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Diseño de Revestidores y Tubería de Producción
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Establecer una metodología de diseño uniforme.
Definir las cargascargas a considerar en el diseño de revestidores y tuberías de producción.
Definir los factores de diseñofactores de diseño mínimos que deben cumplir los revestidores y las tuberías de producción.
Diseño: SEGURO, ECONÓMICO y FACTIBLEDiseño: SEGURO, ECONÓMICO y FACTIBLE
OObjetivos
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
1.- Definición y funciones de la tubería de revestimiento y producción
2.- Procedimiento de diseño2.1.- Selección de profundidades de asentamiento2.2.- Selección de diámetros2.3.- Determinación de espesores y grados
2.3.1.-Métodos convencional de diseño y de cargas de servicio
2.3.2.- Materiales2.3.3.-Selección de
conexiones2.3.4. Cargas que actúan
en la sarta, ecuaciones
3.- Consideraciones especiales3.1.- Pandeo3.2.- Temperaturas3.3.- Desgaste
Programa
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Definición y funciones de la
tubería de revestimiento y
producción
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Tubería de revestimiento:Tubería de revestimiento:La que se utiliza para
recubrir las paredes del pozo con el propósito general de protegerlo.
Definiciones generales
En general, se pueden hacer las siguientes definiciones:
•Tubería de producción:Tubería de producción:
– Aquella por donde circulará el fluido
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Revestidor/Camisa/Tieback Revestidor/Camisa/Tieback “de producción”:“de producción”:La que está (o puede estar)
en contacto directo con el fluido.
Camisa (liner):Camisa (liner):Tubería que no llega hasta
la superficie sino que está colgada de otra.
Tieback:Tieback:Tubería que va desde una
camisa hasta la superficie.
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Definiciones generales
Conductor
Revestidor superficial
Revestidor Intermedio
Tieback de producción
Tubería de producción Camisa de producción
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Definiciones generales
• Reduce al mínimo la pérdida de
circulación a poca profundidad
• Conducto por donde el lodo regresa a la
superficie al comienzo de la
perforación
• Minimiza la erosión de sedimentos
superficiales debajo del taladro
• Protege de la erosión las tuberías de
revestimiento subsiguientes
• Sirve de soporte para el sistema
desviador en caso de afluencia
inesperada a poca profundidad.
• ConductorConductor (Puede referirse también la primera
tubería de revestimiento)::
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Definiciones generales
• Soporta el resto de los revestidores
• Protege de la corrosión cualquier tramo de tubería de revestimiento subsiguiente
• Previene los derrumbes de los sedimentos no consolidados, más debilitados, que se hallan próximos a la superficie
• Protege de la contaminación las arenas someras que contienen agua dulce
• Proporciona resistencia a las arremetidas para poder perforar a mayor profundidad
• Sirve de apoyo primario para los impiderreventones
•Tubería de superficie:Tubería de superficie:
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Definiciones generales
• Permite utilizar grandes pesos de lodo sin dañar las formaciones superficiales
• Controla las zonas de sal y las lutitas desmoronables de fácil desprendimiento.
• Revestidor intermedio, camisas y Revestidor intermedio, camisas y tiebacks de perforación:tiebacks de perforación:
• Protege el ambiente en caso de una falla de tubería• Permite cambiar o reparar la tubería de producción• Aísla la zona productora de las demás formaciones• Crea un conducto de paso de dimensiones
conocidas
• Revestidor de producción, camisas y Revestidor de producción, camisas y tiebacks de producción:tiebacks de producción:
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Definiciones generales
• Constituye el conducto
por donde fluye el fluido
en la fase de producción
• Sirve para controlar la
presión del yacimiento
• Permite estimular el
yacimiento
• Tubería de producción:Tubería de producción:
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Definiciones generales
Procedimiento GeneralProcedimiento Generalde Diseñode Diseño
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Procedimiento de diseño
Para diseñar eficientemente una sarta de revestimiento, así como la tubería de producción óptima, hay que conocer una serie de datos del yacimiento, como por ejemplo:
Las presiones de poro y de fractura hasta la profundidad final del mismo,
La distribución de temperaturas, Las funciones del pozo, actuales y futuras, Caudal de fluido esperado.
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Una vez en disponibilidad de los datos antes mencionados se procede a:
Seleccionar las profundidades de asentamiento.Escoger los diámetros de los distintos
revestidores.Determinar los tipos de material, espesores y
conexiones de las sartas.
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Procedimiento de diseño
Selección de la profundidad Selección de la profundidad de asentamientode asentamiento
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamiento
Pro
fund
idad
Gradiente de presión, peso equivalente de lodo
Gradiente defractura
Gradiente depresión de poro
0
Prof. final
Para ésto, se requiere del gráfico de gradiente de Para ésto, se requiere del gráfico de gradiente de presiones vs. profundidadpresiones vs. profundidad
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Presiones vs. profundidad ó Presiones vs. profundidad ó Gradiente de presiones vs. profundidadGradiente de presiones vs. profundidad
Profundidad
Presión
p
prof
Gradientede presión
pprof=
Profundidad
Gradientede presión
Profundidad
Presión Gradientede presión
Profundidad
Zona depresiónnormal
Zona depresiónanormal
Selección de prof. de asentamiento
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamiento
Pro
fund
idad
Gradiente de presión, peso equivalente de lodo
Gradiente defractura
Gradiente frac.menos margen de arremetida
Gradiente depresión de poro
Grad. PP mássobrebalance
0
Prof. final
Para esto, se requiere del gráfico de gradiente de Para esto, se requiere del gráfico de gradiente de presiones vs. profundidadpresiones vs. profundidad
Sobrebalance: 0,5 lpgMargen de arremetida: 0,5 lpgMargen de seguridad: 0,5 lpg
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Gráfico de gradiente de presiones vs. profundidadGráfico de gradiente de presiones vs. profundidad
Peso de lodo necesario para controlar el pozo a la profundidad requerida
Pro
fun
did
ad
Peso equivalente de lodo
0
Prof. final
Profundidad mínima a la que la formación puede ver ese peso de lodo sin que ocurra fractura
Selección de prof. de asentamiento
Hay que proteger toda la formación por encima
RevestidorRevestidor
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamientoP
rofu
nd
idad
Peso equivalente de lodo
Intermedio
Superficial
Rev. de producción
Camisa
Así, por ejemplo, se obtiene:Así, por ejemplo, se obtiene:
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamiento
• Adicionalmente se tiene que verificar:
- Riesgo de pega por presión diferencial- Resistencia de la formación contra
arremetidas
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamiento
Riesgo de pega por presión diferencialAl ser mayor la presión ejercida por el lodo que la ejercida por la formación, hay el riesgo de que la tubería “se pegue” a la pared del hoyo.
Para prevenir ésto, se trata de que la diferencia entre ambas presiones:
P = 0,052 * (Plodo - Pporo) * D
sea menor a 2.000 psi
D
Plodo
Pporo
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamientoP
rofu
nd
idad
Peso equivalente de lodo
Visto en el diagrama:Las máximas diferencias entre el peso de lodo y la presión de poro no deben superar el límite establecido{
!Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamiento
Revestidor superficial
Verifica que el revestidor superficial se encuentre a una profundidad lo suficientemente grande como para evitar que una arremetida de gas salga por debajo de éste
• Resistencia de la formación contra arremetidas
Lodo
Lodo
GasHoyo abierto
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamiento
• Resistencia de la formación contra arremetidas
La presión que ejerce la arremetida, como función de la profundidad, se calcula con la siguiente fórmula:
Parre = (Profhoyo/Profcalc) * M + Plodo
Para determinar la profundidad correcta del revestidor superficial se tantea con Profcalc hasta que la presión de arremetida Parre sea menor que la presión de fractura.
M = 0,5 lpg, incremento del peso del lodo en la arremetida
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Selección de prof. de asentamiento
Ejemplo: 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
9 11 13 15 17 19
Gradiente de presión (lb/gal)Pr
ofun
dida
d (p
ies)
Gradientede fractura
Gradientede presiónde poro
Determine las profundidades de asentamiento para el pozo cuyas gradientes se muestran en la figura
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamiento
Solución:
Considerando los márgenes de 1 lpg, las profundidades de asentamiento resultaron:Revest. producción: 12.000’Revest. intermedio: 10.000’Revest. superficial: 3.200’
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
9 11 13 15 17 19
Gradiente de presión (lb/gal)
Pro
fun
did
ad
(p
ies)
Gradientede fractura - MS
Gradientede presión
de poro + MS
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección de prof. de asentamiento
Solución:0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presión (lb/gal)
Pro
fun
did
ad (
pie
s)
Verificando la posibilidad de pega diferencial del revestidor superficial a 3.200 pies:
P = 0,052 * (MW - PP) * D =
P = 0,052 * (10,0 - 9,0) * 3.200 = 166 psi < 2.000 No habrá problemas
Repitiendo la operación para el revestidor intermedio a 10.000 pies:
P = 0,052 * (MW - PP) * D =
P = 0,052 * (13,0 - 9,0) * 8.000 = 1.664 psi < 2.000 Tampoco habrá problemas
Y para el revestidor de producción a 12.000 pies:
P = 0,052 * (MW - PP) * D =
P = 0,052 * (16,2 - 12,0) * 10.000 = 2.184 psi > 2.000 Puede haber problemas
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Selección de prof. de asentamiento
Solución:
P = 0,052 * (16,2 - 12,0) * 10.000 = 2.184 psi > 2.000
Este último resultado significa que no se puede usar un lodo de 16,2 lpg porque a la profundidad de 10.000’ se pegaría la tubería.
