Modelado numérico del fenómeno de torque y arrastre en tuberías de completación de pozos de petróleo y gas

Abstract

Torque y arrastre son parámetros críticos en perforación direccional, especialmente en pozos horizontales y de alcance extendido. Las limitaciones generadas por el fenómeno de torque y arrastre en dichos pozos son encontradas usualmente durante las fases de perforación y completación. Los trabajos de completación son incluidos en el diseño base del pozo como consecuencia de que han existido numerosos casos en donde el pozo ha sido satisfactoriamente perforado pero no ha podido ser completado debido a fallas en el diseño o limitaciones en el taladro. Para calcular las fuerzas aplicadas sobre la tubería de completación se requiere el uso de un modelo matemático que permita predecir las cargas o esfuerzos que pueden ser aplicados de forma segura sobre la tubería de completación durante su instalación. Experiencia previa ha mostrado que el uso de estos modelos en todas las fases de perforación y completación del pozo es una ventaja. El modelo mas usado para estimaciones de torque y arrastre esta basado en el propuesto por Johansick et al. (1983), debido a su simplicidad y disponibilidad general. Experiencia de campo indica que en algunos casos estos modelos analíticos generan resultados inexactos. Por esta razón, se desarrollo un estudio numérico basado en el modelo de Johansick. Dicho estudio permitió desarrollar un modelo 3D en elementos finitos (MEF) para la estimación del torque y arrastre que, debido a su versatilidad y flexibilidad, puede ser usado como base iniciar estudios numéricos en diferentes áreas como lo son pandeo, vibraciones, análisis de esfuerzos, diseño del ensamble de fondo de pozo, etc. A partir del modelo propuesto en combinación con algunos modelos de cálculos de trayectorias de pozo se desarrollo un programa computacional para la estimación del torque y el arrastre generado durante la fase de completación del pozo. En este trabajo se muestran las bases teóricas que soportan el modelo y su validación a través de su aplicación en algunos casos de campo, obteniendo un buen ajuste con datos reales