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ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

PERFORACION PETROLERA III

ESTABILIZADORES Y TIPOS DE BHA

DELGADO SEJAS CARLA

C2245 – 4

ORIHUELA CRIALES JORGE

A9786 – 1

VILLCA GOMEZ WILDE

C2322 - 1

Perforación Petrolera III

ESTABILIZADORES Y TIPOS DE BHA 1. INTRODUCCION Para la perforación de pozos ya sean verticales o direccionales requieren un diseño de la herramienta de fondo para controlar su dirección del pozo para cumplir el objetivo de llegar al reservorio. Es por eso que para controlar la dirección del pozo es por medio del posicionamiento de estabilizadores dentro del Bottom Hole Assembly (BHA). 2. MARCO TEORICO 2.1 Estabilizadores Estos tienen la función de centrar la tubería, mantener la dirección programada del pozo y estabilización del mismo evitando el pandeo de la toda la herramienta de perforación, estabilizan el trepano. Los estabilizadores describen un diámetro igual al diámetro del trepano. Pueden ser fabricadas con tres aletas soldadas o integrales.

De aletas largas recomendadas para formaciones blandas, con revestimiento de carburo de tungsteno e insertos de carburo de tungsteno. De aletas cortas recomendadas para formaciones duras, con revestimiento de carburo de tungsteno e insertos de carburo tungsteno.

Perforación Petrolera III

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Colocación de Estabilizadores El numero, tamaño y posición de los estabilizadores, es muchas veces determinado por las consideraciones direccionales. Sin embargo, también tienen un impacto en otros aspectos del diseño. 1. Durante la perforación rotativa en pozos verticales, la parte baja del BHA sufrirá de pandeo y será soportado por los lados del agujero. Los estabilizadores reducen el esfuerzo de conexión/incrementan la vida de fatiga, por medio de la restricción de libertad de movimiento lateral de la lastra barrena. 2. En caso de que el atrapamiento diferencial sea una preocupación, mas estabilizadores o estabilizadores mas grandes, incrementaran la posibilidad de quedarse atrapado. Al mismo tiempo y cuando el atrapamiento diferencial es una preocupación, la presencia de estabilizadores, puede reducir el riesgo, manteniendo las lastrabarrenas fuera de los lados del pozo. Tipo Recomendado de Estabilizadores El estabilizador integral con cuchillas es el tipo preferido de estabilizador. A pesar de que los estabilizadores integrales con cuchillas son generalmente preferidos, los estabilizadores con aletas soldadas pueden ser utilizadas para agujeros superficiales o conductores, dependiendo de la formación. Generalmente las formaciones blandas y en cualquiera de los casos, por encima del punto de desviación para pozos direccionales. Los estabilizadores reemplazables de manga solo se deben usar en áreas del mundo en donde la logística es un verdadero problema (consideraciones económicas). Su desventaja principal es que restringen la circulación de flujo en un agujero pequeño. La posición, tamaño (completa, por debajo o Estabilizador Medido Ajustable) y cantidad de estabilizadores en el ensamble de fondo, son determinados por los requerimientos de la perforación direccional. En la sección vertical su propósito es el de mantener el ángulo dedesviación lo mas bajo posible. El estabilizador cerca de la barrena puede ser reemplazado por un escariador de rodillos de tamaño complete, en caso de que se experimente torsión excesiva. No coloque un estabilizador en la transición desde las lastra barrenas hasta el HWDP. El uso de estabilizadores dentro de la tubería de revestimiento debe ser evitado lo mas posible (o ser limitado a un espacio de tiempo corto), Ej. Mientras se limpia el cemento. Tipos de Estabilizadores y Aplicaciones:  Camisa Reemplazable: valioso donde la logística es un problema.  Cuchilla soldada: para pozos de diámetro grande y en formaciones blandas.  Cuchilla Integral: durabilidad máxima para aplicaciones rudas, son los de mayor uso en la actualidad.  Camisa no rotaria: para formaciones muy duras o abrasivas.  Escariador de rodillos: para formaciones duras.

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Escariadores de Rodillos Los escariadores de rodillo pueden ser utilizados para la estabilización de la sarta de perforación, en donde sea difícil mantener la medición del agujero y en formaciones duras y profundas, en donde la torsión representa un problema. Los escariadores de rodillo no estabilizan tan bien como los estabilizadores integrales concuchillas. Se experimentan más caminatas, especialmente cuando un escariador de rodillos es usado cerca de la barrena. Utilizado con un ensamble de armado, muchas veces incrementan la velocidad de armado. El tipo de cortadores, dependerá del tipo de formación. El mismo cuerpo de escariador de rodillo puede ser utilizado para diferentes aplicaciones. Perforación Petrolera III

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Escariador de Rodillos Se emplean en la sarta de perforación para estabilizarla cuando es difícil de mantener el calibre del agujero en formaciones duras, profundas donde el Torque representa un problema. Los escariadores de rodillos no estabilizan tan bien como lo hacen lo estabilizadores integrales. Los pozos tienden a caminar más especialmente si se colocan muy cerca de la barrena. Si se utilizan con una sarta direccional generalmente contribuyen a aumentar la tasa de incremento de ángulo. El tipo de cortadores que emplean varía con el tipo de formación. Se puede utilizar el cuerpo del escariador para diferentes aplicaciones. Estabilizadores y Rodillos para el cable de perforación Los estabilizadores y rodillos en el cable de perforación ayudan a extender la vida útil del cable. Los estabilizadotes en el cable atenúan las vibraciones en la línea rápida. Los rodillos ayudan a evitar que el cable se cruce en el tambor y previene que el cable se apile a los lados del mismo. Los estabilizadores de caja son los superiores para el tambor del malacate. Los estabilizadores en la línea muerta reducen la vibración en la línea muerta cerca del ancla y la polea. Estabilizadores Ajustables

Existen muchos diseños de estabilizadores, dependiendo de su fabricación tenemos: Cuchillas Soldadas Son cuchillas soldadas al cuerpo, proceso que involucra precalentamiento y post calentamiento para minimizar fallas y/o desprendimientos de las cuchillas. No son recomendados para formaciones duras (riesgo de fatiga en las cuchillas), pero si para el caso de hoyos de gran diámetro donde la formación es suave, son los mas indicados, porque permiten usar tasas máximas de flujo. Por la forma de la cuchilla pueden ser: Cuchillas Rígidas Cuchillas Espirales

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Cuchillas Integradas Son fabricados de una sola pieza de material laminado y mecanizado. El borde puede ser redondeado a la pared para reducir el daño en las paredes del hoyo y proporcionar una mayor área de contacto en formaciones blandas Pueden tener tres o cuatro cuchillas. Normalmente son fabricados de insertos de carburo de tungsteno y son utilizados para formaciones duras Camisa Tipo Estabilizador Son elementos roscados y podemos hallarlos de: 2 piezas (mandril y camisa) El torque de la camisa es bajo y no posee presión en los sellos. Esto es conveniente por el fácil cambio de camisa. Este diseño de estabilizador es ampliamente utilizado en la actualidad. 3 piezas (mandril, camisa y saver sub*) Para este caso hay un sello de presión de lodo entre el mandril y el saver sub. Merece un cuidado especial para su uso, lo que dificulta el tiempo de cambio y servicio de la camisa, razón por la cual este tipo de estabilizar ya no es tan utilizado. Estabilizador Ajustable Tiene dos posiciones: abierto y cerrado. Se abre aplicando una determinada cantidad de peso y se activa un mecanismo hidráulico que mantiene las cuchillas en posición, se cierra apagando las bombas antes de sacar el ensamblaje del Pozo. Roller Reamer (RR). Están diseñados para mantener el calibre del agujero, reducir el torque y estabilizar la Sarta de Perforación. Se utilizan por lo general en formaciones abrasivas. Hay RR que se usan para la sarta y cerca de la broca (near bit) que ayudan a prolongar el uso de la broca y algunas veces usados en lugar de estabilizadores cercano a la broca. Los RR ayudan a rimar ojos de llave, patas de perro y cavernas. Underreamer. Comúnmente usados para barrer o eliminar canales, y para abrir huecos direccionales pilotos, abriendo el hueco para una sarta de tubería de revestimiento después de una restricción del BOP. Esta herramienta es abierta hidráulicamente. Consta de varios tipos de cortadores para las formaciones. Es aconsejable usar un bull-nose debajo del underreamer cuando se abre un hueco direccional piloto en formaciones suaves lo que elimina la posibilidad de generar una ventana lateral (sidetrack) accidentalmente.