0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presión (lb/gal)
Pro
fun
did
ad (
pie
s)
La decisión se centraría en utilizar un lodo más liviano. ¿Cual sería el lodo más liviano que se puede usar?:
0,052 * (MW -12,0 ) * 10.000 pies = 2.000 psi
MW = 2.000/(0,052*10.000) + 12,0 =15,8 lpg
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Selección de los diámetros Selección de los diámetros de los distintos revestidoresde los distintos revestidores
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Rev. de producción
Superficial
Intermedio
Camisa
Selección del Diámetro
La selección del diámetro se hace principalmente en función de que cada revestidor pueda contener al siguiente. El último, es decir, la tubería de producción debe tener suficiente diámetro para conducir el fluído del pozo hasta la superficie.
Tub. de producción
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Superficial
Intermedio
Camisa
Selección del Diámetro
Así pues, se escoge primero la tubería de producción y luego, sucesivamente los demás revestidores.
Un segundo criterio de selección es la consideración de dejar suficiente espacio para herramientas o para bajar un revestidor intermedio, debido a algún problema imprevisto. Rev. Intermedio
(no previsto en el diseño)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
4
4 3/4
6 5/8
7 7/8
8 5/8
10 5/8
14 3/4
16
4 1/2
5 7/8
7
8 1/2
9 5/8
12 1/4
13 3/8
17 1/2
20
5
6 1/8
7 5/87 3/4
8 3/4
10 3/4
14 3/4
16
20
24
5 1/2
6 1/2
8 5/8
9 1/2
17 1/2
20
26
30
7 7/8
9 5/8
10 5/8 12 1/4
11 3/411 7/8
13 3/814
11 3/411 7/8
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Este árbol muestra los diámetros más usuales de hoyos y revestidores.
Las líneas contínuas representan las selecciones más usuales.
Selección del Diámetro
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Selección del Diámetro
EjemploEjemplo
Utilizando los datos del problema anterior, seleccione los diámetros adecuados para el pozo, si la tubería de producción será de 3 1/2”.
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NOTA: TENIENDO UN MARGEN DE SEGURIDAD PARA CUALQUIER EQUIPO QUE SE NECESITE INTRODUCIR AL HOYO Y DE IGUAL FORMA TENER ESPACIO PARA ASENTAR DE FORMA EFICIENTE LAS EMPACADURAS.
4
4 3/4
6 5/8
7 7/8
8 5/8
10 5/8
14 3/4
16
4 1/2
5 7/8
7
8 1/2
9 5/8
12 1/4
13 3/8
17 1/2
20
5
6 1/8
7 5/87 3/4
8 3/4
10 3/4
14 3/4
16
20
24
5 1/2
6 1/2
8 5/8
9 1/2
17 1/2
20
26
30
7 7/8
9 5/8
10 5/8 12 1/4
11 3/411 7/8
13 3/814
11 3/411 7/8
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
12.000’
10.000’
4.000’ Superficial
Rev.de Producción
Camisa deProducción
Del ejemplo anterior:
Conductor320’
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
4
4 3/4
6 5/8
7 7/8
8 5/8
10 5/8
14 3/4
16
4 1/2
5 7/8
7
8 1/2
9 5/8
12 1/4
13 3/8
17 1/2
20
5
6 1/8
7 5/87 3/4
8 3/4
10 3/4
14 3/4
16
20
24
5 1/2
6 1/2
8 5/8
9 1/2
17 1/2
20
26
30
7 7/8
9 5/8
10 5/8 12 1/4
11 3/411 7/8
13 3/814
11 3/411 7/8
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
Hoyo
Revestidor
12.000’
10.000’
4.000’ Superficial
Producción
Producción
Resultado:
5 5 1/21/2””
9 9 5/85/8””
13 13 3/83/8””
Conductor320’20”20”
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Determinación de Determinación de espesores y gradosespesores y grados
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Una vez que se sabe la longitud y los diámetros que tendrán los diferentes revestidores y tuberías, se procederá a determinar el espesor de los tubos y el material de que estarán hechos.
Para ello se necesitan saber las cargas a que estarán sometidos estos elementos:
Espesores y grados
Casos de cargaCasos de cargaCasos de cargaCasos de carga
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Se denomina Casos de CargaCasos de Carga a aquellas condiciones a las que se supone se verá sometido la tubería a lo largo de su vida de servicio, por ejemploPrueba de presiónArremetida de gasFuga de gas en la tubería de producciónEtc.
Casos de carga
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
PDVSA ha definido, para cada tipo de revestidor y para la tubería de producción unos Casos de CargaCasos de Carga para los cuales se tiene que verificar la capacidad de resistencia de la tubería.
Casos de carga
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Conductor:Conductor:Prueba de presión.1/3 de vacío.
Tubería de superficie, revestidores, Tubería de superficie, revestidores, camisas y tiebacks intermedios:camisas y tiebacks intermedios:
Prueba de presión.1/3 de vacío. Arremetida de gas.Perforación.
Casos de carga
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Revestidores, camisas y tiebacks de Revestidores, camisas y tiebacks de producciónproducción:
Vacío total.Fuga de la tubería de producción cerca de la
superficie con temperatura estática.Fuga de la tubería de producción cerca de la
superficie en caliente.Estimulación a través de la tubería de producción. Tratamiento de fractura del revestidor.
Casos de carga
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Tubería de producción:Tubería de producción:
Cierre del pozo totalmente lleno de gas, con temperatura estática.
Cierre del pozo totalmente lleno de gas, con temperatura estática, en caliente.
Vacío completo, con temperatura estática.
Vacío completo, en caliente.
Después del cañoneo.
Estimulación a través de la tubería de producción.
Casos de carga
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Pint
Profundidad
Presión/Temperatura
Pext
Presión interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof.
Casos de carga
• ConductorConductor, Prueba de presión.-
Temperatura estática
.
Presión externa:Presión natural deporo
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
PT/ 3
Lodo
Profundidad
Presión externa:Peso del lodo utilizado albajar la última sarta ó presión de poro
Profundidadtotal
Vacío
Casos de carga
• ConductorConductor, 1/3 de vacío.-
Presión/Temperatura
Temperatura estática
Presión interna:Peso del lodo actual
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Casos de carga• EjemploEjemplo,, determinar los perfiles de presiones internas, externas y determinar los perfiles de presiones internas, externas y
temperatura (Casos de carga) del conductor del ejemplo anterior:temperatura (Casos de carga) del conductor del ejemplo anterior:
Superficial, 4.000’
Producción, 10.000’
Camisa de Producción, 12.000’
Conductor, 320’
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
.
Profundidad
Presión/Temperatura
Presión externa:Presión natural deporo
Presión interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof.
Casos de carga• EjemploEjemplo, Prueba de presión.-
Temperatura estática
320’
0’
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
9 11 13 15 17 19
Gradiente de presión (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura
Gradientede presiónde poro
Presión externa:Hasta 320’ es igual a la presión natural de 8,5 lpg:@ 0’ = 0 psi@ 320’ = 0,052 * 320 * 8,5
= 141 psi
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
.
Profundidad
Presión/Temperatura
Presión externa:Presión natural deporo
Presión interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof.
Casos de carga• EjemploEjemplo, Prueba de presión.-
Temperatura estática
Presión interna:
@ 320’ = 0,052 * 320 * (11,2 + 0,2) = 190 psi
@ 0’ = @PT - columna de lodo@ 0’ = 190 - (0,052 * 320 * 10,0) = 23 psi
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
9 11 13 15 17 19
Gradiente de presión (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura
Gradientede presiónde poro Grad. Fract.
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
.
Profundidad
Presión/Temperatura
Presión externa:Presión natural deporo
Presión interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof.
Casos de carga
• EjemploEjemplo, Prueba de presión.-
Temperatura estática
Temperatura estática:Si no se tienen medidas reales, se puede utilizar un gradiente de 0,8 °F/100 pie
@ 0’ = 80° F
@ 320’ = 80 + (0,8 * 320/100) = 83 °F
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
.
