Shock Sub - Schlumberger

Shock Sub
Amortiguador para la reducción
de impactos y vibraciones
Herramienta Shock Sub con el arreglo de resortes Belleville en compresión
Durante las operaciones de perforación y fresado, la barrena de perforación
imparte varias cargas dinámicas de impacto a la sarta de perforación. Estas
cargas, de naturaleza cíclica, pueden producir la falla prematura de la sarta
de perforación y los componentes del equipo de perforación, una velocidad
de penetración (ROP) baja, y problemas con el pozo, lo cual se traduce en un
costo de perforación por metro más elevado.
El amortiguador de reducción de impactos y vibraciones Shock Sub* es un
componente de la sarta de perforación diseñado para absorber y amortiguar
las cargas dinámicas axiales variables producidas por la barrena durante
las operaciones “normales” de perforación mediante la interrupción del
ciclo armónico generado por la barrena. La herramienta utiliza una acción
de resorte bidireccional que le permite ajustarse automáticamente a una
amplia gama de valores de peso sobre la barrena (WOB). A medida que se
producen las cargas axiales, la energía es absorbida mediante la utilización
del arreglo de resortes Belleville, en tanto que la amortiguación de la fuerza
se logra por la fricción mecánica.
Tecnologías innovadoras para la perforación moderna
Los avances registrados en la tecnología de perforación exigieron
el rediseño de las herramientas de choque para tomar en cuenta los
nuevos parámetros.
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El incremento de la desviación del pozo implica que el peso requerido
para activar la generación previa de herramientas de choque
sencillamente no esté disponible en la barrena.
Los motores de perforación y las herramientas MWD requieren
componentes de la sarta de perforación con un diámetro interno (ID)
más grande.
Debido al incremento de la complejidad de los perfiles de pozos y los
conjuntos de fondo (BHA), las herramientas de fondo de pozo necesitan
ser más confiables para minimizar el tiempo no productivo (NPT) cada
vez más costoso.
Con una mayor confiabilidad, más resistencia a la fatiga y la corrosión, un ID
considerable, una reducción significativa de las vibraciones, y la capacidad
para operar con un WOB bajo, la herramienta Shock Sub satisface
estos desafíos.
Construcción duradera y confiable
La herramienta Shock Sub está fabricada en acero templado de alta calidad,
y el diámetro externo (OD) y las conexiones de los servicios diseñados
ofrecen una mayor resistencia a la fatiga. Las conexiones rotativas con
resalto poseen incorporada la ranura de alivio de tensiones API en las
conexiones hembra. Los sellos toleran temperaturas de hasta 450ºF.
Amortiguación continua de los choques
A medida que una barrena de conos giratorios rota, produce una
configuración de “picos y valles” en el fondo del pozo. Con cada revolución
de la barrena, los conos tienden a seguir este trazado sinusoidal,
produciendo una oscilación cíclica de la sarta de perforación.
Los resortes de la herramienta Shock Sub —utilizados normalmente para
mantener extendida la herramienta— se comprimen y absorben la carga
de choque producida por los conos de la barrena a medida que avanzan a
través de uno de los “picos.” Además, la carga es disipada por la fricción
mecánica provocada por el movimiento de los resortes. Cuando los conos
de la barrena se desplazan hacia un “valle,” los resortes de la herramienta
Shock Sub la extienden hasta que alcanza su posición normal. Un proceso
similar de compresión y extensión de los resortes se produce en respuesta
al movimiento axial de una barrena de tipo martillo. Estas dos acciones
combinadas aíslan las cargas axiales presentes durante la operación de
perforación y mantienen un WOB casi constante cuando la herramienta es
operada dentro de sus límites de carga operacional.
El conjunto de resortes Belleville ha sido diseñado para brindar un rango y
un rendimiento óptimos del WOB. La constante elástica del resorte puede
ser ajustada en el taller para satisfacer los requerimientos específicos
de la aplicación en cuestión. La herramienta Shock Sub funciona con la
misma eficiencia con WOBs bajos o altos. Los sellos aíslan los componentes
internos del fluido de perforación.
La herramienta no necesita ser accionada para operar. Durante la operación
de perforación o de fresado, funciona en forma constante sin importar la
profundidad del pozo, el peso de la barrena, el peso del lodo o el torque.
Parámetros de operación
La máxima absorción del choque se obtiene si la herramienta Shock Sub
se coloca lo más cerca posible de la barrena o del motor de perforación. La
utilización de la herramienta Shock Sub resulta más ventajosa a la hora de
perforar rocas duras, formaciones fragmentadas y cambios litologicos duros
y suaves. En estas formaciones, el funcionamiento irregular a profundidades
someras transmite las vibraciones a la superficie. A mayores profundidades,
es probable que estas vibraciones no se transmitan a la superficie debido
al estiramiento de la tubería de perforación, si bien pueden persistir los
efectos perjudiciales para la barrena, los lastrabarrenas, y el extremo
inferior de la tubería de perforación.
