View
51
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
PERFORACION
Citation preview
Dpto. CyMP - PRCP
BBsico de Disesico de Diseo de Revestidoreso de Revestidores
Recursos Humanos
Cdigo:
Bsico de Diseo de Revestidores
rea de conocimiento
Produccin
Subrea de conocimiento
Perforacin y Rehabilitacin de Pozos
Modalidad Presencial Objetivo Proporcionar los conocimientos bsicos para la integracin de informacin, planificacin y
diseo de sarta de tubera de revestimiento y produccin en pozos productores de hidrocarburos.
Contenido Definicin y funciones de la tubera de revestimiento y produccin. Procedimiento general de diseo. Seleccin de la profundidad de asentamiento. Seleccin de los dimetros de los distintos revestidores. Determinacin de espesores y grados. Materiales. Conexiones. Consideraciones de diseo.
Duracin 16 horas Dirigido a Profesionales relacionados con las reas de construccin / completacin de
pozos. Acciones de formacin previa
Ninguno
Nmero de participantes
Mnimo Diez (10) Mximo Quince (15)
1 / 225
Diseo de Revestidores y Tubera de Produccin
Procedimiento de Diseo de Revestidores de PDVSA
2 / 225
Definicin y funciones de la tubera de revestimiento y
produccin
Definiciones Generales
3 / 225
TuberTubera de revestimiento:a de revestimiento: La que se utiliza para recubrir las
paredes del pozo con el propsito general de protegerlo.
En general, se pueden hacer las siguientes definiciones:
TuberTubera de produccia de produccin:n: Aquella por donde circular el
fluido
Definiciones Generales
4 / 225
RevestidorRevestidor/Camisa//Camisa/TiebackTieback de de producciproduccinn:: La que est (o puede estar) en
contacto directo con el fluido. Camisa (Camisa (linerliner):):
Tubera que no llega hasta la superficie sino que est colgadade otra.
TiebackTieback:: Tubera que va desde una camisa
hasta la superficie.
Definiciones Generales
5 / 225
Conductor
Revestidor superficial
Revestidor Intermedio
Tieback de produccin
Tubera de produccin Camisa de produccin
Definiciones Generales
6 / 225
Reduce al mnimo la prdida de circulacin a poca profundidad
Conducto por donde el lodo regresa a la superficie al comienzo de la perforacin
Minimiza la erosin de sedimentos superficiales debajo del taladro
Protege de la corrosin las tuberas de revestimiento subsiguientes
Sirve de soporte para el sistema desviador en caso de afluencia inesperada a poca profundidad.
ConductorConductor (Puede referirse tambin la primera tubera de revestimiento):::
Definiciones Generales
7 / 225
Soporta el resto de los revestidores
Protege de la corrosin cualquier tramo de tubera de revestimiento subsiguiente
Previene los derrumbes de los sedimentos no consolidados, ms debilitados, que se hallan prximos a la superficie
Protege de la contaminacin 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
TuberTubera de superficie:a de superficie:
Definiciones Generales
8 / 225
Permite utilizar grandes pesos de lodo sin daar las formaciones superficiales
Controla las zonas de sal y las lutitas desmoronables de fcil desprendimiento
RevestidorRevestidor intermedio, camisas y intermedio, camisas y tiebackstiebacks de perforacide perforacin:n:
Protege el ambiente en caso de una falla de tubera
Permite cambiar o reparar la tubera de produccin
Asla la zona productora de las dems formaciones
Crea un conducto de paso de dimensiones conocidas
RevestidorRevestidor de produccide produccin, camisas y n, camisas y tiebackstiebacks de produccide produccin:n:
Definiciones Generales
9 / 225
Constituye el conducto por donde fluye el fluido en la fase de produccin
Sirve para controlar la presin del yacimiento
Permite estimular el yacimiento
TuberTubera de produccia de produccin:n:
Definiciones Generales
10 / 225
Procedimiento GeneralProcedimiento Generalde Disede Diseoo
Procedimiento de Diseo
11 / 225
Para disear eficientemente una sarta de revestimiento, as como la tubera de produccin ptima, 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 distribucin de temperaturas, Las funciones del pozo, actuales y futuras, Caudal de fluido esperado, Etc.
Procedimiento de Diseo
12 / 225
Una vez en disponibilidad de los datos antes mencionados se procede a:
Seleccionar las profundidades de asentamiento. Escoger los dimetros de los distintos revestidores. Determinar los tipos de material, espesores y conexiones
de las sartas.
Procedimiento de Diseo
13 / 225
SelecciSeleccin de la profundidad n de la profundidad de asentamientode asentamiento
Procedimiento de Diseo
14 / 225
Prof
undi
dad
Gradiente de presin, peso equivalente de lodo
Gradiente defractura
Gradiente depresin de poro
0
Prof. final
Para Para stosto, se requiere del gr, se requiere del grfico de gradiente de fico de gradiente de presiones vs. profundidadpresiones vs. profundidad
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
15 / 225
Presiones vs. profundidad Presiones vs. profundidad Gradiente de presiones vs. profundidadGradiente de presiones vs. profundidad
Profundidad
Presin
p
profGradientede presin
pprof=
Profundidad
Gradientede presin
Profundidad
Presin Gradientede presin
Profundidad
Zona depresinnormal
Zona depresinanormal
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
16 / 225
Prof
undi
dad
Gradiente de presin, peso equivalente de lodo
Gradiente defractura
Gradiente frac.menos margen de arremetida
Gradiente depresin de poro
Grad. PP mssobrebalance
0
Prof. final
Para esto, se requiere del grPara esto, se requiere del grfico de gradiente de fico de gradiente de presiones vs. profundidadpresiones vs. profundidad
Sobrebalance: 0,5 lpgMargen de arremetida: 0,5 lpgMargen de seguridad: 0,5 lpg
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
17 / 225
GrGrfico de gradiente de presiones vs. profundidadfico de gradiente de presiones vs. profundidad
Peso de lodo necesario para controlar el pozo a la profundidad requerida
Prof
undi
dad
Peso equivalente de lodo
0
Prof. final
Profundidad mnima a la que la formacin puede ver ese peso de lodo sin que ocurra fractura
Hay que proteger toda la formacin por encima
RevestidorRevestidor
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
18 / 225
Prof
undi
dad
Peso equivalente de lodo
Intermedio
Superficial
Rev. de produccin
Camisa
AsAs, por ejemplo, se obtiene:, por ejemplo, se obtiene:
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
19 / 225
Adicionalmente se tiene que verificar:- Riesgo de pega por presin diferencial- Resistencia de la formacin contra arremetidas
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
20 / 225
Riesgo de pega por presin diferencialAl ser mayor la presin ejercida por el lodo que la ejercida por la formacin, hay el riesgo de que la tubera se pegue a la pared del hoyo.
Para prevenir sto, se trata de que la diferencia entre ambas presiones:
P = 0,052 * (Plodo - Pporo) * Dsea menor a 2.000 3.000 psi
D
Plodo
Pporo
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
21 / 225
Prof
undi
dad
Peso equivalente de lodo
Visto en el diagrama:Las mximas diferencias entre el peso de lodo y la presin de poro no deben superar el lmite establecido
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
22 / 225
Revestidorsuperficial
Verifica que el revestidorsuperficial se encuentre a una profundidad lo suficientemente grande como para evitar que una arremetida de gas salga por debajo de ste
Resistencia de la formacin contra arremetidas
Lodo
Lodo
GasHoyo abierto
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
23 / 225
Resistencia de la formacin contra arremetidasLa presin que ejerce la arremetida, como funcin de la profundidad, se calcula con la siguiente frmula:
Parre = (Profhoyo/Profcalc) * M + PlodoPara determinar la profundidad correcta del revestidorsuperficial se tantea con Profcalc hasta que la presin de arremetida Parre sea menor que la presin de fractura.
M = 0,5 lpg, incremento del peso del lodo en la arremetida
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
24 / 225
Ejemplo: 02000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura
Gradientede presinde poro
Determine las profundidades de asentamiento para el pozo cuyas gradientes se muestran en la figura
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
25 / 225
Solucin:Considerando los mrgenes de 1 lpg, las profundidades de asentamiento resultaron:Revest. produccin: 12.000Revest. intermedio: 10.000Revest. superficial: 3.500
0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura - MS
Gradientede presin
de poro + MS
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
26 / 225
Solucin:0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(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 habr problemas
Repitiendo la operacin 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 habr problemas
Y para el revestidor de produccin 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
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
27 / 225
Solucin:P = 0,052 * (16,2 - 12,0) * 10.000 = 2.184 psi > 2.000Este ltimo resultado significa que no se puede usar un lodo de 16,2 lpg porque a la profundidad de 10.000 se pegara la tubera.
0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
La decisin se centrara en utilizar un lodo ms liviano. Cual sera el lodo ms 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
Hasta qu profundidad se puede perforar con 15,8 lpg?... Esa ser la nueva profundidad de asentamiento... O usar ese lodo (menor factor de seguridad)... O modificar las profundidades anteriores...
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
28 / 225
Solucin:0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura - MS
Gradientede presin
de poro + MS
Finalmente se verificar que el revestidorsuperficial, asentado a 3.200 pies resista una arremetida.
Para ello se calcular la presin que generara en la zapata a 3.200 pies, una arremetida que tenga lugar cuando se perfora el segundo hoyo a 10.000 pies.