Profundidad
Presión/Temperatura
Presiónexterna:
Presión interna:
Casos de carga
• EjemploEjemplo, Prueba de presión.-
Temperatura
320’
0’ 23 psi
190 psi
0 psi
141 psi
80 °F
83 °F
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Una vez determinados los casos de carga hay que analizar cómo se van a emplear:
Espesores y grados
MétodoMétodoCONVENCIONALCONVENCIONAL
MétodoMétodoCONVENCIONALCONVENCIONAL
Método de laMétodo de laVIDA DE SERVICIOVIDA DE SERVICIO
Método de laMétodo de laVIDA DE SERVICIOVIDA DE SERVICIO
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Determina cuál caso de carga genera mayor diferencial de presión (dint > dext) y verifica la resistencia al estallido.
Determina el caso de carga que genere mayor presión externa y vacío interno y verifica la resistencia al colapso.
Verifica la resistencia a la tracción versus el peso sumergido de la sarta
Considera un caso de carga base: revestidor colocado y cementado y le superpone los diferentes casos de carga:
Caso base + Caso de carga 1Caso base + caso de carga 2Caso base + caso de carga...
Para cada uno de estos cálculos se compara el resultado con la resistencia de la tubería. Además se calcula el esfuerzo equivalente (Von Mises) y se compara con la resistencia a la fluencia del material.
Espesores y grados
MétodoMétodoCONVENCIONALCONVENCIONAL
Método de laMétodo de laVIDA DE SERVICIOVIDA DE SERVICIO
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Continuación...NO CONSIDERA
• Cementación (parcialmente)• Pandeo• Efectos de la temperatura• Esfuerzos debidos a la
flexión• Variaciones del área
transversal de la tuberíaEs conservador para pozos
somerosInsuficiente para pozos profundosEs posible realizar los cálculos a
mano
Continuación...SI CONSIDERA
• Cementación• Pandeo• Efectos de la temperatura• Esfuerzos debidos a la
flexión• Variaciones del área
transversal de la tubería
En general se necesita de una computadora para realizar los cálculos
Espesores y grados
MétodoMétodoCONVENCIONALCONVENCIONAL
Método de laMétodo de laVIDA DE SERVICIOVIDA DE SERVICIO
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Analizados los casos de carga, se deben comparar los resultados con la resistencia del material a:ColapsoCedencia interna (estallido)TracciónCompresiónEsfuerzos de Von Mises
Espesores y grados
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Evidentemente, la Resistencia de la tubería (y de la conexión) debe ser mayor que la carga.
Cuánto mayor lo determina el:
Espesores y grados
Factor de DiseñoFactor de Diseño
Factor de Diseño Resistencia del M aterialCarga aplicada
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Factores de Diseño
COLAPSO CEDENCIAINTERNA
TENSIÓN COMPRE-SIÓN
VME
CONDUCTOR 1,0 -- -- -- --SUPERFICIAL 1,0 1,1 1,6 1,3 1,25INTERMEDIO 1,0 1,1 1,6 1,3 1,25PRODUCCIÓN 1,1 1,1 1,6 1,3 1,25TUBERÍA DE
PRODUCCIÓN1,1 1,1 1,6 1,3 1,25
Factor de Diseño Resistencia del MaterialCarga aplicada
Factores de DiseñoFactores de Diseño mínimos según PDVSA
Factores de Diseño
Nótese que el Factor de DiseñoFactor de Diseño se parece mucho al Factor de SeguridadFactor de Seguridad. Sin embargo, el primero se relaciona con la resistencia teórica o asumida del tubular, mientras que el segundo se relaciona con la resistencia real.
Factor de Diseño Resistencia asumida del MaterialCarga aplicada
Factor de Seguridad Resistencia real del MaterialCarga aplicada
!!!!Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Antes de proceder a determinar los esfuerzosesfuerzos que producen los diferentes casos de carga sobre las tuberías, es preciso conocer las características de los materialesmateriales de que están hechas éstas.
Espesores y grados
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
MaterialesMaterialesMaterialesMateriales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• Para los efectos de diseñodiseño y en cierto grado para su clasificaciónclasificación las tuberías se identifican en base a su:
– Diámetro externo– Peso (espesor)– Grado (resistencia del material)– Tipo de conexión
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Así, por ejemplo, una tubería típica se identifica como:
9 5/8” 47 lb/pie P-110 BTC9 5/8” 47 lb/pie P-110 BTC
Diámetro externo
Peso unitario, que corresponde a un espesor de pared de 0,472”
Material con una resistencia a la fluencia mínima de 110.000 psi
Rosca Buttress
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El diámetro es referido siempre al externo y tiene una holgura de (-0,5% + 1,0%)(-0,5% + 1,0%) para los tubos mayores o iguales a 4 1/2”, y de (± 0,031%)(± 0,031%) para los tubos menores o igules a 4”.
Los valores de diámetro que se fabrican usualmente son:
• 13 1/2”
• 13 3/8”13 3/8”
• 11 7/8”
• 11 3/4”11 3/4”
• 10 3/4”10 3/4”
DiámetroDiámetro
• 20”20”
• 18 5/8”
• 16”
• 14”
• 13 5/8”13 5/8”
• 9 7/8”
• 9 3/4”
• 9 5/8”9 5/8”
• 8 3/4”
• 7 3/4”
• 7 5/8”7 5/8”
• 7”7”
• 6 5/8”
• 5 1/2”5 1/2”
• 5”5”
• 4 1/2”4 1/2”
• 4”
• 3 1/2”3 1/2”
• 2 7/8”2 7/8”
• 2 3/8”2 3/8”
De color rojo las de mayor uso en Venezuela.De color rojo las de mayor uso en Venezuela.
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El peso determina el espesor de la tubería y tiene una toleracia de -12,5% +0.
Eso indica que una tubería puede tener un espesor 12,5% menor que el valor nominal !!!.
PesoPeso
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El grado del material establece las propiedades mecánicas (resistencia a la fluencia y máxima, ductilidad y tenacidad) y la resistencia a la corrosión del producto.
GradoGrado
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Resistenciaa la fluencia
Resistenciamáxima
Mínima Máxima Mínima
Grado (psi) (psi) (psi)
H40 40.000 80.000 60.000J55 55.000 80.000 75.000K55 55.000 80.000 95.000N80 80.000 110.000 100.000L80 80.000 95.000 95.000C90 90.000 105.000 100.000C95 95.000 110.000 105.000T95 95.000 110.000 105.000P110 110.000 140.000 125.000Q125 125.000 150.000 135.000
Servicio Servicio AgrioAgrio
Resistencia a la fluencia y máximaResistencia a la fluencia y máximaMateriales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
TenacidadTenacidad
E n e r g í a A b s o r b i d aL o n g i t u d i n a l T r a n s v e r s a l
G r a d o ( J ) ( J )H 4 0 - - - - - - - - - -J 5 5 2 7 2 0K 5 5 2 7 2 0N 8 0 5 5 4 0L 8 0 1 6 0 1 2 0C 9 0 1 6 0 1 2 0C 9 5 1 6 0 1 2 0T 9 5 1 6 0 1 2 0
P 1 1 0 8 0 6 0Q 1 2 5 8 0 6 0
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Grupo
1. 2. 3. 4. 5.
Grado Tipo Carbón Manganeso Molibdeno Cromo Níquel Cobre Fósforo Azufre Siliciomin. máx. min. máx. min. máx. min. máx. máx. máx. máx. máx. máx.
1 H40 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 0,03 0,03 -----J55 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 0,03 0,03 -----K55 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 0,03 0,03 -----N80 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 0,03 0,03 -----
2 L80 1 ----- 0,431 ----- 1,90 ----- ----- ----- ----- 0,25 0,35 0,03 0,03 0,45L80 9Cr ----- 0,15 0,30 0,60 0,90 1,10 8,00 10,00 0,50 0,25 0,02 0,01 1,00L80 13Cr 0,15 0,22 0,25 1,00 ----- ----- 12,00 14,00 0,50 0,25 0,02 0,01 1,00C90 1 ----- 0,35 ----- 1,00 0,252 0,75 ----- 1,20 0,99 ----- 0,02 0,01 -----C90 2 ----- 0,50 ----- 1,90 ----- N.L. ----- N.L. 0,99 ----- 0,03 0,01 -----C95 ----- ----- 0,453 ----- 1,90 ----- ----- ----- ----- ----- ----- 0,03 0,03 0,45T95 1 ----- 0,35 ----- 1,20 0,254 0,85 0,40 1,50 0,99 ----- 0,02 0,01 -----T95 2 ----- 0,50 ----- 1,90 ----- ----- ----- 0,99 ----- 0,03 0,01 -----
3 P110 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 0,035 0,035 -----4 Q125 1 ----- 0,35 ----- 1,00 ----- 0,75 ----- 1,20 0,99 ----- 0,02 0,01 -----
Q125 2 ----- 0,35 ----- 1,00 ----- N.L. ----- N.L. 0,99 ----- 0,02 0,02 -----Q125 3 ----- 0,50 ----- 1,90 ----- N.L. ----- N.L. 0,99 ----- 0,03 0,01 -----Q125 4 ----- 0,50 ----- 1,90 ----- N.L. ----- N.L. 0,99 ----- 0,03 0,02 -----
El contenido de Carbón para L80 se puede incrementar hasta 0,50% máx. si el producto es templado en aceite.El contenido de Molibdeno para C90, Tipo 1 no tiene tolerancia mínima si el espesor de pared es menor que 0,700 pulg.El contenido de Carbón para C95 se puede incrementar hasta 0,55% máx. si el producto es templado en aceite.El contenido de Molibdeno para T95, Tipo 1 se puede disminuir hasta 0,15% mínimo si el espesor de pared es menor que 0,700 pulg.El contenido de Fósforo es 0,020% máx. y el contenido de Azufre es 0,010 % para revestidores P110 con costura.
N.L.= No hay límite. Los elementos mostrados deben estar reportados en el análisis del producto.
Composición químicaComposición química
Aceros inoxidables
{
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Revenido
Temp., Mín.
Proceso de Tratamiento
Grado Tipo Fabricación Térmico ºF
Grupo 1 H40 ----- Sin o Con Costura Ninguno -----
J55 ----- Sin o Con Costura Ninguno -----
Nota 1
K55 ----- Sin o Con Costura Ninguno -----
Nota 1
N80 Sin o Con Costura Nota 1 -----
Grupo 2 L80 1 Sin o Con Costura Templado y Revenido 1050
L80 9 Cr Sin Costura Templado y Revenido* 1100
L80 13 Cr Sin Costura Templado y Revenido* 1100
C90 1 Sin Costura Templado y Revenido 1150
C90 2 Sin Costura Templado y Revenido 1150
C95 ----- Sin o Con Costura Templado y Revenido 1000
T95 1 Sin Costura Templado y Revenido 1200
T95 2 Sin Costura Templado y Revenido 1200
Grupo 3 P110 ----- Sin o Con Costuraº Templado y Revenido -----
Grupo 4 Q125 1 Sin o Con Costuraº Templado y Revenido -----
Q125 2 Sin o Con Costuraº Templado y Revenido -----
Q125 3 Sin o Con Costuraº Templado y Revenido -----
Q125 4 Sin o Con Costuraº Templado y Revenido -----
Nota 1: Normalizado en su longitud completa, Normalizado y Revenido, o Templado y Revenido, según quesea una disposición del fabricante o si se especifica en la orden de compra.* Tipos 9 Cr. y 13 Cr. pueden ser Templados con aire.
º Los requerimientos especiales para los revestidores con costura P110 y Q125 están especificados en laNorma SR11.
Proceso deProceso de
manufacturamanufactura
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Las características de fabricación son:
Tubería sin costuraTubería sin costura
Materiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Tubería sin costuraTubería sin costura
Materiales
En las tuberías sin costuras el proceso más importante es la conversión de la barra sólida en un tubo mediante un mandril o punta.
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Las características de fabricación son:TuberíaTubería concon costuracostura (ERW)(ERW)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
ConexionesConexionesConexionesConexiones
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Conexiones
Las conexiones son los elementos mecánicos que mantienen unidas las tuberías:
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Los principales elementos que caracterizan una conexión son:Si es acoplada o integralacoplada o integral, es decir, si la
caja es separada o es parte del tuboLos diámetros internos y externosdiámetros internos y externos
(en relación al tubo)El tipo de roscaroscaEl tipo de selloselloEl rebordereborde
Conexiones
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Una conexión es acopladaacoplada cuando los tubos se unen a través de un acople:
Es integralintegral, cuando la caja está tallada en el tubo:
Tipo de acoplamientoTipo de acoplamiento
Conexiones
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
En la conexión acopladaacoplada el diámetro interno se mantiene igual, pero el diámetro externo aumenta debido al acople:
Diámetros internos y externosDiámetros internos y externos
Conexiones
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
En la conexión integralintegral pueden haber cuatro
tipos:
Interna lisa
Externa lisa
Intermedia
Toda lisa
Diámetros internos y externosDiámetros internos y externos
Conexiones
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El problema de los diámetros es muy importante, pues por un lado se desea que la conexión tenga la misma resistencia que el tubo (transparencia estructural).(transparencia estructural).
Diámetros internos y externosDiámetros internos y externos
• Pero también se desea que la conexión tenga las mismas dimensiones externas e internas que el tubo (transparencia dimensional).(transparencia dimensional).
Transparencia Transparencia EstructuralEstructural
Transparencia Transparencia GeométricaGeométrica
Conexiones
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Existen básicamente dos tipos de rosca:
La triangular (60°)o redonda:
y la trapezoidal:
Tipo de roscaTipo de rosca
Conexiones
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El sello es el dispositivo mecánico explícitamente encargado de impedir que el fluido interno salga:
El selloEl sello
Conexiones
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Tope mecánico que limita el movimiento de enroscado. Proporciona la resistencia a la compresión.
El rebordeEl reborde
Conexiones
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Combinando esos cinco elementos de diferentes formas se obtienen innumerables tipos de conexiones.
La clasificación más común está referida, sin embargo, a si la conexión está patentada o es de libre uso:conexiones APIAPI (uso libre)
conexiones PREMIUMPREMIUM
Conexiones
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Las conexiones APIAPI son de uso libre y de acuerdo al tipo de rosca, hay dos tipos:Redondas:
IJIJ - Integral Joint NUENUE - Non upset tubing thread EUEEUE - External upset tubing thread STCSTC - Short thread connector LTCLTC - Long thread connector
Trapezoidales (antiguamente eran patentadas) BTCBTC - Buttress XLXL - Extrem-line
Conexiones
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• Asi pues por ejemplo, la STCSTC es una conexión acoplada, con rosca redonda, usualmente de 8 hilos por pulgada (puede haber de 10 hpp). No tiene sello ni reborde.
• Para lograr el sellado se utiliza una grasagrasa con partículas metálicas en suspensión que se introducen entre los hilos.
Conexiones
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• La BTC o ButtressBTC o Buttress es la más popular. Es acoplada y usa una rosca trapezoidal. Tampoco tiene sello ni reborde.
Conexiones
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Las conexiones PremiumPremium vienen en gran variedad de formas y en general se clasifican como:
MTCMTC - Estándar con sello metal-metal (VAM, BDS)MIJMIJ - Integral con sello metal-metal (PH-6, IJ4S)HWHW - Especiales para paredes gruesas (HPC,VAM HW)
LDLD - Especiales para grandes diámetros (Big Omega, ATS)
SLHSLH - Especiales de alto rendimiento y línea reducida (ULT, NJO)
IFJIFJ - Especiales integrales, el diámetro externo suele ser menor a 1% por encima de la tubería (STL,FL-4S)
Conexiones
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Sellos metal-metal
Reborde
Rosca trapezoidal
conexión integral
• Conexión PremiumPremium, integral, con sello metal-metal.
Conexiones
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A fin de optimizar y racionalizar la adquisición de tuberías, se ha diseñado un procedimiento de selección de conexiones de revestidores y tubería de producción para PDVSA.
Conexiones
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Conexiones de Tubería de Revestimiento
Diámetro> 20”
Diámetro> 16”
No
No
Si
SiInicioInicio
ButtressButtress
Presión> 5.000 #
oSeveridad> 10°/100’
ButtressButtress NK3SBNK3SB
TC-IITC-II
DrillequipDrillequip
RL4SRL4S Big OmegaBig Omega
BTBBTB
J. IntegralJ. Integral
SLXSLX
NJONJO
STLSTL
511511
Prof > 1.000’o
Pres. > 2.000psi
Inclinación > 45º
oHolgura < 3/4” Bajas
cargas(camisa)
Si
Si
SiSi
No
No
No
No
Pozos someros
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Conexiones de Tubería de Producción
Presión<5.000 psi
Holgura> 1/2”
No
No
Si
SiEUEEUE
NUENUE
NK3SBNK3SB
VAM ACEVAM ACE
AceroInoxidable
Flush?
Peso >P. Critico
Si
Si
SiNo
No
InicioInicio
STPSTP
PH-6PH-6
PesadasPesadas
NK3SBNK3SB
VAM ACEVAM ACE
STCSTC
CS-HydCS-Hyd
LivianasLivianas
NK3SBNK3SB
VAM ACEVAM ACE
AcopladasAcopladas
Peso >P. Critico
STPSTP
PH-6PH-6
PesadasPesadas
STCSTC
CS-HydCS-Hyd
LivianasLivianasSTLSTL
511511
No
NoSi
IntegralIntegral
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CONSIDERACIONES DE DISEÑOCONSIDERACIONES DE DISEÑO
• Colapso
• Cedencia Interna (Estallido)
• Tensión / Compresión
• Esfuerzos Triaxiales (von Mises)
• Consideraciones Especiales
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
COLAPSOCOLAPSOCOLAPSOCOLAPSO
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Se llama colapsocolapso a la posibilidad de que la tubería falle por exceso de presiónpresión externaexterna..
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Existen cuatro tipos distintos de colapso, dependiendo básicamente de la relación entre diámetro y espesor (D/t) de la tubería:
Por fluencia Colapso plástico De transición Colapso elástico
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
En esta figura se representan las presiones de colapso según cada una de los modos, como función de las relación D/t para un revestidor de 9 5/8” N-80
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00
Presión (psi)
Relación Diámetro/Espesor (D/t)
Fluencia
Colapso plástico
Transición
Colapso elástico
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El colapso por fluencia se refiere a la presión externa que causaría que el material de la parte interna del tubo alcance fluencia. No es por lo tanto un aplastamiento del tubo.
La fórmula de colapso por fluencia es:
P RpD t
D tc Rp,
( / )
( / )
2
12
donde: Rp resistencia a la fluenciaD diámetro externo de la tuberíat espesor
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El colapso por fluencia solo ocurre cuando el tubo es suficientemente grueso. Es decir, cuando la relación diámetro a espesor (D/t) tiene un valor suficientemente bajo.
La fórmula para calcular el valor crítico para (D/t) para colapso por fluencia es:
( / )
( ) ( / ) ( )
( / )
/
D tA B C Rp A
B C RpRp
2 8 2
2
2 1 2
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Donde las letras A, B y C son:
A Rp Rp Rp 2 876 0 1068 10 0 10 0 5313 105 10 2 16 3, , ,2130 ,
B R p 0 0 2 6 2 3 0 5 0 6 1 1 0 6, ,
C Rp Rp Rp 465 0 03087 0 1048 10 0 3699 107 2 13 3,9 , , ,
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El colapso plástico se refiere a la presión externa que causaría que el tubo efectivamente colapse.
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
La fórmula para el colapso plástico es empírica y se obtuvo de más de 2.000 ensayos con tubos de diferentes diámetros y resistencias:
P RpA
D tB CC P a, ( / )
Esta fórmula está deducida en base a una probabilidad de falla de 0,5% (5 fallas en 1.000).
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El rango de validez de la fórmula para el colapso plástico es:
( / )
( ) ( / ) ( )
( / )
/
D tA B C Rp A
B C RpRp
2 8 2
2
2 1 2
( / )( )
( )D t
Rp A F
C Rp B GPT
(Igual a la anterior)
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Donde las letras F y G son:
F
B AB A
RpB AB A
B AB AB A
46 103
2
32
13
2
6
3
2
,95( )
( )( )
( )
G = F B / A
(A, B y C de acuerdo con las ecuaciones anteriores)
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El colapso elástico está deducido en base a una fórmulación teórica, ajustando luego los resultados a valores experimentales (el valor adoptado fue el 71,25% del cálculo teórico):
2
6
, 1)/()/(
1095,46
tDtDP EC
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Como las fórmulas para colapsos plástico y elástico daban resultados que no se cruzan, hubo necesidad de crear una fórmula intermedia, llamada colapso de transición:
P RpF
D tGC T a, ( / )
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
El rango de validez de la fórmula para el colapso de transición es:
( / )( )
( )D t
Rp A F
C Rp B GPT
(Igual a la anterior)
( / )D tB
AB
AT E
2
3
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
En esta figura se representan las presiones de colapso según cada una de los modos, como función de las relación D/t para un revestidor de 9 5/8” N-80:
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00
Presión (psi)
Relación Diámetro/Espesor (D/t)
Fluencia
Colapso plástico
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Por otra parte, la presencia de una carga axial afecta la resistencia al colapso de una tubería.
API ha tomado en cuenta eso a través de un cambio en la resistencia nominal del tubo:
Rp Rp Rp Rpa a a 1 0 75 0 52 1 2
, ,
donde Rpa es la resistencia de fluencia ajustadaa el esfuerzo axial
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Otra variable que afecta la resistencia al colapso de una tubería es la presencia de una presión interna de respaldo.
Así pues, la presión a considerar no es simplemente la diferencia entre la externa y la interna sino que hay que calcular una presión equivalente:
donde Pe es la presión equivalentePo la presión externaPi la presión interna
e o iP P (1 ( )) P 2 D t Po
Pi
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
La resistencia al colapso de las conexionesconexiones se considera siempre superior a la de la tubería.
Carga de Colapso
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
EjemploEjemplo
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Ejemplo de cálculo (Colapso)
Se tiene un revestidor de producción de 9-5/8 pulgadas 43,5 lb/pie P-110, asentado a 10.000 pies, con conexiones roscadas y acopladas con sello metal-metal (ejemplos anteriores). Determinar el factor de diseño por colapso cuando el revestidor está sometido al caso de carga “Vacío total”. Suponga una carga de tensión de 50.000 lbf a 10.000 pies de profundidad.
Presión interna a 10.000’ = 0 psi (Vacío total)
Presión externa a 10.000’ = peso del lodo con el que se bajó la sarta = 0,052 * 12,0 * 10.000 = 6.240 psi.
Como el revestidor está en tensión, se debe calcular la resistencia a la fluencia ajustada de la siguiente forma:
Solución:
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Determinar el factor de diseño del revestidor de producción del ejemplo, si éste es de P-110, 43,5 lb/pie, para el caso de vacío total.
Superficial 13 3/8”
Producción 9 5/8”
Camisa de Producción5 1/2”
Conductor 20” 320’
4.000’
10.000’
12.000’
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• Esfuerzo axial aplicado:
• Resistencia a la fluencia ajustada:
Rpaa
Rpa
RpRp
1 0 752 1 2
0 5,
/
,
psi 107.955=psi 000.110000.110
981.35,0
2/12
000.110981.375,01
aRp
psi 981.32pulg 12,56
lbf 000.50 pAaF
a
Ejemplo de cálculo (Colapso)• Area transversal:
22222 pulg 56,12755,8625,944
dDpA
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• Relaciones D/t límites para cada tipo de falla: (D/t)Rp = 12,56 (D/t)PT = 20,61 (D/t)TE = 26,75
• Constantes A, B, C, F y G: A = 3,17 B = 0,08 C = 2.790 F = 2,06 G = 0,05
Como 20,61 < D/t = 22,12 < 26,75, hay que usar la ecuaciónpara colapso de transición, que es la siguiente:
G
tDF
aRpTC
P)/(,
Ejemplo de cálculo (Colapso)
• Relación diámetro/espesor:
12,22435,0625,9 t
D
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• Presión de colapso equivalente:
psi 6.240=psi 0psi 240.6 Pe
Pe PoD t
Pi
1 2
( / )
• Cálculo del factor de diseño por colapso:
75,0psi 6.240psi .6554
eequivalent colapso dePresióntubería la de colapso al aResistenci cDF
Ejemplo de cálculo (Colapso)
psi 655.405,012,2206,2psi 955.107
,
TCP
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
CEDENCIACEDENCIAINTERNAINTERNA
(Estallido)(Estallido)
CEDENCIACEDENCIAINTERNAINTERNA
(Estallido)(Estallido)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Se llama cedenciacedencia internainterna oo estallidoestallido a la posibilidad de que la tubería falle por exceso de presiónpresión internainterna..
Carga de Cedencia interna
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
La presión interna que podría causar la fluencia del material del tubo se calcula por la fórmula:
PRp t
D
0 8752
,
El factor 0,8750,875 proviene de las posibles variaciones en el espesor de pared del tubo (12,5%). Si se tiene tubería con toleracias más estrechas, se puede aumentar ese valor.
P
Carga de Cedencia interna
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
A pesar de que una presión externa de respaldo afecta también la resistencia al estallido, no se calcula una presión equivalente como en el caso de colapso.
Así pues, la presión a considerar es simplemente la diferencia entre la externa y la interna.
Pe = Pi - Po
donde Pe es la presión equivalentePo la presión externaPi la presión interna
Po
Pi
Carga de Cedencia interna
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
La resistencia a la cedencia interna de las conexiones API: Buttress, STC y LTC es menormenor que la de la tubería y se calcula por la siguiente fórmula:
P RpW d
Wc
1
donde Rpc resistencia a la fluencia del material del acoplamiento
W Diámetro externo del acoplamientod1 Diámetro de la raíz de la rosca
W
Carga de Cedencia interna
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Es importante resaltar que la ecuación anterior no indica nada en relación a la resistencia a la fuga por presión internaresistencia a la fuga por presión interna de las conexiones API: Buttress, STC y LTC.
Como medida práctica se considera que este tipo de conexión solo debe ser utilizada en pozos donde la presión interna sea inferior a 5.000 psi5.000 psi.
Carga de Cedencia interna
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
En el caso de conexiones integrales lisasconexiones integrales lisas, si el fabricante no señala la resistencia, se puede considerar que tienen un 90% de la capacidad del tubo.
Para el resto de las conexiones: API Extreme lineAPI Extreme line y propietarias MTC, MTC, MIJ, HW, LD, SLH,MIJ, HW, LD, SLH, etc., se considera que la conexión tiene, por lo menos, la misma resistencia a la cedencia interna que el tubo.
