PRODUCCIÓN V-1
TUBERIAS DE PRODUCCI ON La herraien!a !"#"$ar ás i%&r!an!e en e$ %r&'es& (e %r&("''i) %r&("''i)n n es $a !"#er*a & !"#ing !"#ing Para Para %&ner "n %&+& a %r&("'ir se #a,a "na es%e'ie (e 'a)n se %er/&ra $a !"#er*a (e re0es!iien!& a $a %r&/"n(i(a( (e $as /&ra'i&nes (&n(e se en'"en!ra e$ a'iien!&. E$ %e!r)$e& "e %&r es&s &ri2'i&s ha'ia e$ %&+& se e3!ra e3!rae e e(ian e(ian!e !e "na !"#er* !"#er*a a $$aa( $$aa(a a !"#in !"#ing5 g5 & !"#er*a (e %r&("''i)n5. Es!e %r&'es& es ana$i+a(& e(ian!e e$ (ise& (e !"#er*a
Ce$es!in& Arenas 6ar!ine+
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OBJETIVOS BÁSICOS
El objetivo de la tubería de producción es el de facilitar el flujo de los fluidos de formación a la superficie, de este modo permitiendo al operador mejo mejora rarr u opti optimi miza zarr la prod produc ucci ción ón siem siempr pree toma tomando ndo en cuen cuenta ta las las características del reservorio a explotar. explotar.
PRIORIZACION DE HABILIDADES INTELECTUALES
Solución de problemas: resolver dificultades conocidas. Toma Toma de decisiones: seleccionar, relacionar y aplicar ap licar soluciones conocidas. Pensamiento evaluativo: identificar situaciones y verificar resultados.
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OBJETIVOS BÁSICOS
El objetivo de la tubería de producción es el de facilitar el flujo de los fluidos de formación a la superficie, de este modo permitiendo al operador mejo mejora rarr u opti optimi miza zarr la prod produc ucci ción ón siem siempr pree toma tomando ndo en cuen cuenta ta las las características del reservorio a explotar. explotar.
PRIORIZACION DE HABILIDADES INTELECTUALES
Solución de problemas: resolver dificultades conocidas. Toma Toma de decisiones: seleccionar, relacionar y aplicar ap licar soluciones conocidas. Pensamiento evaluativo: identificar situaciones y verificar resultados.
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CONTENIDO
1.-INTRODUCCION 2.-DESARROLLO 2.1. CONCEPTOS GENERALES ¿QUE ES UNA TUBERIAS?
ACERO PROCESOS DE FABRICACION DE LAS TUBERIA
2.2. TIPOS DE TUBERIAS 2.2.2. CLASIFICACION POR OBJETIVO Tuberí! "e re#e!$%&%e'$( Tuberí! "e )r("u**%+' Tuberí! "e )er,(r*%+' )er,(r*%+ ' Tuberí! "e í'e 2.2.. CLASIFICACION POR FUNCION C('"u*$(r Su)er,%*% I'$er&e"% De e/)($*%+' L%'er 2.. CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS T UBERIAS DE PRODUCCION 0 REVESTIIENTO C!%' Tub%' 2.3. DISE4O DE CASING- TUBING 2.5 IDENTIFICACION DE LAS TUBERIAS DE PRODUCCION 6GRADO 6PESO 6CONE7IONES
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6LONGITUD 2.8. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISE4O DE LAS CA4ERIAS DE PRODUCCION PRESION DE REVENTAIENTO 9ESTALLIDO: PRESION DE COLAPSO 9APLASTAIENTO: TENSION 2.;. NORAS .- EJEPLO DE UN DISE4O 3.- CAUSAS AS COUNES DE FALLAS EN LOS TUBOS
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TUBERIAS DE PRODUCCIÓN
1. INTRODUCCION Para poder ablar de las tuberías de producción es necesario acer una introducción de todas las tuberías ocupadas en el proceso de producción de petróleo o !as. "a erramienta tubular m#s importante en el proceso de producción es la tubería o tubin!. $abricada con acero especiales para soportar el intenso manipuleo de un pozo así mismo las tuberías deben ser seleccionadas para resistir procesos de cementación, estimulación, fracturamiento y corrosión intensa así como un intenso manipuleo de desanclar pac%ers, sacar tapones, reperforar cemento, etc. &l incrementar el di#metro del tubin! se reducir# la fricción y permitir# y un
mayor flujo
o producción de petróleo. Pero el incremento del
di#metro conlleva un mayor costo y así mismo puede traer problemas con el di#metro interno de casin! usado la óptima relación de di#metros tubería'ca(ería es función del r)!imen de flujo deseado y del costo de los arre!los. 1.1. CAÑERIAS O CASINGS Tambi)n llamados tuberías de revestimiento y se los clasifica de acuerdo a el uso *ue se los da en el pozo y las profundidades a las *ue se instalan, los mismos tienen permanencia indefinida en el pozo. Entre sus funciones est# la de evitar derrumbes, excluyen fluidos indeseables y act+an para confinar y conducir petróleo y !as. Podemos decir *ue son las paredes- del pozo. En el primer tramo de perforación se baja el ca(o !uía- *ue es el de mayor di#metro y el m#s superficial.
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"a tubería !uía es la primera sección en una columna. Provee sost)n a formaciones in consolidadas, aísla zonas acuíferas y brinda protección contra escapes de !as. Esta ca(ería se cementa asta la superficie. "a tubería de superficie brinda protección contra sur!encias, aísla zonas acuíferas y previene p)rdidas de circulación. En las cartas presentes, el di#metro considerado para este tipo de tubería es de /01 pul!adas. "ue!o vienen una o varias ca(erías intermedias *ue se van colocando de acuerdo a la profundidad del pozo, es decir, *ue a mayor profundidad se colocar#n mayor n+mero de ca(erías intermedias. $inalmente viene la ca(ería de producción, *ue es la de menor di#metro y *ue !eneralmente lle!a asta el fondo del pozo. En al!unos casos, cuando el pozo es demasiado profundo, se coloca una ca(ería llamada liner, col!ada de la anterior ca(ería. En la parte inferior de cada ca(ería se encuentra un dispositivo llamado zapato- de la ca(ería y es el lu!ar desde el cual se cementa externamente la ca(ería. 2. CONCEPTO DE TUBERÍAS DE PRODUCCION Es una tubería especial utilizada para producir el pozo y *ue puede reemplazarse o repararse durante la vida del pozo. Estos bajan por el interior de los revestidores de los pozos para petróleo y0o !as. Esta tubería de acero comunica el yacimiento con el cabezal y la línea de flujo. Tuber!" #e re$e"%&'&e(%) Son tuberías especiales *ue se introducen en el oyo perforado y *ue lue!o son cementadas para lo!rar la protección del oyo y permitir posteriormente el flujo de fluidos desde el yacimiento asta superficie. Tambi)n son conocidas como: 2evestidores, Tubulares, 3asin!. Se*e++&,(. "a selección apropiada de las tuberías de revestimiento es uno de los aspectos m#s importantes en la pro!ramación, planificación y operaciones
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de perforación de pozos. "a capacidad de la sarta de revestimiento seleccionada para soportar las presiones y car!as para una serie dada de condiciones de operación, es un factor importante en la se!uridad y economía del proceso de perforación y en la futura vida productiva del pozo. El objetivo es diseñar un programa de revestidores que sea confiable, sencillo y económico.
-u(+&)(e" "a razón primaria de colocar una tubería de revestimiento en un pozo, es proporcionar protección al oyo en una forma se!ura, confiable y económica. Entre las funciones más importantes de las tuberías de revestimiento están: •
Evitar derrumbes en el pozo durante la perforación.
•
Evitar contaminaciones de a!uas superficiales.
•
Suministrar un control de las presiones de formación.
•
Prevenir la contaminación de las zonas productoras con fluidos extra(os.
•
&l cementarlo, se puede aislar la comunicación de las formaciones de inter)s.
•
3onfinar la producción del pozo a determinados intervalos.
•
$acilitar la instalación del e*uipo de superficie y de producción.
C!r!+%er"%&+!" "as tuberías de revestimiento se fabrican de acero de la m#s alta calidad y bajo estrictos controles de se!uridad en los procesos de fabricación. Son del tipo sin costura, obtenidas por fusión en orno y soldadas
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el)ctricamente. El &P4 a desarrollado especificaciones para la tubería de revestimiento, aceptadas internacionalmente por la industria petrolera. Entre las especificaciones incluidas para los revestidores y las conexiones est#n características físicas, propiedades de resistencias a los diferentes esfuerzos y procedimientos de pruebas de control de calidad. En los dise(os se deben tomar en cuenta tales especificaciones para minimizar las posibilidades de fallas.
-!+%)re" %/+(&+)" 0 e+)(,'&+)" "a capacidad de la sarta seleccionada para resistir esfuerzos y car!as bajo determinadas condiciones es un factor muy importante para la se!uridad y economía en la perforación y posterior producción del pozo. "a sarta de revestimiento representa un alto porcentaje de la inversión total de un pozo, por lo tanto no se justifica pa!ar m#s por resistencia o calidad de lo *ue es realmente necesario. "os factores t)cnicos corresponden al di#metro, peso, lon!itud, tipo de unión o rosca, material utilizado, condiciones de car!a, naturaleza de la formación, m)todo de fabricación, etc. "a tubería debe tener una superficie lo m#s lisa posible, tanto en el interior, para evitar *ue las erramientas o e*uipos corridos- en el pozo se atoren, como en el exterior, para reducir la fricción entre la tubería y las paredes del oyo5 debe ser erm)tica, para eliminar entrada de fluido al pozo5 y resistir la corrosión. T&)" #e re$e"%&#)re" El n+mero de sarta de revestimiento *ue se colocan en un pozo es función
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de la naturaleza de las formaciones por atravesar y de la profundidad final de oyo. "as diferentes sartas de revestimiento *ue se pueden colocar en un pozo son: 3onductor
marino
0
tubería
incada
o
pilote
de
fundación.
2evestidor 3onductor. •
2evestidor Superficial.
•
2evestidor 4ntermedio.
•
2evestidor de Producción.
3amisa o "iner-: •
4ntermedia o Protectora.
•
6e producción.
•
2evestidor removible o Tie bac%-
•
Tubería de Producción.
•
2evestidor 3onductor.
•
2evestidor Superficial.
•
2evestidor 4ntermedio.
•
2evestidor de Producción.
•
3amisa o "iner- 4ntermedia o Protectora.
•
3amisa o "iner- de producción.
•
Tubería de Producción.
