Qué es una sarta de perforación?

Qué es una sarta de perforación?

La sarta de perforación es el nombre colectivo que se le da a toda la sarta de herramientas de perforación utilizadas en la perforación de petróleo y gas, que se extiende desde la torre de perforación de superficie hasta la broca en el fondo del pozo. Sus componentes principales incluyen barras Kelly, tubería de perforación, collar de perforación, diversos conectores, estabilizadores y otras herramientas de fondo de pozo. Es una herramienta crucial para una perforación rápida y de alta calidad, actuando como el eje que conecta la superficie con el subsuelo.

Componentes de una sarta de perforación:

Una sarta de perforación es un sistema complejo compuesto por componentes con diferentes funciones. Sus componentes típicos, de arriba a abajo, son los siguientes:

1. Kelly
Ubicación: Superior.

Función: Con una sección transversal cuadrada (o hexagonal), se mantiene en su lugar mediante el buje cuadrado de la mesa giratoria. La barra Kelly transfiere la potencia de la mesa giratoria de superficie a la tubería de perforación, impulsando la broca.

2. Tubería de perforación

Ubicación: Constituye el cuerpo principal de la sarta de perforación y representa más del 90% de la longitud total. 

Función:

a. Transmisión de torque: Transmite el torque de arriba a abajo a la broca.

b. Transporte del fluido de perforación: La cavidad tubular hueca dentro de la tubería de perforación es el conducto por el cual el fluido de perforación fluye hasta el fondo del pozo. 

c. Extensión de la sarta de perforación: Aumenta continuamente la longitud de la tubería de perforación para profundizar el pozo.

3. Herramientas de fondo de pozo
Ubicación: Entre la tubería de perforación y el collar de perforación.

Función: Incluye estabilizadores de la sarta de perforación (centralizadores, utilizados para estabilizar la sarta de perforación), palas y herramientas de medición/registro durante la perforación (utilizadas para la adquisición de datos de fondo de pozo en tiempo real), etc.

4. Collar de perforación
Ubicación: El collar de perforación es un tubo robusto de paredes gruesas ubicado debajo de la tubería de perforación, conectado directamente a la broca (o unidad de potencia de fondo de pozo).

Función:
a. Proporcionar presión sobre la broca: Sus paredes gruesas y su gran peso aplican la presión necesaria para romper la roca y alcanzar la broca.
b. Estabilización del pozo: Diversas combinaciones de collar de perforación y estabilizadores controlan la inclinación del pozo. Su alta rigidez ayuda a mantener la rectitud del pozo o permite la perforación a lo largo de la trayectoria diseñada.

5. Broca
Ubicación: La herramienta de corte, ubicada en la base de la sarta de perforación, se utiliza para perforar la roca.

Función: El collar de perforación es la herramienta que rompe directamente la roca y sirve como terminal y extremo de trabajo de la sarta de perforación. El tipo de broca depende de la formación a perforar.

6. Conjunto de Sarta de Fondo (BHA)

Conjunto de componentes ubicados en la parte inferior de la sarta de perforación, que incluye estabilizadores, motores y otras herramientas, que se utilizan para controlar la dirección y el rendimiento de la broca.

Los componentes se conectan mediante uniones roscadas (uniones de tubería de perforación o juntas de acoplamiento). La broca o unidad de potencia de fondo se conecta a la parte inferior de la sarta de perforación. La potencia y el par de la superficie se transmiten a la broca a través de la sarta de perforación, y el fluido de perforación también puede suministrarse al fondo del pozo a través de la sarta de perforación para el lavado y la perforación.

Algunas operaciones especiales (como pesca, cementación, pruebas de formación, etc.) también pueden realizarse conectando las herramientas pertinentes a la sarta de perforación e introduciéndolas en el pozo. Las conexiones roscadas de la sarta de perforación están disponibles en dos tipos: rosca positiva y rosca negativa.

Cómo funciona la sarta de perforación en la perforación?

1. Rotación: La sarta de perforación gira mediante la tubería de perforación angular en la superficie o la unidad de impulsión superior, transmitiendo la fuerza de rotación a la broca, triturando así la roca.
2. Penetración: Bajo la influencia de la gravedad, la sarta de perforación empuja la broca hacia abajo en la roca, cortando la formación.
3. Circulación del fluido: A medida que la sarta de perforación gira y penetra, el fluido de perforación se bombea hacia abajo a través de las cavidades internas de la tubería. Posteriormente, el fluido de perforación se descarga a través de boquillas en la broca, eliminando los recortes de roca en el espacio entre la sarta de perforación y el pozo (espacio anular) y enfriando la broca.