EMWarrem = (prof. total / prof. de inters) (M) + OMW =
= (10.000/3.200) x (0,5) + 13,0 = 14,6 lb/gal
La presin de fractura a 3.200 pies es de slo 13,2 lpg por lo que la arremetida generara una fractura de la formacin.
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
29 / 225
Solucin:Para evitar el problema de la arremetida hay que calcular una nueva profundidad de asentamiento, utilizando la misma ecuacin anterior y se calcula para diferentes profundidades. Luego se comparan los valores con el gradiente de fractura.
EMWarrem =
= (10.000/3.200) x (0,5) + 13,0 = 14,6 lb/gal
= (10.000/4.000) x (0,5) + 13,0 = 14,3 lb/gal
= (10.000/6.000) x (0,5) + 13,0 = 13,8 lb/gal
0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
30 / 225
Solucin:
12.000
10.000
4.000Superficial
Intermedio
Revestimiento de Produccin
A
Conductor320
B + ConductorB
Produccin
Seleccin de Profundidad de Asentamiento
31 / 225
SelecciSeleccin de los din de los dimetros de los metros de los distintos revestidoresdistintos revestidores
Procedimiento de Diseo
32 / 225
Rev. de produccin
Superficial
Intermedio
Camisa
La seleccin del dimetro se hace principalmente en funcin de que cada revestidor pueda contener al siguiente. El ltimo, es decir, la tubera de produccin debe tener suficiente dimetro para conducir el fluido del pozo hasta la superficie.
Tub. de produccin
Seleccin del Dimetro
33 / 225
Superficial
Intermedio
Camisa
As pues, se escoge primero la tubera de produccin y luego, sucesivamente los dems revestidores.
Un segundo criterio de seleccin es la consideracin de dejar suficiente espacio para herramientas o para bajar un revestidor intermedio, debido a algn problema imprevisto. Rev. Intermedio
(no previsto en el diseo)
Seleccin del Dimetro
34 / 225
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 rbol muestra los dimetros ms usuales de hoyos y revestidores.
Las lneas contnuasrepresentan las selecciones ms usuales.
Seleccin del Dimetro
35 / 225
EjemploEjemplo
Utilizando los datos del problema anterior, seleccione los dimetros adecuados para el pozo, si la tubera de produccin ser de 3 1/2.
Seleccin del Dimetro
36 / 225
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.deProduccin
Camisa deProduccin
Del ejemplo anterior:
Conductor320
Seleccin del Dimetro
37 / 225
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
Produccin
Produccin
Resultado:
5 5 1/21/2
9 9 5/85/8
13 13 3/83/8
Conductor3202020
Seleccin del Dimetro
38 / 225
DeterminaciDeterminacin de n de espesores y gradosespesores y grados
Procedimiento de Diseo
39 / 225
Una vez que se sabe la longitud y los dimetros que tendrn los diferentes revestidores y tuberas, se proceder a determinar el espesor de los tubos y el material de que estarn hechos.
Para ello se necesitan saber las cargas a que estarn sometidos estos elementos:
Casos de cargaCasos de cargaCasos de carga
Espesores y grados
40 / 225
Se denomina Casos de CargaCasos de Carga a aquellas condiciones a las que se supone se versometido la tubera a lo largo de su vida de servicio, por ejemplo Prueba de presin Arremetida de gas Fuga de gas en la tubera de produccin Etc.
Casos de Carga
41 / 225
PDVSA ha definido, para cada tipo de revestidor y para la tubera de produccin unos Casos de CargaCasos de Carga para los cuales se tiene que verificar la capacidad de resistencia de la tubera.
Casos de Carga
42 / 225
Conductor:Conductor: Prueba de presin. 1/3 de vaco.
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios:intermedios: Prueba de presin. 1/3 de vaco. Arremetida de gas. Perforacin.
Casos de Carga
43 / 225
Revestidores, camisas y Revestidores, camisas y tiebackstiebacks de de producciproduccinn: Vaco total. Fuga de la tubera de produccin cerca de la superficie
con temperatura esttica. Fuga de la tubera de produccin cerca de la superficie
en caliente. Estimulacin a travs de la tubera de produccin. Tratamiento de fractura del revestidor.
Casos de Carga
44 / 225
TuberTubera de produccia de produccin:n: Cierre del pozo totalmente lleno de gas, con
temperatura esttica. Cierre del pozo totalmente lleno de gas, con
temperatura esttica, en caliente. Vaco completo, con temperatura esttica. Vaco completo, en caliente. Despus del caoneo. Estimulacin a travs de la tubera de produccin.
Casos de Carga
45 / 225
PintProfundidad
Presin/Temperatura
Pext
Presin interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof.
ConductorConductor, Prueba de presin.-
Temperatura esttica.
Presin externa:Presin natural deporo
Casos de Carga
46 / 225
PT/ 3
Lodo
Profundidad
Presin externa:Peso del lodo utilizado albajar la ltima sarta presin de poro
Profundidadtotal
Vaco
ConductorConductor, 1/3 de vaco.-
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
Presin interna:Peso del lodo actual
Casos de Carga
47 / 225
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
Produccin, 10.000
Camisa de Produccin, 12.000
Conductor, 320
Casos de Carga
48 / 225
.
Profundidad
Presin/Temperatura
Presin externa:Presin natural deporo
Presin interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof.
EjemploEjemplo, Prueba de presin.-
Temperatura esttica
320
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura
Gradientede presinde poro
Presin externa:Hasta 320 es igual a la presin natural de 8,5 lpg:@ 0 = 0 psi@ 320 = 0,052 * 320 * 8,5
= 141 psi
Casos de Carga
49 / 225
.
Profundidad
Presin/Temperatura
Presin externa:Presin natural deporo
Presin interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof.
Casos de carga
EjemploEjemplo, Prueba de presin.-
Temperatura esttica
Presin interna:@ Prof. Total = Gradiente de fractura de seguridad = Grad. Fract. + 0,2 lpg para pozos de desarrollo 0,5 para pozos exploratorios.
@ 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
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura
Gradientede presinde poro Grad. Fract.
Casos de Carga
50 / 225
.
Profundidad
Presin/Temperatura
Presin externa:Presin natural deporo
Presin interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof.
Casos de carga
EjemploEjemplo, Prueba de presin.-
Temperatura esttica
Temperatura esttica: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
Casos de Carga
51 / 225
.
Profundidad
Presin/Temperatura
Presinexterna:
Presin interna:
EjemploEjemplo, Prueba de presin.-
Temperatura
320
0 23 psi
190 psi
0 psi
141 psi
80 F
83 F
Casos de Carga
52 / 225
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios,intermedios, 1/3 de vaco.-Nota, si despus del revestidor viene una camisa, se genera un caso de carga adicional.
PT/ 3
Lodo
Profundidad
Presin interna:Peso del lodo actual
Presin externa:Peso del lodo utilizado albajar la ltima sarta
Profundidadtotal
Vaco
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
PT/ 3
Lodo
Profundidad
Presin interna:Peso del lodo actual
Presin externa:Peso del lodo utilizado albajar la ltima sarta
Profundidadtotal
Vaco
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
Casos de Carga
53 / 225
Casos de carga Ejemplo,Ejemplo, determinar los perfiles de presiones internas, externas y determinar los perfiles de presiones internas, externas y
temperatura del temperatura del revestidorrevestidor superficial del ejemplo anterior, para el superficial del ejemplo anterior, para el caso caso de 1/3 de vacde 1/3 de vacoo::
Superficial, 4.000
Produccin, 10.000
Camisa de Produccin, 12.000
Conductor, 320
Casos de Carga
54 / 225
Casos de carga Ejemplo:Ejemplo:
Profundidad
10.000
Vaco
Presin/Temperatura
Lodo
3.333
3.200
Presin externa:Peso del lodo utilizado albajar la ltima sarta@ 0 = 0 psi@ 3.200 = 0,052 * 3.200 * 9,0 = 1.498 psi
Temperatura esttica:Gradiente de 0,8 F/100 pie@ 0 = 80 F@ 3.200 = 80 + (0,8 * 3.200/100) = 106 F
Presin interna:Peso del lodo actual@ 0 = 0 psi@ 3.200 = 0 psi@ 3.333 = 0 [email protected] = 0,052*(10.000 - 3.333)*13,0 = 4.505 psi
Casos de Carga
55 / 225
Casos de carga
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios,intermedios, Prueba de presin.-Nota, si despus del revestidor viene una camisa, se genera un caso de carga adicional.
.
PintProfundidad
Presin/Temperatura
PextPresin externa:Presin natural deporo
Presin interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof. delrevestidor
Temperatura esttica.
PintProfundidad
Presin/Temperatura
PextPresin externa:Presin natural deporo
Presin interna:Gradiente de Fracturade Seguridad x Prof. de la camisa
Temperatura esttica
Casos de Carga
56 / 225
.