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String Reamer. Está diseñado para incrementar el diámetro de cualquier ojo de llave que se este atravesando. Las aletas son rectas o cónicas (tapered.) El diámetro externo de las aletas varía, pero nunca es más grande que el diámetro de la broca. Herramientas De Nueva Generación LoTORQ El sistema de reducción de fricción (torque y arrastre) LoTORQ es completamente mecánico y funciona de manera independiente de los fluidos de perforación y completación. Este sistema único que utiliza rodillos bidireccionales, ha sido comprobado en los pozos más difíciles en el mundo. Los rodillos bidireccionales reducen el torque y el arrastre, están en contacto con la tubería interna, y pueden lograr factores de fricción excepcionalmente bajos, con coeficientes rotativos en cemento tan bajos como 0.04. Los rodillos con un perfil más alto para hacer contacto con la pared externa del agujero, han reducido los factores de fricción axial en el 60 por ciento de manera rutinaria. La mayoría de las herramientas LoTORQ han sido utilizadas en pozos de alcance extendido para reciprocar y rotar tuberías de revestimiento. El sistema de reducción de fricción mecánica LoTORQ ahora hace posible la rotación de tubería que alguna vez se limitó por torsión, proporcionando la capa protectora de cemento óptima. El LoTORQ alcanza su máximo desempeño cuando: Se corren Revestidores, Liners, Mallas, Liner Ranurados, en pozos horizontales o de alcance extendido (ERW.) Liners largos (más de 800 ft) y que serán rotados durante la cementación. Beneficios: Mejora la cementación permitiendo al cemento colocarse de forma uniforme. Efectividad probada en pozos de largo alcance LoDRAG El sistema LoDRAG es un centralizador y además un sistema completo de reducción de fricción mecánica, que funciona de manera independiente de la resistencia o lubricidad de la película de lodo de perforación/completación. El área de contacto reducida de los rodillos con las paredes de la tubería de revestimiento o del agujero, funciona de manera excepcional bajo condiciones de subpresión cuando el riesgo de atascamiento diferencial sea alto. Las herramientas LoDRAG han sido utilizadas principalmente para correr mallas de control de arena en yacimientos de arenisca no consolidada. Utilizar herramientas LoDRAG en estos yacimientos puede reducir el arrastre axial hasta el 60 por ciento. Las herramientas LoDRAG pueden reducir la fricción axial en hoyos entubados en porcentajes similares. Las herramientas LoDRAG logran un desempeño óptimo cuando: Se usa tubería de revestimiento y mallas en pozos horizontales y de alcance extendido. Se requiere una reducción en el arrastre axial para un agujero entubado y/o abierto Beneficios: Efectividad comprobada permite tecnología de pozos extrema LoTAD

