06 Tuberías de Revestimiento

8/12/2019 06 Tuberas de Revestimiento

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Revisin de Equipos, Herramientas y Clculos de Perforacin

6. Tuberas de Revestimiento

Secciecci

nTuberuberas de Revestimientos de Revestimiento

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO ACELERADOROGRAMA DE ENTRENAMIENTO ACELERADOPARA INGENIEROS SUPERVISORES DE POZOARA INGENIEROS SUPERVISORES DE POZO


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Contenido

1. Criterios para el diseo

2. Propsito de los tubulares

3. Tipos de revestimiento

4. Especificaciones

5. Propiedades mecnicas


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6.1. Criterios del diseo

Resistencia al colapso

Resistencia al estallido

Resistencia a la tensin Esfuerzo triaxial

Desgaste


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6.2. Propsito de los Revestimientos

Reforzar el agujero Aislar formaciones inestables (subnormales, anormales, depletadas)

Prevenir la contaminacin de yacimientos de agua fresca

Proveer un sistema de control de presin Confinar y contener fluidos y slidos de perforacin o terminacin

Actuar como conducto para operaciones asociadas

Sostener el cabezal del pozo y revestimientos subsiguientes Sostener las BOPs y rbol de vlvulas


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2. H

3. O

4. N

5. D

6. A

6.3. Tipos de Revestimiento

Revestimiento conductor

Revestimiento de superficie Revestimiento intermedio

Revestimiento de produccin


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Revestimiento Conductor

Soporta y asla formaciones no consolidadas,

arenas de agua fresca y/o cualquier zona degas superficial.

Puede estar hincado o cementado hastasuperficie.

2. H

3. O

4. N

5. D

6. A


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2. H

3. O

4. N

5. D

6. A


Revestimiento de Superficie

Soporta el primer conjunto de preventoras

Permite la perforacin ms profunda

Soporte estructural para el cabezal del pozo

y revestimientos subsecuentes

Asla formaciones problemticas

Se cementa hasta la superficie o hasta el

interior del revestimiento conductor


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2. H

3. O

4. N

5. D

6. A


Revestimiento Intermedio

Se instala cuando para aislar posibles zonas de

influjo o perdida de circulacin La altura de cemento se disea para aislar la zona

problemtica mas somera

No es indispensable que el cemento ingrese alrevestimiento de superficie

Puede llegar hasta la superficie o ser un liner.


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Revestimiento de Produccin

Contiene la tubera de produccin Puede o no estar expuesto a fluidos del

yacimiento Puede ser extendida hasta superficie o ser un

liner Asla las zonas productoras y permite el control

del yacimiento, Acta como conducto seguro de transmisin dehidrocarburos a la superficie

Previene influjos de fluidos no deseados.

Rev. Conductor

Rev. Superficie

Rev. Intermedio

Rev. Produccin



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Liner o revestimiento corto de perforacin

Provee una zapata mas profunda

Asla formaciones inestables Economiza tiempo y dinero

Mitiga limitaciones del equipo de

perforacin.


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Liner o revestimiento corto de produccin

Completa un pozo a menos costo

Permite un conducto de produccin mas grande

Provee un mayor rango de eleccin para la

tuberas de produccin. Mitiga limitaciones del equipo



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6.4. Especificaciones de la Tubera de Revestimiento

Dimetro externo y Espesor de pared

Peso por unidad de longitud

Grado del acero Tipo de conexin

Longitud del tramo (Rango)


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Dimetro externo (D) y Espesor de pared (t) Hacen referencia al cuerpo de la tubera El dimetro de los coples determina el tamao mnimo de agujero El espesor de pared determina el dimetro interno y el peso de la tubera


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Tolerancia del dimetro y el espesor de pared

La siguiente tabla resume las recomendaciones

del API Spec. 5CT.

