UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Diseño de Revestimientos (casing) Leer Applied Drilling Engineering, Cap. 7
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Objetivo del capitulo -
-
Entender las funciones básicas del casing Reconocer los diferentes tipos de sartas de casing que se usan Entender los procedimientos usados en el diseño de sartas de casing Diseño básico para seleccionar el tamaño, grado, conectores y profundidades de asentamiento teniendo consideraciones ingenieriles y económicas 2
Diseño de Revestimientos Que es casing ? Porque bajar tubería de revestimiento? Tipos de sarta de revestimiento? Clasificación de tubería de revestimiento Cabeza de Pozos (Wellheads) Diseño por Estallido, Colapso y Tensión Ejemplo Efecto de la tensión en la resistencia al colapso . Ejemplo 3
¿Que es Casing ? Tubería de diámetro exterior menor que el diámetro del hoyo perforado y diámetro interior mayor que cualquier sarta que se introduzca en ella, que se baja al hoyo y se cementa en el anular parcial o totalmente. En castellano se le denomina también Revestidor, Tubería de Revestimiento (TR), Forros.
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Casing
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Casing Porque Bajar casing?
Casing
Cement 1. Para prevenir que el hoyo se erosiones, se desestabilice o se hinche
2. En tierra – para prevenir que las arenas de agua fresca se contaminen. 3. Para proveer una conexión adecuada para las conexiones de la cabeza de pozo 6
Diseño de Casing - Porque bajar casing ?, ….. continuación 3.Para prevenir la migración del agua a las formaciones productivas 4. Para confinar la producción en el hoyo y un canal adecuado para producir el pozo. 5. Para controlar las presiones durante la perforación 6. Para proteger las formaciones de agua fresca, aislar las zonas de perdidas de retorno, o aislar formaciones con gradientes de presiones significativamente diferentes. 7
Diseño de Casing - Porque bajar casing, ….. continuación 6.
Para proveer un ambiente aceptable a los equipos de subsuelo en la producción del pozo.
7.
Para mejorar la probabilidad de alcanzar con éxito la profundidad total programada. Ejm. Se necesita un peso del lodo de 14 ppg para controlar una zona inferior, pero un zona superior se fractura con un peso de lodo de 12 ppg. ¿Que se debe hacer ? 8
Fabricación del casing (1 de 2) Se entiende por acero la aleación de hierro y carbono en la que el porcentaje de carbono no supera el 2% en peso[2]. Porcentajes mayores que el 2% de carbono dan lugar a las fundiciones y aleaciones con muy pequeña cantidad de carbono se denominan hierro dulce o simplemente hierro. La diferencia fundamental entre ellos es que los aceros son, por su ductilidad, fácilmente deformables en caliente bien por forja, laminación o extrusión, mientras que las fundiciones se fabrican generalmente por moldeo —de hecho al acero también se le ha venido conociendo como «hierro forjable» y a la fundición «hierro colado» en virtud de la técnica más favorable para trabajar el material—; igualmente el acero se distingue del hierro dulce en que aquél puede templarse adquiriendo extraordinaria dureza mientras que el hierro dulce (blando y dúctil aunque resistente) no puede endurecerse mediante dicho procedimiento, incluso a este estado endurecido del acero se le llamó y aún llama «acritud» por contraposición a la «dulzura» natural del hierro
. 9
Fabricación del casing (2 de 2) Proceso sin Costura. Taladrar en caliente lingotes de acero Soldadura con resistencia eléctrica. (ERW) Proceso continuo de doblado y soldado con un arco eléctrico de una hoja continua de acero Soldadura Flash eléctrico. Proceso de un solo acto en el cual se dobla y suelda simultáneamente una hoja de dimensiones predeterminada del tubo a fabricar. Aceros blandos 0.3 % carbón Normalizado con una pequeña cantidad de manganeso Templado (quenching) Revenido (Tempering)
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Procesos con Calor de los aceros Normalizado (Normalized)? Templado (quench)? Revenido (Tempered)?
