By Oscar Cortegana ESP Oil_Copyright_01-P35/The document is property of ESP Oil Consultants, any reproduction is strictly forbidden and will be prosecuted 57 Programa de Adiestramiento 4. CABLES DE ACERO DE PERFORACION DEFINICION: Es el elemento nexo entre el gancho del bloque y el centro de poder o malacate a través del castillo 4.1. Descripción. Esta compuesto de un número de hebras de alambre enrolladas helicoidalmente alrededor de un núcleo de cáñamo o alambre en una longitud uniforme de tendido. Es el elemento que sirve para manipular las cargas suspendidas por el gancho (hook) durante las operaciones de perforación o completación de pozos. Estas cargas son: La sarta de perforación, la tubería de revestimiento, la sarta de producción ó completación, la sarta de pesca. Constituye una de las partes de mas alto costo y mayor nivel de peligro y se trata de alargar la vida, operativo segura realizando cortes periódicos con el fin de que el desgaste sea uniforme. El máximo esfuerzo del cable se produce cuando se baja tubería de revestimiento y en las operaciones de pesca. PARTES DEL CABLE DE ACERO: a.-Alambres ó hebras que forman los torones (wires) b.-Cordones ó torones (strands) c.-Núcleo ó alma (core) d1.-Trama de los alambres que forman los cordones. D2.-Trama de los cordones.
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Programa de Adiestramiento
4. CABLES DE ACERO DE PERFORACION
DEFINICION: Es el elemento nexo entre el gancho del bloque y el centro de poder o
malacate a través del castillo
4.1. Descripción.
Esta compuesto de un número de hebras de alambre enrolladas helicoidalmente alrededor
de un núcleo de cáñamo o alambre en una longitud uniforme de tendido. Es el elemento
que sirve para manipular las cargas suspendidas por el gancho (hook) durante las
operaciones de perforación o completación de pozos. Estas cargas son: La sarta de
perforación, la tubería de revestimiento, la sarta de producción ó completación, la sarta de
pesca.
Constituye una de las partes de mas alto costo y mayor nivel de peligro y se trata de
alargar la vida, operativo segura realizando cortes periódicos con el fin de que el desgaste
sea uniforme.
El máximo esfuerzo del cable se produce cuando se baja tubería de revestimiento y en las
operaciones de pesca.
PARTES DEL CABLE DE ACERO:
a.-Alambres ó hebras que forman los torones (wires)
b.-Cordones ó torones (strands)
c.-Núcleo ó alma (core)
d1.-Trama de los alambres que forman los cordones.
D2.-Trama de los cordones.
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a. ALAMBRES O HEBRAS (WIRES): Son los que constituyen los cordones ó torones,
estos alambres varían en número, dando como resultado diferentes diámetros de
cable
b. CORDONES O TORONES (STRANDS): Están constituidos por varios alambres de
menor diámetro. Estos cordones se enrollan helicoidalmente alrededor de un alma
ó núcleo para formar el cable.
c. NUCLEO O ALMA (CORE): Alrededor del cual están envueltos los cordones ó
torones y puede ser una cuerda de fibra (manila dura) ó de alambre.- Según el API.
este núcleo no puede ser yute ó cáñamo de la india. La principal ventaja de los
cables con alma de fibra es su mayor flexibilidad por lo que puede enrollarse en
tambores y poleas más pequeñas sin dañarse comparando con un cable de alma
de acero. La principal ventaja del cable con alma de alambre consiste en su mayor
resistencia. Es mucho más rígido que el cable con alma de fibra. y por ello su uso
está restringido a operaciones de perforación profunda, en la que el equipo es
grande y todas las poleas y tambores son de gran tamaño.
d1. TRAMA DE UN CABLE (strands and wire Lays): Describe la dirección en la que los
alambres y los torones están envueltos con respecto a uno del otro y puede ser:
A). TRAMA DERECHA, TRAMA REGULAR
(RIGHT LAY – REGULAR LAY)
TRAMA DERECHA Quiere decir que los torones están torcidos en dirección de la
mano derecha cuando se ve desde una punta del cable.
TRAMA REGULAR: Describe el arreglo individual de los alambres de un torón y
significa que los alambres están formando el torón
dirigiéndose en sentido contrario a la dirección en que se
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colocaron los torones para formar el cable. En el caso de
trama derecho, trama regular, los alambres de cada
torón están torcidos hacia la izquierda.
B). TRAMA IZQUIERDA, TRAMA REGULAR: (LEFT LAY, REGULAR LAY)
Torones torcidos hacia la izquierda y los alambres que conforman el torón hacia la
derecha
C). TRAMA DERECHA, TRAMA PARALELA : (RIGHT LAY, LANG LAY)
Los torones torcidos hacia la derecha y los alambres que conforman el torón
en la misma dirección.
D). TRAMA IZQUIERDA , TRAMA PARALELA : (RIGHT LAY, LANG LAY)
Los torones torcidos hacia la izquierda y los alambres que conforman el torón
en la misma dirección.
EL CABLE DE ACERO SE DESCRIBE POR:
1. Tamaño del cable o diámetro φ
2.-Número de torones usados en él.
3.-Número de alambres para cada torón.
4.-Material del alma (core)
5.-Trama de los torones (STRANDS LAY)
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6.-Trama de los alambres que forman los torones (WIRE LAY)
EJEMPLO: Un cable trama derecha, trama regular, alma de fibra de 6x19 queda
bien identificado por que se describe lo trama, y con los números 6
(números de torones usados) 19 (número de alambres para formar un
torón), la descripción es completa.
Los alambres usados para formar un torón pueden tener diferentes diámetros en algunos
diseños de cables. Para aumentar la resistencia y la vida útil del cable, algunos diseños de
cables usan un alambre más delgado para llenar el espacio que normalmente en los
torones no tiene alambre, este alambre de relleno cuando se usa se designará en la
descripción generalmente con el término RELLENO O SELLADOR
EJEMPLO # 1: 6x7 construcción 6 Torones (strands) x 7 alambres por torón (wires to
1.0410 - 1 0.4802 e = ------------------------------ = -------------- = 0.811 1.0410 x 10 (1.04-1) 0.5921 1 factor en la línea rápida = ------------------ = 0.123 10 x 0.811 W 1 Ff = ---------- => Factor = ------------ n x e n x e
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Ff = W x Factor = 400000 x 0.123
Ff = 49,320 lbs.
Luego el factor de diseño es entonces el esfuerzo nominal del cable de 13/8" dividida
entre la tensión en la línea rápida.
De tablas esfuerzo nominal de cable 13/8 EIPS = 192,000 lbs
192,000 Factor de diseño = --------------- = 3.9 49320
Cuando se trabaja cerca al factor de diseño mínimo se debe tomar en cuenta la eficiencia
del cable doblado alrededor de la polea conexión o tambor.
El cable debe mantenerse ajustado y muy bien arrollado en el tambor.
Esfuerzos instantáneos y severos son muy perjudiciales para el cable
La experiencia nos dice que el desgaste se incrementa con la velocidad. La economía
resulta de un incremento moderado de la carga y disminuyendo la velocidad.
Velocidad excesiva cuando el bloque esta subiendo sin carga puede dañar el cable.
MEDICION DEL DIAMETRO DEL CABLE.
Forma Correcta Forma Incorrecta
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MEDICIÓN DEL TRABAJO HECHO POR EL CABLE.