+ 0.79%< 4

+ 1.00, -0.50% D> 4

Tolerancia ( mm.)Dimetro Externo de la Tubera


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Tolerancia del PesoPara la tubera de revestimiento con refuerzo(upset), las tolerancias permitidas en el cuerpo 5

por debajo de refuerzo son (API Spec. 5CT):

+ 3.97, -0.75% D> 8 5/8 + 3.18, -0.0.75% Ddesde 5 hasta 8 5/8

Tolerancia ( mm.)Dimetro Externo de la Tubera

T R


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Tolerancia del Espesor de paredLa tolerancia permitida para la tubera sin refuerzo segn elAPI es de -12.5%.

T R


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Tolerancia del Espesor de paredLa tolerancia permitida para la tubera con refuerzo segn elAPI es de -12.5%.

6 T b d R i i


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Peso ajustado de los tubulares

El peso ajustado de la tubera de revestimiento se calculamediante la formula:

WL= ( Wpex L ) + ew

donde :WL = Peso ajustado (calculado) por longitud del tramo ,L, (lb.)Wpe = Peso del tubo con extremos lisos (lbs /pie.)L = Longitud total del tramo, incluyendo los extremos (pies)

ew = peso ganado o perdido por la rosca (lbs).

Todos estos valores podrn ser encontrados en la tabla 20 de la seccin8 del API Spec. 5CT.

6 T b d R ti i t


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Frmula del API para el peso ajustado:

6 T b d R ti i t


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6.4. Especificaciones de la Tubera de Revestimiento Peso ajustado de los tubulares

Tolerancia en el Peso

Las normas API 5CT especifican:

Para longitudes sencillas + 6.5% , -3.5%

Para cargas de 40,000 lbs. o ms -1.75%

Para cargas menores de 40,000 lbs. - 3.5%

6 Tuberas de Re esti iento


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6.4. Especificaciones de la Tubera de Revestimiento Grados del Acero Codificacin por colores segn API 5CT/ISO 11960

6 Tuberas de Revestimiento


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Grados del Acero Codificacin por colores segn API 5CT/ISO 11960




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Grados del Acero

El API define nueve grados de acero:

H40 J55 K55 C75 L80 N80 C95 P110 Q125

Propiedades mecnicas y fsicas definidas por :

Composicin qumica del acero Tratamiento de calor que recibe durante su

fabricacin

Nmero designaciones: esfuerzo de resistencia ocedencia, en miles de psi

Carta de designacin: tipo de acero y tratamientorecibido durante su fabricacin.



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6. Tuberas de Revestimiento6.4. Especificaciones de la Tubera de Revestimiento

Grados del Acero

Niveles de servicio

Los tubulares usados en la industria se clasifican de acuerdo conlas condiciones de servicio

Nivel 1: Grados H-40, J-55, K-55 y N-80 Servicio Dulce o Cantidad Limitada de H2S Presiones < 5,000 psi

Nivel 2: Grados M65, L80, C90, C95 y T95 Presin >10M con contenido de H2S limitado Baja Presin y contenido de H2S elevado



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Grados del Acero

Nivel 3: Grado P-110 Bajo contenido de H2S; Alta Temperatura /Alta Presin

Nivel 4: Grados por encima del nivel 3 como Q125 Aplicaciones HP con alto contenido de H2S

Los tramos de tubera pueden rastrearse muyfcilmente por el nmero de serie para todo el trabajo.

Niveles de servicio



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Grados del Acero

El material de acero crudo que se usa para fabricarla tubera de revestimiento no tiene una microestructura definida.

La micro estructura del acero y las propiedadesmecnicas se pueden mejorar en gran medida conla adicin de aleaciones especiales y portratamiento trmico.

De esta forma, los diferentes grados de tubera derevestimiento se pueden fabricar para adaptarse alas diferentes situaciones de perforacin.



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Grados del Acero

Las tablas 2 y 3 del API Spec. 5CT muestran la composicinmetalrgica y las propiedades mecnicos para cada uno de losgrados de acero.



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Las tablas 2 y 3 del API Spec. 5CT muestran los requerimientos qumicos ymecnicos para cada uno de los grados de tubera.

Grados del Acero




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6.4. Especificaciones de la Tubera de Revestimiento Grados del Acero



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Grados del AceroV150: No es un grado API.