•
3onductor.
•
Tie bac%.
Revestidor Conductor:
Es un tubo !uía de di#metro !rande 789- a ;-< *ue se coloca a profundidades someras, cementada asta superficie o leco marino, y es la primera tubería de revestimiento sobre la cual se montan las =42>s. Se utiliza para reforzar la sección superior del oyo y evitar *ue la circulación
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de fluidos de perforación lo lave demasiado. "a profundidad de asentamiento varía entre 8/;> y ?/;>. Sus principales funciones son: •
Evitar *ue las formaciones someras no consolidadas se derrumben dentro del oyo.
•
Proporcionar una línea de flujo elevada para *ue el fluido de perforación circule asta los e*uipos de control de sólidos y a los tan*ues de superficie.
•
Prote!er
formaciones
de
a!ua
dulce
superficiales
de
la
contaminación por el fluido de perforación. •
Permite la instalación de un sistema desviador de flujo y de un impide reventón anular.
Revestidor de Superficie:
Tiene como objetivo fundamental prote!er las formaciones superficiales de las condiciones de perforación m#s profundas. "a profundidad de asentamiento varía entre ;;> y /;;> dependiendo del #rea operacional y !eneralmente se cementa asta superficie. Entre sus funciones más importantes están:
•
Evitar la contaminación de yacimientos de a!ua dulce.
•
Proporcionar un !radiente de fractura suficiente para permitir la perforación del próximo oyo.
•
Servir de soporte para la instalación del e*uipo de se!uridad 7=42>s<.
•
Soportar el peso del resto de las tuberías *ue ser#n colocadas en el pozo. Por esta razón se cementan asta superficie.
Revestidor Intermedio:
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Este tipo de revestidor proporciona inte!ridad de presión durante las operaciones de perforación subsecuentes. Tambi)n se le llama Protectora por*ue prote!e las formaciones de altos pesos de lodo, con profundidades de asentamiento entre 88;;;> y 8?;;;>. Sus funciones más importantes son: •
$acilita el control del pozo si se encuentran zonas de presiones anormales.
•
&ísla formaciones problem#ticas, lutitas deleznables, flujos de a!ua salada o formaciones *ue contaminan el fluido de perforación.
•
Permite bajar la densidad del lodo para perforar zonas de presiones normales *ue se encuentran debajo de zonas presurizadas.
Revestidor de Producción:
Es la sarta de revestimiento a trav)s de la cual se completa, produce y controla el pozo durante toda su vida productiva y en la cual se pueden llevar a cabo mucas reparaciones y completaciones. Este revestidor se coloca asta cubrir la zona productiva y proporciona un refuerzo para la tubería de producción 7tubin!-< durante las operaciones de producción del pozo. Por lo !eneral, no se extiende asta la superficie y es col!ada en la sarta de revestimiento anterior a ella. "a profundidad de asentamiento es la profundidad total del pozo. as principales funciones son: •
&islar las formaciones o yacimientos para producir selectivamente
•
Evitar la mi!ración de fluido entre zonas.
•
Servir de aislamiento al e*uipo de control 7cabezal< *ue se instalar# para manejar la producción del pozo.
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Camisa o “Liner” Intermedia o Protectora:
"as camisas protectoras o intermedias son sartas *ue no se extienden asta la superficie y se cuel!an de la anterior sarta de revestimiento. El propósito de esta sarta es prevenir problemas de p)rdida de circulación cuando se re*uieren altos pesos de lodo. Proporciona la misma protección
PERNONAL
>Dire''i)n (e '&rre& e$e'!r)ni'&?*ue
el revestidor intermedio.
Camisa o “Liner” d PERNONAL >Dire''i)n (e '&rre& e$e'!r)ni'&?e Producción:
Este tipo de tubería se coloca en la sección interior del revestidor de producción. Su uso principal se realiza en pozos exploratorios debido a *ue se pueden probar las zonas de inter)s sin el !asto de una sarta completa. "ue!o si existe una producción comercial de idrocarburo, se puede conectar la sarta asta superficie. En la mayoría de los casos se corre con una erramienta especial en el tope del mismo *ue permite conectar la tubería y extenderla asta la superficie si se re*uiere. @ormalmente, va col!ado a unos /;;> por encima del +ltimo revestidor cementado asta la profundidad final del pozo. Tie Back:
"os liners de producción !eneralmente se conectan asta superficie 7en el cabezal del pozo< usando una sarta de revestimiento tie bac%- cuando el pozo es completado. Esta sarta se conecta al tope del liner con un conector especial. El tie bac% aisla revestidor usado *ue no puede resistir las posibles car!as de presión si continua la perforación, proporcionando inte!ridad de presión desde el tope del liner al cabezal del pozo. Tambi)n permite aislar un revestimiento !astado *ue no puede resistir incrementos de presión o aislar revestimientos intermedios en casos de incrementos de producción.
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Tubería de Producción:
Es una tubería especial utilizada para producir el pozo y *ue puede reemplazarse o repararse durante la vida del pozo.
DISEÑOS DE TUBERIAS
1.INTRODUCCION. El dise(o de tubulares se trata fundamentalmente de un an#lisis de esfuerzos. 3ombinando este an#lisis con una correcta selección de materiales y un buen estudio económico obtendremos el dise(o óptimo para cada caso. En un pozo, las car!as actuantes no pueden ser conocidas con exactitud, por lo tanto se utilizan factores de dise(o y factores de se!uridad. Para *ue un pozo, una columna, una línea se transformen en una estructura +til, deben ser concebidas considerando la se!uridad, la economía y los posibles usos futuros. Se trata entonces de minimizar el ries!o utilizando el dise(o m#s económico. 3ómo acer para minimizar el ries!oA 3onociendo muy bien a los materiales y su resistencia y evaluando lo m#s detalladamente posible las car!as y esfuerzos a *ue estar# sometido el material. El reemplazo de materiales ocupa un lu!ar de relevancia en la cuenta económica del yacimiento, por lo *ue el dise(o correcto es la clave en el aorro a lo lar!o de la vida +til del pozo o las instalaciones. El objetivo de un dise(o ser# entonces seleccionar una tubería de revestimiento con un cierto !rado, peso y junta, la cual se la m#s
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económica, y *ue adem#s resista sin falla, las fuerzas a las *ue estar# sujeta. 2.DESARROLLO B#sicamente el dise(o de tuberías se fundamenta en dos factores principales: el conocimiento del material 7capacidad de resistencia< y el conocimiento de las condiciones de esfuerzos 7car!as< a los *ue van a estar sujetas las tuberías. El primer factor abarca desde su fabricación asta el desempe(o mec#nico, es la base para reconocer la capacidad de una tubería. El se!undo factor si!nifica el conocimiento teórico y experimental necesario para ser capaces de predecir las condiciones de trabajo o de car!a *ue se presentaran en un pozo y en consecuencia, *ue soporte una tubería. 34U5 ES UNA TUBERIA6 Cna tubería es un elemento cilíndrico ueco compuesto !eneralmente de acero, con una !eometría definida por el di#metro y el espesor del cuerpo *ue lo conforma. Para fines pr#cticos, se define mediante una !eometría omo!)nea e idealizada. Sin embar!o, la realidad es *ue no existe una tubería perfecta !eom)tricamente. &dolecen de ciertas imperfecciones como la ovalidad y la excentricidad.
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ACERO El acero es un material refinado. Se obtiene a partir de la fundición de un lin!ote de ierro combinado al mismo tiempo con otros elementos *uímicos. "os aceros se dividen en ordinarios y especiales. "os aceros ordinarios contienen elementos principales: ierro, carbono y man!aneso. El carbono y el man!aneso reunidos no representan m#s del 8,/ D del metal. "os aceros ordinarios con el ;,8 D al 8,/ D de carbono se clasifican como aceros de bajo contenido de carbono. "os aceros especiales se acen como los ordinarios, pero se les a!re!an otros elementos tales como ní*uel, cromo, molibdeno, cobre, vanadio y tun!steno. Tanto los aceros de carbono como los especiales 7aceros inoxidables, aceros resistentes a la corrosión y a las altas temperaturas<, se producen en ornos el)ctricos. PROCESOS DE -ABRICACION 6ebido a la importancia de la tubería de acero en la perforación de pozos petroleros, la fabricación debe contar con características de calidad
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extrema, acordes a los ries!os y necesidades manejados en la industria petrolera. Existen procesos de fabricación de tuberías: el proceso sin costura, el proceso con soldadura el)ctrica'resistencia, y el proceso de soldadura el)ctrica instant#nea 7flas<. El proceso m#s utilizado para suministrar la demanda de tuberías del #mbito de perforación 7di#metros de ?; o menores< es sin lu!ar a dudas la fabricación de tuberías sin costura. 2.2 TIPOS DE TUBERIAS El uso de tuberías en un pozo es de vital importancia. 3onstituyen el medio por el cual !arantizan el control del mismo y se ase!uran las instalaciones para el mejor aprovecamiento y mantenimiento del pozo. Es importante mencionar *ue dentro de la in!eniería de perforación las tuberías jue!an un papel fundamental y cumplen diversas funciones. Por ello, se a manejado una clasificación tanto )r "u )b7e%&$) como por *! 8u(+&,( *ue deben cumplir al ser utilizadas en el interior del pozo. 2.2.1 CLASI-ICACIÓN POR OBJETIVO: Cna clasificación preliminar, pero importante, es la *ue permite definir en *u) se va a utilizar la tubería. Es decir, cual es el objetivo *ue debe cumplir, para ello las tuberías se clasifican como: Tuber!" #e re$e"%&'&e(%) 7son las *ue conocemos como ca(erías de revestimiento o casin!< son tuberías constituyen el medio con el cual se reviste el a!ujero *ue se va perforando. 3on ello se ase!ura el )xito de las operaciones llevadas a cabo durante las etapas de perforación y terminación del pozo. El objetivo de las tuberías de revestimiento es prote!er las zonas perforadas y aislar zonas problem#ticas *ue se presentan durante la perforación. Tal es el caso de revestir el a!ujero para mantener la estabilidad del mismo, prevenir contaminaciones, aislar los fluidos de las
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formaciones productoras, controlar las presiones durante la perforación y en la vida productiva del pozo. &dem#s, las tuberías de revestimiento proporcionan el medio para instalar las
conexiones superficiales de control 7cabezales,
BFPGs<,
los
