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El Cable de Perforacin
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W
W
F = W
F = W/8
ANCLA
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Sistema de Izaje
Principales componentes:
1. Malacate
2. Corona3. Polea Viajera
4. Gancho
5. Elevador
6. Cable de Perforacin
1
2
3
4
6
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El Cable de Perforacin Tamao:
de 1 a 1 , Diseo: Trenzado 6x7
Alma Ncleo: IWRC = Independent
Wire Rope Core
Clase de Acero: EIPS = ExtraImproved Plow Steel
ALMA
ALAMBRE
CENTRO
TORON
CABLE
El Cable de Perforacin
es como una mquina
que trabaja cuando
mueve cargas
suspendidas
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La resistencia de un cable depende de su :
Construccin
Resistencia del material
Dimetro.
El nmero 19, indica que cada toron tiene 19 alambres : un
alambre central rodeado por nueve alambres delgados y stos
a su vez por nueve alambres ms gruesos.
El cable que normalmente se usa
tiene una construccin clasificada
como 6 X 19 Sale con centro decable independiente.
El nmero 6, se refiere al nmero
de torones que rodean el ncleo de
cable de acero independiente.
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En el diseo Sale el nmero de alambres internos de cada
madeja es el mismo que el nmero de alambres externos.
El material puede ser de alambre de alta resistencia conocido
como ACERO MEJORADO o un acero de alta resistenciaconocido como ACERO EXTRAMEJORADO (IWRC).
Alma Ncleo: IWRC = Independent Wire Rope Core
El Cable de Perforacin Tamao: de 1 a 1 , Diseo:
Trenzado 6x19
Clase de Acero: EIPS = Extra Improved Plow Steel
6 x 19 = 6 nmeros de torones y 19 numero de alambres.
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N E
6 0.870
8 0.841
10 0.810
12 0.770
14 0.740
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Para motivos prcticos Modulo de
Young es: Valor de tensin en el
cual un material sufre una
deformacin permanente.
El Modulo de Young E es la fuerza
necesaria, por unidad de superficie, para
producir un estiramiento de la cuerda
igual a su longitud inicial.
La resistencia a la tensin de un
cable es igual a:
= 0.7854 D2
Y AR
t
El modulo de Young para el acero del cable es
2pglbs129870Y
129870D7854.0R
2
t
D102000
2
tR
DEFORMACION PG POR PG
ESFUERZO1
000LBS/PG2 p
lstico
elstico
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Este valor debe de ser afectado por un factor
de seguridad de 90%
lbsD90.0102000R2
t xx
lbs2.2
kg1lbsD91800R 2tcable
lbsD91800R2
t
kgsD41727 2
DEFORMACION PG POR PG
ESFUERZO1
000LBS/PG2 p
lstico
elstico
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lbs1.25918002
X
Para un cable de 1.25 pg. de dimetro
lbs5.143437lbsD91800R2
t X
lbs2.2
143437tR kgs65169tR
Para un cable de 1.5 pg. de dimetro
lbs1.591800 2X lbs206550lbsD91800R 2t X
lbs2.2
206550tR kgs93886tR
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Tabla # 1
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Tabla # 2
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NE
WF
p
LR
Para poder utilizar el cable de perforacin en diferentes actividades con
seguridad, debemos de utilizar factores de diseo siguientes:
Perforacin y viajes: 4
Introduccin de TR: 3
Pescas: 2
De acuerdo a la formula de fuerza o tensin en la linea rpida:
Si substituimos F en la linea rpida por el valor mximo de
tensin que soporta el cable y afectamos la formula por el
factor de diseo, tendremos:
NE
WFR
p
segt
seg
pt
F
NERW max
EN
Por lo tanto el peso mximo que
puede manejar en el gancho ser:
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lbs1.35991800 2X lbs67.169543lbsD91800R 2t X
lbs2.2
67.169543tR kgs77065tR
Un equipo de perforacin tiene en el malacate una potencia de salida de 500 HP,
la polea y la corona estn guarnidos a 8 lneas con cable de 1.359 pg Calcular: La
carga mxima en el gancho cuando se encuentra perforando, metiendo TR o
atrapada la sarta.