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Normalizado (1 de 3) El normalizado es un tratamiento térmico que se emplea para dar al acero una estructura y unas características tecnológicas que se consideran el estado natural o inicial del material que fue sometido a trabajos de forja, laminación o tratamientos defectuosos. Se hace como preparación de la pieza para el temple
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Normalizado (2 de 3) El procedimiento consiste en calentar la pieza entre 30 y 50 grados centígrados por encima de la temperatura crítica superior (723°C a 1147°C), tanto para aceros hipereutectoides, como para aceros hipoeutectoides, y mantener esa temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformación completa en austenita. A continuación se deja enfriar en aire tranquilo, obteniéndose una estructura uniforme. Con esto se consigue una estructura perlítica con el grano más fino y más uniforme que la estructura previa al tratamiento, consiguiendo un acero más tenaz. Es lo que llamamos perlita fina (observar un diagrama TTT, de la fase austenita y posteriormente realizar una isoterma a una temperatura determinada).
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Normalizado (3 de 3) Factores que influyen La temperatura de cristalización no debe sobrepasar mucho la temperatura crítica. El tiempo al que se debe tener la pieza a esta temperatura deberá ser lo más corto posible. El calentamiento será lo más rápido posible. La clase y velocidad de enfriamiento deberán ser adecuados a las características del material que se trate
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Templado (1 de 2) El temple es un tratamiento térmico al que se somete al acero, concretamente a piezas o masas metálicas ya conformadas en el mecanizado, para aumentar su dureza, resistencia a esfuerzos y tenacidad. El proceso se lleva a cabo calentando el acero a una temperatura aproximada de 915°C en el cual la ferrita se convierte en austenita, después la masa metálica es enfriada por lo general rápidamente (salvo algunos caso donde el enfriamiento es "lento" aceros autotemplables), sumergiéndola o rociándola en agua, en aceite , aire positivo o en otros fluidos o sales. Después del temple siempre se suele hacer un revenido.
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Templado (2 de 2) Es uno de los principales tratamientos térmicos que se realizan y lo que hace es disminuir y afinar el tamaño del grano de la alineación de acero correspondiente. Se pretende la obtención de una estructura totalmente martensítica. Se basa en calentar la pieza a una temperatura comprendida ente 700 ºC y 1000 ºC, para luego enfriarla rápidamente controlando el tiempo de calentamiento y de enfriamiento. 16
Revenido (1 de 7) El revenido es un tratamiento térmico que sigue al de templado del acero. Tiene como fin reducir las tensiones internas de la pieza originadas por el temple o por deformación en frío. Mejora las características mecánicas reduciendo la fragilidad, disminuyendo ligeramente la dureza, esto será tanto más acusado cuanto más elevada sea la temperatura de revenido [editar]
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Revenido (2 de 7) Características generales del revenido Es un tratamiento que se da después del temple Se da este tratamiento para ablandar el acero Elimina las tensiones internas La temperatura de calentamiento está entre 150 y 500 ºC (debe ser inferior a AC1, porque por encima se revertiría el temple previo) El enfriamiento puede ser al aire o en aceite
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Revenido (3 de 7) Fases del revenido El revenido se hace en tres fases: Calentamiento a una temperatura inferior a la crítica. Mantenimiento de la temperatura, para igualarla en toda la pieza. Enfriamiento, a velocidad variable. No es importante, pero no debe ser excesivamente rápido. 19
Revenido (4 de 7) Calentamiento El calentamiento se suele hacer en hornos de sales. Para los aceros al carbono de construcción, la temperatura de revenido está comprendida entre 450 a 600°C, mientras que para los aceros de herramientas la temperatura de revenido es de 200 a 350°C. En esta fase la Martensita a la que se llega con el temple expulsa el exceso de carbono 20
Revenido (5 de 7) Mantenimiento de la temperatura La duración del revenido a baja temperatura es mayor que a las temperaturas más elevadas, para dar tiempo a que sea homogénea la temperatura en toda la pieza
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Revenido (6 de 7) Enfriamiento La velocidad de enfriamiento del revenido no tiene influencia alguna sobre el material tratado cuando las temperaturas alcanzadas no sobrepasan las que determinan la zona de fragilidad del material; en este caso se enfrían las piezas directamente en agua. Si el revenido se efectúa a temperaturas superiores a las de fragilidad, es conveniente enfriarlas en baño de aceite caliente a unos 150°C y después al agua, o simplemente al aire libre. 22
Revenido (7 de 7) Revenido del acero rápido Se hace a la temperatura de 500 a 600°C en baño de plomo fundido o de sales. El calentamiento debe ser lento, el mantenimiento del caldeo será por lo menos de media hora; finalmente se deja enfriar al aire. Dos revenidos sucesivos mejoran las características mecánicas y las de corte de los aceros rápidos. 23
Temperaturas de tratamiento del acero
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Tipos de tubería de Revestimiento (Por su uso) 1. Casing de Maniobra o Tubería estructural {Gulf Coast and offshore only} 150’-300’ Debajo de la línea de retorno (mudline).
