Análisis de Tensiones Axiales en una Instalación Selectiva de pozo
Inyector
Foro IAPG 2014
Pablo Martin Pedernera (PAE)/Constantino Espinosa (TENARIS)
Agosto 2014
INTRODUCCION
Emplazamiento Geográfico
• Pozos Productores: 3048
• Pozos Inyectores: 584
• Prod Neta: 14.6 Mm3pd
• Inyección Agua: 165 Mm3pd
• Proyectos WF : 64
• Prod Gas: 8 MMm3pd
• Prod Bruta: 180 Mm3pd
INTRODUCCION
Información Producción
ANALISIS TENSIONAL DE SELECTIVA
-
Objetivo:
Presentar un caso de análisis de tensiones axiales en una instalación selectiva
de un pozo inyector, mostrar sus resultados y discutir sobre los efectos
producidos. Reflexionar sobre la integridad de una instalación selectiva.
Proponer recomendaciones en función de las conclusiones. Visión a futuro
Cuestionamientos:
• ¿Cuál es la distribución de esfuerzos es la cañería de una instalación
selectiva?
• ¿Cuáles efectos son los más significativos?
• ¿A que esfuerzos están sometidos los packers y tándems durante su vida?
• ¿Que es el pandeo? ¿Qué riesgos me trae y que puedo hacer para hacerle
frente?
-
Tipos de cargas que producen esfuerzos axiales en una instalación selectiva.
ANALISIS TENSIONAL DE SELECTIVA
Tipo Descripción
Tracción/Compresión Peso propio, fuerza de colgado, flotación.
Presión Interna/Externa Inyección, fijación, parada de plantas, operación de WL, presión de reservorios.
Temperatura Gradiente geotérmico, Inyección
Diferencial de presión en capas Capas depletadas/presurizadas
-
Peso propio y Flotación Temperatura
CARGAS EN UNA SELECTIVA
-
Balloning Diferencial de presión en capas
CARGAS EN UNA SELECTIVA
PCG-950 (SIMULACION EXCEL/SIMULADOR)
-
Hipótesis.
Se llevaron a cabo todos los pasos (estados) para
la fijación según procedimiento de PAE:
1. Baja selectiva con válvula de fondo abierta.
2. Se arroja la bolilla lentamente para cerrar
válvula de fondo, Sube la Presión a 1500psi y
fija pkr 1.
3. Se aplica pretensión 6000lbs sobre peso.
4. Sube presión a 2800psi para fijar demás
packers.
5. Se aplica segunda pretensión 6000lbs. Fijación
Completa.
6. Despresurización a cero.
7. Operación normal. Se inyecta con 150kg/cm2 y
a 55°C.
El gradiente geotérmico es de 4 °C/100m.
Los 4 packers son de accionamiento hidráulico.
PROCESO DE FIJADO:
1. Baja selectiva con válvula de fondo abierta.
Excel Output software
-
Fuerzas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
-5000.00 0.00 5000.00 10000.00 15000.00 20000.00
Fuerza BDP: 16200 Kg
-
Temario
Efecto pistón en
el tapón
Carga puntual en
el cambio de
sección.
Fuerzas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0.00 5000.00 10000.00 15000.00 20000.00
PROCESO DE FIJADO 2. Se arroja la bolilla lentamente para cerrar válvula de fondo, Sube la Presión a 1500psi y fija pkr 1. .
