criterio de diseño de tubería

8/17/2019 Criterio de Diseño de Tubería

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Criterio de Diseño de Tubería:

Diseño Uniaxial:

El efecto uniaxial asume que no existen cargas axiales (tensión o compresión) y únicamente

se aplican cargas de presión y colapso. Bajo esta premisa analizaremos los efectos

causados por la presión interna, presión de colapso y tensión.

Presión interna (presión de ruptura)

Cuando la tuer!a est" expuesta a una presión interna mayor que la externa se dice que la

tuer!a est" sometida a una presión de ruptura o de estallamiento. #a resistencia de una

tuer!a al estallamiento dada por el $%& est" asada en la ecuación de Barlo', donde utiliza

el .*+ del alor de cedencia al permitir una tolerancia en el espesor de pared de menos

-.*+, como se muestra a continuación/

#a carga de tensión est" representada en el siguiente diagrama, donde se aplica una fuerza01 misma que es contrarrestada por la resistencia del tuo 21. #a resistencia de la tuer!a se

otiene con la expresión que se muestra en la figura.



Colapso:

El colapso est" definido como la fuerza externa aplicada a una tuer!a, este fenómeno es

m"s complejo que la presión interna y tensión. Cuando una tuer!a est" expuesta a una

presión externa muc3o mayor que la presión interna, se dice que la tuer!a est" expuesta a

una presión de Colapso. El esfuerzo de colapso es primordialmente una función del esfuerzode cadena del material, de su relación de espesor 45t y de su esfericidad. El $%& en su

olet!n +C6 estalece cuatro tipos de colapso/

• Colapso de candencia

• Colapso pl"stico

• Colapso de transición

• Colapso el"stico



Diseño por Cargas Biaxiales:

#a resistencia al colapso referenciada por el faricante de la tuer!a, es dada para las

condiciones en las cuales esta se encuentra ajo cero cargas axiales. En las condiciones

reales de operación, cada sección de tuer!a de reestimiento est" sujeta a la acción

cominada de presiones externas e internas y cargas axiales deido a su propio peso o al

peso de las secciones inferiores de diferentes tuer!as. $s! como el efecto de colapso en latuer!a representa una adición de tensión axial, tiene tami7n el mismo efecto como una

reducción en la resistencia a la cedencia del material. %or tal razón la resistencia a la

cedencia (8pa) de un esfuerzo axial para un grado equialente est" dado por/

Y pa=[√(1−0.75( σ a

YP2 ))−0.5 ( σ a

YP )]YP

σ a= carga axial

areatransversal

4onde/

σa 9 esfuerzo axial, psi

8% 9 m!nima resistencia a la cedencia de la tuer!a, psi

8pa 9 resistencia a la cedencia para un grado equialente en presencia de un esfuerzo axial,

psi

Procedimiento para determinar la resistencia al colapso bajo cargas biaxiales

%ara determinar la resistencia al colapso de la tuer!a, se requiere dos c"lculos principales.

%rimero, determinar la resistencia a la cedencia del material cuando se encuentra ajo

tensión. :egundo, usar este alor calculado de resistencia a la cedencia para determinar la

resistencia al colapso del material para un modo de falla. $ continuación se detalla el

procedimiento utilizado/

-. 4eterminar el esfuerzo axial (σa) soportado por la sección de tuer!a en ealuación.

. 4eterminar la resistencia a la cedencia de un grado equialente en presencia de un

esfuerzo axial, 8pa. Bajos cero carga axiales, el alor de 8pa es igual al alor de

resistencia dado por las talas $%& suministradas por los faricantes.;. 4eterminar la relación 45t para la sección de tuer!a en ealuación.<. Calcular los factores $, B, 0, = y C, determinar el rango para el cual 45t es aplicale

(0igura -).*. 4e los c"lculos anteriores determinar el modo de falla por colapso a aplicar y la ecuación

a utilizar para el c"lculo de la resistencia reducida de colapso.



4onde/

$ 9 .> ? @.-@>Ax-@>8% ? @.-;@-x-@-@8% @.*;-;x-@->8%;

B 9 @.@>;; ? @.*@>@Ax-@>8%

C 9 <>*.A; ? @.@;@>8% @.-@<;x-@8% ? @.;>AAx-@-;8%;

F =

46.95 x106( 3

B

A

2+B

A)3

[YP( 3 B

A

2+B

A

−B

A )(1−3 B

A

2+B ⁄ A )2

]G=

FB

A



Diseño Triaxial:

#as Cargas de colapso, estallido y tensión, en la mayor!a de c"lculos asumen que los

esfuerzos se encuentran en una sola dirección simple o uniaxial. En la pr"ctica, las cargas de

sericio generan esfuerzos triaxiales. #os tres esfuerzos principales para tuer!a de

reestimiento son/

$xial (σa)

2adial (σr )

Cortante (σt)

#a teor!a recomendada para calcular el esfuerzo triaxial es conocida como la teor!a de Don

ises. Esta teor!a consiste en definir un esfuerzo equialente (σme) y relacionar este

esfuerzo al m!nimo especificado de resistencia de esfuerzo (σy) para cada tuer!a de

reestimiento (0igura y ;).



El esfuerzo triaxial, se determina utilizando un soft'are especializado para el diseFo de

tuer!a de reestimiento. El diseFo triaxial dee ser realizado cuando cualquiera de las

siguientes condiciones se presenten/

%resión de poro esperada G -,@@@ psi

1emperatura G *@ H0 %resencia de I:

J45t K -*



Diseño de Tubería Superficial:

%resión &nterna/

:e considera un rote de gas metano y toda la tuer!a llena de gas.

