Una sarta de perforación en una plataforma de perforación es una columna o sarta de tubería de perforación que transmite el fluido de perforación (a través de las bombas de lodo ) y el torque (a través del accionamiento Kelly o el accionamiento superior ) a la broca . El término se aplica libremente a la colección ensamblada del grupo de contrabandistas, portamechas , herramientas y brocas. La sarta de perforación es hueca para que el fluido de perforación pueda bombearse a través de ella y circular de regreso al espacio anular (el vacío entre la sarta de perforación y el revestimiento/agujero abierto).
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La sarta de perforación normalmente se compone de tres secciones:
El conjunto de fondo del pozo (BHA) se compone de: una broca , que se utiliza para romper las formaciones rocosas ; portamechas , que son tubos pesados y de paredes gruesas que se utilizan para aplicar peso a la broca; y estabilizadores de perforación , que mantienen el conjunto centrado en el agujero. El BHA también puede contener otros componentes, como un motor de fondo de pozo y un sistema giratorio direccional (RSS), herramientas de medición durante la perforación (MWD) y registro durante la perforación (LWD). Los componentes se unen mediante conexiones roscadas resistentes. Los "subs" cortos se utilizan para conectar elementos con hilos diferentes.
Se puede utilizar tubería de perforación pesada (HWDP) para hacer la transición entre los portamechas y la tubería de perforación. La función del 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 encima del BHA. Un uso secundario del HWDP es agregar peso adicional a la broca. El HWDP se utiliza con mayor frecuencia como peso en la barrena en pozos desviados. El HWDP puede estar directamente encima de los collares en la sección en ángulo del pozo, o el HWDP 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 tubo de perforación comprende una sección tubular larga con un diámetro exterior especificado (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 juntas de herramientas. Un extremo del tubo de perforación tiene una conexión macho ("pasador") mientras que el otro tiene una conexión hembra ("caja"). Las conexiones de las juntas de herramientas son roscadas, lo que permite el acoplamiento de cada segmento de 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 articulación. Normalmente se unen 2, 3 o 4 uniones para formar un soporte. Las plataformas terrestres modernas son capaces de manejar plataformas de ~90 pies (a menudo denominadas triples).
Sacar la sarta de perforación o introducirla en el pozo se conoce como tropiezo . La tubería de perforación, el HWDP y los collares generalmente se vuelven a colocar en soportes en el tablero, que es un componente de la torre de perforación, si se van a volver a colocar en el pozo después de, por ejemplo, cambiar la broca. El punto de desconexión ("rotura") se varía en cada viaje de ida y vuelta subsiguiente, de modo que después de tres viajes cada conexión se haya roto y luego se haya vuelto a reparar aplicando sellador para tuberías nuevo.
Una sarta de perforación atascada puede deberse a muchas situaciones.
Una vez que el miembro tubular está pegado, se utilizan muchas técnicas para extraer la tubería. Las herramientas y la experiencia normalmente las proporciona una empresa de servicios petroleros. Dos herramientas y técnicas populares son el martillo para yacimientos petrolíferos y el vibrador resonante de superficie. A continuación se muestra un historial de estas herramientas junto con su funcionamiento.
El éxito mecánico de la perforación con herramientas con cables ha dependido en gran medida de un dispositivo llamado jarras, inventado por un perforador con pértiga de resorte, William Morris, en la época de los pozos de sal de la década de 1830. Poco se sabe sobre Morris, excepto su invento y que incluyó 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. Posteriormente, mediante el uso de percutores, el sistema de herramientas de cable pudo satisfacer de manera eficiente las demandas de la perforación de pozos de petróleo.
Las tinajas se mejoraron con el tiempo, especialmente a manos de los perforadores de petróleo, y alcanzaron el diseño más útil y viable 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 a mayor desgaste. [2] Muchos años después, en la década de 1930, se fabricaron jarras de aleación de acero muy resistentes.