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LoTAD El sistema LoTAD que es más que una herramienta de perforación para reducir torsión y arrastre. Es un sistema completo para reducir fricción mecánica que funciona independientemente del lodo de perforación/completación. El análisis ha mostrado que el área de contacto reducida de los rodillos con la pared del agujero funciona de manera excepcional en condiciones subpresurizadas donde el riesgo de atascamiento diferencial sea alto. Las herramientas LoTAD han sido utilizadas en pozos de alcance extendido para reducir el torque, arrastre, desgaste de la tubería de revestimiento, desgaste de Tool Joints y atascamiento diferencial, al mismo tiempo que se mejoran el control direccional, las tasas de penetración (ROP) y la limpieza del agujero. La herramienta LoTAD alcanza su mejor desempeño en las siguientes condiciones: La reducción del torque y arrastre son un problema. Donde las condiciones de HSE y/o de costos prohíban la utilización de lodos a base de aceite. Formaciones Subpresurizadas que puedan causar Pega Diferencial. El desgaste de la tubería de revestimiento o del Tool Joint son un problema. Donde la perforación en deslizamiento (Slide Drilling) requiera un desempeño optimo. Beneficios: Operación en agujero Abierto y Revestido Instalación y mantenimiento simples Conexiones establecidas en las normas API Estabilizadores estándares de aletas integrales Estabilizadores Turbo Back Estabilizadores no magnéticos Estabilizadores Aletas Rectas o Nor Track ESTABILIZADOR ESTANDAR

El fluido pasa a través del espiral maximizando el flujo en el área, lo cual evita la acumulación de solidos en fondo de pozo. Las aletas son cubiertas con carburo de tungsteno e insertos especiales de alta dureza. Los Estabilizadores Estándares de aletas integrales están diseñados con tres aletas cortadoras y están a disposición tanto en near-bit como en string. Los diseños estándares son de tipo espiral lo cual mejora el retorno de la circulación y evita la acumulación de sólidos en la sarta de perforación

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El estabilizador estándar de aleta integral está adaptado para el uso en formaciones suaves, pegajosas, duras o abrasivas. ESTABILIZADOR TURBO BACK (STABI LOW TORQUE) El Turbo Back es un estabilizador usado sobre el trepano para disminuir el torque sobre el BHA. . VENTAJA: Si el trepano esta bajo calibre (undergage) el estabilizador permanece calibrado (in gage) y muestra al perforador (driller) que es necesario cambiar de trepano. Adicionalmente proporciona mayor estabilidad al trepano y alarga la vida del mismo.

ESTABILIZADORES ALETAS RECTAS (NOR TRACK)

Las aletas rectas de estos estabilizadores mantienen constantemente centralizado al trepano. Estos estabilizadores son mayormente usados sobre el trepano para disminuir el troqué sobre el BHA y mantener la estabilidad del agujero. Las aletas rectas cuentan, también con el recubrimiento de insertos de carburo de tungsteno, el cual garantiza su dureza y uniformidad. ESTABILIZADORES NO MAGNETICOS

Este tipo de estabilizadores es creado de materiales tales como cromo, manganeso y acero inoxidable, cuentan con propiedades mecánicas como resistencia a la tensión, buen rendimiento y dureza. Su principal característica es la permeabilidad magnética, cuenta con un máximo de 1.01 y un promedio de 1.005. Perforación Petrolera III

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Tiene un recubrimiento de insertos de carburo de tungsteno los cuales se encuentran distribuidos de manera uniforme, ideal para formaciones abrasivas y en pozos direccionales.

2.2 Diferentes tipos de BHA Los BHA se usan para perforar secciones tangentes, cuando la tendencia de la formación es predecible para construir o tumbar ángulo respondiendo a cambios en el WOB. El diseño del BHA está en función de los cambios de parámetros de operación o tendencias de formaciones, diámetro de los estabilizadores, ángulo del pozo, ángulo del motor de fondo y las distancias de los estabilizadores. Modelo de equilibrio: también llamada modelo de “viga” estática en donde todos los momentos y fuerzas en el hueco y el BHA están en equilibrio (Lubinski). No consideran efectos de rotación, se deriva un valor por ensayo y error llamado (Formation Index) que interactúa con el BHA y la formación.