Profundidad
Lodo
Gas de laarremetida
Tope delgas
Ensamblajede fondo
Casos de carga
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios,intermedios, Arremetida de gas.-
Presin interna:Peso del lodo hasta el tope del gas o hasta la zapata
Presin de influjo de gas
Perfil de temperatura Presin/Temperatura
Presin externa:Presin natural de poro
Casos de Carga
57 / 225
Casos de carga
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios,intermedios, Arremetida de gas.-
Se considera una arremetida de: 50 bbl a 0,5 lpg para pozos de desarrollo 100 bbl a 1,0 lpg para pozos exploratorios
Esta arremetida, junto con el lodo de perforacin genera el perfil de presin interna:
Se calcula la altura del gas Se determina su presin Se determina la presin en la zapata Se calcula el perfil de presin
Casos de Carga
58 / 225
Casos de carga
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios,intermedios, Arremetida de gas.-
Clculo de la altura de gas:Volumen de gas:100 bbl = 561,5 pie3 (pozos exploratorios)50 bbl = 280,7 pie3 (pozos de desarrollo)
Volumen del anular alrededor de la sarta de perforacin:
VolD D L
Anular PMhoyo ext PM PM
,,( / ) ( )* 4
144
2 2
VolD D L
Anular dphoyo ext dp dp
,,( / ) ( )* 4
144
2 2
Casos de Carga
59 / 225
Casos de carga
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios,intermedios, Arremetida de gas.-
Para haber desplazado al fluido de perforacin, el gas debe tener una presin superior a la ejercida por ste:
Presin del gas: 0,052 * (Prof hoyo abierto) * (Peso lodo + X)
donde X = 1,0 lpg para pozos exploratorios yX = 0,5 lpg para pozos de desarrollo
Esta presin se mantiene constante (0 lpg) hasta la altura del gas y luego decae con el gradiente correspondiente al peso del lodo
Presin
Altura del gas
Nota: Al haber dependencia de la profundidad de hoyo abierto, si hay camisas, se presentan varios casos de clculo de arremetida.
Casos de Carga
60 / 225
Casos de carga
TuberTubera de superficie, a de superficie, revestirevesti--dores, camisas y dores, camisas y tiebackstiebacksintermedios,intermedios, Arremetida de gas.-
Todava hay que verificar si la presin generada es soportada por la zapata.
Si lo es, entonces se es el perfil de presin interna.
Si no, entonces el perfil corresponde a presin de fractura de la zapata, menos el peso del lodo.Presin
Altura del gas
Fondo de hoyo
Fondo de hoyo
Profun. zapataPresin de
arremetida
Presin calculada
Lodo
Presin calculada
Lodo
Pres. Frac.
Casos de Carga
61 / 225
Casos de carga
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios,intermedios, Arremetida de gas.-
Altura del gas
El perfil de temperatura est basado en el perfil de circulacin y la temperatura esttica:
2/3 Fondo de hoyo -tope de gas
Temperatura esttica de fondo de hoyo TEF
0,95 TEF
0,90 TEF
Pendiente = 0,8 F/100(gradiente esttico de
temperatura)
Temperatura calculada
Temperatura
Prof
undi
dad
Casos de Carga
62 / 225
Casos de carga
Ejemplo,Ejemplo, determinar los perfiles de presiones internas, externas y determinar los perfiles de presiones internas, externas y temperatura temperatura (Caso de carga, arremetida de gas)(Caso de carga, arremetida de gas) del del revestidorrevestidorsuperficial:superficial:
Superficial, 4.000
Produccin, 10.000
Revestimiento de Produccin, 12.000
Conductor, 320
Casos de Carga
63 / 225
Profundidad
Presin interna:Peso del lodo hastael tope del gas o hasta la zapata
Lodo
Gas de laarremetida
Casos de carga
Presin de influjo de gas
Perfil de temperatura Presin/Temperatura10.000
Topede gas
4.000Presin externa:Presin natural de poro, hasta 4.000 igual a la presin natural de 8,5 lpg:@ 0 = 0 psi@ 4.000 = 0,052 * 4.000 * 8,5 = 1.768 psi
Casos de Carga
64 / 225
Lodo
Gas de laarremetida
Casos de carga
10.000
Topede gas
4.000
Clculo del tope de gas:Volmen de arremetida: 280,7 pie3 (pozo de desarrollo)Dimetro del hoyo: 12 1/4 pulg.Dimetro portamechas: 8 pulg.Longitud de portamechas: 600
VolAnul 4 Dhoy2 Dpor2 Longpor
144
VolAnul 4 12,252 82 600
144 281,6 pie3
Prcticamente todo el volumen anular alrededor de los portamechas es ocupado por el gas, por lo que el tope del gas coincide con la longitud de portamechas: 600
Casos de Carga
65 / 225
Casos de cargaPresin interna: Clculo de la presin de gas:@10.000:Presin de influjo + 0,5 lpg (desarrollo)Peso de lodo: 13,0 lpgPresin de gas = 0,052 * 10.000* (13,0 + 0,5) =
= 7.020 psi@ 9.400:7.020 psiPresin a la altura de la zapata:@ 4.000: 7.020 - 0,052 * 5.400 * 13,0 = 3.370 psiResistencia de fractura en la zapata: 14,2 lpg
: 0,052 * 4.000 * (14,2 + 0,2) = 2.995 psiPor lo tanto la zapata falla y la mxima presin que puede haber a 4.000 es 2.995 psi !!!
@ 4.000: 2.995 psi@ 0 : 2.995 - 0,052 * 4.000 * 13,0 = 290 psi
Profundidad
Lodo
GasPresin de influjo de gas7.020 psi
Perfil de temperatura Presin/Temperatura10.000
9.400
4.000
7.020 psi
290 psi
2.995 psi
3.370 psi
0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura
Gradientede presinde poro
14,2
Casos de Carga
66 / 225
Casos de carga
Lodo
Gas10.000
9.400
4.000
Altura del gas
2/3 Fondo de hoyo -tope de gas = 6.060
Temperatura esttica de fondo de hoyo TEF
0,95 TEF = 152 F
0,90 TEF = 144 F
Pendiente = 0,8 F/100(gradiente esttico de
temperatura)
Temperatura calculada
Temperatura
Prof
undi
dad
= 80 + 10.000 * 0,8 F /100 = 160 F
= 144 - (6.060 * 0,8/100) = 96 F
= 144 - (2.060 * 0,8/100) = 128 F
Casos de Carga
67 / 225
Casos de carga
TuberTubera de superficie, revestidores, camisas y a de superficie, revestidores, camisas y tiebackstiebacks intermedios,intermedios, Perforacin (slo para aquellas tuberas que no estn totalmente cementadas).-
Profundidad
Presin/Temperatura
Presin externa:Presin natural deporo
Presin interna:Peso de lodo ms pesado que vaya a usarse + 0,3 lpg
0,95 Temperatura esttica de fondo de hoyo TEF
2/3 TVD
0,9 TEF
Temperatura calculada
Pendiente = 0,8 F/100 pies
Casos de Carga
68 / 225
Pr ofundidad
Vaco
Presin externa:Peso del lodo utilizadoal correr la ltima sarta
Revestidores, camisas y Revestidores, camisas y tiebackstiebacks de produccide produccin,n,Vaco total.-
Casos de carga
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
Presin interna:Vaco
Casos de Carga
69 / 225
Profundidad
Presin externa:Presin natural de poro
Presin interna:Fluido de completacin
Fluido anular:8,4 lpg dulce7,0 lpg agrio
Revestidores, camisas y Revestidores, camisas y tiebackstiebacks de produccide produccin,n,Fuga de la tubera de produccin cerca de la superficie, temperatura esttemperatura estticatica.-
Casos de carga
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
Casos de Carga
70 / 225
Profundidad
Fluido anular:8,4 lpg dulce7,0 lpg agrio
Revestidores, camisas y Revestidores, camisas y tiebackstiebacks de produccide produccin,n,Fuga de la tubera de produccin cerca de la superficie, tem-peratura en caliente.-
Casos de carga
Presin/Temperatura
Presin interna:Fluido de completacin + 2.000 psi APB
Presin externa:Presin natural de poro
2/3 TVD
Temperatura esttica de fondo de hoyo TEF
0,95 TEF
Temperatura calculada
Pendiente = 0,8 F/100 pies
Casos de Carga
71 / 225
Profundidad
Revestidores, camisas y Revestidores, camisas y tiebackstiebacks de produccide produccin,n,Estimulacin a travs de la tubera de produccin.-
Casos de carga
Presin/Temperatura
Presin externa:Presin natural de poro
Zapata
Presin interna:Presin de respaldo de la tubera de produccin 50% de la presin de la prueba hidrosttica 50% de la presin de cierre del pozo
Presin interna: Gradiente de fractura + 1,0 lpg en el fondo.
Estimado:40% de la tempera-tura esttica de fondo de hoyo TEF
Perfil de temperatura
calculado
Estimado: 60 F
Casos de Carga
72 / 225
Casos de carga EjemploEjemplo, determinar los perfiles de presiones internas, externas y , determinar los perfiles de presiones internas, externas y
temperatura temperatura (Casos de carga, estimulaci(Casos de carga, estimulacin a travn a travs de la tubers de la tubera de a de producciproduccin)n) para el para el revestidorrevestidor y la camisa de producciy la camisa de produccin:n:
Superficial, 4.000
Produccin, 10.000
Camisa de Produccin, 12.000
Conductor, 320
Casos de Carga
73 / 225
Casos de carga Ejemplo:Ejemplo:
10.000
Profundidad
Presin externa:Presin natural de poro
Presin interna:Presin de respaldo de la tubera de produccin 50% de la presin de la prueba hidrosttica 50% de la presin de cierre del pozo
Presin/TemperaturaEstimado:40% de la temperatura esttica de fondo de hoyo TEF
Perfil de temperatura
calculado
Estimado: 60 F
ZapataPresin interna: Gradiente de fractura + 1,0 lpg en el fondo.