Un conjunto de frascos constaba de dos eslabones entrelazados que podían telescópicarse. En 1880 tenían un juego de aproximadamente 13 pulgadas, de modo que el eslabón superior podía levantarse 13 pulgadas antes de que se enganchara el eslabón inferior. Este compromiso se produjo cuando las crucetas se juntaron. Hoy en día, existen dos tipos principales: martillos hidráulicos y mecánicos. Si bien sus respectivos diseños son bastante diferentes, su funcionamiento es similar. La energía se almacena en la sarta de perforación y la jarra la libera repentinamente cuando se dispara. Los frascos pueden diseñarse para golpear hacia arriba, hacia abajo o ambos. En el caso de que se produzca una sacudida por encima de un conjunto de fondo de pozo atascado, el perforador tira lentamente hacia arriba de la sarta de perforación pero el BHA no se mueve. Dado que la parte superior de la sarta de perforación se mueve hacia arriba, esto significa que la sarta de perforación misma se está estirando y almacenando energía. Cuando los frascos alcanzan su punto de disparo, de repente permiten que una sección del frasco se mueva axialmente en relación con una segunda, siendo levantada rápidamente de manera muy similar a como se mueve un extremo de un resorte estirado cuando se suelta. Después de unos pocos centímetros de movimiento, esta sección móvil choca contra un hombro de acero, impartiendo una carga de impacto.
Además de las versiones mecánica e hidráulica, las tinajas se clasifican en tinajas de perforación o tinajas de pesca. El funcionamiento de los dos tipos es similar y ambos dan 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 frascos están diseñados para restablecerse mediante una simple manipulación de cuerdas y son capaces de operarse o dispararse repetidamente antes de ser recuperados del pozo. La eficacia de los frascos está determinada por la rapidez con la que se puede impactar el peso en los frascos. Al realizar sacudidas sin un mezclador o acelerador, usted confía únicamente en el estiramiento de la tubería para levantar los portamechas hacia arriba después de que se suelta la sacudida para crear el impacto hacia arriba en la sacudida. Este movimiento ascendente acelerado a menudo se verá reducido 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 portamechas que impactan en la marmita. A poca profundidad no se logra el impacto de sacudida 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 a un pez, se utilizan compuestos o aceleradores. Los compuestos o aceleradores se energizan cuando se tira demasiado de la cuerda de trabajo y se comprime un fluido comprimible a unos pocos pies de distancia de recorrido y al mismo tiempo se activa el timón de pesca. Cuando la jarra de pesca libera la energía almacenada en el mezclador/acelerador, levanta los portamechas a alta velocidad creando un alto impacto en la jarra.
Los martillos se basan en el principio de estirar una tubería para generar energía potencial elástica de modo que cuando el martillo se dispara, depende de las masas de la tubería de perforación y 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 la vibración para liberar objetos atascados en un pozo se originó en la década de 1940 y probablemente surgió del uso de la vibración en la década de 1930 para hincar pilotes en la Unión Soviética. El uso inicial de la vibración para hincar y extraer pilotes se limitó a operaciones de baja frecuencia; es decir, frecuencias menores que la frecuencia de resonancia fundamental del sistema y en consecuencia, aunque efectivo, el proceso fue sólo una mejora con respecto a los equipos de martillo convencionales. Las primeras patentes y enseñanzas intentaron explicar el proceso y el mecanismo involucrados, pero carecían de 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 mediante técnicas sónicas. Bodine introdujo el concepto de vibración resonante que eliminó efectivamente la porción de reactancia de la impedancia mecánica , dando lugar así a medios de transmisión eficiente de energía sónica. Posteriormente, el Sr. Bodine obtuvo patentes adicionales dirigidas a aplicaciones más específicas de la tecnología.
El primer trabajo publicado sobre esta técnica se describió en un artículo de la Sociedad de Ingenieros de Petróleo (SPE) de 1987 presentado en la Asociación Internacional de Contratistas de Perforación en Dallas, Texas [4] que detalla la naturaleza del trabajo y los resultados operativos que se lograron. El trabajo citado que involucró la extracción de revestimientos, tuberías y tuberías de perforación fue muy exitoso. La Referencia Dos [5] presentada en la Conferencia y Exhibición Técnica Anual de la Sociedad de Ingenieros de Petróleo en Anaheim, California, en noviembre de 2007, explica la teoría de la vibración resonante con más detalle, así como su uso en la extracción de largos tramos de tubulares atascados en lodo.
Los vibradores resonantes de superficie se basan en el principio de pesos excéntricos contrarrotativos para impartir un movimiento armónico sinusoidal desde la superficie a la sarta de trabajo en la superficie. La referencia tres (arriba) proporciona una explicación completa de esta tecnología. La frecuencia de rotación y, por 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: