CLASE DE SARTAS DE PERFORACIÓN DE INGENIERÍA PETROLERA

CLASES DE SARTAS DE PERFORACIÓN INGENIERÍA PETROLERA

1. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
“HERREMIENTAS DE PERFORACION”
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2
4
5
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3
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3
1
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5

2. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
Objetivo: El alumno será capaz de identificar los diferentes componentes y tipos de
tuberías que conforman una sarta de perforación, los tipos de roscas utilizados, tipos de
barrenas, sabrá diseñar una sarta de perforación y elaborar un programa de barrenas.
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
I. Sartas de perforación
a.Objetivo de la sarta de perforación
b.Componentes de la sarta de perforación
c.Qué es una tubería de acero?
d.Proceso de fabricación de las tuberías de acero
e.Propiedades de las tuberías de acero
f.Tuberías utilizadas en la industria petrolera
g.Objetivo de las tuberías de revestimiento
h.Tubería pesada y lastra barrenas
i.Conexiones o roscar en la tubería de perforación
j.Diseño de sartas de perforación

3. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
Objetivo: El alumno será capaz de identificar los diferentes componentes y tipos de
tuberías que conforman una sarta de perforación, los tipos de roscas utilizados, tipos de
barrenas, sabrá diseñar una sarta de perforación y elaborar un programa de barrenas.
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
a.Definición
b.Principio de operación
c.Clasificación de las barrenas
d.Barrenas tricónicas
e.Barrenas de cortadores fijos (de diamante)
f.Selección de barrenas
g.Selección del diámetro de la barrena
h.Factores que afectan el desgaste de la barrena
i.Determinación del tiempo optimo para el cambio de la barrena
II.Barrenas

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La sarta de perforación es una parte importante en el proceso de perforación rotatorio, su
diseño y selección requieren de un análisis cuidadoso para la obtención de resultados
satisfactorios. Dentro de los objetivos más importantes de una sarta de perforación se
incluyen:
 Transmitir el movimiento rotatorio a la barrena.
 Servir de conducto de circulación.
 Dar peso a la barrena.
 Sacar y meter la barrena.
 Efectuar pruebas de formación.
 Colocar tapones de cemento.
 Cementar las tuberías de revestimiento.
2
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TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
a.Objetivo de la sarta de perforación I. Sartas de perforación

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Los componentes de una sarta de perforación son muy variados y cada uno tiene un
objetivo específico, a continuación se mencionan los componentes más comunes:
 Barrena.
Porta barrena (liso o estabilizador).
Motor de fondo (opcional)
 Doble caja.
Válvulas de seguridad.
 Lastra barrenas (Drill Collar).
 Junta de seguridad.
 Rimas.
 Estabilizadores.
 Martillos.
 Tubería pesada (Heavy Weight).
Canastas colectoras.
 Tubería de perforación.
 Sustituto de la flecha.
 Hules protectores.
LASTRABARRENAS
COMBINACION
BNA.
PORTABARRENA
DC
ESTABILIZADOR
VALVULA SEG
D. C. DE MONEL
MARTILLO HDCO
TUBERIA PESADA
ESTABILIZADOR
1
15
TUBERIA DE PERF.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
b.Componentes I. Sartas de perforación
Aparejo de fondo
Tubería de perf

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La distribución de los componentes de una sarta de perforación tiene que ver con el objetivo
de la misma, como se muestra en las siguientes figuras:
TEMA IV Herramientas de perforación
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b.Componentes I. Sartas de perforación
Aparejo para incrementar el
ángulo
Aparejo para mantener el
ángulo
Aparejo para disminuir el
ángulo

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Como se puede observar, a excepción de los hules limpiadores, todos los componentes de
una sarta de perforación son segmentos tubulares o tuberías.
Que es una tubería?
Es un segmento cilíndrico hueco compuesto generalmente de acero con una geometría
definida por el diámetro y el espesor del cuerpo. El acero es un metal refinado que se
obtiene a partir de la fundición de un lingote de hierro combinado con otros elementos
químicos. Los aceros se clasifican de acuerdo a su composición en:
Aceros ordinarios.- Cuyos componentes principales son hierro, carbono y manganeso, el
carbono y el manganeso reunidos no representan mas del 1.5% del total del metal.
Aceros especiales.- Se hacen como los ordinarios pero se les agrega níquel,
cromo, cobre, molibdeno, vanadio y tungsteno.

TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
c.Qué es una tubería? I. Sartas de perforación

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La tubería utilizada en la industria petrolera debe cumplir con ciertas características
geométricas y mecánicas como son:
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
c.Qué es una tubería? I. Sartas de perforación
La clase en una tubería se refiere al grado de usabilidad que ha tenido dicha tubería.

El grado en una tubería nos indica el tipo de acero con que fue construido.
Diámetro exterior
Diámetro interior
Espesor
Clase
Grado
Resistencia a la tensión
Resistencia a la presión interna
Resistencia al colapso
Resistencia a la torsión
Mecánicas Geométricas

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Debido a la importancia que tiene la tubería de acero en la industria petrolera, la
fabricación debe contar con características de calidad extrema, acordes a los esfuerzos y
riesgos potenciales a los que estará sometida. Existen tres procesos de fabricación de
tuberías:
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d.Proceso de fabricación I. Sartas de perforación
El proceso mas utilizado dentro del ámbito de perforación en tuberías con diámetros
exteriores de 20” y menores es sin duda la fabricación de tubería sin costura. El proceso
de construcción consta de los siguientes pasos:
1.Construcción sin costura
2.Construcción con soldadura eléctrica
3.Construcción con soldadura eléctrica instantánea (flash)
1.Materia prima
2.Acería
3.Colada continua
4.Laminado
Fusión
Vaciado
Afinación
Acería

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1.- Materia prima La materia prima utilizada en la fabricación de tubería es básicamente,
un 30% de fierro esponja (fierro natural) y un 70% de chatarra.
2.- Acería Es un proceso que consta de tres etapas fusión, vaciado y afinación, y su
objetivo es la fabricación de los tochos (barras de acero).
Fusión.- La materia y fierro, las aleaciones se calientan hasta alcanzar una temperatura
cercana a los 1620°C, en ese punto el acero se encuentra en estado liquido, la inyección
de gas argon se realiza por la parte inferior de la olla de fusión, con la finalidad de
homogeneizar la composición química del acero.
Vaciado.- Posteriormente, el acero de la olla de afinación es llevado y vaciado
al un distribuidor para obtener la colada continua.
Afinación.- Después de realizar el vaciado de la olla de fusión a la olla de afinación, con
precisión, se realiza la afinación del acero mediante la adición de aleaciones (carbono,
cromo, manganeso, níquel, etc.) y así se obtiene el grado del acero requerido.

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d.Proceso de fabricación I. Sartas de perforación

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3.- Colada continua El distribuidor de la colada continua ha sido deseñado con deflectores
especiales que evitan la turbulencia, con el propósito de obtener barras de sección
redonda que finalmente son cortadas en secciones dependiendo del diámetro, esta
sección es comúnmente llamada tocho.
4.- Laminado El tocho entra al horno giratorio que contiene nueve zonas de calentamiento
alcanzando 1200°C en forma gradual. Después pasa al desescamador para eliminar la
oxidación que sufre al contacto con la atmósfera y se proce a perforarlo.
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d.Proceso de fabricación I. Sartas de perforación

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Fusión Vaciado Afinación Colada Continua
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d.Proceso de fabricación I. Sartas de perforación
Aceria

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Máquina de
corte
Máquinas Extractoras-
Enderezadoras
Molde
Distribuidor
Olla Torreta
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d.Proceso de fabricación I. Sartas de perforación

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Fusión
Vaciado Afinación Colada continua
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I. Sartas de perforación

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Tratamiento térmico.- Existen tres tipos de tratamientos térmicos temple, revenido y
normalizado. Los dos primeros son para aceros C75, L80, N80, TRC95, P110, TAC140, TAC 110
y Q125.

