Una sarta de perforación en una plataforma de perforación es una columna o cadena de tubos de perforación que transmite fluido de perforación (a través de las bombas de lodo ) y torque (a través del impulsor Kelly o el impulsor superior ) a la broca de perforación . El término se aplica vagamente al conjunto ensamblado del grupo de contrabandistas, portametas , herramientas y broca de perforación. La sarta de perforación es hueca para que el fluido de perforación pueda bombearse a través de ella y circular de regreso hacia arriba por el espacio anular (el vacío entre la sarta de perforación y la tubería de revestimiento/pozo abierto).
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La sarta de perforación normalmente se compone de tres secciones:
El conjunto de fondo de pozo (BHA) está formado por: una broca , que se utiliza para romper las formaciones rocosas ; collares de perforación , que son tubos pesados de paredes gruesas que se utilizan para aplicar peso a la broca; y estabilizadores de perforación , que mantienen el conjunto centrado en el pozo. El BHA también puede contener otros componentes, como un motor de fondo de pozo y un sistema rotatorio direccional (RSS), herramientas de medición durante la perforación (MWD) y de registro durante la perforación (LWD). Los componentes se unen entre sí mediante conexiones roscadas resistentes. Se utilizan "subs" cortos para conectar elementos con roscas diferentes.
Se puede utilizar tubería de perforación de peso pesado (HWDP) para hacer la transición entre los portamechas y la tubería de perforación. La función de la HWDP es proporcionar una transición flexible entre los portamechas y la tubería de perforación. Esto ayuda a reducir la cantidad de fallas por fatiga que se observan directamente sobre el BHA. Un uso secundario de la HWDP es agregar peso adicional a la broca. La HWDP se utiliza con mayor frecuencia como peso en la broca en pozos desviados. La HWDP puede estar directamente sobre los portamechas en la sección en ángulo del pozo, o puede encontrarse antes del punto de inicio en una sección menos profunda del pozo.
La tubería de perforación constituye la mayor parte de la sarta de perforación hasta la superficie. Cada tubería de perforación consta de una sección tubular larga con un diámetro exterior específico (por ejemplo, 3 1/2 pulgadas, 4 pulgadas, 5 pulgadas, 5 1/2 pulgadas, 5 7/8 pulgadas, 6 5/8 pulgadas). En cada extremo de la tubería de perforación, se ubican porciones tubulares de mayor diámetro llamadas uniones de herramientas. Un extremo de la tubería de perforación tiene una conexión macho ("pasador") mientras que el otro tiene una conexión hembra ("caja"). Las conexiones de las uniones de herramientas están roscadas, lo que permite el acoplamiento de cada segmento de la tubería de perforación con el siguiente segmento.
La mayoría de los componentes de una sarta de perforación se fabrican en longitudes de 31 pies (rango 2), aunque también se pueden fabricar en longitudes de 46 pies (rango 3). Cada componente de 31 pies se denomina junta. Por lo general, se unen dos, tres o cuatro juntas para formar una columna. Las plataformas terrestres modernas son capaces de manejar columnas de aproximadamente 90 pies (a menudo denominadas triples).
El proceso de sacar la sarta de perforación del pozo o introducirla en él se denomina " tripping" . Normalmente, la tubería de perforación, el tubo de perforación de alta presión y los collarines se vuelven a colocar en soportes en la plataforma de perforación, que es un componente de la torre de perforación, si se van a volver a introducir en el pozo después de, por ejemplo, cambiar la broca. El punto de desconexión ("ruptura") se varía en cada viaje de ida y vuelta posterior, de modo que después de tres viajes se hayan roto todas las conexiones y luego se hayan vuelto a hacer con grasa para tuberías nueva aplicada.
Un atascamiento de la sarta de perforación puede deberse a muchas situaciones.
Una vez que el elemento tubular está atascado, existen muchas técnicas que se utilizan para extraer la tubería. Las herramientas y la experiencia normalmente las proporciona una empresa de servicios petrolíferos. Dos herramientas y técnicas populares son el martillo para yacimientos petrolíferos y el vibrador resonante de superficie . A continuación, se presenta una historia de estas herramientas junto con su funcionamiento.
El éxito mecánico de la perforación con herramientas de cable ha dependido en gran medida de un dispositivo llamado martillos perforadores, inventado por un perforador de pértigas de resorte, William Morris, en la época de los pozos de sal de la década de 1830. Poco se sabe sobre Morris, excepto por su invención y que indicó el condado de Kanawha (ahora en Virginia Occidental) como su dirección. Morris recibió una patente [1] para esta herramienta única en 1841 para la perforación de pozos artesianos. Más tarde, utilizando martillos perforadores, el sistema de herramientas de cable pudo satisfacer de manera eficiente las demandas de perforación de pozos de petróleo.
Los frascos fueron mejorados con el tiempo, especialmente a manos de los perforadores de petróleo, y alcanzaron el diseño más útil y funcional en la década de 1870, debido a otra patente recibida en 1868 por Edward Guillod de Titusville, Pensilvania, que abordaba el uso de acero en las superficies de los frascos que estaban sujetas al mayor desgaste. [2] Muchos años después, en la década de 1930, se fabricaron frascos de aleación de acero muy resistentes.