empacadores y la tubería de producción. Tuber!" #e r)#u++&,( 7tubin!< las tuberías de producción son el elemento tubular a trav)s del cual se conducen asta la superficie los fluidos producidos de un pozo, o bien, los fluidos inyectados de la superficie asta el yacimiento. Tuber!" #e er8)r!+&,( las tuberías de perforación son los elementos tubulares utilizados para llevar a cabo los trabajos durante la operación de perforación 7son las usadas para perforar el pozo, es decir para penetrar las diferentes formaciones< Heneralmente se les conoce como tuberías de trabajo, por*ue est#n expuestas a m+ltiples esfuerzos durante las operaciones de perforación del pozo. Du+%)" 9%uber! #e *(e!: se le conoce como ducto a un elemento tubular 7conocido como tubería de línea< utilizado para conducir los fluidos producidos del pozo acia los centros de recolección, separadores, compresores o tan*ues de almacenamiento. Son conductos *ue se conectan en la superficie a partir del cabezal o #rbol de v#lvulas del pozo. OTROS TUBULARES los elementos tubulares utilizados en las diferentes funciones mencionadas anteriormente pueden presentar variaciones catalo!adas como otros elementos tubulares muy específicos. En su mayoría, se presentan para la actividad de perforación. Sin embar!o, su muy particular aplicación los ace de inter)s para mencionarlos: Tuber!" 8*e;&b*e" son conductos tubulares de !ran lon!itud y flexibilidad *ue no re*uieren utilizar conexión o junta para conformar todo un tren o sarta de tuberías. Es decir, la tubería es continua, a diferencia de las tuberías convencionales *ue re*uieren un elemento conector para
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unir tubo por tubo y lo!rar contar con una lon!itud apropiada para el trabajo a realizar. "a tubería flexible es de dimensiones !eom)tricas esbeltas 7I J de di#metro<, aun*ue actualmente existen de !randes dimensiones 7K de di#metro< y la mayoría de las veces se utiliza como tubería de trabajo en procesos de recuperación avanzada durante la vida productiva del pozo. L!"%r!b!rre(!" 9#r&** +)**!r": los elementos tubulares denominados lastrabarrenas son tuberías utilizadas para auxiliar a la tubería de perforación a dar peso a la barrena durante las operaciones de perforación.7
son
los
*ue
conocemos
mas
com+nmente
como
portamecas<. Es un conjunto de tubos de acero o metal no ma!n)tico de espesores si!nificativos, colocados en el fondo de la sarta de perforación, encima de la meca, lo cual proporciona la ri!idez y peso suficiente para producir la car!a axial re*uerida por la meca para una penetración m#s efectiva de la formación7 es parte del ensamblaje de fondo<. Tuber! e"!#! 9
%<: la tubería pesada 7eavy'Lei!t-< se compone de elementos tubulares de !randes dimensiones !eom)tricas 7espesor< *ue se utilizan como auxiliar entre la tubería de perforación y los lastrabarrrenas. 3on esto se evita la fati!a de los tubos durante la perforación. "a tubería pesada constituye el componente intermedio del ensamblaje de fondo. Es un tubular de espesor de pared !ruesa, similar a los dril collars de di#metro pe*ue(o, cuya conexión posee las mismas dimensiones *ue las de la tubería de perforación para facilitar su manejo, pero es li!eramente m#s lar!a CLASI-ICACION POR -UNCION 7estas son las *ue estudiares m#s a fondo ya *ue son nuestro objeto de inter)s en este tema< "as tuberías de revestimiento se clasifican por la función *ue desempe(an al colocarse en el interior de un pozo, esto es: C)(#u+%)r! es la primera tubería de revestimiento *ue puede ser incada o cementada5 sirve para sentar el primer cabezal en el cual se
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instalan las conexiones superficiales de control y las conexiones de circulación de lodo de perforación. Es la de mayor di#metro *ue se utiliza en el pozo, pues a trav)s de ella pasan todas las tuberías de revestimiento *ue se utilizan. En el mar, es la primera tubería *ue se extiende desde la plataforma asta abajo del leco marino 7mudline<. Suer8&+&!* es la tubería *ue sirve para aislar los acuíferos subsuperficiales o someros, así como manifestaciones de !as someros. Provee e*uipo de flotación, *ue permite realizar una buena cementación para continuar la perforación dentro de una zona de transición de alta presión. En pozos desviados, la superficie de la tubería debe cubrir toda la sección construida para prevenir derrumbes de la formación durante la perforación profunda. Esta sarta es cementada típicamente asta la superficie o leco marino 7mudline< y sostiene las conexiones superficiales de control definitivas. I(%er'e#&! es la tubería *ue aísla zonas inestables del a!ujero, zonas con p)rdida de circulación de baja presión y zonas de producción. Se utiliza en la zona de transición de presión norma a presión a anormal. "a cima del cemento de esta tubería
debe aislar cual*uier zona de
idrocarburo. &l!unos pozos re*uieren de m+ltiples sartas intermedias. De e;*)%!+&,( es la tubería *ue aísla zonas de producción y debe soportar la m#xima presión de fondo de la formación productora, tener resistencia
a la corrosión así como resistir las presiones *ue se
manejaran en caso de *ue el pozo se fracture para aumentar su productividad, el bombeo mec#nico 7!as lift<, la inyección de inibidores de aceite. El buen trabajo de cementación primaria es crítico para la sarta. Existen tuberías de revestimiento *ue por su condición y objetivo de colocación pueden definirse como:
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Tuber! +)r%! 9*&(er: es una sarta de tuberías *ue no se extiende a la cabeza del pozo. En cambio, se sostiene por otra sarta. "a tubería corta se usa para reducir costos y mejorar la idr#ulica durante perforaciones profundas. "a tubería corta puede ser usada tanto en la sarta intermedia como en la de explotación. "a tubería corta es cementada típicamente a lo lar!o de toda su lon!itud. 2azones para su utilización: •
3ontrol de pozo. El liner permite aislar zonas de alta o baja presión y terminar o continuar la perforación con fluidos de alta o baja
•
densidad. Economía de tubería de revestimiento: se pueden efectuar pruebas de producción de orizontes cercanos a la zapata de la ultima tubería de revestimiento, a un costo muy bajo, debido a la pe*ue(a cantidad de tubería usada, no comparable con una tubería llevada
•
asta la superficie. 2#pida instalación: las tuberías de revestimiento cortas pueden colocarse en el intervalo deseado muco mas r#pido *ue las normales, ya *ue una vez conectada la cantidad re*uerida, esta es introducida con la tubería de perforación.
C)'*e'e(%) 9TIEBAC?: es una sarta de tubería *ue proporciona inte!ridad al pozo desde la cima de la tubería corta asta la superficie. Es un refuerzo para la tubería de explotación. Si se tienen altas presiones prote!e de los fluidos corrosivos y refuerza la tubería de explotación en caso de *ue se presenten da(os. Puede cementarse parcialmente. C)'*e'e(%) +)r%) 9STUB: es una sarta de tubería *ue funciona i!ual *ue el complemento. Proporciona inte!ridad por presión para extender la cima de la tubería corta. Puede cementarse parcialmente. S&( %uber! #e r)#u++&,( 9TUBINGLESS: es una tubería de explotación *ue se extiende asta la superficie y se utiliza como tubería de producción para explotar los idrocarburos.
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"a si!uiente fi!ura muestra un es*uema *ue representa la forma como se colocan las tuberías de revestimiento en el interior de un pozo.
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CARACTERISTICAS
DE
LAS
TUBERIAS
DE
PRODUCCION @
REVESTIIENTO •
CASINGes el principal soporte estructural de un pozo . 6ico en
•
otras palabras un casin! es un tubo de entubación. TUBINGes el conducto para lo producido por el pozo. un tubin! es un tubo de producción.
"os “casins” o ca!erías, son retenedores estructurales *ue evitan derrumbes, excluyen fluidos indeseables y act+an para confinar y conducir petróleo y !as. Podemos decir *ue son las paredes- del pozo. En la primera etapa de perforación se baja el ca(o !uía- *ue es el de mayor di#metro y el mas superficial. "ue!o vienen una o varias ca(erías intermedias *ue se van colocando de acuerdo a la profundidad del pozo, es decir, *ue a mayor profundidad se colocar#n mayor n+mero de ca(erías intermedias. $inalmente viene la ca(ería de producción, *ue es la de menor di#metro y *ue !eneralmente lle!a asta el fondo del pozo. En al!unos casos, cuando el pozo es demasiado profundo, se coloca una ca(ería llamada liner, col!ada de la anterior ca(ería. En la parte inferior de cada ca(ería se encuentra un dispositivo llamado zapato- de la ca(ería y es el lu!ar desde el cual se cementa externamente la ca(ería.
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"as Tuberías o “tubins” son las *ue conducen los fluidos producidos por el pozo, desde el fondo del mismo asta la superficie. Se instalan como un medio para permitir el flujo vertical acia la superficie, son dise(ados de acuerdo a los re*uerimientos de esfuerzos *ue se establecen en el curso de producción de un pozo. 6e acuerdo a las condiciones de caudal y resistencia, tambi)n varían en di#metro y !rados de acero. "os di#metros varían de M- asta N./-. "os tubos en la industria petrolera deben cumplir con ciertas características !eom)tricas y mec#nicas dependiendo de su uso. & continuación se presentan al!unos datos característicos de las tuberías utilizadas para la perforación de un pozo: Tuber!" #e re$e"%&'&e(%) 9TR": 0 %uber!" #e r)#u++&,( 9TP": las características principales a observar en las tuberías de revestimiento y en las tuberías de producción son: di#metro nominal, peso nominal, !rado, drift, resistencia a la tensión, resistencia al colapso y resistencia al estallamiento. Cn ejemplo de estos datos se muestra en la si!uiente tabla:
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"as tuberías de revestimiento y producción desempe(an oco funciones importantes durante la vida de un pozo: •
Evitan el colapso de pozo.
•
Evitan la contaminación de a!ua fresca en zonas altas por los fluidos de zonas bajas.
•
Evitan la contaminación de los fluidos *ue se producen por substancias externas como a!ua, arena, etc.
•
Evitan la contaminación de #reas problema 7como por ejemplo #cido sulfídrico O?S, #cido carbónico 3F?, sal<.
•
2estrin!en la producción a la sarta de flujo.
•
Suministran un medio de control de la presión, tanto interna como externa y entre zonas.
$acilitan
la instalación de e*uipo para elevar artificialmente el petróleo
y lo!rar la producción del pozo. Sirven
como vía de flujo para los fluidos producidos.