12.000
12.500
Casos de Carga
74 / 225
Casos de carga Ejemplo:Ejemplo:
10.000
Profundidad
Presin externa:Presin natural de poro@ 0 = 0 psi@ 8.000 = 0,052 * 8.000 * 8,5 = 3.540 psi@ 9.000 = 0,052 * 9.000 * 8,5 = 3.980 psi@ 10.000 = 0,052 * 10.000 * 12,0 = 6.240 psi@ 10.500 = 0,052 * 10.500 * 13,0 = 7.100 psi@ 12.000 = 0,052 * 12.000 * 15,5 = 9.670 psi@ 12.500 = 0,052 * 12.500 * 16,0 = 10.400 psi
Presin/Temperatura
12.000
12.500
0
2000
4000
6000
8000
10000
120009 11 13 15 17 19
Gradiente de presin (lb/gal)
Prof
undi
dad
(pie
s)
Gradientede fractura
Gradientede presinde poro
Casos de Carga
75 / 225
Casos de carga Ejemplo:Ejemplo:
10.000
Profundidad
Presin interna:Presin de respaldo de la tubera de produccin. Si se supone una fractura a 20.000 psi, podemos suponer una presin de respaldo de 10.000 psi (50%) en el fondo.@ 12.000 = 10.000 psi.@ 0 = 10.000 - 0,052 * 12.000 * 8,5 = 4.700 psi
Presin/Temperatura
Zapata Presin interna: Gradiente de fractura (18,1) + 1,0 lpg en el fondo.@ 12.500 = 0,052 * 12.500 * 19,1 = 12.415 psi
12.000
12.500
@ 12.000 = 0,052 * 12.000 * 19,1 = 11.920 psi
@ 10.000 = 4.700 + (10.000 - 4.700)*(10.000/12.000)= 9.120 psi
Casos de Carga
76 / 225
Casos de carga Ejemplo:Ejemplo:
10.000
Profundidad
Temperatura
12.000
12.500
Estimado:40% de la temperatura esttica de fondo de hoyo TEFTEF = 80 + 12.500 * 0,8/100 =TEF = 180 F
@ 12.500 = 0,40 * 180 = 72 F
@ 10.000 = 60 + (72-60)*(10.000/12.500)@ 10.000 = 69.6 = 70 F
Estimado: 60 F
72 F
Casos de Carga
77 / 225
Casos de carga
Ejemplo:Ejemplo:
10.000
Profundidad
Temperatura/Presin
12.000
12.500
60 F
72 F 12.415 psi
11.920 psi10.000 psi
4.700 psi
6.240 psi
3.980 psi
0 psi
9.120 psi70 F
Presin interna:Presin externa:
Casos de Carga
78 / 225
TuberTubera de produccia de produccin,n, Cierre del pozo totalmente lleno de gas, , temperatura esttemperatura estticatica.-
Casos de carga
.
ProfundidadFluido de
completacin
Gas
Presin/Temperatura
Presin externa:Fluido de completacino lodo, con 0 psi en la superficie.
Presin interna:gas
BHP
Temperatura esttica
Casos de Carga
79 / 225
TuberTubera de produccia de produccin,n, Cierre del pozo totalmente lleno de gas, temperatura en caliente.-
Casos de carga
.
ProfundidadFluido de
completacin
Gas
Presin interna:gas
Presin/Temperatura
Presin externa:Fluido de completacino lodo, con 2.000 psi en la superficie.
BHP
Temperatura de flujo
Casos de Carga
80 / 225
TuberTubera de produccia de produccin,n, Vaco completo, temperatura esttica.-
Casos de carga
.
ProfundidadFluido de
completacin
Vaco
Presin externa:Fluido de completacino lodo, con 0 psi en la superficie.
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
Presin interna:Cero
Casos de Carga
81 / 225
TuberTubera de produccia de produccin,n, Vaco completo, temperatura en caliente.-
Casos de carga
.
ProfundidadFluido de
completacin
Gas
Presin externa:Fluido de completacino lodo, con 2.000 psi en la superficie.
Presin/Temperatura
Temperatura de flujo
Presin interna:Cero
Casos de Carga
82 / 225
TuberTubera de produccia de produccin,n, Despus del caoneo.-
Casos de carga
.
Profundidad
Fluido decompletacin
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
Presin interna:Fluido de produccincon presin de fondo de hoyo en el fondo.
BHP
Presin externa:Fluido de completacincon 0 psi en la superficie.
Casos de Carga
83 / 225
TuberTubera de produccia de produccin,n, Estimulacin a travs de la tubera de produccin (con arenamiento).-
Casos de carga
.
Profundidad
Fluido decompletacin
Presin interna:Fluido de completacinmas la presin mxima de bombeo.
Presin/Temperatura
Perfil de temperatura fra
Presin externa:Fluido de completacincon presin de respaldo.
Zapata
Casos de Carga
84 / 225
TuberTubera de produccia de produccin,n, Estimulacin a travs de la tubera de produccin (sin arenamiento).-
Casos de carga
.
Profundidad
Fluido decompletacin
Presin interna:Presin mxima de bombeo en la superficie y gradiente de fractura + 1,0 lpg en el fondo.
Presin/Temperatura
Perfil de temperatura fra
Presin externa:Fluido de completacincon presin de respaldo.
Zapata
Casos de Carga
85 / 225
Una vez determinados los casos de carga hay que analizar cmo se van a emplear:
Espesores y grados
MtodoCONVENCIONAL
MMtodotodoCONVENCIONALCONVENCIONAL
Mtodo de laVIDA DE SERVICIO
MMtodo de latodo de laVIDA DE SERVICIOVIDA DE SERVICIO
Espesores y Grados
86 / 225
Determina cul caso de carga genera mayor diferencial de presin (dint > dext) y verifica la resistencia al estallido.
Determina el caso de carga que genere mayor presin externa y vaco interno y verifica la resistencia al colapso.
Verifica la resistencia a la traccin 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 1 Caso base + caso de carga 2 Caso base + caso de carga...
Para cada uno de estos clculos se compara el resultado con la resistencia de la tubera. Adems se calcula el esfuerzo equivalente (Von Mises) y se compara con la resistencia a la fluencia del material.
Espesores y grados
MMtodotodoCONVENCIONALCONVENCIONAL
MMtodo de latodo de laVIDA DE SERVICIOVIDA DE SERVICIO
Espesores y Grados
87 / 225
Continuacin... NO CONSIDERA
Cementacin (parcialmente) Pandeo Efectos de la temperatura Esfuerzos debidos a la flexin Variaciones del rea
transversal de la tubera Es conservador para pozos someros Insuficiente para pozos profundos Es posible realizar los clculos a
mano
Continuacin... SI CONSIDERA
Cementacin Pandeo Efectos de la temperatura Esfuerzos debidos a la flexin Variaciones del rea transversal de
la tubera
En general se necesita de una computadora para realizar los clculos
Espesores y grados
MMtodotodoCONVENCIONALCONVENCIONAL
MMtodo de latodo de laVIDA DE SERVICIOVIDA DE SERVICIO
Espesores y Grados
88 / 225
Profundidad
Revestidores, camisas y Revestidores, camisas y tiebackstiebacks,, Caso base.-
Casos de carga
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
Revestidor colocado en sitio y cementado
Cemento
Lodo Presin interna:Lodo con que fue bajado el revestidor
Presin externa:Lodo + Cemento Cemento solo
Casos de Carga
89 / 225
Profundidad
Presin externa =Presin interna =Fluido de completacin
Fluido de completacin
TuberTubera de produccia de produccin,n, Caso base.-
Casos de carga
Presin/Temperatura
Temperatura esttica
Tubera colocada en sitio
Casos de Carga
90 / 225
Analizados los casos de carga, se deben comparar los resultados con la resistencia del material a:
Colapso Cedencia interna (estallido) Traccin Compresin Esfuerzos de Von Mises
Espesores y grados Espesores y Grados
91 / 225
Evidentemente, la Resistencia de la tubera (y de la conexin) debe ser mayor que la carga.
Cunto mayor lo determina el:
Espesores y grados
Factor de DiseFactor de Diseoo
Factor de Diseo Resistencia del MaterialCarga aplicada
Espesores y Grados
92 / 225
Factores de Diseo
COLAPSO CEDENCIAINTERNA
TENSIN COMPRE-SIN
VME
CONDUCTOR 1,0 -- -- -- --SUPERFICIAL 1,0 1,1 1,6 1,3 1,25INTERMEDIO 1,0 1,1 1,6 1,3 1,25PRODUCCIN 1,1 1,1 1,6 1,3 1,25TUBERA DE
PRODUCCIN1,1 1,1 1,6 1,3 1,25
Factor de Diseo Resistencia del MaterialCarga aplicada
Factores de DiseFactores de Diseoo mnimos segn PDVSA
Factores de Diseo
93 / 225
Factores de Diseo
Ntese que el Factor de DiseFactor de Diseoo se parece mucho al Factor Factor de Seguridadde Seguridad. Sin embargo, el primero se relaciona con la resistencia terica o asumida del tubular, mientras que el segundo se relaciona con la resistencia real.
Factor de Diseo Resistencia asumida del MaterialCarga aplicada
Factor de Seguridad Resistencia real del MaterialCarga aplicada
Factores de Diseo
94 / 225
Antes de proceder a determinar los esfuerzosesfuerzos que producen los diferentes casos de carga sobre las tuberas, es preciso conocer las caractersticas de los materialesmateriales de que estn hechas stas.