2. Tubería Conductora 100’ - 1,600’ (Debajo de la línea de retorno)
3. Tubería de superficie 2,000’ - 4,000’ (Debajo de la línea de retorno)
Diámetro
Ejemplo
16”-60”
30”
16”-48”
20”
8 5/8”-20”
13 3/8” 25
Tipos de tubería de Revestimiento Diameter
4. Casing Intermedio 5. Sarta de Producción
7 5/8”-13 3/8” 4 1/2”-9 5/8”
Example
9 5/8” 7”
6. Liner(s) (Intermedio y de Producción)
7. Sarta de Tubing (s) 26
Ejemplo de Tamaño de hoyos y de tubulares en (in) Tamaño de Hoyo
Tamaño de tuberia
36‖ 26‖
Casing Estructural Casing Conductor
17 1/2
Casing de Superficie
13 3/8
Casing Intermedio
9 5/8
12 1/4 8 3/4
Liner de Producción
30‖ 20‖
7 27
Ejemplo de Tamaño de hoyos y de tubulares en (in) Tamaño de Hoyo
Tamaño de tuberia
36‖ Casing Estructural 26‖ Casing Conductor
30‖ 20‖
17 1/2 Casing de Superficie 13 3/8
12 1/4 Casing Intermedio 8 3/4 Liner de Producción
9 5/8 7 28
Ejemplo de Tamaño de hoyos y de tubulares en (in) Casing Estructural
Mudline
Sarta Conductor 250’ 1,000’
4,000’
Csg de Superficie Sarta Intermedia Liner de Producción 29
Estructural Conductor marino o tubo base de equipos costa afuera Para prevenir la erosión de formaciones no consolidadas en superficie Provee un sistema de circulación del lodo y asegura la estabilidad de la tierra bajo el equipo No lleva ningún tipo de cabezal Puede pilotearse en la tierra con un martillo 30
Conductora Conduce el fluido hacia las zarandas Evita la erosión del hoyo debajo del equipo Se puede colocar Diverter Apoyo estructural para los siguientes revestimientos
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Casing de superficie Previene derrumbe de formaciones superficiales no consolidadas Evita contaminación de acuíferos superficiales Permite instalar los BOPS En Muchos casos esta regulado por el gobierno. Es un apoyo y protección de los otros revestimientos y debe estar en una roca competente Profundidad varia entre 300 a 5000 pies
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Casing intermedio (1 ó 2) Depende de la profundidad final del pozo y de la geología especifica del área. Revestimiento que cubre: Zonas inestables (lutitas, arenas) Zonas de subpresiones (perdida de circulación) Zonas de presiones anormales Zonas problemáticas (con alto dogleg etc.)