Carga de Cedencia interna
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EjemploEjemplo
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Ejemplo de cálculo (Estallido)Se tiene un revestidor de 9-5/8 pulg. 43,5 lb/pie P-110 (t=0,435 pulg) con conexiones roscadas y acopladas con sello metal-metal. Determinar el factor de diseño de fluencia interna mínima cuando el revestidor está sujeto al caso de carga “Estimulación a través de la tubería de producción” con una presión externa de 6.240 psi y una presión interna de 10.000 psi (50% de la presión de cierre del pozo) a 10.000 pies de profundidad.
Solución:
Como se está utilizando una conexión MTC, sólo se verifica la resistencia del cuerpo de la tubería y no hace falta verificar la del acoplamiento, ya que éste está diseñado de modo que sea equivalente o más fuerte que el cuerpo en condiciones de carga por presión diferencial interna.
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• Esfuerzo contra fluencia interna del cuerpo de la tubería:
psi 700.8pulg 9,625
pulg 0,435psi 000.1102875,02875,0
DtRpP
• Factor de diseño:
DFestallido
Presion interna de fluenciaDiferencial de presion interna
31,2psi) 6.240-psi (10.000
psi 8.700 estallido
DF
Ejemplo de cálculo (Estallido)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
TracciónTracciónyy
CompresiónCompresión
TracciónTracciónyy
CompresiónCompresión
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Se analizan los esfuerzos de traccióntracción yy compresióncompresión debido a la posibilidad de que la tubería falle por exceso de cargacarga axialaxial..
Carga de Tracción/Compresión
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La tubería de producción se diseña en base a la ResistenciaResistencia a la Fluenciaa la Fluencia del material.
Los revestidores se diseñan en base a la Resistencia MáximaResistencia Máxima del material.
Consideraciones GeneralesConsideraciones Generales
Deformación
Esfuerzo
Resistencia a Resistencia a la Fluenciala Fluencia
ResistenciaResistenciaMáximaMáxima
Carga = Area * EsfuerzoCarga = Area * Esfuerzo
Carga de Tracción/Compresión
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La resistencia a la tracción de revestidores revestidores API STC y LTCAPI STC y LTC es el menor valor de las siguientes ecuaciones (note que la conexión es menos resistente que el tubo):
RmAP jppin 95,0
DLRp
DLRmD
LAP jpj 14,014,05,075,0
95,059,0
“Factor de seguridad adicional”
Carga de Tracción/Compresión
(Resistencia al salto de la conexión)
RmAPcaja c 95,0
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Las diversas variables geométricas dependen, evidentemente, de la geometría, así por ejemplo:
AAjpjp es el área trasversal de la tubería, justo debajo de la última rosca perfecta.
Carga de Tracción/Compresión
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P A RmRp
RmDpin p
0 1 008 0 0396 1 083,95 , , ,
Para los revestidores con conexiones API API ButtressButtress, la resistencia a la tracción es el menor valor de las siguientes ecuaciones:
P A Rmc c c 0,95
Carga de Tracción/Compresión
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En forma similar a las ecuaciones anteriores, hay otras para las conexiones Propietarias MTC, SLH, IFJ, etc.Propietarias MTC, SLH, IFJ, etc.
Lo más común, sin embargo, es que los valores de resistencia a tracción y/o compresión sean determinados experimentalmente por los propietarios de la conexiones y ofrecidas a los usuarios en forma de tablas:
Carga de Tracción/Compresión
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Diá. Peso Espesor Diámetro Diámetro Resis. Resis. Resis. Resis.Externo Nominal Grado de pared Interno Conexión mandril fluencia colapso estall. conexión(pulg.) (lb/pie) (pulg.) (pulg.) (pulg.) (103 lbf) (psi) (psi) (103 lbf)
20 94 K-55 0,438 19,124 Big Omega 18,936 1.480 520 2.110
13 3/8 72 N-80 0,514 12,347 BTC 12,290 1.661 2.670 5.832 1.69372 P-110 0,514 12,347 BTC 12,29 2.284 2.890 7.400 2.22168 J-55 0,480 12,415 BTC 12,29 1.069 1.950 3.450 1.140
10 3/4 40,5 J-55 0,350 10,050 BTC 9,894 629 1.580 3.130 700
9 5/8 36 J-55 0,352 8,921 BTC 8,765 564 2.020 3.520 63943,5 N-80 0,435 8,755 BTC 8,599 1.005 3.810 6.328 1.07447 P-110 0,472 8,681 BTC 8,556 1.493 5.300 9.441 1.500
Carga de Tracción/Compresión
TABLA DE PROPIEDADES MECÁNICAS DE TUBULARES
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Para la TuberíaTubería dede ProduciónProdución tambien hay ecuaciones para el cálculo de las resistencias. Recuérdese que en este caso, sin embargo, se utiliza la ResistenciaResistencia aa lala FluenciaFluencia.
Hay que considerar, por otra parte, que frecuentemente la conexión es más resistente que el tubo, por lo que siempre hay que verificar la resistencia de éste.
Carga de Tracción/Compresión
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Así, por ejemplo, la resistencia a la traccióntracción de una Tubería de ProducciónTubería de Producción con conexiones EUE, NUE o IJ, se determina como la menor entre:
P D h d Rppin s i 0 7852 242 2, (( ) )
P A Rptuberia p
Carga de Tracción/Compresión
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Consideraciones Generales
Aunque las cargas axiales se calculan tradicionalmente mediante el método de flotabilidad, NO se recomienda su uso para la determinación de las cargas axiales (tracción- compresión).
Hay que utilizar el método de área-presión o los diagramas de cuerpo libre.
Carga de Tracción/Compresión
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Metodo de FlotabilidadMetodo de Flotabilidad
Peso en el aire = Vol * densidad
Peso sumergido = Pesoaire * FFlotabilidad
FFlotabilidad = (1 - densfluid/densacero)
Fluido
Peso
A
Fuerza en A = FA = Peso sumergido
Carga de Tracción/Compresión
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Metodo de Area-Presión o Metodo de Area-Presión o Diagrama de Cuerpo LibreDiagrama de Cuerpo LibreFluido
Peso
A
BPresión del fluido en B
Presión del fluido en A
F F FA p o r d eb a jo p o r en c im a FA = Presión de fluido en A *AreaA
FA = Peso en el aire + Presión de fluido en B * AreaB
!Ojo con los signos!!Ojo con los signos!
Carga de Tracción/Compresión
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Efecto de la temperaturaEfecto de la temperaturaSi un cuerpo se calienta y se encuentra
impedido de deformarse, aparece una fuerza adicional, proporcional a la temperatura.
F
F
Calor CalorDilataciónTérmica
EsfuerzoTérmico
Carga de Tracción/Compresión
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Efecto de la temperaturaEfecto de la temperaturaLa fórmula para el cálculo de las fuerzas
debidas a los cambios de temperatura es:
FTemp
Calor
F E A TT em p p
FTemp
donde es el coeficiente de dilatación térmicaE módulo de elasticidad del materialAp área de la tuberíaT cambio de temperatura desde el
momento de instalación
Carga de Tracción/Compresión
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Efecto del abombamientoEfecto del abombamientoSi un tubo se abomba, disminuye su
longitud. Si ese acortamiento es impedido, se produce un esfuerzo adicional.
F
F
Presión Presión
Carga de Tracción/Compresión
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Efecto de abombamientoEfecto de abombamientoLa fórmula para el cálculo de las fuerzas
debidas a los cambios de diámetro es:
FBal
Presión
F A P A PB a l i i 2 0 0 ( )
FBal
donde es el Módulo de PoissonAi área interna de la tubería (hueco)Pi cambio de la presión interna de la
tubería (hueco) desde el momento de la instalación
A0 área externa de la tuberíaP0 cambio de la presión externa
Carga de Tracción/Compresión
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Efecto de la FlexiónEfecto de la FlexiónCuando un tubo se dobla, debido a un
cambio de la curvatura del hoyo, se produce un esfuerzo adicional.
En el lado interno de la curvatura los esfuerzos
son de compresión
En el lado externo de la curvatura los esfuerzos son de tracción
Carga de Tracción/Compresión
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Efecto de la FlexiónEfecto de la FlexiónLa fórmula para el cálculo de los esfuerzos
debidos a la flexión es:
DDE
Bend
21812730.5
)2(
donde Bend es el esfuerzo debido a la flexiónE módulo de elasticidad del materialD diámetro externo del tubo curvatura en ° /100 pies
Carga de Tracción/Compresión
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Efecto de la FlexiónEfecto de la FlexiónLa flexión de las conexiones puede ser un problema debido a
la posibilidad de fuga y al esfuerzo adicional debido al mayor diámetro externo.
Específicamente, las conexiones API STC, LTC y Buttress no no son recomendablesson recomendables en curvaturas mayores de 10°/100 10°/100 pies.pies.
Carga de Tracción/Compresión
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EjemploEjemplo
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Ejemplo de cálculo (Tensión/Compresión)
Se tiene un revestidor de producción de 5-1/2 pulg. 23,0 lb/pie P-110 (t=0,415 pulg) con conexiones roscadas y acopladas con sello metal-metal (MTC) asentado hasta una profundidad de 15.000 pies. Determinar el factor de diseño para tensión o compresión, sabiendo que el revestidor está sometido a las siguientes condiciones de presión y temperatura:
Profundidad Cementada (F) Estática (F)
0 pies10.000 pies15.000 pies
80190245
60200270
DATOS DE TEMPERATURA
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Profundidad Pi (psi) Po (psi)
0 pies10.000 pies15.000 pies
08.572
12.858
08.572
12.987
Profundidad Pi (psi) Po (psi)
0 pies10.000 pies15.000 pies
000
08.572
12.858
DATOS DE PRESIÓN
• Caso Base: Condición cementada
• Caso de carga: Vacío Total
Ejemplo de cálculo (Tensión/Compresión)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• Estudio del caso base:
Pi
Po
W
Fa
0 pies
15.000 pies
10.000 pies
Fy Fa W PoAo PiAiFa W PiAi PoAo
0 0 @ 0 pies( )
Ao
Ai
4
5 5 23 76
44 67 1713
2
2
( , ) ,
( , ) ,
pulg
pulg
2
2
W 15 000 23 345 000. . lbf
Fa = 345.000 +(12.858)(17,13)-(12.897)(23,76)= = 256.700 lbf @ 0 pies
Procediendo de manera similar para las otras dos profundidades tenemos:@ 10.000 pies: Fa = 26.700 lbf@ 15.000 pies: Fa = -88.300 lbf
Ejemplo de cálculo (Tensión/Compresión)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• Estudio del caso de carga:1. Efectos térmicos
TPAEtempF
FFtemp
F o
261o6 )245270(pulg )13,1776,23)(psi 1030)( 109,6(
lbf 305.34temp
F
Obs: En intervalos cementados se utiliza un T puntual, ya que la dilatación ocurre en diferencialesde longitud y ésta no se ve afectada por la dilatación de otras partes del revestidor.
2. Efectos de abombamiento
)(2 PoAoPiAiFAbomb
i1299871285812
85812858120
30
ps..PoPo=Po
psi..PiPiPi
,
caso baselvacio tota
caso baselvacio tota
Ejemplo de cálculo (Tensión/Compresión)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Así la fuerza axial total @ 15.000 pies es:Fa 88 300 34 305 130 308 252 913. . . . lbf
Como Fa < 0, entonces el revestidor está sometido a compresión.
lbf 308.130)129()76,23()858.12()13,17()3,0(2 AbombF
3. Cálculo del factor de diseño
maximaestatica compresion deCarga
conexiónla dea teorica ResistenciCOMPRESIONDF
De acuerdo con los resultados anteriores, la carga de compresiónestática máxima es de -252.913 lbf.
Ejemplo de cálculo (Tensión/Compresión)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Resistencia teórica de la conexión (MTC):
Ppin Ap Rp RpRm
D
1 008 0 0396 1 083, , ,
Ap = 6,63 pulg Rp = 110.000 psi Rm = 125.000 psi2
Ppin
6 53 110 000 1 008 0 0396 1083 110 000125 000
5 5 702 784, ( . ) , , , ..
( , ) . lbf
Ppin = 703.000 lbf
DFCOMPRESION 703 000252 913
2 78..
.
• Resultados de los cálculos @ 0 y 10.000 pies: @ 0 pies DFTENSIÓN = 3,39 @ 10.000 pies DFCOMPRESIÓN = 67,01
Ejemplo de cálculo (Tensión/Compresión)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Esfuerzos triaxialesEsfuerzos triaxiales(von Mises)(von Mises)
Esfuerzos triaxialesEsfuerzos triaxiales(von Mises)(von Mises)
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Cuando una pieza está sometida a varias cargas simultáneas, la mejor forma de considerarlas es calculando un esfuerzo equivalente y comparando dicho esfuerzo con la resistencia a la fluencia del material
Así pues, se define el factor de diseño:
Esfuerzo de von Mises
DFDFVMEVME= Resistencia a la fluencia mínima APIResistencia a la fluencia mínima APIEsfuerzo equivalente VMEEsfuerzo equivalente VME
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Si se trata de servicio agrio, es decir, en presencia de fluidos corrosivos (H2S, CO2), la resistencia limitante en vez de ser la Resistencia a la fluencia es la Resistencia a la corrosión bajo tensión (SSC) de acuerdo a la definición NACE:
Esfuerzo de von Mises
DFDFVMEVME= Resistencia umbral NACEResistencia umbral NACEEsfuerzo equivalente VMEEsfuerzo equivalente VME
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Los esfuerzos simultáneos que actúan en la tubería son: Axiales, de las cargas de tracción, compresión y/o flexión a que está sometida la
tubería Radiales, de las presiones internas y externas Tangenciales, también de las presiones Cortantes, de una posible torsión.
Esfuerzo de von Mises
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Los esfuerzos axiales:
a t c
F
A,
a f D, 218
(por tracción y/o compresión)
(por flexión)
• Los esfuerzos radiales:
r o
r i i
P
P
,
,
0 (en la pared externa)
(en la pared interna)
Esfuerzo de von Mises
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Los esfuerzos tangenciales:
t oi i i
i
t ii i
i
P A P A A
A A
P A A P A
A A
,
,
( )
( )
2
2
0 0
0
0 0 0
0
(en la pared interna)
(en la pared externa)
• En caso de que haya torsión involucrada:
o
T D
J
2
Esfuerzo de von Mises
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Finalmente, el esfuerzo equivalente de von Mises se calcula como:
VME
a t t r r a 2 2 2 26
2
DFVME= Resistencia a la fluencia mínima APIEsfuerzo equivalente VME
Esfuerzo de von Mises
DFVME= Resistencia umbral NACEEsfuerzo equivalente VME
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Considerando que el esfuerzo equivalente es preciso calcularlo para todos los elementos de la tubería, una representación gráfica de los resultados resulta más sencilla de entender:
TensiónCompresión
Estallido
Colapso
Capacidad de carga VME para una resistencia a la fluencia dada
Capacidad de carga según API
Si el resultado está dentrodentro del óvalo, la tubería resiste, si está fuera, falla
Esfuerzo de von Mises
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
2 7/8, 7,80 J-55 MTC: 0 a 14.600 pies
Estallido
Tensión
F (1.000 lb)
Colapso
Compresión
F (1.000 lb)
Casos de carga
B- Flotando
1- Luego de perforar
2- Evacuación total, caliente3- Cierre estático
4- Cierre caliente
5- Evacuación total sarta #5
Capacidad de Carga Triaxial EquivalenteCapacidad de Carga Triaxial Equivalente
Esfuerzo de von Mises
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
EjemploEjemplo
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Ejemplo de cálculo (Esf. triaxiales)
Se tiene un revestidor de producción de 5-1/2 pulg. 23,0 lb/pie P-110 (t=0,415 pulg) para ser utilizado en servicio dulce. Determinar el factor de diseño VME, cuando el revestidor está sometido a una carga axial de 378.598 lbf, una presión interna de 10.000 psi, una presión externa de 0 psi, y un torque de 20.000 lbf-ft. Determinar el desplazamiento angular del revestidor debido al torque.
Solución:
• Areas del cuerpo de la tuberíaAreas del cuerpo de la tubería:
Ao
Ai
Ap Ao Ai
4
5 5 23 76
44 67 1713
6 63
2
2
( , ) ,
( , ) ,
,
pulg
pulg
pulg
2
2
2
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• Esfuerzos principales:Esfuerzos principales:Como no existe flexión, el máximo esfuerzo VME se
produce en la pared interna de la tubería:
psi 990.12
pulg 43,14
pulg/2) 4,67pulg/pie)( pie)(12-lbf 000.20(
pulg 14,4367,450,53232
=J
psi 679.6113,1776,23
0)13,1776,23(000.102it,
psi 000.10ir,
psi 112.572pulg 6,630
lbf 598.378
4
44444
J
Tr
a
dD
AiAo
AoPoAiAoPi
Pi
Ap
Faa
Ejemplo de cálculo (Esf. triaxiales)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
• Esfuerzo VME en la pared interna:Esfuerzo VME en la pared interna:
psi 059.73
26222
5,0
VME
VME arrtta
10.000 pies
T
T
Fa
Fa
Pi
• Factor de diseño:Factor de diseño:
D F V M Es is te n c ia
D F V M E
R e
.
.,
a l a f lu e n c ia m in im a A P I
E s f u e r z o e q u iv a le n te V M E
1 1 0 0 0 0
7 3 0 5 91 5 1
Ejemplo de cálculo (Esf. triaxiales)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Consideraciones especialesConsideraciones especialesdede
DiseñoDiseño
Consideraciones especialesConsideraciones especialesdede
DiseñoDiseño
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Consideraciones especiales en el Diseño
PandeoPandeo
El pandeo ocurre cuando una tubería es sometida a una carga de compresióncompresión por encima de ciertos límites.