Espesores y grados Espesores y Grados
95 / 225
MaterialesMaterialesMateriales
Materiales Materiales
96 / 225
Para los efectos de disediseoo y en cierto grado para su clasificaciclasificacinn las tuberas se identifican en base a su:
Dimetro externo (-0,5% + 1,0%) Peso (espesor) (-12,5% + 0%) Grado (resistencia del material) Tipo de conexin
Materiales Materiales
97 / 225
As, por ejemplo, una tubera tpica se identifica como:
9 5/89 5/8 47 lb/pie P47 lb/pie P--110 BTC110 BTCDimetro externo
Peso unitario, que corresponde a un espesor de pared de 0,472
Material con una resistencia a la fluencia mnima de 110.000 psi
Rosca Buttress
Materiales Materiales
98 / 225
El dimetro 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 (( 0,0310,031)) para los tubos menores o igules a 4.
Los valores de dimetro que se fabrican usualmente son:
13 1/2 13 3/813 3/8 11 7/8 11 3/411 3/4 10 3/410 3/4
DiDimetrometro
2020 18 5/8 16 14 13 5/813 5/8
9 7/8 9 3/4 9 5/89 5/8 8 3/4 7 3/4
7 5/87 5/8 77 6 5/8 5 1/25 1/2 55
4 1/24 1/2 4 3 1/23 1/2 2 7/82 7/8 2 3/82 3/8
De color rojo las de mayor uso en Venezuela.De color rojo las de mayor uso en Venezuela.
Materiales Materiales
99 / 225
El peso determina el espesor de la tubera y tiene una tolerancia de -12,5% +0.
Eso indica que una tubera puede tener un espesor 12,5% menor que el valor nominal !!!.
PesoPeso
Materiales Materiales
100 / 225
El grado del material establece las propiedades mecnicas (resistencia a la fluencia y mxima, ductilidad y tenacidad) y la resistencia a la corrosin del producto.
GradoGrado
Materiales Materiales
101 / 225
Resistenciaa la fluencia
Resistenciamxima
Mnima Mxima MnimaGrado (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 mResistencia a la fluencia y mximaxima
Materiales Materiales
102 / 225
TenacidadTenacidadEnerga Absorbida
Longitudinal TransversalGrado (J) (J)H40 ----- -----J55 27 20K55 27 20N80 55 40L80 160 120C90 160 120C95 160 120T95 160 120P110 80 60Q125 80 60
Materiales Materiales
103 / 225
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Grupo
1. 2. 3. 4. 5.
Grado Tipo Carbn Manganeso Molibdeno Cromo Nquel Cobre Fsforo Azufre Siliciomin. mx. min. mx. min. mx. min. mx. mx. mx. mx. mx. mx.
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 Carbn para L80 se puede incrementar hasta 0,50% mx. si el producto es templado en aceite.El contenido de Molibdeno para C90, Tipo 1 no tiene tolerancia mnima si el espesor de pared es menor que 0,700 pulg.El contenido de Carbn para C95 se puede incrementar hasta 0,55% mx. si el producto es templado en aceite.El contenido de Molibdeno para T95, Tipo 1 se puede disminuir hasta 0,15% mnimo si el espesor de pared es menor que 0,700 pulg.El contenido de Fsforo es 0,020% mx. y el contenido de Azufre es 0,010 % para revestidores P110 con costura.
N.L.= No hay lmite. Los elementos mostrados deben estar reportados en el anlisis del producto.
ComposiciComposicin qun qumicamica
Acerosinoxidables
{
Materiales Materiales
104 / 225
RevenidoTemp., Mn
Proceso de TratamientoGrado Tipo Fabricacin Trmico F
Grupo 1 H40 ----- Sin o Con Costura Ninguno -----J55 ----- Sin o Con Costura Ninguno -----
Nota 1K55 ----- Sin o Con Costura Ninguno -----
Nota 1N80 Sin o Con Costura Nota 1 -----
Grupo 2 L80 1 Sin o Con Costura Templado y Revenido 1050L80 9 Cr Sin Costura Templado y Revenido* 1100L80 13 Cr Sin Costura Templado y Revenido* 1100C90 1 Sin Costura Templado y Revenido 1150C90 2 Sin Costura Templado y Revenido 1150C95 ----- Sin o Con Costura Templado y Revenido 1000T95 1 Sin Costura Templado y Revenido 1200T95 2 Sin Costura Templado y Revenido 1200
Grupo 3 P110 ----- Sin o Con Costura Templado y Revenido -----Grupo 4 Q125 1 Sin o Con Costura Templado y Revenido -----
Q125 2 Sin o Con Costura Templado y Revenido -----Q125 3 Sin o Con Costura Templado y Revenido -----Q125 4 Sin o Con Costura Templado y Revenido -----
Nota 1: Normalizado en su longitud completa, Normalizado y Revenido, o Templado y Revenido, segn qusea una disposicin del fabricante o si se especifica en la orden de compra.* Tipos 9 Cr. y 13 Cr. pueden ser Templados con aire. Los requerimientos especiales para los revestidores con costura P110 y Q125 estn especificados en la
Norma SR11.
Proceso deProceso demanufacturamanufactura
Materiales Materiales
105 / 225
Las caractersticas de fabricacin son:
TuberTubera sin costuraa sin costura
Materiales Materiales
106 / 225
TuberTubera sin costuraa sin costura
Materiales
En las tuberas sin costuras el proceso ms importante es la conversin de la barra slida en un tubo mediante un mandril o punta.
Materiales
107 / 225
Las caractersticas de fabricacin son:TuberTuberaa concon costuracostura (ERW)(ERW)
Materiales
108 / 225
ConexionesConexionesConexiones
Espesores y grados Conexiones
109 / 225
Conexiones
Las conexiones son los elementos mecnicos que mantienen unidas las tuberas:
Conexiones
110 / 225
Los principales elementos que caracterizan una conexin son: Si es acoplada o integralacoplada o integral, es decir, si la caja es
separada o es parte del tubo Los didimetros internos y externosmetros internos y externos
(en relacin al tubo) El tipo de roscarosca El tipo de sellosello El rebordereborde
Conexiones Conexiones
111 / 225
Una conexin es acopladaacoplada cuando los tubos se unen a travs de un acople:
Es integralintegral, cuando la caja est tallada en el tubo:
Tipo de acoplamientoTipo de acoplamiento
Conexiones Conexiones
112 / 225
En la conexin acopladaacoplada el dimetro interno se mantiene igual, pero el dimetro externo aumenta debido al acople:
DiDimetros internos y externosmetros internos y externos
Conexiones Conexiones
113 / 225
En la conexin integralintegral pueden haber cuatro tipos:
Interna lisa
Externa lisa
Intermedia
Toda lisa
DiDimetros internos y externosmetros internos y externosConexiones Conexiones
114 / 225
El problema de los dimetros es muy importante, pues por un lado se desea que la conexin tenga la misma resistencia que el tubo (transparencia estructural).(transparencia estructural).
DiDimetros internos y externosmetros internos y externos
Pero tambin se desea que la conexin tenga las mismas dimensiones externas e internas que el tubo (transparencia dimensional).(transparencia dimensional).
Transparencia Transparencia EstructuralEstructural
Transparencia Transparencia GeomGeomtricatrica
Conexiones Conexiones
115 / 225
Existen bsicamente dos tipos de rosca:
La triangular (60)o redonda:
y la trapezoidal:
Tipo de roscaTipo de rosca
Conexiones Conexiones
116 / 225
El sello es el dispositivo mecnico explcitamente encargado de impedir que el fluido interno salga:
El selloEl sello
Conexiones Conexiones
117 / 225
Tope mecnico que limita el movimiento de enroscado. Proporciona la resistencia a la compresin.
El rebordeEl reborde
Conexiones Conexiones
118 / 225
Combinando esos cinco elementos de diferentes formas se obtienen innumerables tipos de conexiones.
La clasificacin ms comn estreferida, sin embargo, a si la conexin est patentada o es de libre uso: conexiones APIAPI (uso libre) conexiones PREMIUMPREMIUM
Conexiones Conexiones
119 / 225
Las conexiones APIAPI son de uso libre y de acuerdo al tipo de rosca, hay dos tipos: Redondas:
IJ IJ - 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 Conexiones
120 / 225
Asi pues por ejemplo, la STCSTC es una conexin 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 partculas metlicas en suspensin que se introducen entre los hilos.
Conexiones Conexiones
121 / 225
La BTC o BTC o ButtressButtress es la ms popular. Es acoplada y usa una rosca trapezoidal. Tampoco tiene sello ni reborde.
Conexiones Conexiones
122 / 225
Las conexiones PremiumPremium vienen en gran variedad de formas y en general se clasifican como:
MTCMTC - Estndar 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 dimetros (Big Omega, ATS) SLHSLH - Especiales de alto rendimiento y lnea reducida
(ULT, NJO) IFJIFJ - Especiales integrales, el dimetro externo suele
ser menor a 1% por encima de la tubera (STL,FL-4S)
Conexiones Conexiones
123 / 225
Sellos metal-metal
Reborde
Rosca trapezoidal
conexin integral
Conexin PremiumPremium, integral, con sello metal-metal.
Conexiones Conexiones
124 / 225
A fin de optimizar y racionalizar la adquisicin de tuberas, se ha diseado un procedimiento de seleccin de conexiones de revestidores y tubera de produccin para PDVSA.
Conexiones Conexiones
125 / 225
Dimetro> 20
Dimetro> 16
No
No
Si
SiInicioInicio
ButtressButtress
Presin> 5.000 #
oSeveridad> 10/100
ButtressButtress NK3SBNK3SBTCTC--IIII
DrillequipDrillequipRL4SRL4S Big OmegaBig Omega
BTBBTB
J. IntegralJ. Integral
SLXSLXNJONJO
STLSTL511511
Prof > 1.000o
Pres. > 2.000psi
Inclinacin> 45
oHolgura< 3/4
Bajascargas
(camisa)
Si
Si
SiSi
No
No
No
No
Pozos someros
Conexiones de Tubera de Revestimiento
126 / 225
Presin 1/2
No
No
Si
SiEUEEUENUENUE
NK3SBNK3SBVAM ACEVAM ACE
AceroInoxidable
Flush?
Peso >P. Critico
Si
Si
SiNo
No
InicioInicio
STPSTPPHPH--66
PesadasPesadas
NK3SBNK3SBVAM ACEVAM ACE
STCSTCCSCS--HydHydLivianasLivianas
NK3SBNK3SBVAM ACEVAM ACE
AcopladasAcopladas
Peso >P. Critico
STPSTPPHPH--66
PesadasPesadas
STCSTCCSCS--HydHydLivianasLivianas
STLSTL511511
No
NoSi
IntegralIntegral Dimetro P. Crtico 2 7/8 > 6,53 1/2 > 10,34 1/2 > 13,55 1/2 Solo pesadas
7 Solo pesadas
Conexiones de Tubera de Produccin
127 / 225
CONSIDERACIONES DE DISECONSIDERACIONES DE DISEOO
Colapso Cedencia Interna (Estallido) Tensin / Compresin Esfuerzos Triaxiales (von Mises) Consideraciones Especiales
Espesores y grados Espesores y Grados
128 / 225
COLAPSOCOLAPSOCOLAPSO
Espesores y grados Espesores y Grados
129 / 225
Se llama colapsocolapso a la posibilidad de que la tubera falle por exceso de presipresinn externaexterna...
Carga de Colapso
130 / 225
Existen cuatro tipos distintos de colapso, dependiendo bsicamente de la relacin entre dimetro y espesor (D/t) de la tubera:
Por fluencia Colapso plstico De transicin Colapso elstico
Carga de Colapso
131 / 225
En esta figura se representan las presiones de colapso segn cada una de los modos, como funcin de las relacin 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 40,00Relacin Dimetro/Espesor (D/t)
Pres
in
(psi
)
FluenciaColapso plsticoTransicinColapso elstico
Carga de Colapso
132 / 225
El colapso por fluencia se refiere a la presin externa que causara que el material de la parte interna del tubo alcance fluencia. No es por lo tanto un aplastamiento del tubo.
La frmula de colapso por fluencia es:
P Rp D tD tc Rp,
( / )( / )
2
12
donde: Rp resistencia a la fluenciaD dimetro externo de la tuberat espesor
Carga de Colapso
133 / 225
El colapso por fluencia solo ocurre cuando el tubo es suficientemente grueso. Es decir, cuando la relacin dimetro a espesor (D/t) tiene un valor suficientemente bajo.
La frmula para calcular el valor crtico para (D/t) para colapso por fluencia es:
( / ) ( ) ( / ) ( )( / )
/
D tA B C Rp A
B C RpRp
2 8 22
2 1 2
Carga de Colapso
134 / 225
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 Rp 0 02623 0 5061 10 6, ,
C Rp Rp Rp 465 0 03087 0 1048 10 0 3699 107 2 13 3,9 , , ,
Carga de Colapso
135 / 225
El colapso plstico se refiere a la presin externa que causara que el tubo efectivamente colapse.
Carga de Colapso
136 / 225
La frmula para el colapso plstico es emprica y se obtuvo de ms de 2.000 ensayos con tubos de diferentes dimetros y resistencias:
P Rp AD t
B CC P a, ( / )
Esta frmula est deducida en base a una probabilidad de falla de 0,5% (5 fallas en 1.000).
Carga de Colapso
137 / 225
El rango de validez de la frmula para el colapso plstico es:
( / ) ( ) ( / ) ( )( / )
/
D tA B C Rp A
B C RpRp
2 8 22
2 1 2
( / )( )
( )D t
Rp A FC Rp B GPT
(Igual a la anterior)
Carga de Colapso
138 / 225
Donde las letras F y G son:
F
B AB A
Rp B AB A
B A B AB A
46 10 32
32
1 32
63
2
,95( )
( )( )
( )
G = F B/A
(A, B y C de acuerdo con las ecuaciones anteriores)
Carga de Colapso
139 / 225
El colapso elstico est deducido en base a una frmulacin terica, ajustando luego los resultados a valores experimentales (el valor adoptado fue el 71,25% del clculo terico):
26
, 1)/()/(1095,46
tDtDP EC
Carga de Colapso
140 / 225
Como las frmulas para colapsos plstico y elstico daban resultados que no se cruzan, hubo necesidad de crear una frmula intermedia, llamada colapso de transicin:
P Rp FD t
GC T a, ( / )
Carga de Colapso
141 / 225
El rango de validez de la frmula para el colapso de transicin es:
( / )( )
( )D t
Rp A FC Rp B GPT
(Igual a la anterior)
( / )D t
BA
BA
TE
2
3
Carga de Colapso
142 / 225
En esta figura se representan las presiones de colapso segn cada una de los modos, como funcin de las relacin 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 40,00Relacin Dimetro/Espesor (D/t)
Pres
in
(psi
)
FluenciaColapso plsticoTransicinColapso elstico
Carga de Colapso
143 / 225
Por otra parte, la presencia de una carga axialafecta la resistencia al colapso de una tubera.
API ha tomado en cuenta eso a travs 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
144 / 225
Otra variable que afecta la resistencia al colapso de una tubera es la presencia de una presin interna de respaldo.
As pues, la presin a considerar no es simplemente la diferencia entre la externa y la interna sino que hay que calcular una presin equivalente:
donde Pe es la presin equivalentePo la presin externaPi la presin interna
e o iP P (1 ( )) P 2 D t PoPi
Carga de Colapso
145 / 225
La resistencia al colapso de las conexionesconexiones se considera siempre superior a la de la tubera.
Carga de Colapso
146 / 225
EjemploEjemplo
Carga de Colapso
147 / 225
Se tiene un revestidor de produccin 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 diseo por colapso cuando el revestidorest sometido al caso de carga Vaco total. Suponga una carga de tensin de 50.000 lbf a 10.000 pies de profundidad.
Presin interna a 10.000 = 0 psi (Vaco total)Presin externa a 10.000 = peso del lodo con el que se baj la sarta = 0,052 * 12,0 * 10.000 = 6.240 psi.Como el revestidor est en tensin, se debe calcular la resistencia a la fluencia ajustada de la siguiente forma:
Solucin:
Ejemplo de clculo (Colapso)
148 / 225
Determinar el factor de diseo del revestidor de produccin del ejemplo, si ste es de P-110, 43,5 lb/pie, para el caso de vaco total.
Superficial 13 3/8
Produccin 9 5/8
Camisa de Produccin5 1/2
Conductor 20320
4.000
10.000
12.000
Ejemplo de clculo (Colapso)
149 / 225
Esfuerzo axial aplicado:
Resistencia a la fluencia ajustada:
Rpa aRpa
Rp Rp
1 0 752 1 2
0 5,/
,
psi 107.955=psi 000.110000.110981.35,0
2/12000.110
981.375,01
aRp
psi 981.32pulg 12,56lbf 000.50
pAaFa
Area transversal:
22222 pulg 56,12755,8625,944
dDpA
Ejemplo de clculo (Colapso)
150 / 225
Relaciones D/t lmites 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 = 2.790F = 2,06 G = 0,05
Como 20,61 < D/t = 22,12 < 26,75, hay que usar la ecuacinpara colapso de transicin, que es la siguiente:
GtDF
aRpTCP )/(,
Relacin dimetro/espesor:
12,22435,0625,9 tD
Ejemplo de clculo (Colapso)
151 / 225
Presin de colapso equivalente:
psi6.240=psi 0psi 240.6 Pe
Pe Po D t Pi
1
2( / )
Clculo del factor de diseo por colapso:
75,0psi 6.240psi .6554
eequivalent colapso dePresintubera la de colapso al aResistenci cDF
psi 655.405,012,2206,2psi 955.107,
TCP
Ejemplo de clculo (Colapso)
152 / 225
CEDENCIAINTERNA
(Estallido)
CEDENCIACEDENCIAINTERNAINTERNA
(Estallido)(Estallido)
Espesores y Grados
153 / 225
Se llama cedenciacedencia internainterna oo estallidoestallido a la posibilidad de que la tubera falle por exceso de presipresinn internainterna...
Carga de Cedencia Interna
154 / 225
La presin interna que podra causar la fluencia del material del tubo se calcula por la frmula:
P Rp tD
0 875
2,
El factor 0,8750,875 proviene de las posibles variaciones en el espesor de pared del tubo (12,5%). Si se tiene tubera con toleracias ms estrechas, se puede aumentar ese valor.
P
Carga de Cedencia Interna
155 / 225
A pesar de que una presin externa de respaldo afecta tambin la resistencia al estallido, no se calcula una presin equivalente como en el caso de colapso.
As pues, la presin a considerar es simplemente la diferencia entre la externa y la interna.
Pe = Pi - Po
donde Pe es la presin equivalentePo la presin externaPi la presin interna
Po
Pi
Carga de Cedencia Interna
156 / 225
La resistencia a la cedencia interna de las conexiones API: Buttress, STC y LTC es menormenor que la de la tubera y se calcula por la siguiente frmula:
P Rp W dWc
1
donde Rpc resistencia a la fluencia del material del acoplamiento
W Dimetro externo del acoplamientod1 Dimetro de la raz de la rosca
W
Carga de Cedencia Interna
157 / 225
Es importante resaltar que la ecuacin anterior no indica nada en relacin a la resistencia a la fuga resistencia a la fuga por presipor presin internan interna de las conexiones API: Buttress, STC y LTC.
Como medida prctica se considera que este tipo de conexin solo debe ser utilizada en pozos donde la presin interna sea inferior a 5.000 5.000 psipsi.
Carga de Cedencia Interna
158 / 225
En el caso de conexiones integrales lisasconexiones integrales lisas, si el fabricante no seala la resistencia, se puede considerar que tienen un 90% de la capacidad del tubo.
Para el resto de las conexiones: API Extreme API Extreme lineline y propietarias MTC, MIJ, HW, LD, SLH,MTC, MIJ, HW, LD, SLH, etc., se considera que la conexin tiene, por lo menos, la misma resistencia a la cedencia interna que el tubo.
Carga de Cedencia Interna
159 / 225
EjemploEjemplo
Carga de Cedencia Interna
160 / 225
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 diseo de fluencia interna mnima cuando el revestidor est sujeto al caso de carga Estimulacin a travs de la tubera de produccin con una presin externa de 6.240 psiy una presin interna de 10.000 psi (50% de la presin de cierre del pozo) a 10.000 pies de profundidad.
Solucin:Como se est utilizando una conexin MTC, slo se verifica la resistencia del cuerpo de la tubera y no hace falta verificar la del acoplamiento, ya que ste est diseado de modo que sea equivalente o ms fuerte que el cuerpo en condiciones de carga por presin diferencial interna.
Ejemplo de clculo (Estallido)
161 / 225
Esfuerzo contra fluencia interna del cuerpo de la tubera:
psi 700.8pulg 9,625pulg 0,435psi 000.1102875,02875,0
D
tRpP
Factor de diseo:
DFestallido Presion interna de fluencia
Diferencial de presion interna
31,2psi) 6.240-psi (10.000psi 8.700 estallidoDF
Ejemplo de clculo (Estallido)
162 / 225
Tracciny
Compresin
TracciTraccinnyy
CompresiCompresinn
Espesores y grados
163 / 225
Se analizan los esfuerzos de traccitraccinn yycompresicompresinn debido a la posibilidad de que la tubera falle por exceso de cargacarga axialaxial...
Carga de Traccin/Compresin
164 / 225
La tubera de produccin se disea en base a la ResistenciaResistencia a la a la FluenciaFluencia del material.
Los revestidores se disean en base a la Resistencia MResistencia Mximaxima del material.
Consideraciones GeneralesConsideraciones Generales
Deformacin
Esfuerzo
Resistencia a Resistencia a la Fluenciala Fluencia
ResistenciaResistenciaMMximaxima
Carga = Carga = AreaArea * Esfuerzo* Esfuerzo
Carga de Traccin/Compresin
165 / 225
La resistencia a la traccin de revestidores API revestidores API STC y LTCSTC y LTC es el menor valor de las siguientes ecuaciones (note que la conexin es menos resistente que el tubo):
RmAP jppin 95,0
DL
RpDL
RmDLAP jpj 14,014,05,075,095,0
59,0
Factor de seguridad adicional
(Resistencia al salto de la conexin)
RmAPcaja c 95,0
Carga de Traccin/Compresin
166 / 225
Las diversas variables geomtricas dependen, evidentemente, de la geometra, as por ejemplo:
AAjpjp es el rea trasversal de la tubera, justo debajo de la ltima rosca perfecta.
Carga de Traccin/Compresin
167 / 225
P A Rm RpRm
Dpin p
0 1 008 0 0396 1 083,95 , , ,
Para los revestidores con conexiones API API ButtressButtress, la resistencia a la traccin es el menor valor de las siguientes ecuaciones:
P A Rmc c c 0,95
Carga de Traccin/Compresin
168 / 225
En forma similar a las ecuaciones anteriores, hay otras para las conexiones Propietarias MTC, Propietarias MTC, SLH, IFJ, etc.SLH, IFJ, etc.
Lo ms comn, sin embargo, es que los valores de resistencia a traccin y/o compresin sean determinados experimentalmente por los propietarios de la conexiones y ofrecidas a los usuarios en forma de tablas:
Carga de Traccin/Compresin
169 / 225
Di. Peso Espesor Dimetro Dimetro Resis. Resis. Resis. Resis.Externo Nominal Grado de pared Interno Conexin mandril fluencia colapso estall. conexin(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
TABLA DE PROPIEDADES MECNICAS DE TUBULARES
Carga de Traccin/Compresin
170 / 225
Para la TuberTuberaa dede ProduciProducinn tambien hay ecuaciones para el clculo de las resistencias. Recurdese que en este caso, sin embargo, se utiliza la ResistenciaResistencia aa lala FluenciaFluencia.
Hay que considerar, por otra parte, que frecuentemente la conexin es ms resistente que el tubo, por lo que siempre hay que verificar la resistencia de ste.
Carga de Traccin/Compresin
171 / 225
As, por ejemplo, la resistencia a la traccitraccinn de una TuberTubera de a de ProduciProducinn con conexiones EUE, NUE o IJ, se determina como la menor entre:
P D h d Rppin s i 0 7852 24 2 2, (( ) )P A Rptuberia p
Carga de Traccin/Compresin
172 / 225
Consideraciones GeneralesConsideraciones Generales
Aunque las cargas axiales se calculan tradicionalmente mediante el mtodo de flotabilidad, NONO se recomienda su uso para la determinacin de las cargas axiales (traccin- compresin).
Hay que utilizar el mtodo de rea-presin o los diagramas de cuerpo libre.
Carga de Traccin/Compresin
173 / 225
MetodoMetodo de Flotabilidadde 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 Traccin/Compresin
174 / 225
MetodoMetodo de de AreaArea--PresiPresin o n o Diagrama de Cuerpo LibreDiagrama de Cuerpo LibreFluido
Peso
A
BPresin del fluido en B
Presin del fluido en A
F F FA por debajo por encima FA = Presin de fluido en A *AreaA
FA = Peso en el aire + Presin de fluido en B * AreaB
!Ojo con los signos!!Ojo con los signos!
Carga de Traccin/Compresin
175 / 225
Efecto de la temperaturaEfecto de la temperatura Si un cuerpo se calienta y se encuentra
impedido de deformarse, aparece una fuerza adicional, proporcional a la temperatura.
F
F
Calor CalorDilatacinTrmica
EsfuerzoTrmico
Carga de Traccin/Compresin
176 / 225
Efecto de la temperaturaEfecto de la temperatura La frmula para el clculo de las fuerzas
debidas a los cambios de temperatura es:
FTemp
Calor
F E A TTemp p
FTemp
donde es el coeficiente de dilatacin trmicaE mdulo de elasticidad del materialAp rea de la tuberaT cambio de temperatura desde el
momento de instalacin
Carga de Traccin/Compresin
177 / 225
Efecto del abombamientoEfecto del abombamiento
Si un tubo se abomba, disminuye su longitud. Si ese acortamiento es impedido, se produce un esfuerzo adicional.
F
F
Presin Presin
Carga de Traccin/Compresin
178 / 225
Efecto de abombamientoEfecto de abombamiento La frmula para el clculo de las fuerzas
debidas a los cambios de dimetro es:
FBal
Presin
F A P A PBal i i 2 0 0 ( )
FBal
donde es el Mdulo de PoissonAi rea interna de la tubera (hueco)Pi cambio de la presin interna de la
tubera (hueco) desde el momento de la instalacin
A0 rea externa de la tuberaP0 cambio de la presin externa
Carga de Traccin/Compresin
179 / 225
Efecto de la FlexiEfecto de la Flexinn
Cuando 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 compresin
En el lado externo de la curvatura los esfuerzos son de traccin
Carga de Traccin/Compresin
180 / 225
Efecto de la FlexiEfecto de la Flexinn La frmula para el clculo de los esfuerzos
debidos a la flexin es:
Bend E D D ( ).
25 730 12
218
donde Bend es el esfuerzo debido a la flexinE mdulo de elasticidad del materialD dimetro externo del tubo curvatura en /100 pies
Carga de Traccin/Compresin
181 / 225
Efecto de la FlexiEfecto de la Flexinn
La flexin de las conexiones puede ser un problema debido a la posibilidad de fuga y al esfuerzo adicional debido al mayor dimetro externo.
Especficamente, las conexiones API STC, LTC y Buttress no son recomendablesno son recomendables en curvaturas mayores de 1010/100 pies./100 pies.
