Aparejos_Producci%c3%b3n (07)

GUA DE DISEODE APAREJOS DE PRODUCCIN

GERENCIA DE INGENIERGERENCIA DE INGENIERAASubgerencia de TerminaciSubgerencia de Terminacin y Mantenimiento de Pozosn y Mantenimiento de Pozos

CONTENIDOCONTENIDO

INGENIERIA- Objetivo- Introduccin- Condiciones de carga

- Uniaxial- Biaxial- Triaxial

- Diseo en ambientes corrosivos- Movimiento del aparejo de produccin

- Pistn- Ballooning (expansin)- Buckling (pandeo helicoidal)- Temperatura

- Metodologa de diseo

OBJETIVOOBJETIVO

Desarrollar una gua practica para el diseo de

aparejos de produccin, que considere las

cargas generadas por presin interna, colapso,

tensin y la combinacin de estas. Adems que

indique como cuantificar los esfuerzos que

originan el movimiento del aparejo de

produccin causados por los efectos de: pistn,

ballooning, buckling y temperatura.

INGENIERIA

INTRODUCCIINTRODUCCINN

El aparejo de produccin es el medio por el cual se

transportan los hidrocarburos del yacimiento a la

superficie, este debe soportar ntegramente las presiones y

los esfuerzos a que es sometido durante las operaciones:

Inducciones Pruebas de admisin Estimulaciones Fracturamientos Etapa de produccin Recuperacin del aparejo Control del pozo

INGENIERIA

Considerando ambientes corrosivos


El dimetro del aparejo de produccin debe ser tal que

permita transportar los gastos de produccin esperados.

INGENIERIA

Dimetro pequeo Restriccin deproduccin

Dimetro grande Flujo inestableIncremento de costo


El dimetro del aparejo de produccin debe ser tal que

permita transportar los gastos de produccin esperados.

INGENIERIA

IPR

P

r

e

s

i

n

d

e

f

o

n

d

o

f

l

u

y

e

n

d

o

Gasto de produccin

Comportamieneto de flujo

1d

2d

2d > 1d

CONDICIONES DE CARGA

Uniaxial INGENIERIA

Este efecto asume que no hay carga axial (tensin compresin) en la tubera, al mismo tiempo en que se aplica una carga de presin interna colapso.

Presin interna

ip

=D

tYpi2875.0

Tensin

( )224

dDYT =

D

d

1F

sYAF =2


Uniaxial

Colapso

Cedencia

= 21

2

tDtD

Ypcc

Plstico

CB

tDAYpcp

=

= GtDFYpct

Transicin

2

6

1

1095.46

=

tD

tD

xpce

Elstico

CEDENCIA DEL MATERIAL

INESTABILIDAD ELASTICA TEORICA

COMPORTAMIENTO DE COLAPSO REAL

COLAPSO DE CEDENCIA

COLAPSOPLASTICO

COLAPSO DE TRANSICION

COLAPSO ELASTICO

RELACION

y

tD /15 25

INGENIERIA


Cedencia

= 21

2

tDtD

Ypcc

Plstico

CB

tDAYpcp

=

= GtDFYpct

Transicin

2

6

1

1095.46

=

tD

tD

xpce

Elstico

INGENIERIA

10

15

20

25

30

35

40

452

0

2

5

3

0

3

5

H

-

4

0

5

0

J

&

K

-

5

5

6

0

7

0

C

-

7

5

L

&

N

-

8

0

C

-

9

0

9

5

1

0

0

P

-

1

0

5

1

1

0

1

2

0

1

2

5

1

3

0

1

3

5

1

4

0

1

5

0

1

5

5

1

6

0

1

7

0

1

8

0

Grado de acero

D

i

m

e

t

r

o

(

D

)

/

E

s

p

e

s

o

r

(

t

)