Rango de cedencia 150,000 a 180,000 psi.Resistencia mnima a la tensin de160,000 psi.No se puede usar para H2S a ninguna temperatura.



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Tipos de conexinConexiones API Conexiones Premium

Redonda Buttress Extremeline Lisosacoplados RecalcadosLisosFormados



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Tipos de conexin

Conexiones API

Rosca Redonda STC (Corta) LTC (Larga) Rosca Buttress, BTC (BCN) Rosca Extremeline, XL (integral)

Conexiones Premium (del fabricante)

Hydril Manesman VAM

Etc.



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Tipos de conexin Conexiones API

Rosca redonda



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Tipos de Conexin

Conexiones API

Rosca redonda Caractersticas:

Ocho hilos o cuerdas redondas por pulgada

Perfil en forma de V con un ngulo de 60 grados Ahusamiento de la rosca de por pi de dimetro

Cresta y races truncados con un radio, proporcionando un

claro creciente de aproximadamente 0.003 pulgadas Presenta trayectoria de fuga

No recomendada para aplicaciones con gas

Longitud de enganche muy corta y perfil delicado.



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Tipos de conexin

Conexiones API

Rosca redonda



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Tipos de Conexin Conexiones API

Rosca Buttress Caractersticas:

Rosca de forma trapezoidal, con cinco hilos por pulgada

Ahusamiento:

para OD < 7 5/81 para OD > 7 5/8

La rosca trapezoidal tiene la capacidad de transmitircargas axiales mayores que la rosca redonda API 8.



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Tipos de conexin Conexiones API

Rosca Buttress



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Tipos de conexin

Conexiones API

Rosca Buttress



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Tipos de Conexin

Conexiones API

Rosca Buttress Caractersticas

Mayor probabilidad de fuga que en la rosca redonda

Menor resistencia al estallido que en la redonda

Fuerte para cargas axiales o de flexin

Propensa a montarse o trabarse No funciona bien en compresin

Las roscas perfectas se ubican en la nariz del pin



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Tipos de Conexin Conexiones API

Rosca Extremeline



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Tipos de Conexin

Conexiones API

Rosca Extremeline Caractersticas

No presenta fugas siempre que la fuerza de friccin de enrosquesea mayor que la de presin interna

El sello est ubicado en la punta del pin

No pierde fuerza de sellado en compresin ni en flexin

Pin propenso al da por impacto No se monta o atasca al enroscarse debido a la tolerancia en los

hilos



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Tipos de Conexin

Conexiones API Rosca Extremeline



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Tipos de Conexin

Conexiones Premium

Roscas de alto desempeo Tolerancias dimensionales ms estrictas que las API Diferentes ngulos en los flancos de los hilos Mejor resistencia mecnica a la tensin, compresin y flexin

Hombro de torsin en los hilos que absorbe entre el 15% y el 85%del valor del apriete

Sello metal metal para asegurar hermeticidad bajo condicionesextremas

Requieren de la colocacin del apriete exacto para garantizar sello



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Tipos de Conexin

Conexiones premiunButtress mejorada




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Tipos de Conexin

Conexiones premiun - Interpretacin del grfico de apriete



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Tipos de Conexin

Conexiones premiun - Interpretacin del grfico de apriete

Grficas de apriete aceptables



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6.4. Especificaciones de la Tubera de Revestimiento Tipos de Conexin

Conexiones premiun - Interpretacin del grfico de aprieteGrficas de apriete rechazadas



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p Tipos de Conexin

Conexiones premiun - Interpretacin del grfico de aprieteGrficas de apriete rechazadas

6. Tuberas de Revestimiento6 4 Especificaciones de la Tubera de Revestimiento


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Tipos de Conexin Conexiones premiun - Tipos de roscas

Tubos Recalcados con acople integral (Up Set)Roscas maquinadas en tubo con mayor espesor en uno o ambos

extremosEjemplos: Tenaris PJD, XL, VAMFIT, VAMACEXS, HD533, RTS

Tubos Lisos Acoplados (Threaded and Coupled)

Roscas maquinadas sobre tubo liso unidas por un acople.Ejemplos: TenarisBlue, AMS, MVAM, VAM TOP, HD563,



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Tipos de Conexin Conexiones premiun - Tipos de roscas

Tubos con conexin integral Lisa (Flush)Roscas maquinadas en los extremos lisos del tubo y

unidas sin utilizar acoples

Ejemplos: VAMFJL, HD511, STL, HDL

Tubo con conexin integral Formada (Near Flush)Roscas maquinadas en el tubo con el pin cerrado y la caja

expandida en fro

Ejemplos: TenarisBlue Near Flush, ANJO, HDSLX, SLIJII


l


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Tipos de Conexin

La seleccin de una conexin adecuada debe

basarse en la aplicacin, el desempeo requerido yel costo.

La siguiente tabla puede servir de gua general para

saber si se deben usar roscas API o Premium.

Revestimiento de produccin

RoscasPremium

Roscas APIGas

RoscasPremiumRoscas APILiquidos


E l T R


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Revestimientos de Superficie e Intermedio

Si la presin diferencial a travs de laconexin es > 7,500 psi, se recomienda utilizar

roscas premium Se pueden utilizar roscas API con diseo

mejorado pero el sellado no es muy confiable

La norma API 5C2 indica los valores deresistencia a fugas para las conexiones API

Tipos de Conexin


6 4 E ifi i d l T b d R i i


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Longitud del tramo (Rango)

El API ha especificado tres rangos para la longitud de las

tuberas.

42> 343

3125 342

2216 251

LONGITUD PROM.

(pies)

LONGITUD

(pies)

RANGO



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6.5. Propiedades Mecnicas

1. Resistencia a la Tensin

2. Resistencia al Estallido

3. Resistencia al Colapso

4. Resistencia a la Torsin


6 5 P i d d M i


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Resistencia a la Tensin

Esfuerzo de Cedencia

Cuando un espcimen de acero se carga portensin, ocurre un incremento en su longitud

Una grfica tpica de la elongacin contra lacarga aplicada se muestra a continuacin


6 5 Pro iedades Mecnicas


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Esfuerzo de CedenciaCarga graficada contra elongacin (o contraccin)

CARGA

0

A

BPUNTO DE CEDENCIA

LMITE ELSTICO

RUPTURA

CRESISTENCIA FINAL A LATENSIN

ELONGACIN


P i d d M i


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Esfuerzo de Cedencia

El API define el esfuerzo de cedencia como el esfuerzo de tensinque se requiere para producir una elongacin total de 0.5% por

unidad de longitud de un espcimen de prueba

Para los grados P- 105 y P- 110 la elongacin total de la longitud

es de 0.6%.


6 5 Propiedades Mecnicas


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Esfuerzo de Cedencia del cuerpo del tubular

El API define el punto de cedencia como el producto del reatransversal por el valor de cedencia mnima para cada grado enparticular

Py = 0.7854 (D2 d2) Yp

donde:

Py = esfuerzo de cedencia del cuerpo del tubo (psi)Yp = esfuerzo mnimo de cedencia del tubo (psi)D = dimetro externo nominal (pulg.)d = dimetro interno nominal (pulg.)

6. Tuberas de Revestimiento6.5. Propiedades Mecnicas


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Valores de Cedencia para Tubulares API.Pruebas realizadas en un espcimen de rea seccional mayor de 0.75 in2

18.5105,00090,000C-90

15.0140,000110,000P-110

18.0110,00095,000C-95

18.5110,00080,000N-80

19.595,00080,000L-80

19.590,00075,000C-7519.580,00055,000K-55

24.080,00055,000J-55

29.580,00040,000H-40

MximoMnimo

(%) de elongacin mnima

para la ruptura

Resistencia a la Cedencia (psi)Grado

API




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Resistencia al Estallido

La resistencia al estallido se definecomo el valor de la presin internaque se requiere para hacer que elacero ceda.