Carga de Traccin/Compresin
182 / 225
EjemploEjemplo
Carga de Traccin/Compresin
183 / 225
Se tiene un revestidor de produccin 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 diseo para tensin o compresin, sabiendo que el revestidor est sometido a las siguientes condiciones de presin y temperatura:
Profundidad Cementada (F) Esttica (F)0 pies
10.000 pies15.000 pies
80190245
60200270
DATOS DE TEMPERATURA
Ejemplo de clculo (Tensin/Compresin)
184 / 225
Profundidad Pi (psi) Po (psi)0 pies
10.000 pies15.000 pies
08.572
12.858
08.572
12.987
Profundidad Pi (psi) Po (psi)0 pies
10.000 pies15.000 pies
000
08.572
12.858
DATOS DE PRESIN Caso Base: Condicin cementada
Caso de carga: Vaco Total
Ejemplo de clculo (Tensin/Compresin)
185 / 225
Estudio del caso base:
Pi
Po
W
Fa0 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
4 4 67 1713
2
2
( , ) ,
( , ) ,
pulg
pulg
2
2
W 15 000 23 345 000. . lbfFa =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 clculo (Tensin/Compresin)
186 / 225
Estudio del caso de carga:1. Efectos trmicos
TPAEtempF FF
tempF 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 dilatacin ocurre en diferencialesde longitud y sta no se ve afectada por la dilatacin 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 clculo (Tensin/Compresin)
187 / 225
As la fuerza axial total @ 15.000 pies es:Fa 88 300 34 305 130 308 252 913. . . . lbfComo Fa < 0, entonces el revestidor est sometido a compresin.
lbf 308.130)129()76,23()858.12()13,17()3,0(2 AbombF
3. Clculo del factor de diseo
maximaestatica compresion deCarga
conexinla dea teorica ResistenciCOMPRESIONDF
De acuerdo con los resultados anteriores, la carga de compresinesttica mxima es de -252.913 lbf.
Ejemplo de clculo (Tensin/Compresin)
188 / 225
Resistencia terica de la conexin (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 1 083 110 000125 000 5 5 702 784, ( . ) , , ,.. ( , ) . lbf
Ppin = 703.000 lbf
DFCOMPRESION 703 000252 913 2 78.. .
Resultados de los clculos @ 0 y 10.000 pies:@ 0 pies DFTENSIN = 3,39@ 10.000 pies DFCOMPRESIN = 67,01
Ejemplo de clculo (Tensin/Compresin)
189 / 225
Esfuerzos triaxiales(von Mises)
Esfuerzos triaxialesEsfuerzos triaxiales((vonvon Mises)Mises)
Espesores y grados
190 / 225
Cuando una pieza est sometida a varias cargas simultneas, la mejor forma de considerarlas es calculando un esfuerzo equivalente y comparando dicho esfuerzo con la resistencia a la fluencia del material
As pues, se define el factor de diseo:
DFDFVMEVME=Resistencia a la fluencia mResistencia a la fluencia mnima APInima API
Esfuerzo equivalente VMEEsfuerzo equivalente VME
Esfuerzo de von Mises
191 / 225
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 corrosin bajo tensin (SSC) de acuerdo a la definicin NACE:
DFDFVMEVME=Resistencia umbral NACEResistencia umbral NACEEsfuerzo equivalente VMEEsfuerzo equivalente VME
Esfuerzo de von Mises
192 / 225
Los esfuerzos simultneos que actan en la tubera son: Axiales, de las cargas de traccin, compresin y/o flexin a que
est sometida la tubera Radiales, de las presiones internas y externas Tangenciales, tambin de las presiones Cortantes, de una posible torsin.
Esfuerzo de von Mises
193 / 225
Los esfuerzos axiales: a t c FA,
a f D, 218
(por traccin y/o compresin)
(por flexin)
Los esfuerzos radiales:
r o
r i i
P
P
,
,
0 (en la pared externa)
(en la pared interna)
Esfuerzo de von Mises
194 / 225
Los esfuerzos tangenciales:
t oi i i
i
t ii i
i
P A P A AA A
P A A P AA A
,
,
( )
( )
2
2
0 0
0
0 0 0
0
(en la pared interna)
(en la pared externa)
En caso de que haya torsin involucrada:
o T DJ 2
Esfuerzo de von Mises
195 / 225
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 mnima API
Esfuerzo equivalente VME
DFVME=Resistencia umbral NACEEsfuerzo equivalente VME
Esfuerzo de von Mises
196 / 225
Considerando que el esfuerzo equivalente es preciso calcularlo para todos los elementos de la tubera, una representacin grfica de los resultados resulta ms sencilla de entender:
TensinCompresin
Estallido
Colapso
Capacidad de carga VME para una resistencia a la fluencia dada
Capacidad de carga segn API
Si el resultado est dentrodentro del valo, la tubera resiste, si est fuera, falla
Esfuerzo de von Mises
197 / 225
2 7/8, 7,80 J-55 MTC: 0 a 14.600 pies
Estallido
TensinF (1.000 lb)
Colapso
CompresinF (1.000 lb)
Casos de cargaB- Flotando1- Luego de perforar2- Evacuacin total, caliente3- Cierre esttico4- Cierre caliente5- Evacuacin total sarta #5
Capacidad de Carga Triaxial EquivalenteCapacidad de Carga Triaxial Equivalente
Esfuerzo de von Mises
198 / 225
EjemploEjemplo
Esfuerzo de von Mises
199 / 225
Se tiene un revestidor de produccin 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 diseo VME, cuando el revestidor estsometido a una carga axial de 378.598 lbf, una presin interna de 10.000 psi, una presin externa de 0 psi, y un torque de 20.000 lbf-ft. Determinar el desplazamiento angular del revestidordebido al torque.Solucin:
AreasAreas del cuerpo de la tuberdel cuerpo de la tuberaa:Ao
Ai
Ap Ao Ai
4
5 5 23 76
4 4 67 1713
6 63
2
2
( , ) ,
( , ) ,
,
pulg
pulg
pulg
2
2
2
Ejemplo de clculo (Esfuerzos triaxiales)
200 / 225
Esfuerzos principales:Esfuerzos principales:Como no existe flexin, el mximo esfuerzo VME se
produce en la pared interna de la tubera:
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
JTr
a
dD
AiAoAoPoAiAoPi
Pi
ApFa
a
Ejemplo de clculo (Esfuerzos triaxiales)
201 / 225
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 diseFactor de diseo:o:
DFVMEsistencia
DFVME
Re
..
,
a la fluencia minima APIEsfuerzo equivalente VME
110 00073 059
1 51
Ejemplo de clculo (Esfuerzos triaxiales)
202 / 225
Consideraciones especiales
deDiseo
Consideraciones Consideraciones especialesespeciales
dedeDiseDiseoo
Espesores y grados
203 / 225
PandeoPandeo
El pandeo ocurre cuando una tubera es sometida a una carga de compresicompresinnpor encima de ciertos lmites.
F
F
Consideraciones especiales en el Diseo
204 / 225
PandeoPandeo
El problema principal del pandeo es la posibilidad de que se atasque una herramienta al tratar de pasarla por un revestidorpandeado.
Consideraciones especiales en el Diseo
205 / 225
PandeoPandeoLa forma de determinar si una tubera puede sufrir pandeo es a travs de la frmula de Lubinski:
FEfe Fa A0 P0 Ai PiPositiva No hay
pandeo
Negativa Puede haber pandeo
Consideraciones especiales en el Diseo
206 / 225
PandeoPandeo
donde: FEfe Fuerza efectivaFa Fuerza axialA0 Area externaP0 Presin externaAi Area internaPi Presin interna
F F A P A PEfe a i i 0 0
Dext2 4 Dint2 4
Consideraciones especiales en el Diseo
207 / 225
PandeoPandeo Hay varias variables que permiten
evaluar la magnitud del pandeo: El paso de la hlice que forma el tubo. La severidad de la curvatura (pata de
perro). El dimetro mximo de herramienta que
puede pasar por la zona pandeada.
Paso
Lherr
Consideraciones especiales en el Diseo
208 / 225
PandeoPandeo Paso de la hlice:
Severidad de la curvatura:
P 8 E I Fefe12
DLS 275.000 2 r c
144 P2 4 2 r c
Paso
DLS
(rc es la holgura entre la tubera y el hoyo)
Consideraciones especiales en el Diseo
209 / 225
PandeoPandeo El dimetro mximo de herramienta que
puede pasar por la zona pandeada:
Lherr P arccos 1(dint , tub Dext,herr )
rc d int ,tub 2
Paso
Lherr
Consideraciones especiales en el Diseo
210 / 225
EjemploEjemplo
Consideraciones especiales en el Diseo
211 / 225
Se coloca una tubera 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) est 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 pandear.(2) si se pandea, dnde se encuentra el punto neutro.(3) cul es la mxima severidad de la pata de perro?(4) cul es la longitud mxima de la herramienta que puede pasar sin atascarse?
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
Ejemplo de clculo (Pandeo)
212 / 225
SoluciSolucin:n: Se pandearSe pandear el el revestidorrevestidor??
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' lbf60 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. ( , ) ( . ) ( , ) ( . ) . lbfLa fuerza negativa indica que el revestidor pandeapandea.
Ejemplo de clculo (Pandeo)
213 / 225
LocalizaciLocalizacin del punto neutro (PN):n del punto neutro (PN):PN se define como la profundidad a la cual Feff = 0. Expresamos laecuacin de la fuerza efectiva en funcin de la profundidad, iguala-mos a cero y despejamos.F Fa AoPo AiPieff @ 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 ecuacin de Feff :
z Profundidad del PN = 2.046 pies
Ejemplo de clculo (Pandeo)
214 / 225
CuCul es la severidad ml es la severidad mxima de la pata de perro (DLS)?xima de la pata de perro (DLS)?
DLS rcP rc
275 000
144 42
2 2 2.
Esta ecuacin muestra que la DLS aumenta a medida que P dismi-nuye. De igual modo, P alcanza su valor mximo cuando Feff esmnima (valor de compresin ms alto). Por lo tanto, la peor pata de perro se encuentra en el TOC.
P@( ) ( , ) ( . ) . TOC pies
8 30 10 110 4 80 00012
150 76
DLS o 275 000 1313
144 150 7 4 131311
22 2 2
. ., ,
, /100 piesSi esta cantidad de pandeo es excesiva para ser tolerada durante laperforacin, entonces deb