Manual Curso Basico Diseno de Revestidores

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)

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Diseo de Revestidores y Tubera de Produccin

Procedimiento de Diseo de Revestidores de PDVSA

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Definicin y funciones de la tubera de revestimiento y

produccin

Definiciones Generales

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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


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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.


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Conductor

Revestidor superficial

Revestidor Intermedio

Tieback de produccin

Tubera de produccin Camisa de produccin


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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):::


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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:


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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:


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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:


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Procedimiento GeneralProcedimiento Generalde Disede Diseoo

Procedimiento de Diseo

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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.


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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.


13 / 225

SelecciSeleccin de la profundidad n de la profundidad de asentamientode asentamiento


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


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


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


18 / 225

Prof

undi

dad


Intermedio

Superficial

Rev. de produccin

Camisa

AsAs, por ejemplo, se obtiene:, por ejemplo, se obtiene:


19 / 225

Adicionalmente se tiene que verificar:- Riesgo de pega por presin diferencial- Resistencia de la formacin contra arremetidas


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


21 / 225

Prof

undi

dad


Visto en el diagrama:Las mximas diferencias entre el peso de lodo y la presin de poro no deben superar el lmite establecido


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


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


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


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


Prof

undi

dad

(pie

s)

Gradientede fractura - MS

Gradientede presin

de poro + MS


26 / 225

Solucin:0

2000

4000

6000

8000

10000

120009 11 13 15 17 19


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


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


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...


28 / 225

Solucin:0

2000

4000

6000

8000

10000

120009 11 13 15 17 19


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.


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


Prof

undi

dad

(pie

s)


30 / 225

Solucin:

12.000

10.000

4.000Superficial

Intermedio

Revestimiento de Produccin

A

Conductor320

B + ConductorB

Produccin


31 / 225

SelecciSeleccin de los din de los dimetros de los metros de los distintos revestidoresdistintos revestidores


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)


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.


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.


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


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


38 / 225

DeterminaciDeterminacin de n de espesores y gradosespesores y grados


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



EjemploEjemplo, Prueba de presin.-

Temperatura esttica

320

0

0

2000

4000

6000

8000

10000

120009 11 13 15 17 19


Prof

undi

dad

(pie

s)



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



Casos de carga


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


Prof

undi

dad

(pie

s)


Gradientede presinde poro Grad. Fract.

Casos de Carga

50 / 225

.

Profundidad

Presin/Temperatura



Casos de carga


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:


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 externa:Peso del lodo utilizado albajar la ltima sarta

Profundidadtotal

Vaco

Presin/Temperatura

Temperatura esttica

PT/ 3

Lodo

Profundidad


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


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


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


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


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


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


Prof

undi

dad

(pie

s)



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


0,95 TEF = 152 F

0,90 TEF = 144 F

Pendiente = 0,8 F/100(gradiente esttico de

temperatura)


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 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


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 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


2/3 TVD


0,95 TEF


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


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


Conductor, 320

Casos de Carga

73 / 225


10.000

Profundidad


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


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


Prof

undi

dad

(pie

s)



Casos de Carga

75 / 225


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


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

.


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

.


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

.


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


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


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



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



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.


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


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


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.


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


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


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


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


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

{


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


105 / 225

Las caractersticas de fabricacin son:

TuberTubera sin costuraa sin costura


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


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


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


115 / 225

Existen bsicamente dos tipos de rosca:

La triangular (60)o redonda:

y la trapezoidal:

Tipo de roscaTipo de rosca


116 / 225

El sello es el dispositivo mecnico explcitamente encargado de impedir que el fluido interno salga:

El selloEl sello


117 / 225

Tope mecnico que limita el movimiento de enroscado. Proporciona la resistencia a la compresin.

El rebordeEl reborde


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


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


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.


121 / 225

La BTC o BTC o ButtressButtress es la ms popular. Es acoplada y usa una rosca trapezoidal. Tampoco tiene sello ni reborde.


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)


123 / 225

Sellos metal-metal

Reborde

Rosca trapezoidal

conexin integral

Conexin PremiumPremium, integral, con sello metal-metal.


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.


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


STCSTCCSCS--HydHydLivianasLivianas


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


128 / 225

COLAPSOCOLAPSOCOLAPSO


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


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


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


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


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


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


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


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.


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.


159 / 225

EjemploEjemplo


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


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


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.


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


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:


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


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.


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


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.


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


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!


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


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


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


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


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


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


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.


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EjemploEjemplo


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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)

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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


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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


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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


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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.


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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


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Esfuerzos triaxiales(von Mises)

Esfuerzos triaxialesEsfuerzos triaxiales((vonvon Mises)Mises)

Espesores y grados

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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

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Si se trata de servicio agrio, es decir, en presencia de fluidos corrosivos (H2S, CO2), la resistencia limitante en vez de ser la Resistencia a la fluencia es la Resistencia a la corrosin bajo tensin (SSC) de acuerdo a la definicin NACE:

DFDFVMEVME=Resistencia umbral NACEResistencia umbral NACEEsfuerzo equivalente VMEEsfuerzo equivalente VME


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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.


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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)


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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


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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


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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


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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


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EjemploEjemplo


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)

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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


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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


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

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PandeoPandeo

El problema principal del pandeo es la posibilidad de que se atasque una herramienta al tratar de pasarla por un revestidorpandeado.


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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


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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


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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


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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)


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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


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EjemploEjemplo


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)

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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.


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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


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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

Manual Curso Basico Diseno de Revestidores

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