Condiciones de Esfuerzo en la Sarta de Perforación:

Durante la perforación rotatoria, el esfuerzo en la sarta de perforación es relativamente complejo. Sin embargo, todas estas cargas se pueden clasificar en dos tipos: constantes y alternas. Las tensiones constantes incluyen la tensión de tracción, la tensión de compresión y la tensión de corte; mientras que las tensiones alternas incluyen la tensión de flexión, la tensión de corte causada por vibración torsional y las tensiones de tracción y compresión generadas por vibración longitudinal. A lo largo de toda la sarta de perforación, el efecto de la carga se caracteriza por cargas constantes en la cabeza del pozo y cargas alternas cerca del fondo. Este efecto de carga alterna es la principal causa de falla por fatiga en la sarta de perforación.

Las partes más sometidas a esfuerzos en la sarta de perforación son:

(1) La parte inferior de la sarta de perforación experimenta el mayor esfuerzo durante la perforación. Esto se debe a que la sarta de perforación está sometida simultáneamente a presión axial, torque y momento flector. Más grave aún, la rotación de la sarta de perforación genera intensos ciclos de tensión alterna, y la obstrucción o atasco repentino de la broca aumenta significativamente el torque en la sarta de perforación.

(2) La sarta de perforación experimenta tensiones complejas en la boca del pozo durante la perforación y el desplazamiento. La sarta de perforación experimenta la mayor fuerza de tracción en la boca del pozo durante el desplazamiento. La elevación o frenado repentino durante el desplazamiento aumenta considerablemente la fuerza de tracción axial en la boca del pozo. Durante la perforación, la sarta de perforación experimenta las mayores fuerzas de tracción y torsión en la boca del pozo, lo que resulta en una situación de tensión relativamente severa.

(3) Debido a las variaciones en la litología de la formación, el impacto de la broca y la vibración longitudinal, la presión de perforación es desigual, lo que provoca un desplazamiento vertical del punto de neutralización. Por lo tanto, la sarta de perforación cerca del punto de neutralización está sometida a cargas alternas.

La función de la sarta de perforación:

La sarta de perforación es una herramienta crucial para una perforación rápida y de alta calidad, actuando como enlace entre la superficie y el subsuelo. En la perforación rotatoria, transmite la energía necesaria para romper la roca, aplica presión de perforación al fondo del pozo y suministra fluido de perforación. En la perforación dinámica de fondo, la unidad de potencia de fondo se suministra al fondo del pozo a través de la sarta de perforación y soporta el contratorque. Simultáneamente, la energía del fluido requerida por la sarta de perforación de la turbina y la sarta de perforación de tornillo también se suministra al fondo del pozo.

La sarta de perforación desempeña un papel insustituible en el proceso de perforación, y sus funciones se pueden resumir en los siguientes seis puntos:

1. Transmisión de Torque: Transmite el torque rotacional de la potencia de superficie a la broca, impulsándola a girar y romper la roca.
2. Aplicación de Presión de Perforación: Mediante el peso de los propios collar de perforación, proporciona presión vertical descendente a la broca, permitiéndole penetrar eficazmente en la formación.

3. Suministro de Fluido de Perforación: Como un canal cerrado, bombea fluido de perforación a alta presión desde la superficie hasta la broca, completando la circulación.

4. Retirada de la broca: Cuando la broca se desgasta, es necesario extraer toda la sarta de perforación a la superficie para reemplazarla antes de volver a introducirla en el pozo.

5. Control de la trayectoria del pozo: Mediante configuraciones adecuadas de la sarta de perforación (como el uso de estabilizadores), el pozo puede extenderse a lo largo de una trayectoria y dirección prediseñadas.
6. Adquisición de información de fondo: Las herramientas de medición durante la perforación (MWD) transmiten datos como la inclinación, el azimut y las características de la formación del pozo a la superficie en tiempo real para guiar las operaciones de perforación.

Durante la perforación, el funcionamiento de la broca, el estado del pozo e incluso diversos cambios en la formación del fondo del pozo a menudo se reflejan en la superficie únicamente a través de la sarta de perforación y diversos instrumentos. Los parámetros de perforación adecuados y otras medidas técnicas solo se pueden lograr con el uso correcto de la sarta de perforación. Además de la perforación normal, durante el proceso de perforación se llevan a cabo diversas operaciones, como la extracción de núcleos, el manejo de condiciones complejas en el fondo del pozo, las pruebas de formación, la cementación y la recuperación de escombros, utilizando la sarta de perforación.

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