Fuerza BDP: 19500 Kg
FIJADO
1. BAJADA DE SELECTIVA, COLGANDO.
-
1
Pkr 1
Pkr 4
Pkr 2
Pkr 3
FIJADO
2. LEVANTO PRESION A 1500psi Y FIJO PKR 1.
-
1 2
FIJADO
3. PRETENSION CON 6000 lbs SOBRE PESO.
-
Temario
1 2
3
FIJADO
4. LEVANTO LA PRESIÓN A 2800psi.
-
1 2
3
4
FIJADO
5. PRETENSION CAÑERÍA 2 7/8 CON 6000lbs.
-
1 2
3
4
5
FIJADO
6. DESPRESURIZACIÓN.
-
6
5
OPERACIÓN
EFECTO DE LA TEMPERATURA,
Consideraciones: el pozo pasa del gradiente geotérmico al perfil de
temperatura del agua de inyección
-
Temp inicial gradiente térmico
Perfil temperatura dinámico
Resultante de Temperaturas
25
35
45
55
65
75
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Depth ( mts)
T (
ºC)
Temperatura
PCG-834
G.D.P. (Temperatura vs. Depth)
DL = a.DT.L 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00
OPERACIÓN
EFECTO DE LA TEMPERATURA
TENSIONES
-
Temp inicial gradiente térmico
Perfil temperatura dinámico
Resultante de Fuerzas selectiva colgando
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00
Cambio de temperatura
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
-4000,00 -2000,00 0,00 2000,00 4000,00 6000,00
Fuerzas por Temperatura Inyeccion
6980 kgs
OPERACIÓN
PUESTA EN INYECCIÓN CON 2100psi Y EFECTO DE LA
TEMPERATURA.
-
7
ESTADOS: FIJACIÓN (5), DESPRESURIZACIÓN (6), PUESTA EN
INYECCIÓN (7).
-
6
5
7
ESFUERZOS EN LOS PACKERS.
-
Efecto
Pistón.
Cambio de
sección. (efecto pistón en
cambio de
diámetro).
Diferencial
de presión
en capas.
Fuerza de
colgado
(Pick up).
Balloning
DT+
Temperatura
DIFERENCIAL DE PRESIÓN EN CAPAS.
EFECTO EN LOS PACKERS.
-
P inicial sup (Kgs) 144
P parada (Kgs) 0
150,3
1503 54,7 7399,58 Hacia arriba
1533 133 Kg 205 297,3
7 690,97 Hacia arriba
1693 150 Kg 212 313,3
6,7 661,35 Hacia arriba
1736 129 Kg 218,7 317,6
-41,7 -4116,2 Hacia abajo
1771 120 Kg 177 321,1
Fuerza (Kgs)
Presión
según
pescas
Prof
(m)
Presion
gráfico,
Aguas Abajo
Presion
Aguas
Arriba
Delta de
capas
(Kg/cm2)
Prof Pzd Pzd Tope Base Esp
[m] Tope Base [m] [m] [m]
Herr Perdida Modelo [m] [m]
GUIA GUIA - Diametro: 9.63 1 599.23
TOPE CEM. 1 1200
ONOFF ON/OFF TOOL, 2.875 1 1500.2 1500.8
REDUCCION CROSS-OVER, TUBING, 2.875 X 2.375 1 1503.3 1503.6
PACKER PACKER, PERM, 2.375 X 5.5 4 1503.6 1505.1
1523 1528 5
MANDRIL MANDREL "MC MURRY" 2.375 / 1.5" 4 1533.9 1538.3
PACKER PACKER, PERM, 2.375 X 5.5 3 1586.3 1587.7
MANDRIL MANDREL "MC MURRY" 2.375 / 1.5" 3 1693.2 1697.6
1700.5 1707 6
PACKER PACKER, PERM, 2.375 X 5.5 2 1714.5 1715.9
MANDRIL MANDREL "MC MURRY" 2.375 / 1.5" 2 1736.4 1740.8
1742 1746.5 4
PACKER PACKER, PERM, 2.375 X 5.5 1 1760 1761.5
MANDRIL MANDREL "MC MURRY" 2.375 / 1.5" 1 1771.1 1775.5
TAPON PLUG: 2.875 1 1785.2 1785.6
1793 1799 6
1803.5 1809.5 6
1812.5 1814.5 2
1818.5 1822.5 4
1841 1846.5 5
1989.5 1994.5 5
2022.5 2026.5 4
2031 2041 10
2055 2063 8
2099 2107 8
2149.5 2159 9
2180.5 2190 9
2210 2217 7
2231.5 2238.5 7
2242.5 2248.5 6
2296.5 2299 2
PBD 1 2346
AISLACION AISLACION - Diametro: 5.5 1 2359.21
Esquema
Nro Diseño Capa
Casos
Fijación demas
pkr +
pretensión Pkr4
+ D Capas
Despresurizar
a 0 + D capas
Inyecto a
2100 + D
capas+Temp
Efecto Criterio
Packer
4 10122 10915,53 2573,20
3 690 690,00 -8,96
2 661 661,00 111,03
1 -2123,98 -2659,81 2936,48
Positivo
A+B+C+D+E+NA+E+F+G+H+I
+N
A+E+J+K+L+
M+N Fuerzas hacia
abajoNegativo
Fuerza hacia
arriba
Estados