Colapso ElsticoColapso de Transicin

Colapso Plstico

Colapso de Cedencia


Prueba de presin

Tensin adicional significativa en la parte superior del aparejo

Efecto de pistn

Tapn

Elongacin dela tuberia ist ApF =

WFT +=

fsarta fwW =

INGENIERIA


INGENIERIAFactores de diseoLos efectos de carga son separados de la resistencia de la tubera por un multiplicador conocido como factor de seguridad, cuya funcin es tener un respaldo en el diseo, debido a la incertidumbre en determinar las condiciones de carga reales, adems del cambio de las propiedades del acero debido a corrosin y desgaste.

cadaCarga aplimaterialdelaResistenciFS =

CONDICIONES DE CARGA RANGO MAS COMN RECOMENDADO

PRESIN INTERNA

COLAPSO

TENSIN JUNTA

TENSIN CUERPO

1.0 1.35

0.85 1.50

1.50 2.0

1.30 2.0

1.125

1.125

1.80

1.80

1.125

1.125

1.80

1.50


INGENIERIABiaxial

El efecto biaxial considera el cambio en la resistencia al colapso y presin interna debido a la tensin compresin de la tubera.

=YY

YY zze

5.075.012

sz A

T=

axialCargaz =efectivaCedenciaYe =

Tensin reduce resistencia al colapso Tensin incrementa resistencia a la

presin interna

Compresin reduce resistencia a la presin interna

Compresin incrementa resistencia al colapso


INGENIERIATriaxial

El diseo triaxial considera que en cada elemento de acero en la tubera actan tres esfuerzos sobre su superficie, estos son el esfuerzo axial, radial y tangencial

r z

++

+=

+Y

pY

pY

p izizit 21

431

2

( )22

222 2dD

DpdDp cit

+=s

z AT=

axialEsfuerzoz =angencialEsfuerzo tt =


INGENIERIATriaxial

++

+=

+Y

pY

pY

p izizit 21

431

2

P

R

E

S

I

N

I

N

T

E

R

N

A

TENSINCOMPRESIN

COMPRESIN

-20

-40

-60

-80

-100

-120

-120 -100 -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 1000 120

20

40

60

80

100

120

C

O

L

A

P

S

O

PRESIN INTERNACOLAPSO

TENSIN

+

-

%100

+

yield

it P

%100

+

yield

iZ P +-

Elipse de plasticidad

DISEO EN AMBIENTES CORROSIVOS

INGENIERIA

La corrosin causa el deterioro del acero, lo cual reduce drsticamente las propiedades mecnicas de la tubera.

Algunos de los parmetros ms importantes a considerar para determinar la naturaleza del ambiente en el pozo

9 Presin parcial del H2S9 Presin parcial del CO29 Efecto de la temperatura sobre la resistencia del acero

y la corrosin


INGENIERIAPresin parcial del H2S

Produce una falla catastrfica por fragilizacin (sulfide stress cracking).

Tensin Presencia de agua

Fisuras en el acero

MR0175-2002

SHmolpSHPparcial 22 %*=


INGENIERIAPresin parcial del CO222 CO %* molpCOPparcial =

Presiones ParcialesMayores o iguales a 30 psi

Entre 3 a 30 psiMenores a 3 psi

Corrosin esperadaAlta

MediaNo se presenta

Mayores a 1.5 psiEntre 0.05 a 1.5 psiMenores a 0.05 psi

AltaMedia

No se presenta

CO2

Acero recomendadoTRC -95

TRC 95, L - 80Cualquier grado

TRC -95TRC 95, L - 80Cualquier grado

H2S

Corrosin debido a H2S y CO2

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

1

0.1

0.01

10

1000

100

0.05 1.5

30

7

0.07 0.7 7 700.0070.0007 (bar)(psi)

Cualquier grado de acero

Grados propietarios para Servicio Amargo como TRC (1% Cr, 0.5% Mo)

Aceros al carbn ms inhibidores

13-15 Cr(Cl-, pH, T)

22-25 CrSuper 13 Cr(Cl-, pH, T)

22-25 Cr(Cl-, pH, T80C; N, P(pH)

Ppa

rcia

lC

O2

(psi

)

Pparcial H2S (psi)


INGENIERIA

El incremento de temperatura produce una disminucin en la resistencia a la cedencia, por tanto un factor de correccin por temperatura tiene que ser aplicado.