1ener cuidado de no sorepasar la presión de fractura por deajo de la zapata.

El respaldo se considera la presión de formación del "rea.

El efecto de cemento despreciale.

-) %resión de inyección deajo de la zapata

Pinyeccion=( ρfractura+0.12 ) (h ) (14.22 )

10

) %resión superficial esperada en la caeza del pozo

Pgas=( ρ gas) (h ) (14.22 )

10

Pbop' s= ρinyeccion− P gas

;) %resión de respaldo

Prespaldo=( ρaguade formacion) (h ) (14.22 )

10



<) %resión resultante

Presultante=( P inyeccion )−( Prespaldo )

*) =rafica



Colapso/

#a carga es el fluido de perforación cuando se perforó esa etapa.

:e considera una p7rdida de circulación cuando se est" perforando a la profundidad

de la siguiente etapa, quedando el niel a una altura equialente a la presión de

formación normal de la zonaL ó un tercio de la eacuación. El efecto de cemento despreciale.



-) %resión de colapso, con densidad del fluido de la etapa anterior

Pcolapso=( ρlodo anterior )( hnivel de fluido) (14.22 )

10

) %resión de respaldo, es el fluido de la siguiente etapa dentro de la tuer!a

Prespaldo=( ρsiguiete ) [ (h total)−(hnivel defluido) ] (14.22 )

10

;) %resión Iidrost"tica simulando una columna de agua cong7nita (Carga)

Paguacongenita=( ρaguacongenita ) (h ) (14.22 )

10

<) 2esultante, es diferencial de presión a niel de fluido

Presultado=( P aguacongenita)− ( Prespaldo )

*) =rafica



Diseño de Tubería Intermedia:

%resión &nterna/

:e considera un rote de gas metanoL por lo que la tuer!a contendr" en su interior fluido

de perforación y gas. 1ener cuidado de no sorepasar la presión de fractura en la zapata (durante la

circulación del rote). El respaldo se considera la presión de formación del "rea.


-) %resión de inyección deajo de la zapata

Pinyeccion=

( ρfractura+0.12 ) (h ) (14.22 )

10

) Ecuación para determinar interface =as#odo

Pinyeccion= Pbop' s+(h lodo ) ( ρlodo ) (14.22 )

10+

(hgas )( ρgas ) (14.22 )

10

hlodo+hgas=h

;) Calculo de la presión en la interface =as#odo

Pgas=( ρgas) (hgas) (14.22)

10



Pinterface= ( Pinyeccin)−( P gas)

<) %resión de respaldo al niel de la interface y al fondo

Prespaldointerface=( ρaguacongenita ) (h interface) (14.22 )

10

Prespaldo=( ρaguacongenita ) (h ) (14.22 )

10

*) %resión resultante

Presultante interface=( Pinyeccion)−( Prespaldointerface )

Presultante=( P inyeccion )−( Prespaldo )

>) =rafica



Colapso/

#a carga es el fluido de perforación cuando se perforó esa etapa.

:e considera una p7rdida de circulación cuando se est" perforando a la profundidad

de la siguiente etapa, quedando el niel a una altura equialente a la presión de

formación normal de la zona.


-) %resión 3idrost"tica del fluido de perforación de la siguiente etapa 3asta la profundidad

próxima

Plodoproxima etapa=( ρlodosiguiente ) (h ) (14.22)

10

) %resión 3idrost"tica del fluido de formación normal.

Pformacion normal=( ρagua congenita) (h ) (14.22 )

10

;) 4iferencial de %resión y Miel del 0luido

!P=( Plodo proxima etapa )−( P formacionnormal )

" fluido= 10 ( !P )

( ρlodo siguiente ) (14.22 )



<) %resión de Colapso (carga) en el fondo de la 12

Pcolapso=( ρlodo anterior ) ( h ) (14.22 )

10

Pcolapsonivel fluido=( ρlodoanterior ) (h ) (14.22 )

10

*) %resión de respaldo

Prespaldo=( ρaguacongenita ) (h− " fluido ) (14.22 )

10

>) 2esultado

Presultante=( P colapso )−( Prespaldo )

) =rafica



Diseño de Tubería de Explotación:

%resión &nterna/

#a tuer!a de explotación dee de ser diseFada a su m"xima presión interna deido a

que se considera un manejo de altas presiones por la inyección durante las

estimulaciones ó fracturamientos.

:e considera que se presenta una fuga de presión de la tuer!a de producción a latuer!a de reestimiento cerca de la superficie. #a presión ser" igual a la presión de

formación. :e considera gas por la tuer!a de producción.

:e considera el fluido por el exterior, que sufre una degradación.

-) %resión interna en la zona de los disparos.

:i se conoce el alor de la presión de fondo fluyendo, este ser" el alor a ser considerado, si

no se conoce se tomara la densidad del lodo para el c"lculo de presión.

Pinternaen elfondo=( ρlododisparos ) (hdisparos ) (14.22 )

❑

) =rafica

Mota/ Jsere las conexiones superficiales de control ya que por lo que en t7rminos

generales la resistencia que deer" de tener la tuer!a de reestimiento a la presión interna

es la de las conexiones superficiales.



Colapso/

#a tuer!a de explotación deer" ser diseFada a su m"ximo colapso, deido a que en

operaciones de terminación del pozo, porque pueden presentarse eentos que causan

una eacuación total dentro del pozo. #a tuer!a de explotación se considera completamente ac!a.

:e considera una fuga del fluido empacante.



:e considera por el exterior de la tuer!a la densidad del fluido de perforación.

-) %resión para el colapso en el fondo del pozo

Pcolapso=( ρlodo )( htotal ) (14.22 )

10

) =rafica

criterio de diseño de tubería

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