La falla por estallido se presenta porrompimiento del cuerpo de la tuberao por fugas en los acoples




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Resistencia al Estallido

La presin interna de cedencia de la tubera de revestimiento secalcula usando la siguiente frmula :

P = presin mnima de cedencia interna (psi)

Yp = punto mnimo de cedencia del tubo (psi)t = espesor nominal de pared (pulg.)

D = dimetro nominal del tubo (pulg.)

El factor de 0.875 corresponde a la mxima tolerancia permitidaen el espesor de pared (12.5%).




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Resistencia al Estallido - Ejercicio

Calcular la presin de estallido para un tubo de revestimientode 20, K-55 con un espesor nominal de pared de 0.635 y unpeso nominal de 133 lbf/pie.

Solucinel punto de cedencia mnima de K-55 es 55,000 psi

Pbr = 0.875 (2)(55,000)(0.635)/20 = 3,056 psi

Valor calculado para tubera sin contrapresin externa




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2. Resistencia al Colapso

La resistencia al colapso se define

como la presin externa que serequiere para sumir un espcimen detubera de revestimiento.




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Fallas por Colapso




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Tipos de Colapso

Colapso por Cedencia

Colapso Plstico

Colapso de transicin

Colapso Elstico




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Presin externa que genera un punto de cedencia enla pared interna del tubo (lo contrario de estallido).

se define por la siguiente frmula

Se aplica para valores D/t que se interceptan con sussimilares para el colapso plstico.




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p





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p

Colapso Plstico

Se basa en una curva de regresin ajustada a los datos de 2,488 pruebashechas en especmenes de revestimientos K-55, N-80 y P-110 en 1,963

Los valores A, B y C se midieron y extrapolaron para otras resistencias entuberas de revestimiento.




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Colapso Plstico




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p

Colapso de Transicin Bsicamente un ajuste para llenar la brecha entre las formas de curva

plstica y de curva elstica. Es una medida totalmente emprica.

F y G son ajustes de curva de A, B y C




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Colapso de Transicin




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Colapso Elstico

Se deriva clsicamente de la teora elstica por Clinedinsten 1939




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Colapso Elstico




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Resistencia al colapso - Ejercicio

Calcular la presin de colapso para un tubo de revestimiento

de 20, K-55 con un espesor nominal de pared de 0.635 y unpeso nominal de 133 lbf/pie.

Solucin

Relacin (D/t) = 20/0.635 = 31.496de la tabla 4 podemos apreciar que la relacin cae dentrodel colapso de transicin, por tanto:

PT = 55,000 ((1.989/31.496)-0.036) = 1,493 psi.




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Propiedades de Resistencia de los Tubulares

El API especifica los requerimientos mnimos para la manufactura dela tubera de revestimiento.

Los fabricantes pueden producir tubera de revestimiento de acuerdo

con sus propias especificaciones siempre y cuando cumplan lasespecificaciones mnimas del API.

Los requerimientos del API para tuberas de revestimiento yproduccin estn dados en el boletn 5CT, para tubera de lnea en elBoletn 5L y para tubera de perforacin en el Boletn 5D




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p

Propiedades de Resistencia de los Tubulares

Ejercicio

Calcular la resistencia al estallido, a la tensin y al colapso en elcuerpo del tubo para un revestimiento de 7 OD, 32#, L-80 para lastolerancias dimensionales promedio y nominal discutidasanteriormente, utilizando las frmulas de API




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p

Propiedades de Resistencia

Solucin al ejercicio1. Resistencia al estallido

P = 0.875 (2Ypt/D) = 0.875 (2 x 80,000 x 0.453 / 7) = 9,060 psi.

2. Resistencia a la tensin

Py = 0.785 (D2 d2) Yp = 0.875 x (49 37.14) x 80,000 = 830,000 lbs.