seg
t
perf F
ENR
W
max 4
8841.077065 xx
4
8841.077065 xx
Tons130max W
seg
tTR
F
ENRW max
3
8841.077065 xx
3
8841.077065 xx
Tons173max W
seg
tpescas
F
ENRmax
2
8841.077065 xx
2
8841.077065 xx
Tons260max W
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lbs1.35991800 2X lbs67.169543lbsD91800R 2t X
lbs2.2
67.169543tR kgs77065tR
Un equipo de perforacin tiene en el malacate una potencia de salida de 500 HP,
la polea y la corona estn guarnidos a 10 lneas con cable de 1.359 pg Calcular: La
carga mxima en el gancho cuando se encuentra perforando, metiendo TR o
atrapada la sarta.
seg
t
perf F
ENR
W
max 4
10810.077065 xx
4
10810.077065 xx
Tons156max
W
seg
t
F
ENRW max
3
10810.077065 xx
3
10810.077065 xx
Tons208max
W
seg
t
F
ENRW max
2
10810.077065 xx
2
10810.077065 xx
Tons312max W
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Principio de Arqumedes: Todo cuerpo sumergido
en un fluido experimenta un empuje igual al peso
del fluido desalojado.Volumen desalojado = Volumen del cuerpo
sumergido.
Empuje= Peso del fluido desalojado
Peso aparente= Peso real - Empuje
AA
ALf
W
WF
Factor de flotacin:
xol
VW
AA
LAAA
V
VV
A
LAf
W
WWF
AA
AA
V
V
AA
LA
V
V
1 A
L
1 85.7
L
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De acuerdo al diseo del pozo se tendr que manejar una sarta que pesa 220 tons
en el aire y se tiene lodo de 1.65 gr/cc, Calcular si es posible utilizar un eq. que
tiene cable de 1.300 para perforar con el factor de diseo de 4, con 8, 10 y 12
lineas
85.71 L
85.7
65.1
1
3
cmgr79.0
fx FWW AL .790x220 tons174
D417272
tR 1.300x417272
tons518.70
seg
tperf F
ENR
W max 4
8841.070518 xx
tons119No se puede perforar
Cambiando a 10 lineas
4
10810.070518 xx
tons143 No se puede perforar
Cambiando a 12 lineas
4
12770.070518 xx tons162
No se puede perforar
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Calcular el dimetro del cable que debe de tener el equipo que va a perforar el
pozo anterior.
D417272
tR 41727
tR
D 41727
86000
seg
t
perf F
ENR
W
max EN
WF
R
perf seg
t
max
10810.0
1744
x
xR
t
ton86
pg435.1
Se debe de utilizar un equipo con cable de 1.5 pgs
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El Trabajo del cable se mide o evala en Toneladas-Km, y se
calculan de manera constante en cada operacin en el equipo de
perforacin en la cual se haga uso del cable. Por ejemplo al sacar
y meter la tubera dentro del pozo (viaje de tubera), al perforar, etc.
y se debe llevar un registro exacto de ellas. A medida que se
consume la vida til del cable, este se debe sustituir
metdicamente en el guarnido del aparejo o conjunto viajero. Esto
se hace mediante deslizamientos y cortes de determinadas
longitudes del cable. A estas operaciones de manejo del cable se
denomina Programa de Corte y Deslizamiento, el cual esta basado
en el registro del las Ton-Km del trabajo del cable. Esto hace ver la
gran importancia que tiene este calculo en la seguridad de las
operaciones de perforacin.
Clculo de las Toneladas-Km del Cable
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Puesto que el cable de perforacin se utiliza de manera similar a una
mquina, as tambin necesita mantenimiento.
El cable de perforacin se desgasta con el uso y se debe reemplazar.
Este proceso se conoce como Corte y Deslizamiento del Cable.
Despus de acumular una cierta cantidad de trabajo (Ton-Km) se debe
recorrer (deslizar) desde el carrete de reserva hacia el tambor y/o cortar
una cierta longitud
Cada equipo tiene su programa de Corte y Deslizamiento. Uno de los
objetivos principales es cambiar de posicin los puntos crticos de
desgaste.
Estos puntos crticos los de levantamiento y los puntos en donde el cable
hace contacto consigo mismo en:
1. El Malacate
2. La Corona
3. La polea Viajera
4. El Ancla de la lnea muerta
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Significado de las toneladas kilmetro.
Servicio del cable de acero.
El servicio total efectuado por un cable de acero nuevo, instalado en los
equipos de Perforacin y Mantenimiento de Pozos, se puede estimar
tomando en consideracin el tipo de operacin desarrollada, entre lasque encontramos:
Operaciones de perforacin o molienda utilizando tubera de perforacin
combinada.
Viaje para cambio de barrena.
Viaje con aparejo de perforacin, produccin y tubera combinada.
Viaje con zapata, tubera lavadora, lastrabarrenas y tubera de perforacin.
Viaje con molino, lastrabarrenas y tubera de perforacin combinada.
Introduccion de T.R.
Operaciones con aparejo de pesca.
Tensin impuesta por carga de aceleracin y desaceleracin.
Tambin es importante que para la estimacin del servicio del cable
adems se consideren los factores que se derivan de la tensin, que son:
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Tensin por vibraciones.
Tensin por friccin del cable con la superficie del tambor del
malacate y poleas.
Despus de haber considerado las operaciones que se efectuarn y losfactores antes mencionados para la prctica en el campo, se estima un
valor aproximado de la vida til del cable, calculando solamente el
trabajo efectuado al introducir y sacar tubera al realizar las operaciones
anteriormente descritas.
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Operaciones de viaje redondo.
Para tal efecto se aplica una serie de formulas de fcil manejo.
La cantidad de trabajo realizado por el cable en ese viaje se calcula con la
formula:
Viaje redondo.- Se le llama as al efecto de meter y sacar una sarta detubera (Perforacin o Produccin) a una profundidad determinada.
Donde:
TVR = Trabajo realizado por el cable en el viaje redondo en Ton-Km
TPf= Peso nominal de la tubera Normal en el lodo kg/m.
DCf= Peso nominal de los lastrabarrenas (Drill Collars) en el lodo en kg/m.
1000000
2P2PP rofrofrof CWLxWT
bLtpfvr
DCTPfDCf LWWC
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El servicio en ton Km. generado por el cable en este proceso, puede
calcularse con la formula:
Donde:
Tp = tonkm o perforando o moliendo.
3 = constante equivalente a tres viajes redondos.
Trf= tonkm a la profundidad final de perforacin o molienda.
Tri = tonkm a la profundidad inicial de perforacin o molienda.
Introduccin de la tubera de revestimiento.
El calculo de las tonkm recorridos al realizar esta operacin, se efecta
tomando en cuenta el peso unitario por metro de la T.R. y aplicando la
formula general que se usa en la tubera de perforacin o produccin para
un viaje redondo. El valor resultante se multiplica por un medio () debidoa que la introduccin de la T.R. se considera como viaje sencillo.
Para lograr una mejor comprensin del procedimiento se desarrollar un
ejemplo para cada una de las operaciones mencionadas anteriormente,
utilizando las formulas ya descritas.
Tp= 3(TrfTri) =
EJEMPLO: Cual es el trabajo realizado por el cable de perforacin cuando se
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x 0.808=
EJEMPLO: Cual es el trabajo realizado por el cable de perforacin cuando se
perfora con los siguientes datos.
Profundidad inicial: 3825 m Profundidad final: 3996 m
d lodo: 1.50
85.7
50.11
85.7
1 L
fF
808.0 W
B
: 10 tons.
C= (WDCFWTPF) LDC= (176.9525.266)100 = 15.16 tons.=15168 kgs
WTP= 31.27 Kg./m
WDc= 219 kg/m =176.95kg/m
x 0.808= =25.266 kg/m
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EJEMPLO: Cual es el trabajo realizado por el cable de perforacin cuando se
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x 0.82=
EJEMPLO: Cual es el trabajo realizado por el cable de perforacin cuando se
perfora con los siguientes datos.