DISEÑO DE CASINGTUBING
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Oay *ue tener en cuenta aspectos fundamentales en la performance de un pozo, tales como:
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&se!urar una adecuada inte!ridad mec#nica del pozo dado por un dise(o capaz de soportar las car!as *ue puedan aparecer durante la vida +til del pozo. 6ise(ar columnas para optimizar los costos durante el tiempo de operación del pozo. $lexibilidad del dise(o para afrontar posibles cambios en los planes de perforación, tales como profundizaciones o desviaciones.
Cn dise(o de casing es exitoso cuando ofrece resistencia mec#nica y funcionalidad suficiente para realizar maniobras de completación, profundizaciones, producción y !or"over durante la vida +til del pozo a un costo optimizado.
P&2&QET2FS QRS 4QPF2T&@TES P&2& 64QE@S4F@&2 E" 64SEF:
"os elementos m#s importantes para acer el dise(o son:
Tasa re*uerida de producción. 2eservas de zonas a completar. Qecanismos de producción en las zonas de yacimientos a
completar. @ecesidades
futuras
de
estimulación
7acidificación
y
fracturamiento<. 2e*uerimientos para el control de arena. $uturas reparaciones. 3onsideraciones para el levantamiento artificial por !as, bombeo
mec#nico, etc. 4nversiones re*ueridas.
324TE24FS 6E 64SEF:
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PRODUCCIÓN V-1
"os criterios de dise(o dependen de: T)cnicas de producción 7 productividad del pozo< Posibilidades de reparación futuras 7problemas mec#nicos de fondo
y otros< El mejor dise(o proveer# la operación m#s rentable de un pozo de
petróleo o !as a lo lar!o de su vida +til. Cn dise(o deficiente llevara a elevados costos operativos, abandono prematuro, y reservas no recuperadas.
3F@6434F@ES P&2& 2E&"4&2 "FS 64SEFS 7datos *ue se deben conocer<: •
3F@6434F@ES P&2& C@ PFF P2FQE64F 6E B&U& 3FQP"EU46&6 73&S4@H 6E P2F6C334F@ V TCBE24& 6E SCPE2$434E<: determinar las dimensiones y lon!itudes de arre!lo de ca(ería a ser corridos
en el pozo.
calcular el tipo de ma!nitudes de los esfuerzos y car!as para las ca(erías *ue estima encontrar en el pozo. seleccionar el peso y !rado de la ca(ería adecuados para soportar las condiciones extremas de esfuerzo y fati!as esperadas. 3antidad despreciable tanto de 3F? como de O?S Pozo ficticio Pozo vertical Tope de cemento asta la mitad de la tubería Hradiente normal de temperatura Hradiente de fractura calculado por la fórmula de amora 6ensidad de cemento variando desde 8?,/ pp! asta 89,? pp!.
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•
3F@6434F@ES
P&2&
PFFS
P2FB"EQ&T43FS 73&S4@H
6E
P2F6C334F@ V TCBE24& 6E SCPE2$434E< datos adicionales a los mencionados anteriormente. Estos datos podr#n depender de la ubicación de la cuenca, del yacimiento, tipo de pozo, etc. : 6ensidad y tipo de lodo de perforación Trayectoria del pozo Presión poral de formación Presión de fractura estimada Perfil de temperatura "ocalización de zonas permeables onas de posibles p)rdidas de circulación <ura de cemento Presencia de O?S y0o 3F?, domos salinos, etc. 6atos istóricos del yacimiento B#sicamente los dise(os de tuberías de revestimiento
son diversos
arre!los 7selección de di#metros y profundidades de asentamiento< *ue para poder definir se re*uiere información de los !radientes de poro, !radientes de fractura y de la experiencia del campo petrolero, aunado al objetivo del pozo y de los re*uerimientos de explotación. "os dise(os incluyen tuberías conductoras, superficiales, intermedias y de explotación, de
acuerdo
con
el
m)todo
de
car!as
m#ximas.
2.. IDENTI-ICACION DE LAS TUBERIADE PRODUCCION El 4nstituto &mericano del Petróleo 7&P4< a desarrollado est#ndares para las tuberías *ue an sido aceptadas internacionalmente por la industria
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petrolera, y así a definido sus características de la si!uiente forma para *ue puedan ser identificadas se!un:
GRADO la calidad de la tubería *ue se desea obtener se desi!na con una letra, se!uida por un numero *ue representa el mínimo punto de cedencia en tension. Se entiende por resistencia cedente al esfuerzo de tensión re*uerido para producir elon!ación total de ;,;;/ pul!0pie de lon!itud sobre una prueba normal de muestra.
El &P4 define tres !rupos de !rados de revestidores: para servicio !eneral, de alta resistencia y de alta resistencia con ran!o de cadencia controlada.
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PESO el peso unitario de cada tubería es !eneralmente definido en 7lbs. 0pies<. V representa el peso nominal &P4 de la tubería sin conexiones, el c#lculo del peso est# definido por la si!uiente ecuación + u+FL %7 6onde: + peso calculado de la tubería de lon!itud "- 7lbs.< u+ peso unitario de la tubería en 7lbs. 0pies< L lon!itud de la tubería sin conexión %7 !anancia o p)rdida de peso debido a las conexiones.
DIAETRO las tuberías se caracterizan por tres tipos de di#metros: di#metro externo, di#metro interno, y el di#metro drift, el di#metro externo e interno definen el espesor de la tubería. El di#metro drift es el di#metro m#ximo de erramienta *ue puede pasar por esa tubería.
CONEIONES Es un montaje mec#nico *ue consiste tanto en dos pines y una cupla en una conexión cuplada, o un pin y un box en una conexión inte!ral. 6ebido a *ue las tuberías *ue se utilizan en los pozos tienen un límite de lon!itud 7b#sicamente entre y 8metros< es necesario *ue estas tuberías *ueden unidas al introducirse en el pozo, con la premisa de *ue la unión entre ellas sea erm)tica y capaz de soportar cual*uier esfuerzo al *ue se someter# la tubería. & esta unión o conexión efectuada se le conoce como UC@T& o 3F@EW4X@ de tuberías.
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B#sicamente una junta o conexión est# constituida por dos o tres elementos principales. Estos son: un pi(ón, una caja y la rosca. Se dice *ue una junta tambi)n cuenta con un elemento de sello y un elemento ombro de paro, elementos *ue representan o simbolizan parte de los esfuerzos realizados por alcanzar lo ideal en una conexión. El miembro roscado externamente es llamado el de tubería o pi(ón. El miembro roscado internamente es llamado caja 7en al!unos casos cople<. Cn cople funciona uniendo dos pi(ones, el cual es un pe*ue(o tramo de di#metro li!eramente mayor, pero roscado internamente desde cada extremo. "os pi(ones pueden ser del mismo espesor del cuerpo tubo 7@on Cpset< o de mayor espesor 7set< Reuer&'&e(%)" (e+e"!r&)" #e u(! +)(e;&,( • •
2e*uerimiento !eneral: 2elativo a la aplicación:
mecanismo anti bac% off 2espuesta sellabilidad 4nte!ridad estructural 3learance
3"&SES 6E UC@T&S: existen dos clases de juntas, #e !+uer#) +)( "u 8)r'! #e u(&,( +)( *! %uber! !+)*!#!" e &(%e>r!*e". si la caja se construye de un tubo aparte 7acopladas< o es parte de la misma tubería 7inte!rales<, tal como se muestra en la fi!ura.
8. &copladas: son las *ue inte!ran un tercer elemento denominado cople, pe*ue(o tramo de tubería li!eramente mayor y roscado
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internamente, el cual, une dos tramos de tuberías roscados exteriormente en sus extremos, como muestra si!uiente fi!ura.
?. 4nte!rales: son a*uellas *ue unen un extremo de la tubería roscado exteriormente como pi(ón y conect#ndolo en el otro extremo de la tubería roscado internamente como caja, como en la si!uiente fi!ura.
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3"&S4$43&34F@: las juntas 7conexiones< pueden clasificarse #e !+uer#) +)( e* %&) #e r)"+! +)') API @ Pre'&u'. •
&P4: de acuerdo con las especificaciones &P4 de elementos
•
tubulares, existen +nicamente cuatro tipos de roscas: Tuberías de lineal 2edondas Butress Extreme line Premium o propietarias: son juntas mejoradas a las &P4 y ma*uinadas por fabricantes *ue patentan el dise(o en cuanto a cambios en la rosca y0o a la inte!ración de elementos adicionales como sellos y ombros *ue le proporcionan a la junta características y dimensiones especiales para cubrir re*uerimientos específicos para la actividad petrolera, tales como Evitar el brinco de roscas- 7jump out< en pozos con alto #n!ulo
de desviación. Qejorar la resistencia a presión interna y externa. 6isminuir los esfuerzos tan!enciales en coples $acilitar la introducción en a!ujeros reducidos. Evitar la turbulencia del flujo por cambio de di#metro interior Q+ltiples conexiones y desconexiones en pozos de prueba Sellos mejorados.
"a diferencia m#s si!nificativa entre las roscas &P4 y las roscas Premium es el tipo de sello. En las roscas &P4 el sello puede ser: Sello resilente: mediante un anillo o un 2in! de teflón o materiales similares 7utilizadas para presiones excesivamente bajas< a veces solo funcionan como barreras contra la corrosión. Sello de interferencia: es el sello entre roscas ori!inado por la interferencia entre los ilos de la rosca al momento de conectarse mediante la conicidad del cuerpo de la junta y la aplicación de
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torsión. El sellado propiamente dico es causado por la !rasa aplicada, la cual rellena los microuecos entre los ilos de la rosca. En las roscas Premium el sello es: Qetal'metal: se ori!ina por la presión de contacto entre planos deslizantes adyacentes. Es decir existe un contacto metal'metal entre el pi(ón y la caja de la junta. T4PFS 6E UC@T&: las conexiones pueden definirse de acuerdo con el ma*uilado de los extremos de la tubería como: 2ecalcadas $ormadas 7semiflus< "isas 7flus< &copladas En una nueva nomenclatura a nivel internacional se identifican los diferentes tipos de juntas con las si!uientes re!las: QT3: acopladas Q4U: recalcadas S"O: semilisas o formadas 4$U: inte!rales lisas Re+!*+!#!" se incrementa el espesor y el di#metro exterior de la tubería en uno o en ambos extremos en un proceso de forja caliente, a los *ue posteriormente se les aplica un relevado de esfuerzos.
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-)r'!#!" el extremo pi(ón es suajeado 7cerrado< y el extremo caja es expandido en frio sin rebasar el /D de di#metro y el ?D de espesor, aplicando un relevamiento de esfuerzos posterior.
L&"!" se ma*uilan las roscas directamente sobre los extremos del tubo sin aumentar el di#metro exterior del mismo.
A+)*!#!" se ma*uila un pi(ón en cada extremo del tubo y se le enrosca un cople o una doble caja, *uedando el tubo con pi(ón de un extremo y caja el otro extremo.
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T4PFS 6E 2FS3&S:
a continuacion se presentan los diferentes tipos
!eometricos de roscas existentes en dise(o tanto para UC@T&S &P4 como para P2EQ4CQ:
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LONGITUD
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"os tubos de revestidores son fabricados exactamente en la misma lon!itud. Sin embar!o, para facilitar su manejo en el campo, la &P4 especifica los ran!os en *ue deben construirse. &ntes de la bajada al pozo, es necesario medir la lon!itud de cada casing o tubing. Para ello se debe emplear una cinta calibrada de acero o un medidor l#ser. "a medición deber# acerse desde la cara exterior de la cupla o bo# a la posición del extremo roscado externamente adonde lle!a la cupla o bo# cuando se enrosca la junta asta la posición de ajuste. En rosca redonda, esta posición en el pin abarca asta el plano de desvanecimiento de los filetes. En roscas Buttress 7B3< la medición debe acerse asta la base del tri#n!ulo estampado en el tubo. En el caso de conexiones propietarias, la "on!itud Efectiva 7"E< es la "on!itud Total 7"T< menos la p)rdida por enros*ue 7ma"e$up loss< 7Q"<. El total de lon!itudes medidas de esta manera representar# la lon!itud de la columna sin car!a.
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Es recomendable *ue todos los tubos sean calibrados en toda su lon!itud antes de ser bajados al pozo. "os tubos a los *ue no les pase el calibre deben dejarse de lado. "as dimensiones del calibre deben ser acordes a la especificación &P4 /3T 4SF 889;. 3uando así lo especifi*ue el comprador, el casing puede tener un calibre alternativo-. "os tama(os est#n especificados en la norma &P4 /&/ %ecommended &ractice for '(read )nspection of *e! +asing, 'ubing and &lain End rill &ipe-.
2.-ACTORES 4UE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE LAS CAÑERIAS PRODUCCION
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PRESION DE REVENTAIENTO 9ESTALLIDO:
"as condiciones de ruptura 7o cedencia desde el interior< existen cuando la presión en el interior de la tubería es m#s elevada *ue la presión interna sobre la misma, existiendo la tendencia acia la expansión del tubo asta su punto de ruptura-. Cna vez determinado el re*uerimiento de presión interna, por el m)todo *ue se *uiera, la presión diferencial en cual*uier punto de la sarta debe de multiplicarse por el factor de dise(o del punto de cedencia interno 7factor de se!uridad de estallido<.
PeY PfZ $SE
Todos los !rados y pesos de revestimiento *ue tienen presiones de cedencia interna menores *ue este valor calculado, se pueden considerar eliminados para el dise(o. &dem#s, donde lo ameriten las presiones esperadas, el revestimiento debe pasar prueba idrost#tica &P4 opcional.
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Si el revestimiento sale defectuoso, es mejor *ue falle antes de colocarlo en el pozo en lu!ar de *ue lo a!a ya instalado y con el pozo trabajando.
PRESION DE COLAPSO -plastamiento. "a presión de aplastamiento 7colapso del revestimiento< existe cuando la presión por fuera de la tubería es superior a la presión en el interior de la tubería. Qucas empresas operadoras an aceptado el factor de dise(o de colapso de 8,8?/. Este factor de dise(o representa la resistencia calculada a la presión exterior para el revestimiento, dividido entre la presión diferencial aplicada en el exterior. Se basa en la suposición de *ue no aya presión dentro del revestimiento y de *ue el fluido externo o el entorno tienen una presión idrost#tica *ue corresponde a la densidad real de los lodos al tiempo de colocarlo. "os terremotos o fallas y el flujo pl#stico de al!unas formaciones salinas, crean
tremendas
fuerzas
*ue
pueden
dar
como
resultado un
revestimiento colapsado. Es difícil prevenir el colapso de un revestimiento por el movimiento lateral de las formaciones !eoló!icas5 sin embar!o, por medio de un dise(o adecuado del revestimiento es posible prevenir el colapso de un revestimiento debido al flujo pl#stico, seleccionando revestimientos de m#s peso o de mejor !rado. Esto tambi)n aumenta el costo y el peso. &dem#s del colapso por car!a idrost#tica resultante de la presión del fluido externo, una de las fallas m#s comunes es la *ue se ocasiona durante una cementación a presión. @ormalmente, en las operaciones de cementación a presión, se fija la erramienta en el revestimiento arriba o abajo del intervalo *ue se va a llenar.
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Si la cementación ori!inal atr#s de la tubería es defectuosa y la presión a la *ue se sube durante el llenado sobrepasa en exceso la presión mínima de colapso para la tubería, es posible *ue la presión se canalice a trav)s de la cementación defectuosa a un punto m#s all# del empacador, en donde causaría el colapso del revestimiento. Ftros factores *ue ejercen influencia en la resistencia del revestimiento al colapso son las deformaciones mec#nicas. Estas pueden ocurrir cuando la tubería se transporta o cuando est# siendo colocada en el pozo. 3ual*uier deformación mec#nica en la tubería normalmente da como resultado una considerable reducción en su resistencia al colapso. Ftro importante factor *ue afecta la resistencia al colapso es los esfuerzos a la compresión y a las tensiones axiales aplicadas al revestimiento. 3uando est# a la tensión su resistencia acia el colapso es menor *ue cuando no ay tensión en la sarta. 3uando est# a la compresión, la resistencia al colapso puede ser mayor *ue cuando no abía compresión en el revestimiento. Este fenómeno se conoce como esfuerzo biaxial y se tiene *ue tomar en consideración cuando se determinan los valores de resistencia al colapso. Esto es particularmente importante cuando se usa combinación de sartas o sartas mixtas en un solo revestimiento con el objeto de optimizar el costo. Para los revestimientos *ue cumplan con los re*uerimientos para la presión interna, las condiciones de control son las presiones al colapso en la parte baja de la sarta y de tensión en la parte de la misma. El dise(o de una sarta de revestimiento al colapso consiste en seleccionar el revestimiento m#s barato *ue ten!a suficiente resistencia al colapso satisfaciendo el factor de dise(o, con frecuencia 8,8?/. &l considerar la car!a al colapso es pr#ctica com+n suponer *ue la presión fuera del revestimiento resulta de la columna externa de lodos *ue se
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extiende asta la superficie y *ue la presión dentro del revestimiento es cero. 6e esta manera, para la sección inferior del revestimiento en una sarta, la resistencia al colapso re*uerida se puede determinar calculando la presión idrost#tica en el fondo del pozo y multiplic#ndola por el factor de dise(o al colapso. & medida *ue la profundidad disminuye, la presión idrost#tica fuera del revestimiento tambi)n decrece.
PcY P Z $S
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TENSION Se considera tensión la car!a colocada en la tubería y *ue crea un esfuerzo axial 7en el eje< del tubo. 3uando las sartas de revestimiento y de producción se suspenden desde la superficie asta profundidades de ;;; metros 7;;;; pies<, el tramo m#s cercano a la cima debe soportar el peso de todas las secciones de tubería *ue *uedan debajo de ella, lo cual da una idea de la resistencia a la tensión *ue se debe de soportar. El al!+n punto acia arriba en el pozo, la resistencia al colapso deja de ser factor controlante en el dise(o de la sarta de revestimiento. 6esde este punto asta la cima de la sarta, la consideración primaria es la tensión. @ormalmente ay seis car!as o fuerzas a la tensión separadas *ue son aplicables a los revestimientos de pozos de petróleo y de !as: El peso del revestimiento mismo col!ado desde la conexión en la cabeza del pozo. & )ste ay *ue restarle el efecto factor de flotación en el lí*uido en el *ue est# suspendida la sarta. "os c#lculos sobre car!as *ue producen tensión con frecuencia no acen caso de la flotación y suponen *ue la columna est# suspendida en el aire. Esto a(ade un mar!en de se!uridad. "as car!as repentinas cuando se est# instalando el revestimiento. & veces ay un respectivo deslizamiento a trav)s de un punto apretado. Esto puede ocasionar moment#neamente una alta car!a a la tensión debido al efecto del momento de impulso. "a determinación de esta car!a adicional a la tensión es difícil y es en función de la velocidad y del peso de la sección *ue patinó.
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Tambi)n al subir y bajar una sarta se atora el revestimiento, o cuando pasa por un tubo apretado en una formación deformada, se crea una car!a a la tensión al levantar, debido a la fricción de la pared. 6urante la cementación de las sartas de revestimiento se pueden mover acia arriba y acia abajo para raspar acumulaciones de lodo de las paredes del pozo. &un*ue esta acción ase!ura *ue aya una buena unión entre el tubo y el cemento y la pared del pozo, la tensión desarrollada en los izajes puede ser muy alta. 3ambios de temperatura una vez *ue se cementa la columna. "a circulación de lodos fríos puede reducir la temperatura del revestimiento. El enfriamiento puede aumentar el esfuerzo a la tensión en unas ?;K,; lbs0pul!0$ de caída en temperatura. Sin embar!o, en !eneral, ay un aumento de temperatura, el cual reducir# la car!a a la tensión. 6e eco, la secciónal fondo de la columna inclusive pudiera *uedar a la compresión y tendería a pandearse. "a alta presión del fluido dentro de una sarta de tubería de revestimiento cementada se expandir#, aumentando lacar!a ala tensión. "a mayoría de las variables arriba citadas son extremadamente difíciles de evaluar con precisión. 3omo las car!as reales nunca se pueden anticipar con exactitud, se usan m#r!enes de error, factores de dise(o *ue se emplean para permitir al!+n elemento de se!uridad. El factor de dise(o a la tensión es la relación *ue existe entre la resistencia de la junta roscada y la car!a axial. "a resistencia de la junta es el peso col!ante *ue se puede colocar en una conexión sin causar falla.
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"os factores comunes de dise(o a la tensión para los revestimientos varían en el ran!o de 8,/ a ?,;5 siendo el valor m#s com+n el de 8,1. El factor de 8,; es el de la resistencia del material. Estos factores de dise(o se desarrollaron en la industria a partir de experiencias exitosas.
2.K.NORAS &
nivel
mundial
existen varias or!anizaciones
e
instituciones *ue estudian e investi!an, todo lo concerniente al tema de tuberías utilizadas en la industria petrolera. 6icas instituciones se enfocan principalmente al establecimiento de est#ndares para la fabricación, uso y prueba de materiales, como un medio de coadyuvar a los in!enieros en la mejor toma de decisiones y a establecer condiciones y recomendaciones para el adecuado aprovecamiento de las tuberías. API. los estudios sobre tuberías y conexiones *ue el &P4 a realizado, a !enerado una !ran cantidad de referencias, *ue en mucos de los casos, aplicamos en cada una de las etapas en las *ue se utilizan las tuberías. Es decir, primeramente los fabricantes producen las tuberías re*ueridas acorde a las especificaciones de fabricación y pruebas recomendadas por el &P4. &dem#s desde el punto de vista de dise(o, se utilizan las condiciones de desempe(o estipuladas en los boletines y finalmente, se aplican tambi)n las recomendaciones para el uso adecuado de las tuberías. & continuación se listan las especificaciones, boletines y recomendaciones practicas emitidas por el &P4 en relación con el tipo de tubería y conexión. SPEC K Specification for 2otary 6rill. 7Especificaciones para perforación 2otaria< Stem Elements
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TO42TV'@4@TO E64T4F@, 6E3EQBE2 8K SPEC L Specification for "ine Pipe 7Especificación para tubería de línea< $F2TV $42ST E64T4F@, &P24" 8/ SPEC LC Specification for 32& "ine Pipe 7Especificación para tubería de línea 32&< TO426 E64T4F@, UC"V 81 SPEC LD Specification for 32& 3lad or "ined Steel Pipe 7Especificaciones para 32& con
revestimiento o forro de tubos de acero<
SE3F@6 E64T4F@, UC"V 811 SPEC D Specification for 6rill Pipe 7Especificaciones para tubos de perforación< TO426 E64T4F@, &CHCST 8 SPEC CT Specification
for
7Especificaciones
3asin! para la
and
Tubin!
7C.S
3ustomary
Cnits<
el tubo de entubación y el tubo de
producción 7EE.CC. unidades consuetudinarias<< S4WTO E64T4F@, F3TFBE2 81 SPEC B Specification for Treadin!, Hau!in!, and Tread 4nspection of 3asin!, Tubin!
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and
"ine
pipe
Treads.
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7Especificación para 2oscado, Qedición y 4nspección de roscas de ca(erías de revestimiento, tuberías y Temas de Tuberías de linea< $FC2TE@@ E64T4F@, &CHCST 89 SPEC CT Specification for 3asin! and Tubin! 7Qetric Cnits< 7Especificación para tubos de entubado y tubos de producción. 7Cnidades m)tricas<< $4$TO E64T4F@, &P24" 8/ BULL A2 Bulletin on Tread 3ompounds for 3asin!, Tubin!, and "ine Pipe 7Boletín de compuestos de 2osca para revestimiento, tubos y tuberías de línea< S4WTO E64T4F@, Q&V 811 BULL CS1 Bulletin of $ormulas and 3alculations for 3asin!, Tubin!, 6rill Pipe, and "ine Pipe Properties. 7Boletín de fórmulas y c#lculos para la ca(ería de revestimiento, tubería de producción , tuberías de perforación y las propiedades referente a las tuberías de línea< S4WTO E64T4F@, @F=EQBE2 8N BULL C2 Bulletin on Performance Properties of 3asin!, Tubin! and 6rill Pipe. 7Boletín sobre las
propiedades
de
funcionamiento de
ca(erias
de
revestimiento, tuberías de produccion y tubos de perforación< T[E@T4ETO E64T4F@, Q&V 81K BULL C
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Bulletin on $ormulas and 3alculations for 3asin!, Tubin!, 6rill Pipe and "ine
Pipe
Properties.
7Boletín sobre fórmulas y c#lculos para revestimiento, tubos, tuberías de perforación y Propiedades de la Tubería de línea< S4WTO E64T4F@, @F=EQBE2 8N RP KG 2ecommended Practice for 6rill Stem 6esin!
and Fperatin! "imits.
7Pr#ctica recomendada para el dise(o de perforación de v#sta!o y limites de funcionamiento< S4WTEE@TO E64T4F@, &CHCST 81 RP AS1 2ecommended Practice for Supplement 8 to $ield 4nspection of @eL 3asin!, Tubin! and Plain End 6rill Pipe. 7Pr#ctica recomendada para el suplemento 8 de la
inspección de campo de la
nueva
ca(ería,
Tubería y tubos lisos de perforación< S4WTO E64T4F@, 6E3EQBE2 8K RP B1 2ecommended Practice for Treadin!, Hau!in!, and Tread 4nspection of 3asin!, Tubin!, and "ine Pipe Treads. 7Pr#cticas recomendadas para 2oscado, Qedición e
4nspección
de rosca
de
ca(ería
de revestimiento, tubería, ilos y Tubería de línea< $4$TO E64T4F@, &CHCST 8 RP C1
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Página 1::
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2ecommended Practice for 3are and Cse of 3asin! and Tubin!. 7Practicas recomendadas para el 3uidado y Cso de la ca(ería de revestimiento y Tubería de producción< E4HOTEE@TO E64T4F@, Q&V 8
RP A 2ecommended Practice for Tread 3ompounds for 3asin!, Tubin!, and "ine Pipe 7Supersedes Bull /&?< 7Pr#ctica recomendada para 3ompuestos de 2osca
para
ca(ería
de
revestimiento, Tubería
de
producción y tuberías de línea 7Bol. 2eemplaza /&?<< 8st E64T4F@, UC@E 89 RP A 2ecommended Practice for Evaluation Procedures for 3asin! and Tubin! 3onnections 7Practicas 2ecomendaciones
para los procedimientos de
evaluación de conexiones de tuberías de revestimiento y de producción< SE3F@6 E64T4F@, @F=EQBE2 89 RP C 2ecommended Practice for [eldin! 3onnections to Pipe 7Pr#ctica recomendada para las conexiones de soldadura de tuberías< $42ST E64T4F@, 6E3EQBE2 89 RP CK
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PRODUCCIÓN V-1
2ecommended Practice for 3oiled Tubin! Fperations in Fil and Has [ell Service 7practicas recomendadas para el buen servicio de tuberia flexible de petroleo y !as< $42ST E64T4F@, 6E3EQBE2 89 RP L1 2ecommended Practice for 2ailroad Transportation of "ine Pipe, $42ST E64T4F@, 6E3EQBE2 89 RP L2 2ecommended Practice for 4nternal 3oatin! of "ine Pipe for @on'3orrosive Has Transmission Service. 7Pr#ctica recomendada para la capa interna de la tubería de línea para el servicio de transporte de !as no corrosivo< TO426 E64T4F@, Q&V 81K RP L 2ecommended Practice for 3onductin! 6rop'[ei!t Tear Tests on "ine Pipe TO426 E64T4F@, U&@C&2V 89
RP LK 2ecommended Practice Cnprimed 4nternal $usion Bonded Epoxy 3oatin! of "ine Pipe SE3F@6 E64T4F@, UC@E 811 RP LM 2ecommended Practice $ield 4nspection of @eL "ine Pipe
C. Arenas
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PRODUCCIÓN V-1
SE3F@6 E64T4F@, 6E3EQBE2 89 RP L 2ecommended Practice Transportation of "ine Pipe on Bar!es and Qarine =essels, SE3F@6 E64T4F@, 6E3EQBE2 89
Std /T8, 4mperfection Terminolo!y, 8;t edition, @ovember 89.
NACE del mismo, existe otra institución *ue se a enfocado desde 8N1 al estudio e investi!ación de los efectos de la corrosión sobre una diversidad de materiales, la @ational &ssociation of 3orrosion En!eneerin! 7@&3E<. Esta institución a !enerado una serie de recomendaciones y boletines de pruebas de materiales *ue se aplican sobre los elementos tubulares. Heneralmente esta institución emite cada a(o una revisión actualizada de sus referencias. "a si!uiente lista de referencia presenta los boletines y recomendaciones mas aplicables a los elementos tubulares utilizados en la in!eniería de perforación: Q2;8K/' Sulfide Stress 3ra%in! 2esistant Qetallic Qaterials for Filfield E*uipment'item @o. ?8;? Q2;8K9'N Qetallic Qaterials for Suc%er'2od Pumps for 3orrosive Filfield Environments'4tem @o. ?8; 2P;89'9 3ontrol of External 3orrosion on Cnder!round or submer!ed Qetallic Pipin! System'4tem @o. ?8;;8 2P;88'9 Te &pplication of 4nternal Plastic 3oatin!s for Filfield Tubular Hoods and &ccessories'4tem @o. ?8;N1
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2P;8?'1 Qonitorin! 3orrosion in Fil and Has Production Lit 4ron 3ounts'4tem @o. ?8;/ TQ;89'/ "aboratory 3orrosion Testin! of Qetals'4tem @o. ?8?;; TQ;8K8'/ &utoclave 3orrosion Testin! of Qetals in Oi!'Temperature [ater'4tem @o.?8?; TQ;8KK'9 "aboratory Testin! of Qetals for 2esistance to Sulfide Stress 3rac%in! and Stress 3orrosion 3rac%in! in O?S Environments'4tem @o. ?8?8? TQ;81' Evaluation of 4nternal Plastic 3oatin!s for 3orrosion 3ontrol of Tubular Hoods in an &*ueous $loLin! Environment'4tem @o. ?8?8 TQ;81/' Evaluation of 4nternal Plastic 3oatin!s for 3orrosion 3ontrol of Tubular Hoods by &utoclave Testin!'4tem @o.?8?8K TQ;819'N Ooliday 6etection of 4nternal Tubular 3oatin!s of ?/; to K9; micrometers 78; to ; mils< 6ry $ilm Tic%ness'4tem @o. ?8?81 TQ;8' "aboratory 3orrosion Testin! of Qetals in Static 3emical 3leanin! Solutions at Temperatures beloL \3 7?;;\$<'4tem @o.?8?? TQ;?KN'/ 6ynamic 3orrosion Testin! of Qetals in Oi!'Temperature [ater'4tem @o. ?8?;K TQ;?1N'9 Evaluation of Pipeline and Pressure =essel Steels for 2esistance to Oydro!en'4nduced 3rac%in!'4tem @o. ?8?8/ TQ;1'1 "aboratory 3orrosion Testin! of Qetals in Static 3emical 3leanin! Solutions al Temperatures &bove 8;;\3 7?8?\$<'4tem @o. ?8?N ISO &
nivel mundial, dentro del marco de !lobalización de las
economías, la 4nternational Standard Fr!anization 74SF<, or!anización enfocada a estandarizar procesos con calidad a avalado o certificado al!unos de los recomendaciones y boletines del &P4, a fin de !eneralizar
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su uso en cual*uier país. 3lave aclarar *ue el &P4 es +nicamente valido en el interior de Estados Cnidos. &l!unos países y empresas como Petróleos Qexicanos lo adoptan como su est#ndar. & continuación se enlista una serie de referencias del &P4 *ue tienen certificación 4SF: 4SF ;;; ]uality Systems Specification for ]uality Pro!rams 4SF 8;N??: 8, Petroleum and @atural Has 4ndustries'Treadin!, Hau!in!, and Tread 4nspection of 3asin!, Tubin! and "ine Pipe Tread' Specification, 8st Edition. Based on &P4 Specification /B, Tirteent Edition, 811. 4SF 8;N;/: 8, Petroleum and @atural Has 4ndustries'3areand Cse of 3asin! and Tubin!, 8st Edition. Based on &P4 2ecommended Practice /38, Sixteent Edition, 811. 4SF 8;N;;: 8, Petroleum and @atural Has 4ndustries'$ormulae and 3alculations for 3asin!, Tubin! and 6rill Pipe, and "ine Pipe Properties, 8 st Edition. Based on &P4 Bulletin /3, $ift Edition, 81. 4SF 889;: 89, Petroleum and @atural Has 4ndustries'Steel Pipes for Cse &s 3asin! or Tubin! for [ells, 8st Edition. Based on &P4 Specification /3T, $ourt Edition, 8?. 4SF 8898: 89 , Petroleum and @atural Has 4ndustries'Steel Pipes for Cse &s 6rill Pipe'Specification, 8st Edition, @ovember 89. Based on &P4 Specification /6, Tird Edition, 8?. 4SF 81'8: 89, Petroleum and @atural 4ndustries' Steel Pipe for Pipelines' Tecnical 6elivery 3onditions' Part 8: Pipes of 2e*uirement 3lass &, ?nd Edition, September 89. Based on &P4 Specification /", $ortiet Edition, 8?.
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4SF 81': 8: Petroleum and @atural Has 4ndustries' Steel Pipe for Pipelines' Tecnical 6elivery 3onditions' Part : Pipes of 2e*uirement 3lass 3, 8st Edition, Qarc 89. Based on &P4 Specification /", $ortiet Edition, 8?.
. EJEPLO DE UN DISEÑO: dise(o del pozo ESPF" W9'6, ubicado en el oriente ecuatoriano. "a selección apropiada de las tuberías de revestimiento es un aspecto importante en la pro!ramación, planificación y operaciones de un pozo petrolero. El dise(o óptimo de un revestidor se ase!ura en la selección adecuada y económica de tuberías revestidoras, así como su duración y capacidad de resistencia a las condiciones a encontrar durante la perforación y vida +til del pozo, para lo cual se dan a conocer los conceptos b#sicos del dise(o de revestidores junto con la aplicación del Q)todo de Ensayo y Error con Punto @eutro como parte fundamental en el desarrollo de este trabajo.
IN-ORACIÓN GENERAL DEL POZO 3oordenadas de Superficie 7CTQ<: @orte: ^N1,KKN.9? m Este: ;8,9K.N; m Fbjetivos: ∗
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&rena C 4nferior Principal •
T=6: /N;.18K ft.T=6
•
@orte: ^N,1;.;; m
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•
Este: ;8,9;.?/; m
•
Tolerancia del Fbjetivo: /; pies de radio
Fbjetivos secundarios: _&rena T 4nferiorT=6: 18.18K^T=6
∗
∗
•
@orte: ^N,1/;.99N m
•
Este: ;8,/./1 m
•
Tolerancia del Fbjetivo: /; pies de radio
&rena Oollín 4nferior •
T=6: 8;;/N.18K^T=6
•
@orte: ^N,19N.9?? m
•
Este: ;8,/1.K/9 m
Tolerancia del Fbjetivo: /; pies de radio
PROGRAA DE PER-ORACIÓN El pozo ESPF" W9'6 es un pozo direccional tipo U modificado, con un desplazamiento de ,N98.N19 pies al objetivo principal &rena C 4nferior, ,/?.; pies y ,/K/.88? pies a los objetivos secundarios &rena T 4nferior y Oollín 4nferior respectivamente. El pozo fue perforado en tres secciones:
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Se++&,( #e 1 En esta sección se utilizó el BO& direccional ` 8, donde se realizó el @ud!e /;^, se construyó curva a razón de 8.K/08;;^ asta alcanzar 9 de inclinación en una dirección de K/, se continuó construyendo curva asta alcanzar los 8? de inclinación en una dirección de ;, para lue!o terminar de construir curva a razón de 8./08;;^ asta alcanzar los ?.\ inclinación en una dirección de /K./? y mantener tan!ente de K?./;1^ asta asentar el revestimiento de 8 01, 9;9.NN1^ Q60/99./;9^ T=6. Se++&,( #e 12 Se inició esta sección con el BO& direccional `?, se continuó manteniendo tan!ente, fue necesario se usar el BO& direccional ` para perforar el 3on!lomerado de Tiyuyacu, lue!o se utilizó el BO& ` N para perforar Tena asta el asentar el revestimiento de /01 8/.81^Q60191;.K?^ T=6. Se++&,( #e M Ctilizamos el BO& direccional ` /, para perforar asta el tope de @apo manteniendo tan!ente, a partir del cual se si!uió la tendencia natural a tumbar de las formaciones asta interceptar los objetivos arena C 4nferior Principal, T 4nferior y Oollín 4nferior. DISEÑO DE REVESTIIENTO &l momento de dise(ar el revestimiento del pozo ESPF" W9'6 debemos tomar en cuenta *ue la tubería estar# sometida a tres esfuerzos: a)
E"8uerQ) ! *! Te("&,(, ori!inado por el peso *ue ejerce la
sarta. b)
E"8uerQ) !* C)*!"), ori!inado por la presión de la columna
idrost#tica ejercida acia la tubería. c)
E"8uerQ) !* E"%!**&#), ori!inada por la presión del fluido en el
interior de la tubería.
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Todos estos esfuerzos son considerados en el /%)#) #e e("!0) 0 err)r +)( u(%) (eu%r) el cual se aplica para el dise(o del pozo y *ue compuesto de tres secciones de revestidores: superficial, intermedia y de producción 7liner<. 7El punto neutro es la re!ión por encima de la cual la tubería no sufre pandeo.< "os datos del pozo son: G8 ;.N1psi0ft -ST ?.; <$&3TF2 6E SEHC246&6 6E TE@S4F@ -SC 8.8?/ <$&3TF2 6E SEHC246&6 6E 3F"&PSF -SE 8.; <$&3TF2 6E SEHC246&6 6E EST&""46F L&'&%!+&)(e" Csar un solo !rado de tubería y un solo peso nominal para cada sección. D&"e) Re$e"%&'&e(%) Suer8&+&!* D!%)" 6i#metro externo Y 8 01- 6ensidad del fluido Y 8;.? lp! 67T=6
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7la presión de formación es i!ual al !radiente de fractura multiplicado por la profundidad vertical verdadera< b< 3#lculo de Presión idrost#tica P h = 0.052 × ρ × D (TVD ) P h = 0.052 × 10.2 lb gal × 5627 ft = 2984.56 psi
7la presión idrost#tica es i!ual a ;.;/? multiplicada por la densidad del fluido multiplicada por la profundidad vertical verdadera<
c<
3#lculo de Presión de 3olapso P c = P h * FSC P c = 2984.56 psi * 1.125
=
3357.63 psi
7"a presión de colapso se calcula multiplicando la presión idrost#tica con el factor de se!uridad de colapso< d< 3#lculo de Presión de Estallido P e
=
P f × FSE
P e = 2700.96 psi × 1.0
=
2700.96 psi
7la presión de estallido se calcula multiplicando la presión de formación con el factor de se!uridad de estallido< b< 3#lculo de Profundidad del punto neutro DPN = D ( MD) × [1 − (0.015 × ρ )] DPN = 5990 ft × [1 − 0.015 × (10.2 lb gal ) ] = 5073.56 ft ≈ 5074 ft
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7el punto neutro se calcula multiplicando la profundidad medida en el pozo con 8'7;.;8/ Zla densidad del fluido< ?. Buscamos el tipo de tubería *ue resiste la presión de colapso obtenida. T!b*! .1 C!r!+%er"%&+!" C!"&(> 1 M CW K2 *b8% Elaborado por: -ndrs /orán0 issette ituma, Sep. 1223
OD
ID
9u*>.:
9u*>.:
8.K/
8?.NK
R+ 9"&:
Re 9"&:
R% 9;1XXX*b.:
?1?;
9;
81
"a tubería 3'/, K? lb0ft. resiste una presión al colapso de ?1?; psi. 3omo vemos la presión al colapso obtenida en los c#lculos es mayor a la *ue esta tubería resiste pero siendo la 3'/ de K? lb0ft la de mayor presión al colapso en comparación con las dem#s tuberías usadas para un revestimiento de 8 01- y *ue adem#s consta con la aprobación del &P4, esco!emos esta tubería como la apropiada para el caso. Por otro lado, por ser un revestimiento superficial, el efecto de colapso no afectar# de sobremanera el dise(o a esta profundidad. . 6eterminar el peso total del revestimiento superficial de 8 01- si se corre asta superficie: W tr = DPN × peso nominal W tr
=
5074 ft × 72 lb ft = 365328lb
7 el peso total del revestimiento, el superficial en este caso se calcula multiplicando la profundidad del punto neutro con el peso
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nominal, es decir con lo *ue pesa cada tubería esco!ida 7en este caso se eli!io un casin! de di#metro 8 01- de !rado 3'/ *ue pesa K? lb0ft<< &ora comparamos el valor del peso total obtenido con el valor de la resistencia a la tensión de la tubería esco!ida para determinar si )sta resiste el peso de la sarta: Rt FST
=
1893000lb 2.0
=
946500lb
2t 7resistencia a la tensión, este valor se saca de la tabla<
3omo el valor de
Rt FST
es mayor *ue el de
W tr
entonces la tubería
resiste por tensión y puede ser corrida sin problema asta superficie.
N.
6eterminar la 2esistencia al estallido de la tubería 3'/, K? lb0ft. 6e acuerdo a la tabla .8 la resistencia al estallido de la tubería es 9; psi. y la presión al estallido calculada es ?K;;.9 psi., por lo tanto la tubería resiste por estallido.
/. 6eterminar la cantidad de tubos utilizados en esta sección: tubos
=
5990 ft 40 ft
=
149.75 ≈ 150
7El ` de tubos se calcula dividiendo la profundidad medida del pozo sobre la lon!itud de cada tubo< D&"e) Re$e"%&'&e(%) I(%er'e#&)
C. Arenas
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D!%)" 6i#metro externo Y /01- 6ensidad del fluido Y 8;. lp! 67T=6
8. 3alculamos los factores *ue intervienen en el dise(o: a< 3#lculo de Presión de formación P f
=
G f × D (TVD )
P f = 0.48 psi ft × 8093 ft = 3884.64 psi
b< 3#lculo de Presión idrost#tica P h = 0.052 × ρ × D (TVD ) P h = 0.052 × 10.3 lb gal × 8093 ft = 4334.6 psi
c< 3#lculo de Presión de 3olapso P c = P h × FSC P c = 4334.6 psi × 1.125
=
4876.4 psi
d< 3#lculo de Presión de Estallido P e = P f × FSE P e = 3884.64 psi × 1.0
=
3884 .64 psi
e< 3#lculo de Profundidad del punto neutro DPN = D( MD) × [1 − (0.015 ρ )] DPN = 8675 ft × [1 − 0.015 × (10.3 lb gal ) ] = 7334.5 ft ≈ 7335 ft
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Página 11<
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?. Buscamos el tipo de tubería *ue resiste la presión de colapso obtenida. T!b*! .2 C!r!+%er"%&+!" C!"&(> W M NMX . *b8% Elaborado por: -ndrs /orán0 issette ituma, Sep. 1223
OD
ID
9u*>.:
9u*>.:
.9?/
1.//
R+ 9"&:
Re 9"&:
99?;
K;
R% 9;1XXX*b.: 8?
"a tubería @'1;, /./ lb0ft. resiste una presión al colapso de 99?; psi. por lo consi!uiente, sirve para soportar la presión de colapso calculada. . 6eterminar el peso total del revestimiento intermedio de /01- si se corre asta superficie: W tr
=
DPN × peso nominal
W tr
=
7335 ft × 53.5 lb ft = 392422.5lb
&ora comparamos el valor del peso total obtenido con el valor de la resistencia a la tensión de la tubería esco!ida para determinar si )sta resiste por tensión: Rt FST
=
1329000lb 2.0
=
3omo el valor de
664500lb
Rt FST
es mayor *ue el de
W tr
entonces la
tubería resiste por tensión y puede ser corrida sin problema asta superficie.
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PRODUCCIÓN V-1
N. 6eterminar la 2esistencia al estallido de la tubería @'1;, /./ lb0ft. 6e acuerdo a la tabla .? la resistencia al estallido de la tubería es K; psi. y la presión al estallido calculada es 11N.9N psi., por lo tanto la tubería resiste por estallido.
/. 6eterminar la cantidad de tubos utilizados en esta sección: tubos
=
8675 ft 40 ft
=
216.9
≈
217
D&"e) Re$e"%&'&e(%) #e Pr)#u++&,( 9L&(er: D!%)" 6i#metro externo Y K- 6ensidad del fluido Y 8;. lp! 67T=6< Y 8;8K ft 67Q6< Y ?N;; ft 8. 3alculamos los factores *ue intervienen en el dise(o: a< 3#lculo de Presión de formación P f = G f × D (TVD ) P f = 0.48 psi ft × 10173 ft = 4883.04 psi
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b< 3#lculo de Presión idrost#tica P h = 0.052 × ρ × D(TVD) P h = 0.052 × 10.3 lb gal × 10173 ft = 5448.7 psi
c< 3#lculo de Presión de 3olapso P c = P h
×
FSC
P c = 5448.7 psi × 1.125 = 6129.78 psi
d< 3#lculo de Presión de Estallido P e = P f × FSE P e = 4883.04 psi × 1.0
=
4883.04 psi
e< 3#lculo de Profundidad del punto neutro DPN = D( MD) × [1. − (0.015ρ )] DPN = 2400 ft × [1 − 0.015 × (10.3 lb gal ) ] = 2029.2 ft ≈ 2030 ft
?. Buscamos el tipo de tubería *ue resiste la presión de colapso obtenida. T!b*! . C!r!+%er"%&+!" C!"&(> K NMX 2W *b8% Elaborado por: -ndrs /orán0 issette ituma, Sep. 1223
OD
ID
9u*>.:
9u*>.:
K
9.81N
R+ 9"&: K;?;
Re 9"&: 189;
R% 9;1XXX*b.: KN9
"a tubería @'1;, ? lb0ft. 2esiste una presión al colapso de K;?; psi. por lo consi!uiente, sirve para resistir la presión de colapso calculada
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Página 11=
PRODUCCIÓN V-1
. 6eterminar el peso total del revestimiento de producción 7liner< de K- si se corre asta superficie: W tr = DPN × peso nominal W tr
=
2030 ft × 29 lb ft = 58870lb
&ora comparamos el valor del peso total obtenido con el valor de la resistencia a la tensión de la tubería esco!ida para determinar si )sta resiste por tensión: Rt FST
=
746000lb 2.0
=
3omo el valor de
373000lb
Rt FST
es mayor *ue el de
W tr
entonces la tubería
resiste por tensión y puede ser corrida sin problema asta superficie. N. 6eterminar la 2esistencia al estallido de la tubería @'1;, ? lb0ft.
6e acuerdo a la tabla . la resistencia al estallido de la tubería es 189; psi. y la presión al estallido calculada es N11.;N psi., por lo tanto la tubería resiste por estallido. /. 6eterminar la cantidad de tubos utilizados en esta sección: tubos
C. Arenas
=
2400 ft 40 ft
=
60
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.CAUSAS ÁS COUNES DE -ALLAS EN LOS TUBOS
4napro 4napropia piada da selecc selección ión del tubo tubo para para la profun profundid didad ad y las presio presiones nes encontradas. 4nsuficiente inspección del cuerpo del tubo o roscas. 6a(os durante el manipuleo y0o y 0o transporte. Qala pr#ctica de operación de bajada o extracción de los tubos del pozo. 2oscas mal ma*uinadas. Cso de cuplas de reemplazo de fabricantes no acreditados. 6escuidos en el almacenamiento de los tubos. Cso de !rasas no adecuadas, o diluidas o sucias. Esto puede provocar en!rane de las roscas. Tor*ue Tor*ue en exceso para forzar la bajada del tubo al pozo. Qartillado de las cuplas, especialmente en tubing. 6es!aste interno de tubing por la acción de la varilla de bombeo. $ati!a, especialmente en el tubing. & menudo se producen fallas en el +ltimo filete de rosca enroscado. @o ay manera de evitarla5 sí se podría retardar utilizando uniones y procedimientos de operación adecuados.
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Página 1;:
Exceso Exceso de tensió tensión, n, supera superando ndo el límite límite de fluenc fluencia ia del material material o la resistencia de la unión. 2otac 2otación ión en el interi interior or del casing. El fijado del casing con una tensión inadecuada inadecuada lue!o de cementar cementar es es una de las causas m#s comunes de falla. 6es!aste por rotación de barras de sondeo, especialmente en pozos con desviaciones o doglegs. Pandeo del tubo en zonas no cementadas si adem#s se dejó la tubería asentada. Enros*ues o desenros*ues en tiros dobles o triples. 3aída de la columna, a+n a una distancia corta. "a p)rd p)rdid idaa de flui fluido do de las las cone conexi xion ones es debi debido do a pres presió ión n inte intern rnaa o exte ex terrna es una una caus causaa com+ com+n n y pued puedee deber eberse se a las las si!u si!uiient entes condiciones: "a !rasa no corresponde a la especificada, o est# diluida o sucia o no omo!eneizada. 2oscas sucias. 2oscas en!ranadas debido a suciedad, mal enros*ue, roscas da(adas, alta velocidad de enros*ue, sobretor*ue, movimiento lateral del tubo durante el enros*ue. 2oscas mal ma*uinadas. Tracción Tracción demasiado r#pida de la columna. 6ejar caer la columna.
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Excesivos enros*ues y desenros*ues. 3olocar la llave muy alta sobre el tubo.7Esto provoca una flexión *ue tiende a en!ranar las roscas.< 4nadecuado tor*ue de enros*ue de la cupla. <a ovalidad del casing. Procedimiento inadecuado de fijado de la tubería. 7Esto produce tensiones en la unión *ue podrían exceder el límite de fluencia del material.<
/.' 2E3FQE@6&34F@ES: Se debe considerar los problemas durante la perforación, condiciones del pozo, profundidades de asentamiento, la temperatura y presión al dise(ar una lecada de cemento. Para realizar el dise(o de las Tuberías de 2evestimiento de un pozo se debe tomar en cuenta los factores limitantes *ue presenta la compa(ía operadora como stoc% de tubería y costos por lo *ue es necesario realizar un dise(o *ue no solo cumpla con las exi!encias t)cnicas re*ueridas sino con las condiciones de la Empresa interesada.
Tambi)n se deben tomar en cuenta las si!uientes recomendaciones: 8. Qanipular los tubos con suavidad, con los protectores de rosca colocados. ?. 4dentificar las conexiones y los accesorios. &se!urarse de *ue sean compatibles.
C. Arenas
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. Planificar previamente las operaciones a realizar. N. 3ontrolar el e*uipamiento a ser utilizado en la operación. 3ontrolar la alineación del aparejo respecto del pozo. /. "impiar los tubos e inspeccionarlos visualmente. 9. 2einstalar los protectores limpios antes de *ue los tubos sean levantados acia la boca del pozo, o usar protectores especiales. K. Ctilizar compuesto lubricante &P4 para roscas 7&P4 /&<. 1. 2ealizar el acople con sumo cuidado. En conexiones con sello met#lico se deber# utilizar !uía de embo*ue tanto en la bajada como en la extracción de la columna. . Ctilizar la velocidad de rotación 7r.p.m.< adecuada, de acuerdo con las recomendaciones. 8;. &justar por tor*ue'posición las uniones &P4. Ctilizar el tor*ue adecuado, de acuerdo con las recomendaciones para otras uniones. 88. 3ontrolar *ue todos los instrumentos de medición est)n calibrados 7tor*uímetro, indicador de peso, etc.<. 8?. &se!urarse de *ue la tensión aplicada sobre el tubo o la conexión est) dentro de los límites de resistencia de los mismos. Csar factor de se!uridad.
C. Arenas
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