3. Resistencia al colapso

D/t = 7/0.453 = 15.452 corresponde a colapso plstico

Pp = Yp (A/(D/t)-B) C = 80,000 x ((3.071/15.452) 0.0667) 1955 = 8600 psi




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Colapso Biaxial




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Interaccin de Fuerzas sobre el revestimiento




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Interaccin de Fuerzas sobre el revestimiento


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Reduccin de la Cedencia segn el API

El API usa la siguiente frmula para la reduccin




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Reduccin de Cedencia Biaxial

Ejercicio

Una sarta de 10,000 pies de revestimiento de 7 OD, 32#, L-80est suspendida en un pozo vertical lleno de aire. Calcular laresistencia nominal al colapso, en la parte superior, a 5,000pies y en el fondo.




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Solucin

En la parte superior

= (1 - 0.75 x ((38.3x10,000)/661,000)2)0.5 (0.5(38.3x10,000)/661,000) =

YcorrYnom

= 0.57 => Ycorr = 0.57 x 80,000 = 46,000 psi

Pp = Yp (A/(D/t)-B) C = 46,000 x ((3.071/15.452) 0.0667) 1955 = 4,100 psi




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Solucin

@ 5000 pies

= (1 - 0.75 x ((38.3x5,000)/661,000)2)0.5 (0.5(38.3x5,000)/661,000) =

YcorrYnom

= 0.792 => Ycorr = 0.792 x 80,000 = 63,300 psi

Pp = Yp (A/(D/t)-B) C = 63,300 x ((3.071/15.452) 0.0667) 1955 = 6,400 psi




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Solucin

En el fondo

= (1 - 0.75 x ((38.3x0)/661,000)2)0.5 (0.5(38.3x0)/661,000) =

YcorrYnom

= 1 => Ycorr = 1 x 80,000 = 80,000 psi

Pp = Yp (A/(D/t)-B) C = 80,000 x ((3.071/15.452) 0.0667) 1955 = 8,600 psi




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Efectos de la Temperatura

Las altas temperaturas tienen el efecto de reducir el mdulo deelasticidad y a su vez el punto de cedencia de la tubera derevestimiento.

Diferentes grados de tubera de revestimiento se ven afectadosen forma distinta por los efectos de la alta temperatura.

A mayor grado del acero, mayor ser la reduccin en el puntode cedencia debido a las altas temperaturas.

Para algunos autores el Punto de Cedencia, Yp se reduce 0.3%por cada F por encima de 212 F

( corr) = 1 0.0003 (T 212)




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Desgaste de la Tubera de Revestimiento



D l T R


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Desgaste de la Tubera de Revestimiento Causas del desgaste

Contacto con la tubera de perforacin (rotando ocorriendo)

Arrastre de la barrena dentro del revestimiento

Contacto con herramientas corridas con cable Contacto con fluidos corrosivos

Abrasin de los slidos contenidos en los lodos de

perforacin (especialmente arena). Contacto con las paredes del pozo (patas de perro,

etc.)


D l T R


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Desgaste de la Tubera de Revestimiento Mecanismos de desgaste

Desgaste por fatiga Concentracin de esfuerzos mayores a los

estipulados para el material

Desgaste abrasivo Causado por partculas slidas presentes enla zona de rozamiento

Desgaste erosivo Causado por una corriente de partculas

abrasivas


D d l T b d R i i


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Desgaste de la Tubera de Revestimiento

Desgaste por corrosin Causado por la influencia del ambiente

circundante

Desgaste por frotacin Suma de las cuatro formas de desgaste anterior

Desgaste adhesivo Transferencia de material de una a otra

superficie durante su movimiento relativoespecialmente en soldaduras.

Mecanismos de desgaste


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Desgaste de la Tubera de Re esti iento


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Desgaste de la Tubera de Revestimiento Control del desgaste

Diseo del pozo Patas de perro, trayectoria direccional, Largas secciones de agujero descubierto

Tipo de lodo base agua, base aceite, alto contenido de

slidos, bajo peso. Tipo de acero del revestimiento

Tiempo de exposicin a ambientes agrios,fluidos salados, CO2,

Ayudas mecnicas Bujes de desgaste, protectores,

centralizadores.

06 Tuberías de Revestimiento

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