Profundidad inicial: 4870 m Profundidad final: 4910 m
Longitud Dc 8: 100 m
d lodo: 1.40
85.7
40.11
85.7
1 L
fF
76.951x
82.0
ton695.17
WB
: 10 tons.
C= (WDCWTP) LDC
= 18.773 x 0.82 tons. = 15.39 tons.=15390 kgs
= (21931.27)100 = 18.773 tons.
WTP= 31.27 Kg./m
WDc= 219 kg/m =179.58 kg/m
x 0.82= =25.69 kg/m
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=125110x 4897.3 + 9740(35160)1000000
Tp= 3(TrfTri) =
= 612702672.19 + 344698600 = 957 Ton/km1000000
Tvrf=(25.69x 4910)(27.3 + 4910) + 2 x 4910 (2(10000) + 15390)
1000000
=622780653.67+ 9820 (35390)
1000000
= 406204180 +347529800= 970Ton-km
1000000
= 39 ton-km3(970-957)
Tvri=(25.69x 4870)(27.3 + 4870) + 2 x 4870 (2(10000) + 15390)
1000000
1000000
)2(2)( Prof CWPPLPW BprofLprofTPFTvr
Toneladas kilometro metiendo TR
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2000000
))()(4()of.Pr( BpTRFpTRP WPWLPTRT
plb
63.38220.8x47WTR
Cuales son las toneladas km al meter una TR de 9 5/8 de 47 lb/p
a la prof. de 3996 con lodo de 1.40 gr/cc y Long promedio 10.80 m
2000000
)10000)(3996(456.57)399680.10(3996TRT
x1.4963.38 kg/m56.57
6
102
159840000368921603106.
x
Ttr
km-Tons540tr
T
Toneladas kilometro metiendo TR
Dimensiones de un carrete principal
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Dimensiones de un carrete principal
cablem )2420(
932
carreteelenLong.Lc c
cL
RNL
12N
pg1080129090
xpLLpg5.1cable
cablem )2420( 5.1)2420( pgs36 pg182
36
cable
cR
932
carretedelLongitud c
cL
R
NL
9
18*85.18
5.1211080
xx
pgs66carretedelLongitud
LL= Long de la ling. pg
N= Numero de lineas.
RC= Radio del malacate.
Como regla decampo el dimetro del carrete del malacate ser:
cL
c
3= Num. Max. de camas
Cual es la dimensin
de un malacate concable de 1.5 pg.
C= Diam del carrete. pg
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Ejemplo 1
Se meti un aparejo de limpieza con barrena de 6 pulg., canasta
colectora de 4 pulg., escariador de 7 5/8 pulg., y tubera de perforacin de
2 7/8 IF, grado E, 10.4 lb/pie a 3,000 m.
Datos:
Pozo lleno con fluido de perforacin con densidad de 1.05 gr/cm.
Longitud de una parada: 19 m.
Peso de la polea viajera y accesorios, 4,000 kg.
NOTA.- Estos datos se utilizarn en todos los ejemplos.
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Tvr = (6.066x3,500 (19+3,500) + (4x3,500x4,000))/ 1'000,000 = 130.7
Tvr = (6.066x2,000 (19+2,000) + (4x2,000x4,000))/1'000,000 = 56.5 ton/km.
Tvr = 130.7 56.5 = 74.2 ton-km
2.- Clculo de las tonkm para la tubera de 2 7/8 para 2,000 m
T v r = (8.39x2,000 (19+2,000) + (4x2,000x4,000))/1000,000 =65.9 ton - km
3.- Se suman los dos valores y se obtienen las ton km para esta operacin
T v r = 74.2 + 65.9
Tv r = 140.1 ton km
Ejemplo 3
Se meti zapata de 5 pulg. con diez tramos de tubera lavadora de 5 , 17 lb/pie, diez
lastrabarrenas de 4 1/8 pulg., 34.70 lb/pie y tubera de perforacin de 2 7/8 pulg. IF, grado E de
10.4 lb/pie a 3,000 m.