Un conjunto de tijeretas constaba de dos eslabones entrelazados que podían telescopiarse. En 1880 tenían un juego de aproximadamente 13 pulgadas, de modo que el eslabón superior podía levantarse 13 pulgadas antes de que se acoplara el eslabón inferior. Este acoplamiento se producía cuando se juntaban las crucetas. Hoy en día, hay dos tipos principales, tijeretas hidráulicas y mecánicas. Si bien sus respectivos diseños son bastante diferentes, su funcionamiento es similar. La energía se almacena en la columna de perforación y la tijereta la libera repentinamente cuando se dispara. Las tijeretas pueden diseñarse para golpear hacia arriba, hacia abajo o ambos. En el caso de golpear hacia arriba por encima de un conjunto de fondo de pozo atascado, el perforador tira lentamente hacia arriba de la columna de perforación, pero el BHA no se mueve. Dado que la parte superior de la columna de perforación se está moviendo hacia arriba, esto significa que la columna de perforación en sí se está estirando y almacenando energía. Cuando las tijeretas alcanzan su punto de disparo, de repente permiten que una sección de la tijereta se mueva axialmente en relación con una segunda, siendo tirada hacia arriba rápidamente de la misma manera que se mueve un extremo de un resorte estirado cuando se suelta. Después de unos centímetros de movimiento, esta sección móvil choca contra un hombro de acero, lo que le imparte una carga de impacto.
Además de las versiones mecánicas e hidráulicas, los martillos se clasifican como martillos de perforación o martillos de pesca. El funcionamiento de los dos tipos es similar y ambos producen aproximadamente el mismo golpe de impacto, pero el martillo de perforación está construido de tal manera que puede soportar mejor la carga rotatoria y vibratoria asociada con la perforación. Los martillos están diseñados para restablecerse mediante una simple manipulación de la sarta y son capaces de funcionar o dispararse repetidamente antes de ser recuperados del pozo. La eficacia del martillo se determina por la rapidez con la que se puede impactar el peso en los martillos. Cuando se golpea sin un compuesto o acelerador, se confía únicamente en el estiramiento de la tubería para levantar los collares de perforación hacia arriba después de que el martillo se libera para crear el impacto ascendente en el martillo. Este movimiento ascendente acelerado a menudo se reducirá por la fricción de la sarta de trabajo a lo largo de los lados del pozo, lo que reduce la velocidad del movimiento ascendente de los collares de perforación que impactan en el martillo. A poca profundidad, el impacto del martillo no se logra debido a la falta de estiramiento de la tubería en la sarta de trabajo.
Cuando el estiramiento de la tubería por sí solo no puede proporcionar suficiente energía para liberar un pez, se utilizan mezcladores o aceleradores. Los mezcladores o aceleradores se activan cuando se tira demasiado de la cuerda de trabajo y se comprime un fluido comprimible a lo largo de unos pocos pies de distancia de recorrido y, al mismo tiempo, se activa el timón de pesca. Cuando el timón de pesca libera la energía almacenada en el mezclador/acelerador, levanta los collarines de perforación hacia arriba a alta velocidad, lo que crea un alto impacto en el timón.
Los martillos se basan en el principio de estirar un tubo para generar energía potencial elástica de modo que, cuando el martillo se activa, depende de las masas de la tubería de perforación y de los collares para ganar velocidad y, posteriormente, golpear la sección del yunque del martillo. Este impacto produce una fuerza, o golpe, que se convierte en energía.
El concepto de utilizar vibración para liberar objetos atascados de un pozo se originó en la década de 1940, y probablemente se derivó del uso de vibración en la década de 1930 para hincar pilotes en la Unión Soviética. El uso temprano de vibración para hincar y extraer pilotes se limitó a la operación de baja frecuencia; es decir, frecuencias menores que la frecuencia resonante fundamental del sistema y, en consecuencia, aunque efectivo, el proceso fue solo una mejora en el equipo de martillo convencional. Las primeras patentes y enseñanzas intentaron explicar el proceso y el mecanismo involucrados, pero carecían de un cierto grado de sofisticación. En 1961, AG Bodine obtuvo una patente [3] que se convertiría en la "patente madre" para la extracción tubular de yacimientos petrolíferos utilizando técnicas sónicas. El Sr. Bodine introdujo el concepto de vibración resonante que eliminó efectivamente la parte de reactancia de la impedancia mecánica , lo que condujo a los medios de transmisión de energía sónica eficiente. Posteriormente, el Sr. Bodine obtuvo patentes adicionales dirigidas a aplicaciones más enfocadas de la tecnología.
El primer trabajo publicado sobre esta técnica se describió en un artículo de la Sociedad de Ingenieros Petroleros (SPE) de 1987 presentado en la Asociación Internacional de Contratistas de Perforación en Dallas, Texas [4], en el que se detallaba la naturaleza del trabajo y los resultados operativos que se lograron. El trabajo citado, que involucraba la extracción de revestimientos, tuberías y tubos de perforación, fue muy exitoso. La referencia dos [5] presentada en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la Sociedad de Ingenieros Petroleros en Anaheim, California, en noviembre de 2007, explica la teoría de vibración resonante con más detalle, así como su uso para extraer tramos largos de tuberías atascadas en lodo.
Los vibradores resonantes de superficie se basan en el principio de pesos excéntricos que giran en sentido contrario para impartir un movimiento armónico sinusoidal desde la superficie hacia la sarta de trabajo en la superficie. La referencia tres (arriba) proporciona una explicación completa de esta tecnología. La frecuencia de rotación y, por lo tanto, la vibración de la sarta de tuberías, se ajusta a la frecuencia de resonancia del sistema. El sistema se define como el vibrador resonante de superficie, la sarta de tuberías, el pez y el medio de retención. Las fuerzas resultantes impartidas al pez se basan en la siguiente lógica: