UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN MISAEL SARACHO FACULTAD DE CIENCIAS INTEDRADAS DE VILLAMONTES CARRERA DE PETROLEO Y GAS NATURAL PERFORACION II
TEMA:DISEÑO DE CAÑERIA DOCENTE:ING LUIS CASSO INTEGRNTES DEL GRUPO MARIEN MOUSNIER JEREZ NADIR CHOQUE ARAMAYO MARIA CECILIA GALEAN RODRIGUEZ IRENE GARCIA DANIEL MARTINEZ MENA GONZALO BAUTISTA BAUTISTA CUENCA CU ENCA
OBJETIVOS •
•
•
Establecer los criterios básicos para el asentamiento y diseño de tuberías de revestimient o ,que resistan las cargas impuestas durante la perforación, p erforación, terminación y recuperación de pozos ,al mínimo costo. El objetivo de un diseño es ,es el seleccionar una tubería de revestimiento con un cierto grado ,peso y junta; la cual sea la mas económica y que además resista sin falla, las fuerzas, las fuerzas a las que estará sujeta
MARCO TEORICO DISEÑO DE CAÑERIAS El diseño y selección de una sarta de cañería, es uno de los mucos aspectos importantes en un programa de perforación perforación de un pozo petrolero ,la cañería es usada para la perforación de pozo ya sea en la fase de producción, estas cañerías están diseñadas para resistir severas condiciones de operación CODIGO PARA IDENTIFICAR PESO Y GRADO DE LA TUBERIA DE TRABAJO !uando el piñón no tiene ninguna marca es indicativo de que se trata de una tubería estándar en peso o grado. !uando la ranura se localiza en el centro del piñón o sea en la sección de la llave, la tubería será de grado estándar y alto peso. "i la ranura se localiza en la base y además tiene una acanaladura en la parte central del piñón o sea en la parte central donde se sujeta la llave, será una tubería de peso estándar y alta resistencia "i el piñón tiene la acanaladura en la base y la ranura en el centro, se tratara de una tubería de alto peso y alta resistencia FUNCIONES DE LA SARTA DE PERFORACION
#ransmitir rotación a la barrena
#ransmitir y soportar cargas a$iales
#ransmitir y soportar cargas de torsión
!olocar el peso sobre la barrena para perforar
%uiar y controlar la trayectoria del pozo
&ermitir la circulación de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena
GRADO DE LA TUBERIA El grado de la tubería t ubería de perforación describe la resistencia mínima a la certidumbre del material En la mayoría mayoría de los diseños de de sarta de perforación perforación se opta opta por incrementar incrementar el grado del material 'acero( en lugar de aumentar el peso del tubular CLASIFICACION DE LA TUBERIA DE PERFORACION BASADA EN LA PUBLICACION DE API-RP7G ) diferencia de la tubería de revestimiento y la tubería de producción,que normalmente se usan nuevas,la tuveria de perforacion normalmente se utiliza ya usadas.por lo tanto tiene varias clases* +E*sin desgaste .no a sido usado antes &-E/0+*desgaste uniforme y el espesor de pared remanente remanente es por lo menos123 del tubular nuevo . !4)"" 5*tubería con un espesor de pared remanente de al menos 673 con todo el desgaste sobre un lodo con lo que el área seccional es todavía. &-E/0+ !4)"" 8*#uberia con espesor de pared de al menos 773 con el desgaste localizado sobre un lado TUBERIA DE PERFORACION 0n tramo de 9& es un ensamblaje ensamblaje de tres componentes* componentes*
un cuerpo tubular de acero con e$tremos lisos y
9os cone$iones cone$iones de acople fuerte,una en cada cada e$tremo.los acoples en en los e$tremos se unen al cuerpo del tubo de dos maneras maneras
enroscados
"oldados o embonadosal tubo con arco el:ctrico en el orno
El acople inferior se conocecomo maco o espiga El acople superior se denomina caja o embra 4a cone$ión entre dos tramoas se logra al enroscar la espiga dentro la caja PESOS DE LA TUBERIA DE PERFORACION
&E" 9E4 #0<04)- !+ E=#-E &4)+"*"e refiere al peso por pie del cuerpo del tubo,sin acoples. &E" +/+)4* "e refiere a una una norma obsoleta .'peso de un tubo de rango > con cone$iones( actualmente se usa para referisrse a una clasede tubo de prforacion &E" )&-=/)9* el peso promedio por pie del tubo y de las cone$iones de un tubo rango //. Este peso apro$imado es el numero que se debe usar en los cálculos de la carga de ganco Peso aprox!a"o a#$s%a"o& Es el peso que incluye el peso del tubo y el de los acoples en los e$tremos. Ca'($'o "e' peso aprox!a"o a#$s%a"o&
E' peso aprox!a"a a#$s%a"o es%) "a"a por 'a s*$e+%e e($a(,+
Para s$ ()'($'o .a/ 0$e se*$r 'os s*$e+%es pasos
•
0$e a+a'1a 'os pos2'es pro2'e!as 0$e p$e"e+ prese+%ar "$ra+%e 'a per3ora(o+ "e po1os
PROBLEMAS COMUNMENTE PRESENTADOS EN LAS CAÑERIAS •
•
A!a*o "e "es(o+%ro' Per""a "e (r($'a(o+
•
•
•
•
•
Preso+ "3ere+(a' Pr$e2as "e 3or!a(o+ Fra(%$ra!e+%os ."ra$'(os De%e((o+ "e s$'3$ros "e ."ro*e+o Do!os sa'+os
For!a(o+es (ar4e+osas CARGAS DE REVENTAMIENTO REVENTAMIENTO 5BURT6 4as cargas al reventamiento sobre la cañería deben ser evaluadas para asegurarse que la resistencia interna al revestimiento de la cañería no sea e$cedida .4as cargas internas son normalmente causadas por la presión idrostática del lodo y alguna presión en superficie soporte la presión en superficie superficie .fluidos ubicados en la parte e$terna de la cañería llamados fluidos de contra presión soporta la presión idrostática interna interna la presión efectiva resultante resultante el reventamiento reventamiento es igual a la carga total interna menos la presión e$terna. 4os sistemas neumáticos neumáticos de reabilitación reabilitación de tubería ?ammer ?ead lo conforman* una perforadora neumática tipo topo, un cabezal de rotura y una idroguia .!on la metodología patentada de salida por el pozo de registro disminuye el impacto superficial ,los costos y los tiempos de trabajo. "iendo una tecnología sin zanja , reduce considerablemente los costos de e$cabaacion a cielo abierto. 0tilizando la opción del @boomA permite dar soporte al Binc en las paredes del pozo CARGAS DE REVENTAMIENTO 5BURT6 El colapso actua como fenómeno completo a un gran nCmero de factores y parámetros que influyen a su efecto. 4a teoría teoría clásica de la elasticidad elasticidad nos permite determinar determinar los principios esfuerzos esfuerzos radicales y tangenciales tangenciales que actCan sobre la tubería. tubería. SISTEMA DE REVENTAMIENTO ESTATICO El sistema de reventamiento de la tubería sigue el mismo paso de las utilidades e$istentes, reduciendo los riesgos de dañar los sistemas subterráneos e$istentes y eliminando el 173 del del trabajo del trabajo de e$cavación e$cavación .comparando .comparando con el m:todo de cielo abierto ?ammer ?ear lidera la industria con su tecnología y característica diseñadas para incrementar la productividad . frecemos cinco tipos de sistemas
estáticos con rangos 81 a >D7 toneladas capaces de reemplazar líneas de 5Aa 5A'72 a 62 mm( . SISTEMA DE COMPACTO el sistema compacto &<82 es un sistema fuerto fuerto ,compacto y portable para realizar el el reemplazo de las tuberías laterales de 5Aa 6A'72 a >72 mm( permite instalar diámetros iguales o incrementar el diámetro de la tubería con polietileno de alta densidad '&E)9(. 9iseñada para funcionar con 822 &"/ '52Dbar(el cual puede ser suministrado por una retroe$cavadora , mini retroe$cavadora u otra fuente portátil de poder idráulico . El desempeño puede ser asta de 8,D'>5pies(por minuto CARGAS DE COLAPSO 5COLLAPSE6 4as cargas de colapso son generadas por los fluidos ubicados en las parte e$terna de la cañería , estos fluidos son generalmente el lodo de perforación y las lecadas de cemento utilizadas para cementar cañería, fluido de la contra presión del interior de la cañería es considerada. considerada. a( 9espreci 9espreciable able resulta resultado do de una una p:rdida p:rdida total total del lodo en en el interi interior or de la la cañería b( "emi lleno lleno resultante resultante de la perdida perdida parcial parcial del lodo lodo en el interior interior de la cañeria TENSIONES PRESENTES EN LA CAÑERAS #ensiones presentes en las cañerías &ara este diseño de las cañerías se debe analizar dos tipos de las tensiones* t ensiones* a( 4as que resultan resultan de consider considerar ar las cañerías cañerías como como recipientes recipientes sometid sometidos os a presión b( 4as origi originales nales por el trabajo trabajo estruct estructural ural propio propio de de las cañerías cañerías En la determinación de las tenciones del punto b se tiene que considerar, entre otras. • •
•
El peso propio de la cañeria y su contenido 'fluido( 4as solicitaciones e$ternas producidas por viento, sismo, cargas adicionales, etc 4as tensiones originales por los cambios de temperatura tanto del fluido como de las ambientales.
CARGAS POR TENSI8N !ada sección de la cañeria debe ser evaluada por cargas de tensión o compresión las cuales está sometida como tambi:n debemos debemos acer un análisis análisis de efecto de la carga bia$ial sobre la resistencia al revestimiento y colapso de la cañería esto nos ayuda a seleccionar cañerías más económicas. DISEÑO DE LA SARTA POR TENSI8N 0na vez que ya se a diseñado la erramienta de fondo, se necesita* )ñadir la tubería de perforación para que en la superficie se pueda • • • •
•
•
"ostener el peso de la erramienta de fondo "ostener el peso de la tubería entre la l a erramienta de fondo y la superficie "oportar el margen de sobre tensión seleccionado. "oportar las fuerzas de las cuñas sobre la tubería que tratan de aplastarla. Esto se ace utilizando un factor de seguridad a la tensión, "F de >.> Esto tambi:n supone que nunca salimos del rango elástico de la #ubería
DISEÑO PARA LA TENSI8N 4a mayor tensión 'carga de trabajo &B( sobre la sarta de perforación se presenta en el tramo superior cuando se llega a la má$ima profundidad p rofundidad perforada.
DISEÑO PARA LA TENSI8N &eso #otal, #surf, soportado por la junta superior de la tubería de perforación cuando la barrena está justo arriba del fondo;
DISEÑO PARA LA TENSI8N 4a sarta de perforación no está diseñada de acuerdo con la resistencia de cadencia mínima. "i al tensionar la la tubería de perforación se alcanza su punto de cedencia* >. #endrá una deformación total que es la suma de las deformaciones elástica y plástica 'permanente(. 5. El estiramiento permanente se quedará en la tubería de perforación 'no desaparecerá al quitar la tensión aplicada( 8. "erá difícil conservar la tubería recta. CARGA DE DISEÑO M9:IMA PERMISIBLE &ara evitar daño por deformación a la tubería de perforación, )&/ recomienda que se use una carga !)x!a "e "se;o per!s2'e ' &a( &a G 2.H $ #yield I. '5( &a G !arga de diseño má$ima permisible en tensión, lb #yield G -esistencia a la cedencia teórica dada en las tablas )&/, ) &/, lbs 2.H G 0n límite proporcional constante relacionado relacionado con el punto de cedencia /& 9efine que un factor de diseño de tensión de >.> se debe aplicar a las cargas de diseño. &or medio de esto se logra lo mismo. + ?)%) 9<4E <0J)/E+# MARGEN DE SOBRE TENSI8N El margen de sobre tensión es nominalmente de 72K>22 L, o en el límite de la diferencia entre la carga má$ima permisible menos la carga real. pciones del argen de "obre #ensión que se deben considerar* M !ondiciones generales de perforación
M )rrastre de la sarta en el pozo M &osibilidad de atrapamiento de la sarta M)plastamiento con las cuñas al asentarse sobre la M !argas dinámicas CAÑERIA CONDUCTORA4a tubería conductora generalmente no se diseña para cargas de presión interna, colapso y tensión. "in embargo, las consideraciones pueden darse para cargas de compresión proporcionadas por todos los pesos p esos subsecuentes, las cueles es posible transmitir a la sarta conductora. En general todas las tuberías pueden ser enterradas o cementadas. 9esde que las tuberías empiezan a bajarse al fondo, el peso de flotación de la tubería se nota en la carga al ganco, algunas veces incluso se permite considerar tensión por empuje despu:s de ser cementada y previo a manejar las sartas de tubería adicional. En esta condición condición la parte del fondo de la tubería tubería estará en compresión compresión idráulica pero no sujeta a efectos de pandeo. 4os cambios sobre la l a sarta de tuberías ocurrieran de vez en cuando y despu:s de asentar la tubería. En medio de lo más severo de estos cambios se tiene en cuenta los efectos de cambio de temperaturas pueden en ocasiones causar estrecamientos abajo o pandeo, ambos esfuerzos frecuentemente son interpretados como fallas por colapso. #odos los cabezales deben soportar el peso de las tuberías t uberías asentadas en ellos en algunos casos en algunos casos son necesarios cortadores especiales, especiales, otros pozos requerirán algunas consideraciones de las cargas impuestas por sartas de tuberías sobre la tubería superficial. Esto incluye pozos en aguas profundas, en situaciones donde ay una considerable distancia de la base del cabezal de la tubería al primer punto de soporte. CAÑERIA SUPERFICIAL4a tubería de revestimiento revestimiento superficial probablemente probablemente es la más simple en los tipos tipos de diseño de tubería de revestimiento. En una tubería de revestimiento superficial se considera que la má$ima carga generada por presión interna se presenta cuando ocurre un brote. 4a entrada de gas desplaza y reemplaza al lodo de perforación que está en la tubería t ubería de revestimiento.
4a presencia de gas o un brote subterráneo en el pozo se origina por una zona de presión que no es controlada por la columna de lodo del pozo. 4as zonas de presión pueden detectarse por diversos m:todos de cálculo. 4a presión de inyección asociados a la tubería de revestimiento superficial es relativamente baja,la presión superficial no puede ser considerada y en caso afirmativo supone que en el interior de la tubería de revestimiento actua una columna de gas de gradiente de presión de 2,>>7 lbNpgNpie. &or ello, el diseño sigue las mismas determinaciones. DISEÑO AL REVENTAMIENTOREVENTAMIENTO4as cargas al reventamiento de la cañería superficial son establecidas para definir las má$imas presiones permitidas en el tope, zapato de cañería y cualquier punto de la sarta de cañería. 4as presiones a la altura del zapato son muy importantes en el diseño por razones de seguridad. 4a cañería debe tener la resistencia al reventamiento igual al gradiente de fractura e$presado en densidad más un factor de seguridad de >,2 bslNgl. 4a presión resultante se llama presión de inyección. 4a má$ima presión de superficie se registra durante un amago de descontrol en el cual se considera que el espacio anular está lleno de una columna de gas y que la presión a la altura del zapato es igual a la presión de fractura de la formación. &or la presión lo tanto la presión má$ima en superficie será igual a la presión de inyección menos la presión de una columna de gas cuya gradiente gr adiente es igual a 2,>>7 psiNft. DISEÑO AL COLAPSO 4a presión idrostática del lodo y de la l a lecada del cemento en el cual la cañería será asentada generan las cargas de colapso. El diseño al colapso de esta cañería superficial está diseñado sin carga de contra presión es decir que se considera en el interior de la cañería como vacío, por lo tanto la resultante es igual a la línea de carga, porque en la parte interior de la cañería se requiere seleccionar cañerías cañerías de mayor peso y grado ya que la má$ima carga al colapso está a la altura del zapato. DISEÑO A LA TENSION
4a línea de carga a la tención para la cañería superficial es construida realizando un análisis de la fuerza de flotabilidad actuante sobre el área transversal t ransversal de la cañería y las fuerzas debido al propio peso de la cañería. &ara determinar la sección de cañerías que está en tensión en compresión y el efecto bia$ial sobre las mismas. 0na vez construidas las líneas de carga a la tensión t ensión utilizamos algunas dos consideraciones de diseño se adiciona un factor de sobre tensión de >22.222lb. o un factor de diseño de >,6. Esto con la finalidad de prevenir un posible aprisionamiento de la cañería cuando se esta bajando al pozo donde necesariamente necesariamente debemos tensionar para tratar de librarla sin riesgo de romperla. Dse;o a 'a Te+so+ La '<+ea "e (ar*a a 'a %e+so+ para 'a (a;er
????? '2 O $+ 3a(%or "e "se;o "e >@ Es%o (o+ 'a 3+a'"a" 3+a'"a" "e "e pre4e+r pre4e+r $+ pos2'e aprso+a!e+%o aprso+a!e+%o "e 'a (a;er
CAÑERIA INTERMEDIA S $+a %$2er
S 'a pres,+ "e +/e((,+ es !as a'%a /o e' 'o"o es !as "e+1o 2a#o "e 'a %$2er
E' pro(e"!e+%o pro(e"!e+%o "e e4a'$a(,+ es s!'ar a' rea'1a"o rea'1a"o e+ 'a %$2er
DISEÑO DE CAÑERIA INTERNA CON LINER E' "se;o "e "e 'a (a;er
Ya 0$e 'a (a;er
CAÑERIA DE E:PLOTACION O PRODUCION Es $+a %$2er
Ro!p!e+%o "e %$2er
DISEÑO DE LA SARTA DE PERFORACION La sar%a "e per3ora(,+ (o!pre+"e& T$2era "e per3ora(,+ opera+"o e+ %e+so+ T$2er
Fa(%or "e "se;o por %e+so+ Mar*e+ "e so2re %e+so+ MOP Ex(eso "e peso DF2.a "e 'a .erra!e+%a "e 3o+"o 5BHA6 Fa(%or "e "se;o por %ors,+ Fa(%or "e "se;o a' (o'apso Fa(%or "e "se;o para e' es%a''"o Fa(%or "e "se;o para pa+"ea!e+%o Dse;o "e 'a Sar%a por Te+(,+ 0na ves ya sea diseñado la erramienta de fondo, se necesita* •
•
•
•
•
•
•
)ñadir la tubería de perforación para que en la superficie se pueda "ostemer el peso de la erramienta de fondo "ostener el peso de la tubería entre la erramienta de fondo y la superficie "oportar el margen de sobre tención seleccionado "oportar las fuerzas de las cuñas sobre la tubería que tratan de aplastarla Esto se ace utilizando un factor de seguridad a la tención, "F de >.> Esto tambi:n supone que nunca salimos del rango elástico de la tuberia
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO >.K 9etermine la carga má$ima de diseño '#ma$( 'má$ima carga para la que se debe diseñar la sarta de perfoacion( #ma$ G 2.H $ punto de sedencia minimo I. 4b "e debe considerar la clase de tubería 5.K!alcule la carga total en superficie usando T surf =[ ( Ldp∗W dp + L dc∗W dc ) ]∗BF
8.Kargen de sobre tención* Fuerza de tención mínima por encima de la carga de trabajo esperada para tomar en cuenta cualquier arrastre o que se atore la tubería. MOP=T max −T surf
.K la longitud má$ima de la l a tubería de perforación que se puede usar se obtiene al combinar las ecuaciones > y 8 y despejando la longitud de la tubería de perforación. Ldp=
T yield∗0,9 − MOP W dp∗BF
−
W dc W dp
Ldc
∗
Fuerza de )plastamiento por 4as !uñas 4as cuñas debido a la forma cónica tratan de aplastar la tubería de perforación. Este esfuerzo en el anollo es resistido por el tubo y a la vez incrementa el esfuerzo global
en el acero.
!omo un &arámetro de 9iseño •
•
Onica mente puede perforar asta donde pueda poner la tubería en las cuñas. 9iferente a la sobre tención, este se basa e las cargas de trabajo
DISEÑO DE SARTA MI:TA &)" > •
•
"i usamos diferentes tuberías de perforación, la tubería mas d:bil es la que va en el fondo y la tubería mas fuerte en la parte superior. )plique la ecuación primero a la tubería de perforación del fondo.
&)" 5 •
4os collares de perforación y la tubería de perforación del fono actCan como el peso que es soportado por la sección superiorI. Efectivamente el collar de perforación.
)plique la ecuación para la tubería de perforación superior al ultimo. FACTORES DE DISEÑO & en un pozo desviado "e debe considerar siempre la profundiad vertical, #P9. >.Kcalcular la #P9 para 4dp. 5.Kcalcular el peso del
& en un pozo desviado >.K0n factor de diseño de >.6 se deberá aplicar por las cargas de tención debido a la naturaleza típica de tubería usada asi como para considerar las posibles cargas de impacto que se produzcan cuando la tubería se asienta sobre las cuñas. 5.K"i las cargas de impacto se cuantifican y se incluyen en los cálculos, se puede p uede utilizar un factor de seguridad de >.8