El tamaño de la herramienta Shock Sub debe ajustarse al OD del
lastrabarrenas y ésta debe operarse de conformidad con los parámetros de
rotación y WOB generalmente aceptados en la industria petrolera.
Aplicaciones
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Perforación de sedimentos competentes en pozos rectos con
barrenas de conos giratorios o de tipo martillo
Ciertas aplicaciones direccionales: formaciones duras,
secciones horizontales, cruces perforados direccionalmente
Operaciones de fresado: secciones, ventanas, tuberías
de revestimiento
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Ampliaciones y ensanchamiento de pozos
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Operaciones de perforación con tubería flexible
Ventajas
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Incremento de la ROP
Mayor vida útil de la estructura de corte y los cojinetes debido
a la reducción de las cargas de impacto
Mayor duración de las conexiones
Reducción de las cargas de choque impartidas sobre el equipo
de superficie
Costo de perforación por metro más bajo
Además, puede colocarse entre dos puntos de estabilización,
preferentemente separada de cada estabilizador al menos por un
Ponny Collar. Las herramientas Shock Sub están construidas según las
especificaciones estándar de ID, y en condiciones operativas promedio,
pueden proporcionar hasta 300 horas de servicio. Nunca pueden ser
operadas en la zona neutra, en tensión, o en agujeros que superen en más de
1,50-1,75 veces el OD de la herramienta. Son aplicables los procedimientos
normales de enrosque y desenrosque recomendados en el ámbito petrolero.
Parámetros de operación
Rango de operación para un tamaño de herramienta de 6,5 pulgadas
120,000
70,000
100,000
Peso sobre la herramienta, lbf
Peso sobre la herramienta, lbf
Rango de operación para un tamaño de herramienta de 4,75–5,0 pulgadas
80,000
60,000
50,000
Rango de operación recomendado
40,000
30,000
80,000
60,000
Rango de operación recomendado
40,000
20,000
20,000
0
10,000
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Caída de la presión a través de la barrena, psi
0
500
1000
1500
2000
3000
2500
Caída de la presión a través de la barrena, psi
Rango de operación para un tamaño de herramienta de 9,5 pulgadas
140,000
140,000
120,000
120,000
Peso sobre la herramienta, lbf
Peso sobre la herramienta, lbf
Rango de operación para un tamaño de herramienta de 8 pulgadas
100,000
80,000
Rango de operación recomendado
60,000
40,000
80,000
Rango de operación recomendado
60,000
40,000
20,000
20,000
0
100,000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0
4000
0
500
1000
2000
2500
3000
3500
Rango de operación para un tamaño de herramienta de 14 pulgadas
140,000
120,000
120,000
100,000
100,000
Peso sobre la herramienta, lbf
Peso sobre la herramienta, lbf
Rango de operación para un tamaño de herramienta de 12 pulgadas
140,000
80,000
Rango de operación recomendado
60,000
40,000
20,000
0
1500
Caída de la presión a través de la barrena, psi
Caída de la presión a través de la barrena, psi
80,000
Rango de operación recomendado
60,000
40,000
20,000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Caída de la presión a través de la barrena, psi
3500
4000
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Caída de la presión a través de la barrena, psi
4000
4500
5000
Shock Sub
Con una mayor confiabilidad, más resistencia a la fatiga y la corrosión, un ID considerable,
una reducción significativa de las vibraciones y la capacidad para operar con un WOB bajo,
la herramienta Shock Sub satisface los desafíos de la perforación moderna.
Especificaciones de la Herramienta Shock Sub
Diámetro externo,
Diámetro interno,
pulgadas [mm]
pulgadas [mm]
4.75
1.75
[121]
[44]
5.0
1.75
[127]
[44]
6.5
2.25
[165]
[57]
8.0
3.00
[203]
[76]
9.5
3.00
[241]
[76]
12.0
3.25
[305]
[83]
14.0
3.25
[356]
[83]
Conexión de uniones
de tubería, pulgadas
31/2 IF
XT39
41/2 IF
41/2 XH
65/8 Reg
75/8 Reg
75/8 H90
85/8 H90
Límite elástico a la
tensión, lbf [N]
415,000
[1,846,000]
589,000
[2,620,000]
800,000
[3,559,000]
1,100,000
[4,893,000]
1,800,000
[8,006,000]
2,300,000
[10,230,000]
2,300,000
[10,230,000]
Resistencia a la
torsión, lbf.pie [N.m]
17,500
[23,700]
31,000
[42,000]
57,000
[77,200]
84,000
[113,900]
150,000
[203,300]
250,000
[339,000]
400,000
[542,300]
Peso aproximado,
lbm [kg]
600
[270]
800
[360]
1,300
[590]
1,800
[817]
2,700
[1,225]
4,500
[2,041]
6,200
[2,812]
Longitud,
pies [m]
11.5
[3.50]
11.5
[3.50]
12.0
[3.68]
13.5
[4.12]
13.5
[4.12]
13.8
[4.21]
14.3
[4.36]
slb.com/ShockSub
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