Pueden ser sartas completas o Liners
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Casing de producción Cruza el intervalo productivo los aísla y permite producción selectiva. Es el sumidero de la formación productiva y provee control de fluidos del reservorio. Protege el medio ambiente conteniendo los fluidos de producción Pueden ser Tubería a superficie o también Liner Puede usarse para producir el pozo en vez del tubing. 34
Liner Pueden ser intermedios Pueden ser de producción No llegan a superficie. Están colgados en alguna parte del casing intermedio. Pueden extenderse (Tie back). Es mas barato que un csg completo Es menos peso para el cabezal en superficie Necesita un traslape (Overlap) No protege el desgaste del casing intermedio 35
Tipos de Liners Production liners Tie back liners (extension hacia arriba de un liner existente a la superficie o no) Scab liners (Usa packers) Sca-tie-back-liners (usa Packers y se extiende desde un liner existente) 36
Liner Hanger
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Liner Hanger Abierto en Superficie
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Clasificación de La tubería de revestimiento (Casing) 1. Diámetro externo del casing (Ej.. 9 5/8‖) 2. Espesor de pared
(Ej.. 1/2‖)
3. Grado del material
(Ej. N-80)
4. Tipo de Rosca y cople
(Ej. API LCSG)
5. Longitud de cada junta (Rango) (Ej. Rango 3) 6. Peso Nominal (Promedio Peso/pie cople )
incluido . Peso del (Ej. 47 lb/ft) 41
Diámetro Externo y Espesor de pared
42
s
e
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Yield strength : La habilidad de un metal de tolerar una fuerza gradual y progresiva si sufrir una deformación permanente. Casing Grade : Una medida estandarizada de las propiedades de resistencia del revestimiento. Desde que la mayoría de los revestimientos en los campos petroleros son aproximadamente de la misma química (generalmente acero) y difieren solo en el tratamiento térmico aplicado, El sistema de grados nos da para estandarizar la resistencia del revestimiento que se fabricara y se usara en los pozos. La primera parte de la nomenclatura, una letra, se refiere a la resistencia a la tensión. La segunda parte de la designación, un numero, se refiere a la resistencia mínima a la cedencia del metal (después de un tratamiento térmico) a 1000 psi [6895 KPa]. 44
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Grados de casing reconocidos por API API H40.
Carbon steel. Strength characteristics given by normalizing (heat to 1650°F and air cooling). Suitable for H2S service at all temperature for tubing up to 80,000 lbs minimum yield strength or for all tubing above 175°F.
API J55.
Carbon steel. Strength characteristic given by normalizing (heat to 1650°F and air cooling ) Suitable for H2S service at all temperatures.
API K55.
Carbon steel. Strength characteristic given by normalizing (heat to 1650°F and air cooling ) Suitable for H2S service at all temperatures.
J and K.
Have same minimum yield strength (55,000 psi) but J has an ultimate tensile strength (UTS) of 75,000 psi and K has a UTS of 95,000 psi. The UTS is what dictates the connection strength and so API gives higher tension values for K55 pipe. Note that for most other steel grades, the ratio of minimum yield to UTS is 1.36 but for K55 it is 1.7727.
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Grados de casing reconocidos por API API L80. Carbon steel. Suitable for H2S service at all temperatures. API L80 13 Cr. Alloy Steel with 13% chromium. Suitable for CO2service. Susceptible to handling damage, galling and work hardening.
API N80.
Carbon steel. Quenched and tempered to produce a fully martensitic crystal structure; gives higher strength, reduced carbon, and minimizes austenite structure to reduce susceptibility to sulfide stress corrosion cracking. Suitable for H2S service at temperatures over 150°F
L and N.
Have the same minimum yield strength (80,000 psi) but L has an ultimate tensile strength of 95,000 and N has a UTS of 110,000 psi. The UTS id what dictates the connection strength and so API gives higher tension value for N80 pipe.
API C75/90/95. Carbon steel. Quenched and tempered to produce a fully martensitic crystal structure; gives higher strength, reduced carbon, and minimizes austenite structure to reduce susceptibility to sulfide stress corrosion cracking. C75 can be used for H2S service at all temperatures, C95 at temperatures over 150°F.
API P105/110. High strength steel. Suitable for H2S service only above 175°F
API V150.
High Strength steel. Minimum yield stress 150,000 psi. Not suitable for H2S services.
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Longitud de las juntas de casing
RANGO
1
16-25 ft
RANGO
2
25-34 ft
RANGO
3
> 34 ft.
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Hilos de Casing y Coples API Hilo redondo - Corto
{ CSG or STC }
API Hilo redondo - largo
{LCSG or LTC}
Buttress
{ BCSG or BTC}
Extreme line
{ XCSG or XTC}
Otros (No API) …
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Conexión API 8 Hilos Redondos
CSG LCSG
Tensile strength of the joint Joint Efficiency = ------------------------------------------ < 100% Tensile strength of the pipe body
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Conexión API Buttress
BCSG Eficiencia = 100%
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Buttress Thread
53
Buttress Thread
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Conexión API Extreme Line
XCSG
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Hilos NO API Características Especiales Flush-Joints para máximo espacio anular (Sin upset o recalque) Contornos internos más suaves entre conexiones para reducir la turbulencia Diseño de hilos para un rápido enrosque y con tendencia baja a que estos hilos se crucen. Sello metal-metal múltiple para mejorar resistencia a la presión en las conexiones. Hombros múltiples para mejorar la resistencia al torque. Alta resistencia a la compresión para situaciones especiales de carga. Diferentes aleaciones Anillos ―resilient‖ para sellos secundarios de presión y protección de corrosión de las conexiones. 56
Press. Gauge
Wing Valve
X-mas Tree Choke Box
Master Valves
Wellhead • Hang Csg. Strings • Provide Seals • Control Production from Well
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Well Heads En tierra: Debajo del Piso de trabajo
En plataforma: Debajo del Piso de trabajo
En Equipo Flotante En el lecho marino
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Funciones de Los Well Heads Soportar el peso de la sarta de revestimiento Sellar herméticamente el anular entre sartas de revestimiento sucesivo en la superficie Permitir el acceso a los anulares entre las sartas. Actuar como interfase entre las sartas de revestimiento el conjunto de BOPs
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Diagrama de un well head convencional Seccion “C”
Seccion “B”
Seccion “A”
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Wellhead
Sección “B”
Sección “A”
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Wellhead Sección “C”
Sección “B”
Sección “A”
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Wellhead - Sección A
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Well Heads Inconvenientes de los Well heads convencionales Excesivo tiempo de armado de los spools, carretel, o carrete Demasiado sellos en cada elemento que aumenta las posibilidades de falla por fuga Los BOPs deben de removerse cada vez que se instala el siguiente carrete Es necesario grandes espacios, los cuales podrian no estar disponibles en las plataformas en costa afuera.
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Casing design
BASES PARA EL DISEÑO DE CASING
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Apuntes para diseño de casing El Ingeniero de pozo debe diseñar el casing para soportar una variedad de esfuerzos tal como colapso, estallido, tensiones de falla, así como salmueras químicamente agresivas. Y el mas económico La mayoría de las juntas de TR son fabricadas con conexión roscada tipo macho en cada extremo y para conectarlas una con otra se usan pequeños acoples roscadas tipo hembra y la otra posibilidad es que cada junta sea fabricada con un extremo roscado tipo macho y el otro extremo roscado tipo hembra.
La operación en la cual el casing se coloca dentro del pozo se denomina comúnmente ―bajando‖ o ―corriendo casing‖. El Casing generalmente se fabrica con acero al carbón el cual es tratado con calor para variar su resistencia, pero puede fabricarse especialmente con acero inoxidable, aluminio, titanio, fibra de vidrio u otros materiales 69
Esfuerzos a los que esta sometido el casing Tensión Colapso Estallido Torsión Flexión Acción química 70
Propiedades de Desempeño para diseño de una sarta Resistencia a la tensión Axial Resistencia al colapso Resistencia al estallido
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Pasos en el Proceso de diseño de sarta de casing
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Selección de profundidades de Casing
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Abnormal
Normal Pore Pressure 0.433 - 0.465 psi/ft
Abnormal Pore Pressure gp > normal 75
Design from bottom
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Algunas consideraciones para determinar la profundidad de sentado (1)
perfil de presiones cuando se esta circulando una intrusión vs. fractura
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Algunas consideraciones para determinar la profundidad de sentado
Zonas sensibles (salud, medio ambiente) Aislar zonas débiles Aislar zonas de perdidas de circulación Aislar zonas problemáticas tales como lutitas inestables o carbón Si es direccional u horizontal, profundidades de aterrizaje. 78
Factores de diseño de Casing Factor de Diseño API Los Factores de Diseño son esencialmente ―Factores de Seguridad‖ que nos permiten hacer el diseño de sarta de revestimiento seguro y confiable. Cada operador puede tener su propio juego de factores de diseño, basado en su experiencia y las condiciones de la tubería.