Efecto de la temperatura sobre la resistencia del acero

110.000

120.000

130.000

140.000

150.000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Temperatura (C)

R

e

s

i

s

t

e

n

c

i

a

a

l

a

C

e

d

e

n

c

i

a

(

p

s

i

) NIPPONTAMSA


INGENIERIA

Otro fenmeno que es afectado por la temperatura es el efecto de corrosin. La norma NACE indica que el H2S incrementa su ataque al acero a temperaturas cercanas a 65 C, a temperaturas mayores el efecto es menor.

Efecto de la temperatura sobre la corrosin

3 bar = 43.51 psi

1 bar = 14.50 psi

0.3 bar = 4.35 psi

0.1 bar = 1.45 psi

Presiones del CO2

02468

10121416

30 50 70 90 110 130Temperatura (C)

R

i

t

m

o

d

e

c

o

r

r

o

s

i

n

(

m

m

/

a

o

)

MOVIMIENTO DEL APAREJO DE PRODUCCIN

INGENIERIA

El cambio de longitud del aparejo originado por cambios de presin y temperatura puede ser positivo o negativo y generar grandes esfuerzos en la tubera y/o empacador cuando este no permite el libre movimiento de la tubera, Cuando la tubera tiene movimiento libre, su acortamiento puede ser tal que la longitud de los sellos juntas de expansin sea insuficiente .

Los efectos que producen estos movimientos netos del aparejos deproduccin son los siguientes:

Pistn Ballooning (aglobamiento) Buckling (pandeo helicoidal) Temperatura


INGENIERIAPistnEl efecto de pistn se basa en la Ley de Hooke y se debe a la diferencial de presin actuando sobre una diferencial de rea.

La ley de Hooke establece que el cambio en longitud es directamente proporcional a la fuerza aplicada

sEAFLL = 1

( ) ( ) aeEiiE pAApAAF =ED

Pi

d

D

Pa

Empacador

Aparejo

Revestimiento


INGENIERIABallooningCuando la presin interna en un aparejo de produccin es mayor que la presin externa, los esfuerzos radiales que actan sobre la pared generan una expansin (aglobamiento) del tubo, este fenmeno causa una contraccin longitudinal del aparejo.

1

2 1

221

2

2

2

22

2

+

+=

RpRp

EL

R

R

ELL ai

ai

+

=

16.0

13.0

2

2

2

22

2 RpRp

EL

RR

ELL aiai

dDR =


INGENIERIABuckling

( )EIw

ppArL aip

8

222

3

=

( )4464

dDI =

fafit wwww +=

Buckling (pandeo helicoidal) es producido por una diferencial depresin actuando sobre una diferencial de rea, causando un acortamiento de la tubera.

Pi

d

Pa


INGENIERIATemperaturaLa transferencia de calor de los fluidos inyectados del yacimiento a la tubera de produccin causan contraccin elongacin de la misma.

TLL = 4

termicaexpancindeeCoeficient =

( )C= 1/ 10 x 42.12 6


INGENIERIAMovimiento neto del aparejo

4321 LLLLLT +++=Pistn Ballooning Buckling Temperatura

4L3L2L1L

MovimientoTotal

TL

Corrida

METODOLOGA DE DISEO

INGENIERIACargas a que ser sometido el aparejo de produccin( )

TRPDP VEfeEA += 422.1

PROFUNDIDAD

( ) fVEftTP PPDP bba += 422.1

PRESIN

Seccin 1

Seccin 2

TENSIN

(pba. Admisin)

Seccin 1

Seccin 2

GERENCIA DE INGENIERGERENCIA DE INGENIERAASubgerencia de TerminaciSubgerencia de Terminacin y Mantenimiento de Pozosn y Mantenimiento de Pozos

GRACIAS POR SU ATENCIN

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