Efecto
Packer
A B C D E F G H I J K L M N
4 0 0 0 0 2722 -635,61 1060 -550,86 920 -1460 0 889,85 -6978,65 7400
3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -698,96 690
2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -549,97 661
1 2722 1427,83 -427 -1843 0 -1281,81 0 0,00 0 0 -2960 1794,53 5479,96 -4100
Tension en
1er pkr (kg)
Balloning
1500 a 2800
(kg)
Carga
puntual 1500
a 2800 (Kg)
Piston de 1500 a
2800 (Kg)
Carga
puntual
(Kg)
Tension en 4to
pkr (Kg)
Temp en
inyección
Delta de
capas
Reverse
balloning
(Kg)
Balloning
0 a 2100
Reverse
balloning
(Kg)
Carga
puntual
(Kg)
Piston
de 0 a
2100 (Kg)
Caso iny 0 a 2100
Carga
puntual
(Kg)
Despresuriza iny
de 2800 a 1500Caso: fijación todos los pkrs mas 2 pretensiones
Despresuriza iny
1500 a 0 (Kg)
ESFUERZOS EN LOS PACKERS.
EFECTOS Y ESTADOS.
-
Cambio de sentido
Aumenta fuerza
cuando no inyecta
RESPUESTAS A CUESTIONAMIENTOS INICIALES
-
• ¿Cuál es la distribución de esfuerzos en la cañería de una instalación
selectiva? - Esta respondida en los gráficos.
• ¿Cuáles efectos son los más significativos?
• En los packers los mas significativos son la Temperatura y el diferencial entre
capas. En otro orden de magnitud el balloning y la fuerza colgado.
• ¿A que esfuerzos están sometidos los packers y tándems durante su vida? - Pudimos ver los valores en la tabla anterior y como se modifican en cada
condición operativa. Pueden existir condiciones operativas que produzcan la falla de los packer (perdida de hermeticidad de las gomas o librado).
.
RESPUESTAS A CUESTIONAMIENTOS INICIALES
-
¿Que es el pandeo? ¿Qué riesgos me trae? Una columna de tuberías tiene “Potencial de Pandeo” si la misma se encuentra en equilibrio inestable. Si no hay compresión no puede haber pandeo. Feff = Ft + A0 P0 – Ai Pi < 0 (Potencial de pandeo) Feff < Fcrít. La fuerza crítica se puede calcular como: Fcrít = - 3,5 (E.I.w2)1/3 (expresión de Lubinsky) Se pudo apreciar que ante las diferentes condiciones operativas los esfuerzos de compresión varían. Acá podemos ver la importancia de la pretensión que debemos darle a la Selectiva. Una columna pandeada limita el pasaje de una herramienta.
RESPUESTAS A CUESTIONAMIENTOS INICIALES
-
- ¿Que puedo hacer para minimizar que se produzca el pandeo?
- 1. Evaluar presión de capas con SFT, Falloff test. - 2. En zonas con un marcado diferencial de presión NO colocar TDM. - 3. Si esto no fuera suficiente, usar cañería 2 7/8 que aumenta el Momento de inercia
(alejar lo más posible el área transversal del centro de gravedad). - 4. Ejercer la pretensión en la sarta para tener un esfuerzo contrapuesto a la
compresión. - 5. En un caso ideal bajar todos packers de anclajes (que sean de fácil extracción). No
hay posibilidad de pandeo. ¿Siempre se puede tener pretensión? No siempre. Diferencia entre ON/OFF de distintas contratistas.
CONCLUSIONES
-
- TRABAJOS PROPUESTOS.
Ensayo en taller para conocer las limitaciones de un packer y tandem. Cargas a las que falla.
Simular en Software comercial más potente una instalación selectiva
completa con packers y tandems y buscar patrones para mejorar el
diseño. Hacer mediciones de campo, correr perfiles de temperatura y
validar los cálculos.
FINAL
- Muchas gracias por su atención !!
PREGUNTAS.
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