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Factores de diseño tipicos Se Requiere
Para Diseñar
Colapso 1.125 10,000 psi
11,250 psi Tension
1.800
100,000 lbf
180,000 lbf Estallido 1.100
10,000 psi
11,000 psi 80
Factores de diseño de Casing Esto significa, que, si se necesita diseñar una sarta donde la Fuerza de Tensión Máxima esperada es de 100,000 lbf, se seleccionara una tubería que pueda manejar 100,000* 1.8 = 180,000 lbf en tensión. TODAS las tablas, muestran valores de las resistencias a los esfuerzos SIN Factores de seguridad. 81
Diseño de Casing Tension
Tension Profundidad Estallido Colapso
Colapso Esfuerzos Estallido: Estallido Colapso: Tensión:
Asumir presión total del reservorio en todo el pozo. La presión Hidrostática aumenta con la profundidad Esfuerzo de Tensión por al peso es máximo en el tope 82
Diseño de Casing A menos que se especifique de otra manera en un problema particular, también asumiremos los siguiente. Condiciones Mas Extremas Posibles 1. Para Diseño por Colapso, asumir que el revestimiento esta vacío interiormente (p = 0 psig)
2. Para Diseño por Estallido, asumir que no hay fluido ―soporte‖ en el exterior del revestimiento (p = 0 psig) 83
Diseño de Casing “Condiciones Mas Extremas Posibles”, continuación
3. Para Diseño por Tensión, Suponer que no hay efecto de Flotabilidad 4. Para Diseño por Colapso, Suponer que no hay efecto de flotabilidad La tubería de Revestimiento (TR) debe diseñarse para soportar las condiciones esperadas en Estallido, Colapso y Tensión. Las condiciones anteriores son bastante conservativas. Estas también son simplificadas para una fácil comprensión de los conceptos básicos. 84
Casing Design - Tension
Falla del cuerpo del tubo
Peso de la Sarta.
Falla de la Junta
Peso de la Sarta 85
Diseño de Casing - Colapso Colapso (de una presión exterior)
Presión exterior que trata de vencer la resistencia del las paredes del tubo Según el API 5C3 hay 4 regímenes de colapso Es una función de la relación D/t
La presión de Colapso es afectada por los esfuerzos axiales 86
Diseño de Casing - Colapso
87
Regimenes de Colapso Yield Strength Collapse Plastic Collapse Transition Collapse Elastic Collapse
88
Regimenes de Colapso Yield strenght Collapse Basado en la cedencia de la pared interna No representa exactamente la presión de colapso Para paredes gruesas D/t < 15 el esfuerzo tangencial excederá la resistencia a la cedencia antes que ocurra la falla inestable de colapso
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Regimenes de Colapso Colapso plástico Basado en datos empíricos del test 2488 a los revestimientos sin costura, grados K55, N80 y P110 Tiene 95% de confianza que 99.5% de todos los tubos con especificaciones API fallaran a una presión mas alta que la presión de colapso plástica. Los factores A, B, y C y el rango aplicable D/t en la ecuacion del colapso se muestran en una tabla.
90
Regimenes de Colapso Colapso de transición Se obtiene por una curva numérica que encaja ente el régimen plástico y el régimen elástico. Los factores F y G y y el rango aplicable D/t para la presión de colapso de transición se muestran en una tabla.
91
Regimenes de Colapso Colapso Elástico Basado en una teorética falla por inestabilidad elástica Este criterio es independiente de la resistencia a la cedencia Aplicable para tubos de paredes delgadas (D/t >25) La mayoría de los tubulares en el campo fallan en los regimenes de transición y plástico
92
Regimenes de Colapso
93
Colapso Algunos factores de fabricación o manipuleo adicionales que afectan la resistencia al colapso son: Ovalidad Esfuerzos Residuales Excentricidad
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Presion de Colapso Los siguientes factores son importantes: La resistencia a la presión de colapso de un tubo depende de los esfuerzos axiales Hay varios tipos de falla por colapso
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Presion de colapso Hay cuatro tipos diferentes de presión de colapso, cada uno con su propia ecuación para calcular la resistencia al colapso: Esfuerzo de cedencia al colapso
Colapso Plástico Transición al colapso Colapso Elástico 96
Diseño de Casing Estallido (por presión Interna) Internal Yield Pressure for pipe Internal Yield Pressure for couplings Internal pressure leak resistance
p
Presión Interna
p
97
Casing Design - Burst Ejemplo 1 Diseñar un Csg de 7‖. Sarta a 10,000 ft. Gradiente de presión poral:= 0.5 psi/ft Factor de Diseño , Ni=1.1 Diseñar solo por Estallido. 98
Ejemplo de Estallido 1. Calcular la presión de reservorio Probable.