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Principios básicos del control direccional en perforación:  Principio de Fulcrum: se usa para construir el ángulo (incrementar la inclinación del agujero).  Principio de Estabilización: se usa para mantener el ángulo y la dirección.  Principio de Péndulo: se usa para hacer reducir el ángulo. Principio de Fulcrum.Es un ensamblaje con un estabilizador cercano a la barrena y de pleno calibre, seguido por 40 – 120ft. de drill collar antes del primer estabilizador de sarta, o aún sin estabilizador de sarta, va a desarrollar un ángulo cuando se aplica el peso sobre la barrena. Distancia NBS – Estabilizador de Sarta 60ft 45ft 30ft

Desviación en (grados/100ft) 1.5 – 2.5 0.5 – 1.5 0.5 – 1.0

grados

esperada

“En pozos de diámetros más pequeños utilizando drill collar más pequeños la tasa de incremento angular será mayor” Factores que afectan la tasa de construcción de ángulo:  Parámetros de Perforación: un incremento en el peso sobre el trepano incrementará la velocidad de construcción angular, incremento en la velocidad de rotación reducirá la tasa de aumento del ángulo, aumento en el caudal en la bomba en formaciones blandas disminuirá la tasa de construcción angular debido a la tendencia al lavado por erosión.  Tipo de formación y el ángulo del echado de los estratos.  Inclinación del pozo. Principio de Estabilización.Si hay tres estabilizadores colocados en la sarta de tal forma que el espaciamiento entre ellos sea corto, la herramienta de fondo va a resistirse a seguir una curva y forzará el trepano a perforar en una trayectoria relativamente recta. Las herramientas de fondo con este tipo de configuración se llaman “Ensambles Empacados”

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Arreglos de perforación.Arreglo pendular.-

TP (Tubo de perforación) xBP (x Barras pesadas) nPM (n Portamechas) Est. (Estabilizador)

A los arreglos se los nombra de abajo hacia arriba.

2PM (Portamechas)

TRP (Trepano)

TRP + 2PM + Est. + nPM + xBP + TP

Arreglo empacado.-

TP (Tubo de perforación) xBP (x Barras pesadas) nPM (n Portamechas) Est. (Estabilizador) PM (Portamechas) Est. (Estabilizador) PM (Portamechas) Est. (Estabilizador) TRP (Trepano)

TRP + Est. + PM + Est. + PM + Est. + nPM + xBP + TP

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A los arreglos se los nombra de abajo hacia arriba.

Perforación Petrolera III

Arreglo pendular empacado.TP (Tubo de perforación) xBP (x Barras pesadas) nPM (n Portamechas) Est. (Estabilizador) PM (Portamechas) Est. (Estabilizador) PM (Portamechas) Est. (Estabilizador) 2PM (Portamechas) TRP (Trepano)

TRP + 2PM + Est. + PM + Est. + PM + Est. + nPM + xBP + TP

Principio de Péndulo.Como su nombre lo indica en un ensamble de péndulo el trepano va a tratar de llegar a la vertical debido al efecto de péndulo. Este ensamble se diseña colocando un Estabilizador se sarta entre 15 y 60ft distante del trepano y no colocando un NBS ni de pleno calibre ni calibre reducido. Si los drill collar entre el estabilizador y la barrena hacen contacto con la pared del pozo la longitud del péndulo se va a reducir y si se coloca demasiado peso sobre la barrena el ensamble de péndulo de hecho podría empezar a construir ángulo, por lo tanto, se requiere de una selección cuidadosa de parámetros.