Como no se puede usar un cable hasta que se destruya, se requiere un método para
determinar cuando hay que cambiarlo.- La vigilancia ocular constante es indispensable
para localizar los puntos débiles. Probablemente el mejor método inventado hasta ahora
para estimar el servicio útil del cable es el uso de la tonelada-Milla. La Tonelada-Milla se
refiere al levantamiento de un peso de una tonelada corta ( 2000 # ) a la distancia de una
milla o 1.6 Km ( 5280 Pies ). Aun cuando el número de toneladas-milla de trabajo que un
cable ha ejecutado no es una indicación absoluta de su vida útil, es en cualquier forma un
método que se emplea para calcular la vida aproximada del cable. Los esfuerzos severos
y condiciones que aceleran el desgaste de un cable hacen variar la vida útil del mismo.-
Por ello la inspección ocular es muy necesaria.
El Trabajo principal del cable de perforación se concreta a cuatro operaciones especificas:
1- Perforación o hechura de agujeros.
2- Viajes redondos para reponer las barrenas gastadas.
3- Meter tubería de revestimiento.
4- Operaciones diversas como pesca y toma de muestras.
4.7.1. TRABAJO HECHO POR EL CABLE EN LA OPERACION DE PERFORAR
Para establecer el número de toneladas milla de trabajo que el cable ha hecho en el curso
de las operaciones normales de perforación es necesario cuantificar el ciclo de
operaciones que comprende la perforación de una distancia equivalente a la longitud del
vástago o Kelly.
Un ensayo para cuantificar el trabajo hecho por el cable empieza con el vástago colocado
en su vaina (Rat hole). Luego las operaciones del ciclo son como sigue.
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L Saca kelly del rat hole
L+L Perfora Kelly y saca 1
L+L Repasada (baja y sube)
L+L Conecta tubo, levanta, conecta y baja Tubo 2
L+L perfora kelly y levanta kelly hasta mesa
L+L Repasada (baja y sube)
L+L conecta tubo, levanta, conecta y baja tubo 3
L+L perfora kelly y levanta kelly hasta mesa
L+L Repasada (baja y sube)
L+L conecta tubo, levanta, conecta y baja tubo 4
L+L perfora kelly y levanta kelly hasta mesa
L+L Repasada (baja y sube)
L+L conecta tubo, levanta, conecta y baja 5
L+L perfora kelly y levanta kelly hasta mesa
L+L Repasada (baja y sube)
L Mete Kelly en el "rat hole"
El cable ha recorrido 30 veces "L". La profundidad es 5 veces "L".
Un viaje Redondo (round trip) seria 5Lx2 = 10L .
Entonces para perforar hasta la profundidad 5L el cable ha hecho un trabajo de ± 3 veces
un viaje redondo o round trip 3x10L = 30L
Descomponiendo los movimientos en sus respectivos pesos tenemos:
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1.- El conjunto de la polea viajera
2.- Tubería de perforar
3.- El peso adicional del conjunto porta barrenas.
Cuando son pozos someros => Perforación < > 3 trips.
Cuando son pozos profundos las cargas livianas no se consideran por lo que:
perforación < > 2½ trips
El API sostiene que toda perforación debe considerarse 3 TRIPS
- Analizando, si tenemos que perforar sin interrupción, esto equivale
aproximadamente a 3 viajes redondos.
- Cuando los pozos son pocos profundos las cargas livianas tambien se consideran.
- La práctica 9B recomendada por el API indica que el trabajo del cable
desempeñado en la perforación debe considerarse que es tres veces el trabajo
hecho en un viaje redondo a la profundidad total. Expresado en forma de ecuación
TD = 3 TTD
1 TON = 2000 Lbs 1 MILLA = 5280 FT.
TD = trabajo total en TON-MILL para perforar hasta una profundidad D (total)
TTD= Trabajo en TON-MILL hecho por el cable en un viaje redondo a la profundidad D
(total)
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El trabajo hecho por el cable al perforar entre viajes redondos
(cambio de broca) se encuentra en la siguiente ecuación:
TD = 3 ( T2 - T1 )
TD = TON-MILL de perforación en el intervalo (1-2)
T1 = TON-MILL por viaje redondo a la profundidad 1
T2 = TON-MILL por viaje redondo a la profundidad 2
TD = 3T1 + 3 (T2-T1)+3 (T3-T2)+.....3 (TD-TTD)
TD = 3TTD
T1 = TON-MILL durante el primer viaje redondo
4.7.2. TRABAJO DE CABLE EN UN VIAJE REDONDO
El ciclo de operaciones desarrolladas durante un viaje redondo con la tubería de
perforación se describe brevemente :
1. la tubería de perforación se levanta la longitud del vástago eso incluye el peso de
toda la tubería, el vástago y el conjunto de la polea viajera.