pres
psi 0 .5 * 10,000 ft 5,000 psi ft
2. Calculate required pipe internal yield pressure rating
pi pres * Ni 5,000 * 1.1 5,500 psi 99
Ejemplo 3. Seleccionar el peso y grado de casing apropiado tomado de una tabla: Presión de estallido requerida = 5,500 psi 7‖, J-55, 26 lb/ft has BURST Rating of 4,980 psi 7‖, N-80, 23 lb/ft has BURST Rating of 6,340 psi 7‖, N-80, 26 lb/ft has BURST Rating of 7,249 psi Usar N-80 Csg., 23 lb/ft 100
101
102
103
23 lb/ft 26 lb/ft
N-80
104
Diseño de Casing Presión Colapso- Con esfuerzo axial 1. 1/ 2 2 SA S A 0.5 YPA YP 1 0.75 YP YP YPA = Resistencia a la cedencia equivalente de un tubo bajo carga axial. psi YP = Resistencia a la cedencia mínimo de la tubería, psi SA = Carga Axial, psi (La carga es positiva) 105
Diseño de Casing - Colapso 2. Calcular D/t para determinar la ecuación adecuada para usarse en el calculo de la presión de colapso
Resistencia a la cedencia por Colapso
Colapso Plástico:
PYP
D 1 t 2 Yp D 2 t
A Pp Yp B C D t 106
Diseño de Casing - Colapso, continuación Transición Al Colapso:
Colapso Elástico:
F PT Yp G D t
PE
46.95 X10 6 D D 1 t t
2
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Diseño de Casing - Colapso Si la tension axial es Cero: Yield Strength
Plastic
Transition
Elastic
J-55
14.81
25.01
37.31
N-80
13.38
22.47
31.02
P-110
12.44
20.41
26.22
(D / t ) 108
109
110
Ejemplo 2 Determine la resistencia al colapso de una TR 5 1/2‖ D.E, 14.00 #/ft J-55 bajo carga axial Cero.
1. Calcular la razón D/t :
D 5.500 22.54 1 t 5.500 5.012 2 From Halliburton book 111
Ejemplo 2 2. Revisar el modo de colapso
D 22.54 t
En la Tabla en p.35 (arriba) muestra que para el tubo J-55 , con 14.81 < D/t < 25.01
El modo de falla es Colapso Plástico.
112
Example 2 El Colapso plástico se calcula de: A Pp Yp B C D/t 2.991 55,000 0.0541 1,206 22.54 Pp 3,117 psi
Halliburton Tables rounds off to 3,120 psi 113
Example 3 Determine la resistencia al colapso de un casing de 5 1/2‖ O.D., 14.00 #/ft, J-55 bajo una carga axial de 100,000 lbs La tensión axial reducirá la presión de colapso de la manera siguiente: YPA
SA 1 0.75 Y p
2
SA 0 .5 Y p
YP
FA 100,000 SA 24,820 psi Area 5.52 5.012 2 4
114
Ejemplo 3.. S S Y 1 0.75 0.5 Y Y continuación La Tensión axial reducirá la capacidad de presión de colapso a: 2
A
A
p
p
PA
YPA
YP
2 24,820 24,820 1 0.75 0 .5 55,000 55,000 55,000
38,216 psi
Aquí la carga axial disminuye la capacidad de la tubería J55 a una capacidad equivalente de “J-38.2” 115
Ejemplo 3 …- Continuacion A Pp YPA B C D/t 2.945 2 38,216 4.557 x10 700.43 2,551 22.54 Pp 2,550 psi
… comparado con 3,117 psi sin esfuerzo axial.. ! 116
117
118