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Distancia entre estabilizadores Los estabilizadores situados entre la barrena piloto y el ensanchador mantienen la inclinación del pozo. Los estabilizadores superiores, ubicados dentro de la tubería de revestimiento, reducen las vibraciones del BHA y protegen el Drill Lock Assembly (DLA), lo que provee una conexión de tipo axial y torsional con la tubería de revestimiento (derecha). Los Estabilizadores Estándares de aletas integrales están diseñados con tres aletas cortadoras y están a disposición tanto en near-bit como en string. Los diseños estándares son de tipo espiral lo cual mejora el retorno de la circulación y evita la acumulación de sólidos en la sarta de perforación Si el trepano esta bajo calibre (undergage) el estabilizador permanece calibrado (in gage) y muestra al perforador (driller) que es necesario cambiar de trepano. Adicionalmente proporciona mayor trepano y alarga la vida del mismo.

estabilidad

al

¿En una formación entra mayor numero de estabilizadores que en una formación blanda? ¿Por qué? Colocación de Estabilizadores El numero, tamaño y posición de los estabilizadores, es muchas veces determinado por las consideraciones direccionales. Sin embargo, también tienen un impacto en otros aspectos del diseño. 1. Durante la perforación rotativa en pozos verticales, la parte baja del BHA sufrirá de pandeo y será soportado por los lados del agujero. Los estabilizadores reducen el esfuerzo de conexión/incrementan la vida de fatiga, por medio de la restricción de libertad de movimiento lateral de la lastra barrena. 2. En caso de que el atrapamiento diferencial sea una preocupación, mas estabilizadores o estabilizadores mas grandes, incrementaran la posibilidad de quedarse atrapado. Al mismo tiempo y cuando el atrapamiento diferencial es una preocupación, la presencia de estabilizadores, puede reducir el riesgo, manteniendo las lastrabarrenas fuera de los lados del pozo. Tipo Recomendado de Estabilizadores El estabilizador integral con cuchillas es el tipo preferido de estabilizador. A pesar de que los estabilizadores integrales con cuchillas son generalmente preferidos, los estabilizadores con aletas soldadas pueden ser utilizadas para agujeros superficiales o conductores, dependiendo de la formación. Generalmente las formaciones blandas y en cualquiera de los casos, por encima del punto de desviación para pozos direccionales. Perforación Petrolera III

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Los estabilizadores reemplazables de manga solo se deben usar en áreas del mundo en donde la logística es un verdadero problema (consideraciones económicas). Su desventaja principal es que restringen la circulación de flujo en un agujero pequeño. La posición, tamaño (completa, por debajo o Estabilizador Medido Ajustable) y cantidad de estabilizadores en el ensamble de fondo, son determinados por los requerimientos de la perforación direccional. En la sección vertical su propósito es el de mantener el ángulo dedesviación lo mas bajo posible. El estabilizador cerca de la barrena puede ser reemplazado por un escariador de rodillos de tamaño complete, en caso de que se experimente torsión excesiva. No coloque un estabilizador en la transición desde las lastra barrenas hasta el HWDP. El uso de estabilizadores dentro de la tubería de revestimiento debe ser evitado lo mas posible (o ser limitado a un espacio de tiempo corto), Ej. Mientras se limpia el cemento. 3. BIBLIOGRAFIA -Perforación Direccional; Sperry –Sun. -Diseño de tuberías de perforación. -Curso básico de perforación; Weatherford. -Elaboración de mapa de riesgo de los pozos horizontales perforados desde el ano 2006-2007 en el campo Fanny del Bloque Tarapoa para el mejoramiento de los ensamblajes de fondo de la sección intermedia de 12 1/4”; Herminda Reina Mónica Isabel (tesis). -Herramientas reductoras de Torque y Arrastre de nueva Generación en Perforación Direccional, Sistema LoTAD, y su aplicación en el campo Sacha de Petroproducción; Christian Jacobo Quispe Camacho, Guillermo Santiago Remache Oyaque (tesis). -Sartas de Perforación; Schlumbeger (PEMEX). -Informe Nº 1 “Ingeniería De Perforación”; Msc. Alfonso.Cruz R (Tecana American University). -Drilling School; Schulmberger. -Far Sur (Servicios Petroleros Ltda). -Weatherford.

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