Temple.- El tubo es llevado a un horno aumentando gradualmente la temperatura hasta 860°C y
después se sumerge súbitamente en agua a temperatura de 40°C, esto altera la estructura
molecular primero en una austensita y posteriormente a una martensita la cual es dura y poco
dúctil.
Revenido.- La tubería es introducida a un horno aumentando la temperatura gradualmente a
550°C cambiando la estructura molecular a una martensita revenida con bajos esfuerzos
residuales.
Normalizado.- El tubo es calentado sin alcanzar la austenizacion de la estructura molecular del
acero. Es usado para aceros H40, J55, K55, etc.
Acabado del tubo.- Terminado el tubo se realizan las siguientes pruebas:
 Prueba de inspección electromagnética (longitud, espesor, grado de acero, etc)
 Roscado (según normas API)
 Prueba hidrostática
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d.Proceso de fabricación I. Sartas de perforación

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Resistencia.- Es el esfuerzo máximo que un material puede soportar antes de que
ocurra una falla (resistencia a la tensión, colapso y presión interna).

Rigidez.- Una estructura es rígida si soporta un gran esfuerzo con una mínima
deformación.

Ductilidad.- Es la capacidad de un material para soportar grandes deformaciones
inelásticas antes de la fractura. Se asocia con los esfuerzos de tensión.

Maleabilidad.- Es la capacidad de un material para soportar grandes deformaciones
inelásticas antes de la fractura. Se asocia con los esfuerzos de compresión.

Maquinabilidad.- Es la facilidad con la que un material puede maquinarse.
TEMA IV Herramientas de perforación
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e.Propiedades de las tuberías de acero I. Sartas de perforación

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Tuberías de
Revestimiento (T.R.)
Tuberías de
Producción
Tuberías de
Perforación
Tuberías de
Línea
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f.Tuberías utilizadas en la industria petrolera I. Sartas de perforación
D. ext
pg
Peso
lb/pie
Grado Cedencia
lb/pg2
R. Colapso
lb/pg2
R. P. Int.
lb/pg2
R. Tensión
1000 lb
Espesor
pg
Rosca D. int
pg
En la industria petrolera se utiliza una gran variedad de tuberías de acero, siendo en los
procesos de perforación y terminación de pozos donde se utiliza la mayoría, a continuación
se mencionan las más usadas:
En este curso estudiaremos las tuberías de perforación ya que forma parte esencial de la
sarta de perforación. Como ya se menciono la sección más larga de una sarta de
perforación está constituida por la tubería de perforación y es ésta, la que más se daña
durante el proceso de perforación, razón por la cual le dedicaremos más tiempo. La tubería
de perforación al igual que las otras tuberías tiene las siguientes especificaciones:

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f.Tuberías utilizadas en la industria petrolera I. Sartas de perforación
Yield Strength
Grado Min psi Max psi

E 75 75,000 105,000
X 95 95,000 125,000
G 105 105,000 135,000
S 135 135,000 165,000

Rango 1 Rango 2 Rango 3

Longitud (pies) 18 a 22 27 a 30 38 a 45

Longitud (mt) 5.49 a 6.71 8.23 a 9.15 11.59 a 13.72

Grados más comunes en la TP
Clasificación de la TP Por longitud
E

X

G

S
Identificación de la TP en campo
La TP se encuentra en diámetros de 2 3/8 hasta 6 5/8”
Pesos unitarios más comunes
Diámetro ext.
(pg)
Peso nominal
(lb/pie)
2 3/8 4.85
6.65
2 7/8 6.85
10.40

3 1/2
9.50
13.30
15.50
4 14.00
15.70
Pesos unitarios más comunes
Diámetro ext.
(pg)
Peso nominal
(lb/pie)

4 1/2
13.75
16.60
20.00
22.82
5 19.50
25.6
5 1/2 21.90
24.70
6 5/8 25.20

19. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Clasificación de la TP por usabilidad
Tipo Descripción Código de color

Clase I Tubería nueva Una franja blanca
Premium Resistencia del 80% Dos franjas blancas
Clase II Resistencia del 65% Una franja amarilla
Clase III Resistencia del 55% Una franja azul
Clase IV Deshecho Una franja roja
El Instituto Americano del Petróleo API ha
establecido diversos lineamientos para la
clasificación de la tubería de perforación
en función del desgaste que esta
presente. El desgaste afecta directamente
a la resistencia del tubo.
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f.Tuberías utilizadas en la industria petrolera I. Sartas de perforación

20. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
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f.Tuberías utilizadas en la industria petrolera I. Sartas de perforación

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Tubería conductora.- Es la primera que se introduce y puede ser hincada o cementada. Su
objetivo es permitir la instalación del primer preventor (en algunos casos se instala el cabezal)
donde se instalan las conexiones superficiales de control y establecer un medio de circulación
para el fluido de perforación.

Tubería superficial.- La introducción de esta tubería tiene como objetivos instalar las conexiones
superficiales de control definitivas, aislar acuíferos superficiales, zonas de pérdida y zonas de
gas someras. Esta tubería se cementa hasta la superficie.

Tubería intermedia.- Estas tuberías se introducen con la finalidad de aislar las zonas de presión
normal, anormal y depresionadas, permitiendo incrementar o disminuir la densidad del fluido de
perforación para continuar con la etapa siguiente. Estas tuberías pueden ser introducidas en una
sola etapa (corrida) o en dos etapas (liner y complemento) y la cementación de igual manera
puede ser en una o dos etapas.
TEMA IV Herramientas de perforación
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g.Objetivo de las tuberías de revestimiento I. Sartas de perforación
Las tuberías de revestimiento son de gran importancia en la perforación de pozos, razón por la
cual mencionaremos su clasificación y principales objetivos.
Tubería conductora
Tubería de revestimiento superficial
Tubería de revestimiento intermedia
Tubería de revestimiento de explotación
Tuberías de revestimiento
TR

22. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Conductor
Superficial
Intermedia
Intermedia
Intermedia
Intermedia
Explotación
Boca de liner
Boca de liner
Conductor
Superficial
Intermedia
Intermedia
Explotación
Tubing
Less
TEMA IV Herramientas de perforación
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I. Sartas de perforación
Tubería de explotación.- Esta tubería tiene como finalidad aislar las zonas productoras de zonas
indeseables (acuíferos, zonas depresionadas, etc.) y permitir una explotación selectiva del
yacimiento. Generalmente esta tubería no se extiende hasta la superficie y comúnmente se le
llama tubería corta o liner. En el diseño de esta tubería se debe poner especial atención, ya que
siempre estará en contacto con los fluidos producidos e inyectados soportando las presiones del
yacimiento y las de tratamiento ( estimulación o fracturamiento). A continuación se muestran
diversos arreglos de tuberías de revestimiento.
g.Objetivo de las tuberías de revestimiento

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TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
I. Sartas de perforación h.Tubería pesada y lastra barrena
El uso de la tubería pesada es una práctica ampliamente aceptada en la industria de la
perforación ya que debido a su mayor espesor de pared el peso unitario se duplica o triplica. Los
diámetros más comunes son:
Diámetro externo (pg) Diámetro interno (pg) Peso (lb/pie)
3 ½ 2 1/16 26
4 2 9/16 28
4 ½ 2 ¾” 42
5 3 50
Las principales ventajas que se tienen con el uso de esta tubería son:
 Reduce los costos de perforación ya que al colocarla en la zona de transición (inmediatamente
arriba de los lastra barrenas) se eliminan las fallas de la tubería.
 Incrementa significativamente la capacidad de los equipos pequeños al eliminar los lastra
barrenas.
 Ahorros en la perforación direccional al disminuir el número de lastra barrenas, reduce la
torsión y disminuye las tendencias al cambio de ángulo.
El uso de la tubería pesada helicoidal minimiza los problemas de pegadura por presión
diferencial.

24. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
I. Sartas de perforación h.Tubería pesada y lastra barrena

25. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Las funciones más importantes de los lastra barrenas son:

 Dar peso a la barrena
 Minimizar los problemas de estabilidad del agujero
 Minimizar los problemas de control direccional.
Las formas de los lastra barrenas son variados, siendo los más
comunes los lisos y los ranurados en espiral. El uso de lastra barrenas
de mayor diámetro tiene las siguientes ventajas:

Se requieren menos lastra barrenas para proporcionar el mismo peso.
 Disminuye el tiempo de conexión.
 Se obtiene mayor rigidez.
 Se mantiene la verticalidad.
Al igual que en la tubería pesada, el uso de lastra barrenas ranurados disminuye el área de
contacto con la pared del pozo disminuyendo los problemas de pegadura por presión
diferencial.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
I. Sartas de perforación h.Tubería pesada y lastra barrena

26. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Debido a que las tuberías que se utilizan en los pozos tienen un limite de longitud, es necesario
unir estas tuberías para introducirlas al pozo, con la premisa de que la unión debe ser hermética
y capaz de soportar cualquier esfuerzo al que se someterá, a esta unión se le conoce como
Junta o Conexión.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
i.Conexiones o juntas en la tubería de perforación I. Sartas de perforación
Clases de juntas Existen dos clases de juntas de acuerdo a su forma de unión

Acopladas.- Son las que integran un tercer elemento llamado cople para realizar la unión
de dos tubos.
Nota.- La resistencia del
cople se considera
igual a la del tubo
Juntas acopladas
Integrales.- En un extremo del tubo se maquina la cuerda exteriormente y en el otro
interiormente, y se clasifican en: Recalcadas, Formadas y Lisas.

27. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
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FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
i.Conexiones o juntas en la tubería de perforación I. Sartas de perforación
Juntas integrales
Dependiendo del tipo de rosca se clasifican en:

Roscas API El sello se realiza mediante un
anillo u O Ring y por la grasa aplicada. Existen
cuatro tipos:

Roscas Premium Son roscar mejoradas y el
sello es metal - metal entre el piñón y la caja
 Tubería de línea
 Redondas
 Butress
 Extreme line

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i.Conexiones o juntas en la tubería de perforación I. Sartas de perforación
Para seleccionar las juntas apropiadas para un pozo se deben analizar las ventajas y
desventajas de cada una y realizar el análisis económico sin olvidar la seguridad.
Roscas API Roscas Premium
Ventajas: Son económicas
Desventajas: Difícil enrosque, menor
resistencia a los esfuerzos axiales y sello
no hermético.
Ventajas: Fácil enrosque, sello hermético y
mayor resistencia a los esfuerzos axiales
Desventajas: Costo elevado

29. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
i.Conexiones o juntas en la tubería de perforación I. Sartas de perforación
Las conexiones en la tubería de perforación generalmente son del tipo recalcado, debido a
que son sometidas como sartas de trabajo, a grandes esfuerzos durante las operaciones de
perforación:
Las roscas más comunes en la tubería de perforación son:
IEU (Internal – external Upset).- Esta junta se caracteriza por tener un diámetro externo
mayor que el cuerpo del tubo y un diámetro interno menor que el diámetro interno del tubo.

IF (Internal Flush).- El diámetro interno es aproximadamente igual al diámetro interno del
tubo y el diámetro externo es mayor que el del tubo.

IU ( Internal Upset).- El diámetro externo es casi el del tubo y el diámetro interno es menor
que el diámetro interno del tubo.
En la actualidad se tiene mas diversidad de roscas para la tubería de perforación como:
REG, NC -50, ETC. Es importante mencionar que estas juntas están diseñadas para
trabajar en tensión.

30. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
i.Conexiones o juntas en la tubería de perforación I. Sartas de perforación
CONEXIONES
INTEGRALES ACOPLADAS
RECALCADAS
FORMADAS
(SEMI LISAS)
LISAS
(FLUSH)
API Extreme line
API Tubing
Vam-Ace-XL
HD
HD – 521
HD – SLX
MAC II
VAM – FJL
HD – 511
HD - 513
API
PREMIUM
8 HRR
10 HRR
BUTRESS
MULTI VAM
VAM ACE
VAM SL
HD 563

31. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
DISEÑO DE SARTAS

DE

PERFORACION

32. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
En el proceso de perforación de un pozo, la sarta de perforación es el componente del equipo
que más se somete a esfuerzos (tensión, compresión, presión interna y externa, doblez, fatiga,
torsión, abrasión y corrosión). La acción independiente o combinada de dichos esfuerzos puede
causar los siguientes problemas durante la perforación:
El principio fundamental que debe respetarse al
diseñar una sarta de perforación es que los esfuerzos a
que se someten sus componentes tubulares deben ser
siempre inferiores a las resistencias de dichos
componentes, sin deformarse permanentemente o
alcanzar su límite elástico (ver figura). Cuando se
rebasa el límite elástico el componente tubular sufre
una deformación permanente y por lo tanto una
reducción en su resistencia.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
j.Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
 Desprendimiento
 Colapsamiento
 Fugas de presión (roturas)

33. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
j.Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Límite elástico.- Es el esfuerzo máximo que puede sufrir un cuerpo sin que la deformación sea
permanente.
Esfuerzo.- Es la razón de una fuerza aplicad entre el área sobre la que actúa (kg/cm2, psi, etc.).
Deformación.- Es el cambio relativo en las dimensiones de un cuerpo como resultado de la
aplicación de un esfuerzo.
Punto de cedencia.- Es el valor que se alcanza de un esfuerzo, mayor del límite elástico, al
cual el material continúa deformándose sin que haya incremento de la carga aplicada.
Los metales tienen otras propiedades importantes , además de las anteriormente descritas,
como:

Dureza: Resistencia del metal a la penetración o la deformación.
Ductilidad: Capacidad del metal para deformarse plásticamente sin fracturarse, medida por la
elongación o reducción de área (al tensionarlo).
Maleabilidad: Característica de los metales que permiten una deformación plástica en
compresión sin rotura.
E – 75 G – 105 S – 135 P – 110 TRC - 95

34. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
La Ley de Hooke establece que: Siempre que no se exceda el límite elástico, una
deformación elástica es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada por
unidad de área (esfuerzo). La elongación que sufre una tubería al aplicarle una fuerza de
tensión se calcula con la siguiente ecuación:
DL =
F x l
A x Y
DL es el incremento de longitud ó elongación en (m)
F fuerza o tensión aplicada en (kg)
l longitud original de la tubería en (m)
A área transversal del tubo en (cm
2
)
Y Módulo de Young en (kg/cm2) 2.11x10
6
kg/cm
2
para el acero
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
j.Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Problema:
Cuál es la elongación que sufre una tubería si se tiene una sarta de perforación con una
longitud de 3,000 m, al aplicarle una tensión de 25 ton sobre su peso?. La tubería es de 3
1/2” con un diámetro interior de 2.992”.

35. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
j.Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Tarea:
Cuál es la elongación que sufre una tubería si se tiene una sarta de perforación con una
longitud de 14,760 pies, al aplicarle una tensión de 25 ton sobre su peso?. La tubería es de
5” con un espesor de0.362”.

36. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
El Instituto Americano del Petróleo API tiene establecido que para el diseño de sartas de trabajo
sean considerados los tres esfuerzos principales a que son sometidas:
Tensión.- Una sarta de trabajo al estar suspendida verticalmente, sufrirá un esfuerzo axial llamado
tensión, producto de su peso. El valor de este esfuerzo varía de cero en el punto neutro hasta un
máximo en el punto de apoyo, es decir en la superficie.
Compresión Tensión
Punto neutro
KG
Prof
Esfuerzos por tensión ( kgs, tons ó en lbs)
Tensión Rpi se incrementa
Tensión Rpc se disminuye
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
j.Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
F
2
F
1
Si la tubería estuviera suspendida en el
aire soportaría todo su peso. Si esta
sumergida en un fluido (lodo), disminuye
su peso por el efecto de empuje, esto en
función de la densidad del fluido;
cambiando los esfuerzos de tensión a
compresión a partir del punto neutro
hacia abajo.

37. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
j.Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Torsión.- La cantidad de esfuerzo por torsión que resiste una tubería bajo tensión debe calcularse
en cada cambio de tubería.
Presión cero
Presión
máxima
Esfuerzos por colapso (kg/cm2, lb/pg2 ó en psi)
Compresión Rpi se disminuye
Compresión Rpc se incrementa
Colapso.- Este esfuerzo se debe principalmente al efecto de la presión exterior que ejerce la
columna hidrostática de los fluidos de perforación. El valor de este esfuerzo aumente con la
profundidad y su valor máximo estará en el extremo inferior de la tubería.
Pi
Pe

38. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Un adecuado diseño de la sarta de perforación permite reducir costos a través de:
1.Optimizar el número de lastra barrenas, tubería pesada y tubería de trabajo.
2.Reducir el riesgo de desprendimiento o ruptura de los componentes de la sarta.
3.Reducir la posibilidad de pegaduras por presión diferencial.
4.Mantener un control sobre la dirección del pozo para reducir la turtuosidad y el arrastre.
Metodología Práctica de Diseño
1.Recopilación de información.
2.Selección del aparejo de fondo.
3.Diseño de la tubería de trabajo.
4.Criterios de estabilización de la sarta.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Debe tomarse en cuenta que un sobre diseño incrementa el costo de la perforación.
La metodología para obtener un diseño optimo consta de los siguientes puntos:

39. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
1.- Recopilación de la información.- La información necesaria para el proceso de diseño y
selección de la sarta se puede resumir en:
a.Profundidad total
b.Trayectoria y ángulo máximo
c.Peso sobre barrena requerido
d.Factores de diseño
e.Pozos de correlación
f.Margen de jalón
g.Inventario de tubería
h.Especificaciones de la tubería
Algunos cálculos del diseño de sartas de perforación se basan en experiencias y condiciones
esperadas durante la perforación. Por lo tanto, es necesario analizar con mucho detalle los
pozos de correlación para determinar variables como:
 Arrastres esperados.
 Posibles pegaduras por presión diferencial.
 La hidráulica.

40. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
2.- Selección del aparejo de fondo.- El diseño de la
sarta de perforación se realiza de abajo hacia arriba,
por lo que una ves que se tiene la información se
procede a la selección del aparejo de fondo (lastra
barrenas y tubería pesada).
Existen tres tipos de configuraciones de aparejos de
fondo, los cuales permiten mantener el punto neutro
por debajo de la tubería de trabajo. La selección se
hace en función de la severidad de las condiciones de
operación determinadas en los pozos de correlación.
Tipo 1.- Es la configuración más simple y esta compuesta por lastra barrenas y tubería de
perforación. El peso sobre la barrena se aplica con los lastra barrenas y el punto neutro se
localiza en los lastra barrenas.
Tipo 2.- Utiliza tubería pesada por arriba de los lastra barrenas, como transición entre los lastra
barrenas y la tubería de perforación. El peso sobre la barrena es aplicado con los lastra barrenas
y el punto neutro se localiza en los lastra barrenas.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

41. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Tipo 3.- Esta configuración utiliza lastra barrenas únicamente para el control direccional y reducir
la vibración de la sarta de perforación. El peso sobre barrena es aplicado con los lastra barrenas
y la tubería pesada, quedando el punto neutro en la tubería pesada. Este arreglo permite
manejar el aparejo de fondo en forma rápida y sencilla, reduce las pegaduras por presión
diferencial. Este arreglo es el más recomendado para la perforación direccional.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
2.1.- Determinar el diámetro de los lastra barrenas.- Cuando las pegaduras por presión
diferencial sean mínimas, la experiencia establece que el diámetro de los lastra barrenas
debe ser el máximo permisible. La siguiente ecuación proporciona un valor aceptable para
el diámetro de los lastra barrenas d
MLB (pg).
d
MLB = 2 d
ECTR – d
B Donde;

d
ECTR = diámetro exterior del cople de la TR (pg)

d
B = diámetro de la barrena (pg)

42. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
2.2.- Calcular la longitud de los lastra barrenas.- Cuando el peso sobre la barrena es
proporcionado únicamente por los lastra barrenas utilizar la siguiente ecuación:
L
LB =
671.4*P
SB *F
d
P
LB *F
F *cosF
Donde; L
LB (m) es la longitud mínima de lastra barrenas
P
SB (ton) es el máximo peso requerido por la barrena,
F
d es el factor de diseño para asegurar que el punto neutro se ubique
por debajo de la cima de los lastra barrenas y su valor es de 1.10 – 1.20
P
LB (lb/pie) es el peso unitario de los lastra barrenas (sin flotación),
F
F es el factor de flotación adimencional
F es el ángulo del pozos respecto a la vertical.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
2.3.- Calcular la longitud de la tubería pesada.- Cuando la tubería pesada se utiliza para reducir
los niveles de esfuerzos en la zona de transición, el API recomienda utilizar de 9 a 10 tramos de
tubería pesada. Cuando es utilizada además de lo anterior para dar peso a la barrena la longitud
se obtiene con la siguiente ecuación:
L
TP =
671.4*P
SB *F
d
P
TPHW *F
F *cosF
P
LB *L
LB
P
TPHW
Donde; P
TPHW es el peso unitario de la tubería
(lb/pie)

43. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
3.- Diseño de la tubería de trabajo.- Después de calcular el diámetro y número de tramos
de lastra barrenas y de tubería pesada, se procede a diseñar la tubería de perforación,
proceso en el cual se revisan las condiciones más criticas a las que será sometida la
tubería y se comparan con su resistencia específica (tablas).
Para lograr un diseño óptimo y seguro de la sarta de perforación se deben tomar en
cuenta los siguientes parámetros:
a.Resistencia a la tensión de la tubería R
T (tablas)
Se debe tomar en cuenta si la tubería es nueva o usada (clase I, Premium, clase II, etc)
b.Factor de diseño a la tensión F
dT
Dependerá de las condiciones del pozo y varia de 1.3 a 1.6
c.Tensión de trabajo T
T a la que estará expuesta la tubería
d.Margen de jalón M
J
Este dependerá de los riesgos potenciales de atrapamiento y condiciones de arrastre
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

44. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Paso 1.- Calcular la Máxima tensión permisible M
TP (toneladas).- Es la máxima tensión
a la que estará expuesta la tubería y se calcula con la siguiente ecuación:
M
TP = (Ton)
4.54 x 10
-4
R
T
F
dT
R
T (lbs) resistencia de la tubería (tablas)
F
dT factor de seguridad a la tensión el cual varía de
1.3 a 1.6.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
3.1.- Procedimiento de cálculo:
Paso 2.- Determinar el margen de jalón M
J
(toneladas).- El margen de jalón se determina tomando en
cuenta los riesgos potenciales de un atrapamiento de la
sarta de perforación, del arrastre máximo de la sarta de
perforación en pozos desviados y del efecto ocasionado
por las cuñas.
M
J > = M
TP [ (E
T/E
C) – 1] (Ton) Diametro
Tubería (pgs)12 (pgs) 16 (pgs)
2 3/8 1.25 1.18
2 7/8 1.31 1.22
3 1/2 1.39 1.28
4 1.45 1.32
4 1/2 1.52 1.37
5 1.59 1.42
5 1/2 1.66 1.47
Longitud de las cuñas
Constante de efecto de cuñas (ET/EC)
En la practica el M
J varia de 20 a 60 ton
A
sección = 4.17 x 10
-4
F
F P
us L
secc (sen F)(Ton)

45. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Paso 2.- Calcule la Tensión de Trabajo T
T (toneladas).- Una ves obtenida la máxima
tensión permisible M
TP y el margen de jalón M
J, la tensión de trabajo se obtiene con la
siguiente ecuación:
T
T = M
TP - M
J (Ton)
Paso 3.- Calcular la longitud de las secciones de tubería de perforación.- El principio
para calcular las longitudes, grados y pesos de las secciones de tubería de perforación es
mantener durante todo el proceso de perforación, y a lo largo de toda la sarta de
perforación, la tensión de la misma menor o igual a la máxima tensión permisible. Bajo
este criterio la tubería de menor resistencia a la tensión se coloca inmediatamente arriba
de la tubería pesada o lastra barrenas.
Bajo este principio, y de acuerdo con el arreglo de la sarta seleccionado, la tubería de
menor resistencia se coloca inmediatamente arriba de los lastrabarrenas o tubería pesada.

46. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
La longitud de la primera sección esta limitada por la tensión de trabajo T
T determinada
previamente y se obtiene con la siguiente ecuación:
L
TP(SEC1) =
T
T(SEC1)
F
F
- 1.49x10
-3
(P
LB L
LB + P
HW L
HW)
1.49x10
-3
P
TP(SEC1)
L
TP(SEC2) =
(T
T(SEC2) – T
T(SEC1))
1.49x10
-3
P
TP(SEC2) F
F
Si la longitud de la primera sección no es suficiente para la profundidad del pozo, la
longitud máxima de la segunda sección se calcula con la siguiente ecuación:
P
TP (sec)1 Es el peso unitario de la tubería de perforación que se analiza (lb/pie)

47. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
L
TT(SEC3) =
(T
T(SEC3) – T
T(SEC2))
1.49x10
-3
P
TP(SEC3) F
F
Si adicionalmente, es necesaria una tercera sección de tubería, la longitud se obtiene con
la ecuación:
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

48. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Con la siguiente información realizar el diseño de una sarta de perforación a la tensión y al colapso:
Datos:
Prof. = 5800 m (vertical)
TR 7 5/8” = 4150 m
TP 3 ½” grados X-95 y G-105, 13.3 lb/pie (nueva)
TP 2 7/8” grado E – 75, 6.85 lb/pie (nueva)
Lastrabarrenas: 4 ½” x 1 ½”, 48 lb/pie
Barrena: 6 ½”, Peso sobre barrena 2.5 ton
Fluido de control: 1.32 gr/cc
Factor de seg de lastrabarrenas = 1.15
Factor de seguridad a la tensión 1.3
Dejar la de TP 2 7/8” 150 m arriba de la zapata de 7 5/8”
Margen para jalar es de 25 ton.
No se considera tubería pesada.
Barrena 6 ½”
Lastra ba 4 ½”
TP 2 7/8”
TP 3 1/2”
5800 m
4150 m
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
TR 7 5/8” TP Grado
Peso
lb/pie
Rtensión
Lbs
Rcolapso
Psi
Rpresión int
psi
2 7/8" E - 75 6.85 135,902 10,467 9,907
3 1/2" X - 95 13.3 343,988 17,877 17,480
G - 105 13.3 380,196 19,758 19,320
4000 m

49. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Diseño por tensión
Paso 1 Calcular la longitud de lastra barrenas
L
LB = = = 48.33 m
671.4*P
SB *F
d
P
LB *F
F *cosF
671.4 * 2.5 * 1.15
48 *0.832
*cos 0
F
F = 1 – (rlodo/ racero) = 0.832
Paso 2 Calcular la longitud de la primera sección de TP de 2 7/8”
L
TP(SEC1) =
T
T(SEC1)
F
F
- 1.49x10
-3
(P
LB L
LB + P
TP L
TP)
1.49x10
-3
P
TP(SEC1)
T
T1 = M
TP - M
J = 47.46 – 30 = 22.46 ton
M
TP = = = 47.46 ton
4.54x10
-4
R
T
F
dT
4.54x10
-4
(135,902)
1.3

L
TP(SEC1) = = 2,306.24 m
27 - 1.49x10
-3
(48 x 48.33)
1.49x10
-3
(6.85)
T
T1 / F
F= 22.46 / 0.832 = 27 ton
La longitud requerida de TP de 2 7/8” es de: 1,752 m
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

50. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Diseño por tensión
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Como se requiere únicamente una longitud de 1,752 m de 2,306 calculados de TP de 2 7/8”,
requerimos calcular el peso flotado de la sección de la T.P. de 2 7/8” para no afectar a la
siguiente tubería.
En otras palabras corregiremos el Tt1, para poder continuar haciendo nuestro diseño de sarta.
Despejando T
T(secc1)c obtenemos el valor de Tt1 corregido.
L
TP(SEC1) =
T
T(SEC1)
F
F
- 1.49x10
-3
(P
LB L
LB + P
TP L
TP)
1.49x10
-3
P
TP(SEC1)
Tt1c = 17.75 ton

51. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Paso 3 Calcular la longitud de la segunda sección de TP de 3 1/2” X - 95
L
TP(SEC2) =
(T
T(SEC2) – T
T(SEC1))
1.49x10
-3
P
TP(SEC2) F
F
T
T2 = M
TP - M
J = 120.1 – 25 = 95.13 ton
M
TP = = = 120.13 ton
4.54x10
-4
R
T2
F
dT
4.54x10
-4
(343,983)
1.3

L
TT(SEC2) = = 4,693.18 m
(95.13 – 17.75)
1.49x10
-3
(13.3
x0.832)
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
El diseño final es:
48 m de lastra barreas de 4 ½” x 1 ½”, de 48 lb/pie
1,752 m de TP de 2 7/8” E 75, 6.85 lb/pie
4,000 m de TP de 3 ½” X- 95, 13.3 lb/pie
TP 3 1/2”
5,800 m
4150 m
TR 7 5/8”
4000 m
5,572 m
TP 2 7/8”
D C

52. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
3.3.1.- Diseño a presión interna y colapso.- La condición que debe cumplirse para el
diseño a presión interna y colapso es:
R
PI > PI F
dpi R
Pc > Pc F
dpc
Cuando se consideran las cargas axiales el diseño al colapso se obtiene con la siguiente
ecuación:
r = x 100
(Tensión aplicada) F
F + Mj
0.454 x At x PCP
F
dpi = 1.250 F
dpc = 1.125
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Donde:
r Es adimensional
Tensión aplicada (peso de la TP en el aire) en Kg
M
J Margen de jalón en Kg
At Área transversal de la tubería en pg2
PCP en lb/pg2
5,800 m
r1
r2
r3
r4 Grado
PCP
psi
PCP Min
psi
PCP Max
psi
E 85,000 75,000 95,000
X 110,000 95,000 125,000
G 120,000 105,000 135,000
S 145,000 135,000 155,000

53. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Ddiseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación 1 2 3 4 5 6 7
2 x 3 ( 4 - 6 )
r % z % Rc/Fsc
kg/cm2
Rc por tens
kg/cm2
Profundidad
m
Presión
hidrostática
Kg/cm2
Margen para
represionar
kg/cm2
r1 = 39.84 70 654 458 5572 736 -278
r2 = 61.00 55 654 360 4000 528 -168
r3 = 23.63 82 1117 916 4000 528 388
r4 = 60.00 54 1117 603 0 1117
5,800 m
r1
r2
r3
r4 Tubería
Peso
lb/pie
Longitud
m
Peso secc
kg
Peso acum
kg
Ta (Ff) + Mj
kg
Área secc
pg2
L B 4 1/2" 48 48 3433 3433 27856 14.137
TP 2 7/8" 6.85 1752 17882 21315 42734 1.812
TP 3 1/2 13.3 4000 79268 100583 108685 3.621
r = x 100
(Tensión aplicada) F
F + Mj
0.454 x At x PCP

54. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
% DE RESISTENCIA COMPRESION – TENSION (Nominal)
% DE RESISTENCIA COLAPSO
–

PRESION INTERNA (Nominal)

C O L A P S O

PRESION INTERNA

120
100
80
60
40
20
0
20
40
60
80
100
120
r = 39.84%
120
100
80
60
40
20
0
20
40
60
80
100
120
COMPRESION – PRESION EXTERNA
TENSION – PRESION INTERNA
COMPRESION - COLAPSO
TENSION – COLAPSO
C O M P R E S I O N T E N S I O N
-120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120
z = 70%

55. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Tarea No.
Con la siguiente información realizar un diseño de una sarta de perforación a la tensión y al
colapso utilizando la elipse de esfuerzos:
Datos:
Progf = 5,800 m (vertical)
TR 9 5/8” = 4,671 m
Lastrabarrenas: 88 lb/pie
Barrena: 8 ½””, Peso sobre barrena 4 ton
Fluido de control: 1.80 gr/cc
Factor de seg de lastrabarrenas = 1.18
Margen para jalar es de 30 ton.
Factor de seguridad a la tensión = 1.5
Factor de seguridad al colapso = 1.125
Barrena 8 1/2”
Lastra ba
T R 9 5/8”
TP 5”
5,800 m
4,671m
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación TP 5"
19 5 lb/pie
Rtensión
lbs
Rcolapso
psi
Rpresión int
Psi
Clase de la
TP
E-75 395,595 9,962 9,503Premium
X-95 501,087 12,026 12,037Premium
G-105 553,833 13,000 13,304Nueva
S-135 712,070 15,672 17,106Nueva

56. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Tarea No.
Con la siguiente información realizar un diseño de una sarta de perforación
a la tensión y al colapso utilizando la elipse de esfuerzos:
Datos:
Progf = 5,600 m (vertical)
TR 9 5/8” = 4,600 m
Lastrabarrenas: ,83 lb/pie
Diámetro ext del cople de la TR de 7” = 7.681
Barrena: 8 ½””, Peso sobre barrena 4 ton
Fluido de control: 0.85 gr/cc
Factor de seg de lastrabarrenas para el punto neutro= 1.16
Margen para jalar es de 35 ton.
Factor de seguridad a la tensión = 1.6
Factor de seguridad al colapso = 1.125
Barrena 8 1/2”
Lastra ba ”
T R 9 5/8”
TP 5”
5,600 m
4,600m
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
I. Sartas de perforación TP 5"
19 5 lb/pie
Rtensión
lbs
Rcolapso
psi
Rpresión int
Psi
Clase de la
TP
E-75 395,595 9,962 9,503Premium
X-95 501,087 12,026 12,037Premium
G-105 553,833 13,000 13,304Nueva
S-135 712,070 15,672 17,106Nueva
Premium
Premium
Premium
Premium
Nueva Grado
PCP
psi
PCP Min
psi
PCP Max
psi
E 85,000 75,000 95,000
X 110,000 95,000 125,000
G 120,000 105,000 135,000
S 145,000 135,000 155,000

57. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

58. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

59. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

60. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

61. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
CRITERIOS DE ESTABILIZACION

EN LAS

SARTAS DE

PERFORACION

62. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
4.- Criterios de estabilización de la sarta de perforación.- Los ensambles de fondo de las
sartas de perforación originan fuerzas en la barrena, que varían de acuerdo con las condiciones
de operación (peso sobre la barrena). Durante la perforación estas fuerzas gobiernan el ángulo
de inclinación del pozo. Para el control direccional del pozo se utilizan fuerzas laterales ejercidas
por los estabilizadores al cambiar el punto tangencial o de contacto con la formación.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
La manipulación de la posición y el número de
estabilizadores (puntos de contacto) es fundamental
para un buen control de la trayectoria del pozo.

63. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
4.1 Principios de estabilización de aparejos de fondo.- Cuando se aplica peso sobre la
barrena se originan dos fuerzas en la barrena: una fuerza positiva (pandeo) y una negativa
(péndulo). La fuerza resultante en la barrena F
B se puede determinar con la siguiente
ecuación:
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
F
B = - 7.45 x 10
-4
P
LB F
F L
T sen F +
0.0254 ( P
SB – 7.45 x10
-4
P
LB F
F L
T cos F) l
L
T
(Ton)
Péndulo Pandeo
F
B es la fuerza resultante (ton)
L
T es la longitud de la barrena al primer punto de contacto (m)
P
SB es el peso aplicado a la barrena (ton)
P
LB es el peso unitario de los lastra barrenas (lbs/pie)
l es el claro entre el agujero y el diámetro exterior del lastra barrena (pg)
l = 0.5 (d
b – d
eLB)
Incrementa el ángulo Disminuye el ángulo

64. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
La ecuación anterior tiene dos incógnitas por lo que se recomienda el siguiente procedimiento:
1. Suponer un valor de L
T. De acuerdo con la experiencia se sugiere iniciar con L
T = 10 m
2. Calcular el factor de flotación y determinar el P
LB
3. Calcular la carga compresiva de los lastra barrenas
C
CLB = P
SB – 7.45 x 10
-4
P
LB F
F L
TS sen F (Ton)
4. Determine la rigidez de los lastra barrenas
R
LB = 1.424 x 10
6
(d
4
eLB – d
4
iLB ) (lbs – pg2)
5. Calcular la variable u (adimensional)
u = 924 L
T
C
CLB
R
LB
0.5

6. Calcular la función X
X =

3 (tanu – u)

u
3

65. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
L
T =
7. Calcular la longitud de la barrena al punto de tangencia L
T
1.2 x 10
-4
R
LB l
P
LB F
F sen F X
0.25
( m )
8. Si el valor de L
T calculado en el paso anterior es diferente del supuesto en el paso 1, calcular
un promedio de ambos.
9. Tomar el valor promedio de L
T calculado como el nuevo valor de L
T supuesto y repetir los
cálculos hasta que el valor calculado de L
T sea aproximadamente igual al supuesto.
9. Calcular la fuerza resultante en la barrena F
B
Si la fuerza resultante es positiva ( + ) el ángulo se incrementa
Si la fuerza resultante es negativa ( - ) el ángulo disminuye
Si la fuerza resultante es cero el ángulo se mantiene

66. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Reglas prácticas para estabilizar la sarta de perforación
El arreglo 1 es utilizado para obtener moderados
incrementos de ángulo .
Los arreglos 2 y 3 permiten obtener incrementos de 1
y 3° /30 m.
El arreglo 4 proporciona mayor fuerza de pandeo que
los arreglos 5 y 6 en agujeros con inclinación < a
8°.
Los arreglos 5 y 6 permiten incrementos de ángulo de
2 y 5° /30m en pozos cuya inclinación es > a 8°.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Como resultado de modelos complejos (3D), que consideran fuerzas de inclinación y direccional de
la barrena, curvatura del agujero, diferentes diámetros del agujero y ensamble de fondo y puntos de
tangencia entre la barrena y estabilizadores y entre estabilizadores a continuación se presentan
algunas reglas practicas para determinar el número y posición de los estabilizadores.

