10% - 15% por encima del peso suspendido de la sarta y luego aflojándola en la misma proporción para reducir la fricción acumulada.
Procedimiento de Marcado en Superficie
Punto "a": Aplicar una tensión igual al peso en el aire de la sarta (carga en el gancho/top drive antes de atraparse). Marcar este nivel en la tubería como el punto "a".
Punto "b": Aplicar un incremento de tensión seguro (dentro de los límites operativos) y luego aflojar la tensión de vuelta hasta el peso inicial del gancho. Marcar este punto como "b". El punto "b" quedará por debajo del punto "a" debido al efecto de la fricción del pozo.
Punto "c": Aplicar la tensión máxima de prueba predeterminada (dentro del límite de trabajo seguro de la sarta). Marcar este nivel como el punto "c".
Punto "d": Incrementar ligeramente la tensión en la misma cantidad usada en los pasos anteriores y aflojarla nuevamente hasta la tensión usada en el punto "c". Marcar este nivel como el punto "d".
Cálculo del Estiramiento Real ($e$):
Calcular el punto medio entre las marcas a y b.
Calcular el punto medio entre las marcas c y d.
La distancia medida entre ambos puntos medios es el estiramiento real en pulgadas ($e$).
3. Fórmulas de Cálculo
Para determinar la longitud de tubería libre ($L$), se utiliza la siguiente relación matemática:
Donde:
e: Estiramiento medido en la tubería (en pulgadas).
ΔP: Sobretensión o fuerza de tracción aplicada (Pull) en libras (lb).
K: Constante de la tubería, la cual depende de su peso nominal por pie (W).
Cálculo de la constante K:
(Donde W es el peso nominal de la tubería en lb/ft).
4. Factores de Consideración y Limitaciones
Precisión: Este método empírico de estimación no es $100\%$ exacto debido a variables impredecibles como fricción excesiva del hoyo, patas de perro (doglegs), inclinación del pozo y desgaste de la tubería.
Diagnóstico: A pesar de las limitaciones de precisión, la estimación suele ser muy útil para identificar la causa del atrapamiento (por ejemplo, key seats, pega por presión diferencial en hoyo abierto, o colapso/fugas de tubería en pozos productores).
Grado del Acero: El grado del acero (ej. J-55, N-80, P-110, S-135) no altera la cantidad de estiramiento, ya que el Módulo de Elasticidad es esencialmente idéntico para todos los aceros estructurales.
Flotabilidad (Buoyancy): Mientras la tubería se encuentra atrapada, las fuerzas de flotabilidad no afectan el cálculo del estiramiento. Sin embargo, en el momento en que la tubería queda libre, las fuerzas de flotabilidad vuelven a actuar sobre la sarta y deben ser consideradas para el control de pesos.
5. Ejemplo Práctico Resuelto
Enunciado:
Se tienen 13.000 pies de revestidor (casing) de 23 lb/pie atrapados cerca del fondo del pozo. Se aplica una sobretensión (ΔP) de 55.000 lbs, lo que produce un estiramiento medido de 42 pulgadas. ¿A qué profundidad se encuentra el punto libre?
Solución:
Cálculo de la constante $K$:
K = 1.4 / 23 lb/pie = 0.06087Datos:
ΔP = 55.000 lbs
e = 42 pulgadas
Cálculo de la longitud libre (L):
L = (1.000.000 x 42) / (0,06087 x 55000)L = (42.00.000)/ (3.347,85) = 12.545 pies
Resultado: El punto libre de la tubería se encuentra aproximadamente a los 12.550 pies de profundidad.
.
Herramienta Indicadora de Punto Libre (Free Point Indicator Tool - FPI):
1. Introducción a la Herramienta Indicadora de Punto Libre (FPI)
Las compañías de servicios de guaya eléctrica (electric wireline) bajan instrumentos electromecánicos dentro de la tubería de perforación (drill pipe) o de producción (tubing) que se encuentra atrapada. Estos equipos permiten determinar con gran precisión el punto exacto donde la tubería está pegada (stuck point).
La Herramienta Indicadora de Punto Libre (Free Point Indicator - FPI) es un dispositivo electrónico de alta sensibilidad diseñado para medir dos variables fundamentales en la sarta:
El estiramiento o tensión (stretch).
El movimiento de torsión (torque).
Esta información se transmite en tiempo real a través del cable conductor eléctrico hacia un panel de control en superficie, donde el operador de guaya interpreta los datos para determinar la zona libre.
2. Mecanismo y Funcionamiento de la Herramienta FPI
Componentes Principales
El instrumento básico del Free Point Indicator consta de:
Un mandril central que contiene un sensor de deformación o microcelda (strain gauge / microcell).
Un conjunto de resortes de fricción (friction springs), bloques de fricción (friction blocks) o imanes (magnets) ubicados en la parte superior e inferior de la herramienta. Estos elementos anclan y sostienen firmemente el dispositivo dentro de la tubería mientras se realiza la prueba.
Principio de Operación
Medición en Tubería Libre: Cuando se aplica tensión o torsión desde la superficie, la parte de la tubería que se encuentra por encima del punto de atrapamiento se estira o se tuerce. Este movimiento físico provoca un cambio en la corriente eléctrica que pasa a través de la microcelda de la herramienta. Dichos cambios electromagnéticos son enviados a la superficie para ser registrados e interpretados por el operador.
Medición en Tubería Atrapada: Cuando la herramienta se posiciona dentro de la sección de tubería que está atrapada, no se produce ningún movimiento (ni estiramiento ni torsión), por lo que la señal eléctrica no cambia. En consecuencia, los indicadores en el panel de superficie no muestran variación en su lectura, confirmando que la herramienta se encuentra por debajo del punto libre.
3. Combinación de Herramientas y Eficiencia Operativa
Los indicadores de punto libre rara vez se corren de forma aislada. Es muy común combinarlos con:
Localizadores de cuellos o acoples (Collar Locators / CCL).
Cargas explosivas de desenrosque (String shots / Back-off).
Cortadores químicos (Chemical cutters).
Cortadores de chorro de impacto / Jet cutters (así como cortadores mecánicos).
Ventajas de las carreras combinadas:
Ahorro de tiempo rig: Se reduce significativamente el costoso tiempo de taladro (rig time) al realizar la medición y el corte/desenrosque en una sola bajada.
Mayor precisión: Permite mantener una secuencia de profundidad continua con la misma guaya eléctrica, lo que disminuye enormemente el riesgo de cometer errores de profundidad en las operaciones de corte o desenrosque (back-off).
4. Buenas Prácticas Operativas en el Pozo
Dado que las operaciones de pesca (fishing operations) suelen comenzar inmediatamente después de que la tubería se ha cortado o desenroscado una vez hallado el punto libre, se recomienda como buena práctica operativa:
Presencia del Especialista: El supervisor o representante de las herramientas de pesca (fishing tool supervisor) debe estar presente en el taladro/localización durante toda la operación de indicación de punto libre, desenrosque o corte.
Optimización en Sitio: Al estar presente durante las pruebas de estiramiento y separación, el especialista en pesca puede observar el comportamiento en tiempo real y aportar sugerencias técnicas oportunas que mejoren la efectividad de la posterior operación de rescate o pesca de la sarta.
MAS INFORMACIÓN EN EL SIGUIENTE ARTICULO
Free Point Calculation For Stuck Pipe
Table of Contents
- Drill Pipe or Tubing Stretch
- Procedures for Determining Free Point in Stuck Pipe
- Free Point Calculation For Stuck Pipe Review
- Example
Free Point Indicator Tool Procedure In Stuck Pipe
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