F
F
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Consideraciones especiales en el Diseño
PandeoPandeo
El problema principal del pandeo es la posibilidad de que se atasque una herramienta al tratar de pasarla por un revestidor pandeado.
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Consideraciones especiales en el Diseño
PandeoPandeo•La forma de determinar si una tubería puede sufrir pandeo es a través de la fórmula de Lubinski:
FEfe Fa A0 P0 A i Pi
Positiva No hay pandeo
NegativaPuede haber
pandeo
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Consideraciones especiales en el Diseño
PandeoPandeo
donde: FEfe Fuerza efectivaFa Fuerza axialA0 Area externaP0 Presión externaAi Area internaPi Presión interna
F F A P A PEfe a i i 0 0
Dext2 4
Dint2 4
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Consideraciones especiales en el Diseño
PandeoPandeo
Hay varias variables que permiten evaluar la “magnitud” del pandeo:– El paso de la “hélice” que forma el tubo.– La severidad de la curvatura (pata de
perro).– El diámetro máximo de herramienta que
puede pasar por la zona pandeada.
Paso
Lherr
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Consideraciones especiales en el Diseño
PandeoPandeo Paso de la hélice:
Severidad de la curvatura:
P 8E I Fefe
12
DLS 275.0002 r c
144P2 4 2 r c
Paso
DLS
(rc es la holgura entre la tubería y el hoyo)
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Consideraciones especiales en el Diseño
PandeoPandeo El diámetro máximo de herramienta que
puede pasar por la zona pandeada:
Lherr P
arccos 1
(dint, tub Dext,herr )
rc d int,tub 2
Paso
Lherr
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
EjemploEjemplo
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Se coloca una tubería de revestimiento de 9 5/8 pulg. K-55 36 lb/pie LTC (t = 0,352 pulg.) en un hoyo de 12 1/4” a 6.000 pies. El tope del cemento (TOC) está a 4.000 pies, sobre el cual hay 9,0 lpg de lodo. Se perfora un hoyo de 8 1/2 pulg. hasta 10.000 pies con 13,0 lpg de lodo. Determinar:(1) si el revestidor se pandeará.(2) si se pandea, dónde se encuentra el punto neutro.(3) ¿cuál es la máxima severidad de la pata de perro?(4) ¿cuál es la longitud máxima de la herramienta que puede pasar sin atascarse?
Ejemplo de cálculo (Pandeo)
70 °F
154 °F
Caso base
9 lpgCemento:1.500’: 12,5 relleno500 pies: 16,2 cola
114 °F
182 °F
12 lpg
Caso de carga0’
4.000’
6.000’
10.000’
D = 9,625 pulgd = 8,921 pulgAo = 72,76 pulgAi = 62,51 pulgI = 110,4 pulgrc = 1,313 pulgE = 30x10 psi
2
2
4
6
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Ejemplo de cálculo (Pandeo)
Solución:Solución:• ¿Se pandeará el revestidor?¿Se pandeará el revestidor? Se calcula la fuerza efectiva (Feff) en el TOC:
F Fa AoPo AiPieff
caso de carga @ 4.000'
( )
Fa Fa F FTEMP ABOMBcaso de carga @ 4.000' caso base @ 4.000'
Facaso de carga @ 4.000'
lbf 60 200.
psi 870.1pies 000.4lpg 0,9052,0
psi 494.2pies 000.4lpg 0,12052,0
4.000' @
4.000' @
Po
Pi
Feff
60 200 72 76 1870 62 51 2 494 80 000. ( , ) ( . ) ( , ) ( . ) . lbf
La fuerza negativa indica que el revestidor pandeapandea.
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Ejemplo de cálculo (Pandeo)
• Localización del punto neutro (PN):Localización del punto neutro (PN): PN se define como la profundidad a la cual Feff = 0. Expresamos la ecuación de la fuerza efectiva en función de la profundidad, iguala- mos a cero y despejamos.F Fa AoPo AiPi
eff @ z pies caso de carga @ 0' ( )
Facaso de carga @ 0'
lbf pies) (36,0 lb / pie)=83.300 lbf 60 200 4 000. ( .
Po zPi z
0 052 9 00 052 12 0
, ,, ,{
F z zeff @ z pies
83800 34 02 38 97 0. , ,Sustituimos estos valores en la ecuación de Feff :
z Profundidad del PN = 2.046 pies
Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
Ejemplo de cálculo (Pandeo)
• ¿Cuál es la severidad máxima de la pata de perro (DLS)?¿Cuál es la severidad máxima de la pata de perro (DLS)?
DLSrc
P rc
275 000
144 4
2
2 2 2
.
Esta ecuación muestra que la DLS aumenta a medida que P dismi-nuye. De igual modo, P alcanza su valor máximo cuando Feff esmínima (valor de compresión más alto). Por lo tanto, la peor pata de perro se encuentra en el TOC.
P@
( ) ( , ) ( . ).
TOC pies 8 30 10 110 4 80 000
12150 7
6
DLS o
275 000 1313144 150 7 4 1313
112
2 2 2. ., ,
, /100
pies
Si esta cantidad de pandeo es excesiva para ser tolerada durante laperforación, entonces deberá halarse el revestidor con tensión adi-cional (overpull).
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Ejemplo de cálculo (Pandeo)
En el caso particular de este ejemplo, una sobretracción adicional de 50.000 lbf hará que el PN se ubique @ 3.257 pies de con un DLS máximo de 0,4 °/100 pies. Si se aplican 80.000 lbf de sobretracción, el PN se reubica por debajo del TOC, con lo que la totalidad de la sarta se mantiene sin pandeo mientras se perfora hasta la TD.
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Ejemplo de cálculo (Pandeo)
• ¿Qué longitud máxima de herramienta se podrá pasar sin que ¿Qué longitud máxima de herramienta se podrá pasar sin que se atasque, si ésta tiene un diámetro de 8”?se atasque, si ésta tiene un diámetro de 8”?
piesL
L
pud
dr
DdPL
herr
herr
tub
tubc
herrexttub
herr
5,27
2921,8313,1)8921,8(
1arccos7,150
lg921,8352,02859
2
)(1arccos
int,
int,
,int,
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Consideraciones especiales en el Diseño
La temperatura de un revestidor puede variar considerablemente durante la operación, causando esfuerzos térmicos en el mismo.Así pues, por ejemplo, en el caso de circulación con la sarta de circulación con la sarta de perforaciónperforación, la temperatura puede tener el siguiente perfil:
TemperaturaTemperatura
Temperatura
Profundidad
Temperaturaestática
Dentro de la sartade perforación
Fuera (espacio anular)
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Consideraciones de temperatura
O si se trata de describir la temperatura del fondo del pozo como función del tiempo, por ejemplo para el caso de inyección inyección seguida de un período de cierreseguida de un período de cierre:
Temperatura
Tiempo
Inyección Cierre
Temperatura de fondo de hoyo, estática
Temperatura desuperficie, estática
Tubería deproducción
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Consideraciones de temperatura
Contra más precisa sea la predicción (o la medición) de la temperatura, más exacto será el cálculo de los esfuerzos resultantes y mejor será el diseño.
TemperaturaTemperatura
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Consideraciones especiales en el Diseño
Transferencia de cargasTransferencia de cargas
Revestidorde superficie
Revestidorintermedio
Tieback deproducción
Camisa deproducción
Bajo determinadas circunstancias las cargas de un revestidor pueden ser trasmitidas a otros, causando la falla de éstos. Así por ejemplo, debido a que el tope del cemento del tieback del ejemplo de la izquierda está más alto que el del revestidor intermedio, el peso de éste puede transferirse al tieback.
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Consideraciones especiales en el Diseño
Aumento de presión en el anularAumento de presión en el anular
Cuando el fluido dentro del espacio anular se calienta, se expande. Como el volumen es esencialmente constante, la presión aumenta. Esta presión adicional debe ser soportada por la tuberíaPa
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Consideraciones especiales en el Diseño
Aumento de presión en el anularAumento de presión en el anular
Adicionalmente, el cambio de presión genera un ligero cambio de volumen del espacio anular, lo que a su vez influencia los volúmenes y presiones de los otros espacios anulares.
Pa,1
Pa,2 !!Perforación Avanzada Ing. Wilmer Mogollón
DesgasteDesgasteDesgasteDesgaste
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Desgaste
• Cuando se está girando la tubería de perforación dentro de los revestidores anteriores, se produce un proceso de desgaste que disminuye el espesor de pared del revestidor.
Tubería deperforación
Espesorreducido
Tubería de revestimiento
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Existen varios métodos para estimar el desgaste de un revestidor, basados principalmente en el nivel de tortuosidad del revestidor.
Una vez estimado (o medido) el desgaste, se calcula de nuevo el revestidor con la nueva medida de espesor de pared.
Bajo esas nuevas condicionesse determina si el revestidor resistirá las cargas impuestas.
Desgaste
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