2. Se quita el vástago y se baja el agujero inclinado (rat hole o hueco del kelly); el
peso considerado en esta operación es solo el del vástago y el de la polea
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3. La tubería de perforación se levanta la distancia de una parada, esta se desconecta
y se apila en la torre, se levanta con el cable todo el peso de la tubería de
perforación y el conjunto de la polea.
4. El conjunto de la polea se baja hasta el piso (mesa rotaria o rotary table) y se
engancha a la tubería de perforación para iniciar otra elevación, el peso manejado
por el cable es solo el de la polea viajera.
5. Se repite los pasos 3 y 4 hasta que toda la tubería de perforación se ha sacado del
agujero.
Al regresar la tubería de perforación al agujero, el procedimiento previamente descrito se
repite a la inversa Sin embargo los pesos manejados y las distancias recorridas serán
idénticas
Un análisis de los pasos 1 al 5 muestra que el conjunto de polea viajera y elevador se
mueve una distancia aproximada igual al doble del largo de una parada al sacar la tubería
de perforación del agujero y también una distancia de aproximadamente el doble del largo
de una parada al meter al agujero. Por lo tanto para el viaje redondo el trabajo hecho por
el cable al mover el conjunto de polea será igual al peso de este último multiplicado por
cuatro veces la profundidad del agujero; cuando se supone que la tubería de perforación llega al fondo, por lo tanto para el viaje redondo el trabajo hecho por el cable
al mover el conjunto de poleas será igual peso de este último multiplicado por cuatro
veces la profundidad del agujero cuando se supone que la tubería de perforación llega al
fondo. El trabajo del cable en toneladas millas desempeñado al levantar y bajar el conjunto
de polea viajera y elevador en una operación completa de viaje redondo es :
1 milla = 5280 pies
1 Ton Corta = 2000 lbs
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4 DM Tblock = --------------------- -5280 x 2000
Tbloque = trabajo en ton-mill por mover el conjunto de la polea
D = profundidad del hueco en pies.
M = peso total del conjunto polea viajera elevador (lbs)
Al sacar la tubería de perforación del agujero, se hacen dos suposiciones para poder
desarrollar una fórmula sencilla para calcular el trabajo del cable estas suposiciones son :
1. El vástago se supone que tenga un peso equivalente a una parada de tubería de
perforación.
2. La tubería de perforación se supone que llegue al fondo del agujero. Un factor de
corrección se incluye para compensar el peso adicional de las porta barrenas.
El trabajo hecho por el cable al sacar la tubería del agujero es igual a la suma de los
trabajos requeridos para sacar cada parada de tubería del agujero y se puede expresar :
Ls.n.Ws+Ls(n-1)Ws+Ls(n-2)Ws+.....+Ls{n-(n-1)Ws Tt = -------------------------------------------------------------------------- ............ 2 5280 x 2000
Tt = Trabajo en Ton-mill al sacar la tubería del agujero
Ls = Longitud de una parada de tubería de perforación ft
( )sst LWnnt ×+=
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Ws = Peso de una parada de drill pipe Ft/stand
n = Número total de paradas en el agujero
Si analizamos la ecuación anterior vemos que el promedio de los pesos levantados es
igual a la mitad de la suma del peso inicial de carga mas el peso final de carga.
1 Wavg = ----- ( Ws + nWs) ……………........3 2
Wavg = peso promedio levantado Lbs
0
Ls . n . Wavg Tt = ---------------------- …………….. ......4 5280 x 2000