Datos:
Longitud de la zapata y tubera lavadora = 100 m.
Longitud de los lastrabarrenas = 100 m.
Longitud de la tubera de 2 7/8 IF = 2,800 m.
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TLF Para la tubera lavadora 5 = 21.942 kg/m.
DCF Para los lastrabarrenas 4 1/8 = 44.790 kg/m.
TPF
Para la tubera 2 7/8 IF = 13.423 kg/m.
La solucin de este problema se lleva a cabo en cuatro pasos:
1.- Clculo de los tonkm para la T.L. de 5 pulg. con extremo inferior a 3,000 m y superior a
2,900 m. Se respetan los valores obtenidos y se encuentran las tonskm para la T. L. a 3,000 m.
Tvr= (21.942x3,000 (19+3,000) + (4x3,000x4,000))/1'000,000 = 246.7
Tvr= (21.942x2,900 (19+2,900) + (4x2,900x4,000))/1'000,000 = 232.1
Tvr = 246.7 232.1, Finalmente Tvr para la T.L. = 14.6 Tonkm
2.- Clculo de las tonkm para los lastrabarrenas de 4 1/8 pulg., considerndolos a 2,900 y 2,800
m. Se restan los valores resultantes y obtenemos las tonkm para los lastrabarrenas.
Tvr = (44.790x2,900 (19+2,900) + (4x2,900x4,000))/1'000,000 = 425.5
Tvr = (44.790x2,800 (19+2,800) + (4x2,800x4,000))/1'000,000 = 398.2
Tvr = 425.5 398.2, Finalmente Tvr para los DC = 27.3 Tonkm
3.- Clculo de tonkm para la tubera 2 7/8 IF a 2,800 m.
Tvr = (13.423x2,800 (19+2,800)+(4x2,800x4,000))/1'000,000 = 150 .7 Ton-km para la TP
4.- Se suman los valores resultantes en cada paso y se obtienen las tonkm para esta operacin.
Tvr = 14.6 + 27.3 + 150.7, Finalmente Tvr Totales para toda la sarta = 192.6 Ton-km
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Ejercicio de clculo de Toneladas-Millas
Se ha completado un viaje redondo hasta una profundidad de 15,000 pies
con una sarta compuesta por los siguientes tubulares:
Drill-Collars de Perforacin: 21 x 30 pies (101 lb/pie), 6 OD x 2 ID
Tubera de Perforacin: 5 OD, (19.5 lb/pie),
Longitud promedio de cada parada (lingada): 90 pies
Peso del Conjunto Viajero: 12,000 lbs
Densidad del lodo en el pozo: 12 lb/gal
Factor de Flotacin = (65.44 peso del lodo en lb/gal)/65.44
Calcular el trabajo hecho por el cable para hacer el viaje redondo,
expresado en Toneladas-Km.
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Tp= 3(T2T1)
Trabajo perforado = Toa Km.
T2= trabajo a la profundidad final
T1= trabajo a la profundidad inicial
TRABAJO METIENDO UNA TR
2000000
))()(4()of.Pr( BpTRFpTRP WPWLP
TRT
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EJEMPLO
Profundidad inicial: 3825 m
Profundidad final: 3996 m
Longitud De 8: 100 m
Peso De aire: 21900 Kg. = 17715
Peso TP aire: 116480 Kg. = 94116
d lodo: 1.50
FF: 0.808
WB: 10 tons.
e= (WDeWTP) LDe
WDe= 219 Kg./m WTP= 31.27 Kg./m
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km*tns304
T
07.70996.37
80.10L947W
2000000159840608070645
2000000)10)(3996(4976.37)399680.10(3996
TR
.
TR85
TR
m
Kg
Plb
Tarea:Profundidad inicial: 4820 m
Profundidad final: 4910 m
De 6 =100
TP1 =31.27 Kg./mTP2=32.18 Kg./m
dL=1.35
WB= 10 tons.
WTR= 53.50 lb./p
2
1