1
a
1.5
a.Ensamble de fondo para incrementar el ángulo

67. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
b. Ensamble de fondo para reducir el ángulo
Este tipo de arreglo es conocido como arreglos tipo
péndulo, debido a que la fuerza lateral, de péndulo,
ejercida por la gravedad, es superior a la de pandeo y
se logra eliminando el estabilizador colocado arriba
de la barrena e instalándolo abajo del primer punto
de tangencia.
Los arreglos 5 y 6 proporcionan la mejor respuesta
para reducir el ángulo. Cuando se tienen pozos con
alta inclinación, el número de puntos de contacto
entre la barrena y el primer estabilizador se
incrementa causando reducción en la fuerza de
péndulo originando una menor respuesta a reducir el
ángulo del pozo.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Para contrarrestar lo anterior se disminuye la distancia de la barrena al primer estabilizador como
lo muestran los arreglos 1 y 2. Estos arreglos son más utilizados para controlar la desviación del
pozo.

68. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
c. Ensamble de fondo para mantener el ángulo
Estos ensambles son conocidos como sartas
empacadas.
En estos arreglos los estabilizadores se colocan de
tal manera que las fuerzas laterales de pandeo y
péndulo se neutralicen. Este efecto generalmente se
logra colocando dos estabilizadores cerca de la
barrena, el primero inmediatamente arriba de la
barrena y el segundo a 6 m o menos.
Los arreglos 1 y 2 mantienen el ángulo de
incremento, los arreglos 4 y 5 mantienen la
reducción. El arreglo 3 en pozos con inclinación
menor a 10° mantiene el incremento de ángulo y para
mayores de 10° mantiene la reducción.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación
Los ensambles empacados, en realidad tienen la función de incrementar o reducir paulatinamente
el ángulo de inclinación del pozo evitando cambios bruscos.

69. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Recomendaciones

1.En situaciones donde la sarta de perforación estará sometida a condiciones
extremadamente severas, como en pozos de alta inclinación o de largo alcance, se
recomienda diseñar la sarta tomando en cuenta esfuerzos combinados (tensión/colapso,
tensión/torsión, etc.).
2.Durante el diseño de una sarta de perforación, se recomienda contar con tablas de
especificaciones de la tubería actualizadas.
3.Existe sofware técnico como herramienta de cálculo para el diseño de la sarta de
perforación, por lo que se recomienda su empleo, una vez que se han comprendido los
conceptos y criterios básicos.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

70. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
Recomendaciones para el cuidado e inspección de la tubería de perforación

1.Llevar el control de las revisiones hechas por inspección tubular con la finalidad de tener
actualizada las condiciones de la sarta de perforación.
2.Aplicar el apriete óptimo durante su introducción para evitar deformaciones en caja y piñón.
3.Los instrumentos de medida de apriete, se deben revisar y calibrar periódicamente.
4.Verificar las condiciones de la tubería de perforación nueva y usada de acuerdo a la
codificación API.
5.Verificar las condiciones de las cuñas y buje maestro. Es recomendable una prueba de las
cuñas cada tres meses o de acuerdo a las condiciones observadas.
Ya se mencionó con anterioridad que la sarta de perforación es sometida a grandes esfuerzos
durante la perforación y operaciones de pesca, razón por la cual es de suma importancia que sea
inspeccionada continuamente para:
a.Cuantificar el desgaste del cuerpo del tubo y determinar su clase.
b.Ver si no existen fracturas en el tubo.
c.Determinar las condiciones de la rosca.
TEMA IV Herramientas de perforación
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
•Diseño de sartas de perforación I. Sartas de perforación

71. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
1a. ETAPA
SECCION VERTICAL (DE 50 A 1000 M)
ESTAB. 9 ½” x 17 1/2”
COMB.
DOBLE CAJA LISO
(8 5/8” x 7 5/8”) API. REG. DIAMETRO DIAMETRO PESO PESO TORQUE
EXTERIOR INTERIOR (LB/PIE) (KG/M) (FT-LB)
8" 2 13/16" 150.00 223.5 6 5/8" A.P.I. REG. 53000
9 1/2" 3" 217.00 323.33 7 5/8" A.P.I. REG. 88000
LASTRABARRENAS (DC)
CONEXIÓN TORQUE
(PIE-LB)
EXT. INT. D. INT.D. EXT. CAJA
5" 3 " 1 5 1/2" 691185 50728 NC-50 3 1/16"6 1/2" 50 74.5 29400
JUNTA
TUBERIA PESADA (HEAVY WEIGHT)
ESPESOR
DE PARED
RECAL
CENTRAL
RESIST.
TENSION
(lb)
RESIST.
TORSION
(lb/p)
DIAMETRO
CONEXIÓN
PESO
(lb/p)
PESO
(kg/m) MIN. MAX. MIN. MAX.
36 - 20 8 5/8 40000 60000 5530 8300
BARRENA
DIAMETRO
TAMAÑO DEL
PIÑON API
REG.
TORQUE RECOMENDADO (FT-LB)
(lb/pie) (kg/mt)
APAREJO DE FONDO PESO
NOMINAL
PESO
AJUSTADO
RESIST.
TENSION
TORSION
DE
ENROSQUE
RESIST.
TENSION
EXT.INT. (LB/PIE)(kg/m t) AL 90% EN KGD. EXT.D. INT. (FT-LB)
AL 100%
EN LB.
54.276NC-50 19.50 31.12 E-75 127446 5 7/8"3 3/4"0.4 15776 939311535
31.94 X-95 161432 6 1/32"3 1/2"0.4 19919 1186394612
32.66G-105 178425 6 3/32"3 1/4"0.4 21914 1304436150
33.67 S-135 229403 6 5/16"2 3/4"0.4 28381 1689560764
DIAMETRO
(pg)
CONEXIÓN GRADO
JUNTAS (CLASE)
ESPESOR
DE PARED
PREMIUM
AMP.
COMB.
12 TRAMOS HW 5”, 50 lb/pie
DCN 9 1/2”
DCN 8”
TP 5” ,19.5 lb/p
BNA 26”
ESTAB. 9 ½” x 17 1/2”
DCC 9 1/2”
ESTAB. 8” x 26”
DCN 9 1/2”
1
2
4
5
6
3
7
8
9
ESTAB. 8” x 26”
DCN 8”
“SARTAS DE PERFORACIÓN” Diseño de sartas de perforación
TUBERIA DE PERFORACION

72. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
“SARTAS DE PERFORACIÓN” Diseño de sartas de perforación

73. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
“SARTAS DE PERFORACIÓN” Diseño de sartas de perforación
APAREJO DE FONDO
2a. ETAPA
SECCION VERTICAL (1000 A 2000 M) PESO
TORQUE
(PIE-LB)
EXT. INT. D. INT.D. EXT. KG/M CAJA
5" 3 " 1 5 1/2" 691185 50728 NC-50 3 1/16"6 1/2" 50 74.5 29400
JUNTA
TUBERIA PESADA (HEAVY WEIGHT)
ESPESOR
DE PARED
RECAL
CENTRAL
RESIST.
TENSION
(lb)
RESIST.
TORSION
(lb/p)
PESO
lb/p
DIAMETRO
CONEXIÓN DIAMETRO DIAMETRO PESO PESO TORQUE
EXTERIOR INTERIOR (LB/PIE) (KG/M) (FT-LB)
8" 2 13/16" 150.00 223.5 6 5/8" A.P.I. REG. 53000
9 1/2" 3" 217.00 323.33 7 5/8" A.P.I. REG. 88000
LASTRABARRENAS
CONEXIÓN MIN. MAX. MIN. MAX.
36 - 20 8 5/8 40000 60000 5530 8300
BARRENA
DIAMETRO
TAMAÑO DEL
PIÑON API
REG.
TORQUE RECOMENDADO (FT-LB)
(lb/pie) (kg/mt) PESO
NOMINAL
PESO
AJUSTADO
RESIST.
TENSION
TORSION
DE
ENROSQUE
RESIST.
TENSION
EXT.INT. (LB/PIE)(kg/mt) AL 90% EN KGD. EXT.D. INT. (FT-LB)
AL 100%
EN LB.
54.276NC-50 19.50 31.12 E-75 127446 5 7/8"3 3/4"0.4 15776 939311535
31.94 X-95 161432 6 1/32"3 1/2"0.4 19919 1186394612
32.66G-105 178425 6 3/32"3 1/4"0.4 21914 1304436150
33.67 S-135 229403 6 5/16"2 3/4"0.4 28381 1689560764
DIAMETRO
(pg)
CONEXIÓN GRADO
JUNTAS (CLASE)
ESPESOR
DE PARED
PREMIUM
AMP.
COMB
DCN 9 1/2”
TP 5”, 19.5 lb/p
BNA 17 ½”
PORTA BNA. LISO
1
2
ESTAB. 9 ½” x 17 ½ ”
DCC 9 1/2”
ESTAB. 9 ½” x 17 1/2”
4
5
DCN 8”
6
9
12 HW 5”, 50lb/p
3 DCN 9 1/2”
8
7
ESTAB. 8” x 17 ½ ”
COMBINACION

74. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
“SARTAS DE PERFORACIÓN” Diseño de sartas de perforación
APAREJO DE FONDO
2a. ETAPA
SECCION DIRECCIONAL (2000 A 3800 M)
MOTOR DE
FONDO 8”
BHO 8”
DC ANTIMAGNETICO 8”
9 DC NORMAL 8”
Bna. 17 1/2”
Comb.6 5/8”-REG.X 5” NC-50
MARTILLO HDCO 8”
12 Tramos HW 5”
COMB (P) 75/8” REG. X 6 5/8”
REG. PESO
TORQUE
(PIE-LB)
EXT. INT. D. INT.D. EXT. KG/M CAJA
5" 3 " 1 5 1/2" 691185 50728 NC-50 3 1/16"6 1/2" 50 74.5 29400
TUBERIA PESADA (HEAVY WEIGHT)
ESPESOR
DE PARED
RECAL
CENTRAL
RESIST.
TENSION
(lb)
RESIST.
TORSION
(lb/p)
PESO
lb/p
DIAMETRO
CONEXIÓN
JUNTA DIAMETRO DIAMETRO PESO PESO TORQUE
EXTERIOR INTERIOR (LB/PIE) (KG/M) (FT-LB)
8" 2 13/16" 150.00 223.5 6 5/8" A.P.I. REG. 53000
LASTRABARRENAS
CONEXIÓN MIN. MAX. MIN. MAX.
36 - 20 8 5/8 40000 60000 5530 8300
(lb/pie) (kg/mt)
BARRENA
DIAMETRO
TAMAÑO DEL
PIÑON API
REG.
TORQUE RECOMENDADO (FT-LB) PESO
NOMINAL
PESO
AJUSTADO
RESIST.
TENSION
TORSION
DE
ENROSQUE
RESIST.
TENSION
EXT.INT. (LB/PIE)(kg/mt) AL 90% EN KGD. EXT.D. INT. (FT-LB)
AL 100%
EN LB.
54.276NC-50 19.50 31.12 E-75 127446 5 7/8"3 3/4"0.4 15776 939311535
31.94 X-95 161432 6 1/32"3 1/2"0.4 19919 1186394612
32.66G-105 178425 6 3/32"3 1/4"0.4 21914 1304436150
33.67 S-135 229403 6 5/16"2 3/4"0.4 28381 1689560764
DIAMETRO
(pg)
CONEXIÓN GRADO
JUNTAS (CLASE)
ESPESOR
DE PARED
PREMIUM
AMP.

75. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
“SARTAS DE PERFORACIÓN” Diseño de sartas de perforación

76. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
APAREJO DE FONDO
5a. ETAPA @ 6804 m
15 LASTRABARRENAS 6 ½ ”
COMB
BNA. 8 3/8”
PORTABARRENA
ESTAB.6 1/2”X 8 3/8”
DC CORTO 61/2”
ESTAB. 6 ½ ”X 8 3/8 ”
B.H.O. 6 1/2”
L.B. monel 6 1/2”
MARTILLO HDCO. 6 1/2”
12 TRAMOS HW 5”
V.C.P. 6 1/2”
ESTAB. 6 ½ ” X 8 3/8”
1
15 DIAMETRO DIAMETRO PESO PESO TORQUE
EXTERIOR INTERIOR (LB/PIE) (KG/M) (FT-LB)
6 1/2" 2 13/16" 92 137.08 NC-46 22900
LASTRABARRENAS
CONEXIÓN MIN. MAX. MIN. MAX.
8 1/2 - 8 1/4 4 1/2 12000 16000 1660 2210
(lb/pie) (kg/mt)
BARRENA
DIAMETRO
TAMAÑO DEL
PIÑON API
REG.
TORQUE RECOMENDADO (FT-LB) PESO
NOMINAL
PESO
AJUSTADO
RESIST.
TENSION
TORSION
DE
ENROSQUE
RESIST.
TENSION
EXT. INT. (LB/PIE) (kg/mt) AL 90% EN KGD. EXT.D. INT. (FT-LB)
AL 100% EN
LB.
5 4.276NC-50 19.50 31.12 E-75 127446 5 7/8"3 3/4" 0.4 15776 939 311535
31.94 X-95 161432 6 1/32"3 1/2" 0.4 19919 1186394612
32.66 G-105 178425 6 3/32"3 1/4" 0.4 21914 1304436150
33.67 S-135 229403 6 5/16"2 3/4" 0.4 28381 1689560764
5" 4 NC-50 25.60 42.19 S-135 305363 6 9/32"2 3/4" 0.5 27438 1633746443
DIAMETRO (pg)
CONEXIÓN GRADO
JUNTAS (CLASE)
ESPESOR
DE PARED
PREMIUM
AMP. PESO
TORQUE
(PIE-LB)
EXT. INT. D. INT.D. EXT. KG/M CAJA
5" 3 " 1 5 1/2" 691185 50728 NC-50 3 1/16"6 1/2"50 74.5 29400
TUBERIA PESADA (HEAVY WEIGHT)
ESPESOR
DE PARED
RECAL
CENTRAL
RESIST.
TENSION
(lb)
RESIST.
TORSION
(lb/p)
PESO
lb/p
DIAMETRO
CONEXIÓN
JUNTA
“SARTAS DE PERFORACIÓN” Diseño de sartas de perforación

77. Prof. Ing. Luis Soto Pineda
“SARTAS DE PERFORACIÓN” Diseño de sartas de perforación