Presentacin de PowerPoint

Diseo de tuberas derevestimientoEquipo:Arano Castillejos PedroBravo Savin Marisol del CarmenMartnez Tomas EfrnValencia Prieto Josseline

Introduccin.En la construccin y durante la vida til de un pozo petrolero, las tuberas de revestimiento son preponderantes, para lograr el objetivo del pozo. Por lo tanto la seleccin de cada sarta de TRs, forman parte importante del diseo de la perforacin.

Por lo que respecta al diseo se establece que las tuberas de revestimiento debern resistir las cargas impuestas durante la vida del pozo, al mnimo costo. La seleccin apropiada de las tuberas de revestimiento es uno de los aspectos ms importantes en la programacin, planificacin y operaciones de perforacin de pozos. La capacidad de la sarta de revestimiento seleccionada para soportar las presiones y cargas para una serie dada de condiciones de operacin, es un factor importante en la seguridad y economa del proceso de perforacin y en la futura vida productiva del pozo.Entre las funciones ms importantes de las tuberas de revestimiento estn: Evitar derrumbes en el pozo. Evitar contaminaciones de aguas superficiales. Suministrar un control de las presiones de formacin. Prevenir la contaminacin de las zonas productoras con fluidos extraos. Al cementarlo, se puede aislar la comunicacin de las formaciones de inters. Confinar la produccin del pozo a determinados intervalos. Facilitar la instalacin del equipo de superficie y de produccin.

Los factores tcnicos corresponden al dimetro, peso, longitud, tipo de unin o rosca, material utilizado, condiciones de carga, naturaleza de la formacin, mtodo de fabricacin,etc. La tubera debe tener una superficie lo ms lisa posible, tanto en el interior, para evitar que las herramientas o equipos en el pozo se atoren, como en el exterior, para reducir la friccin entre la tubera y las paredes del pozo; debe ser hermtica, para eliminar entrada de fluido al pozo; y resistir la corrosin.

1.1 INTRODUCCIN AL ASENTAMIENTO DE TUBERA DE REVESTIMIENTO.1.1.1 PROFUNDIDAD DE ASENTAMIENTO.Para la planeacin del asentamiento de TRs es necesario considerar la siguiente informacin: Dimetro de la TR de produccin o del agujero en la ltima etapa.

Trayectoria programada.

Columna geolgica.

Seccin estructural.

Presin de poro y de fractura.

Mrgenes de viaje empleados durante el movimiento de tuberas.

Margen del fluido de perforacin para control de posible brotes.

Densidades del fluido de control.1.2 TUBERA DE REVESTIMIENTO.

1.2.1 TIPOS DE TUBERAS.El uso de las tuberas de revestimiento es de vital importancia. Constituyen el medio por el cual garantizan el control del pozo y se aseguran las instalaciones para el mejor aprovechamiento y mantenimiento del pozo.1.2.2 OBJETIVO DE LA TUBERAS DE REVESTIMIENTO.Son tuberas que constituyen el medio con el cual se reviste el agujero que se va perforando.El objetivo es proteger las zonas perforadas y aislar las zonas problemticas que se presentan durante la perforacin.Adems proporcionan el medio para instalar las conexionessuperficiales de control (cabezales, BOPs), los empacadores y la tubera de produccin.Las TR`s se clasifican por la funcin que desempean:

CONDUCTORA:Es la primera tubera de revestimiento que puede ser hincada o cementada; sirve para sentar el primer cabezal en el cual se instalan las conexiones superficiales de control y las conexiones de circulacin del lodo de perforacin. Es la de mayor dimetro que se utiliza en el pozo, pues a travs de ella pasan todas las tuberas de revestimiento que se utilizan. En el mar, es la primera tubera que se extiende desde la plataforma hasta abajo del lecho marino.

SUPERFICIAL:Es la tubera que sirve para aislar los acuferos subsuperficiales o someros, as como manifestaciones de gas someros. Provee equipo de flotacin, que permita realizar una buena cementacin para continuar la perforacin dentro de una zona de transicin de alta presin.En pozos desviados, la superficie de la tubera debe cubrir toda la seccin construida para prevenir derrumbes de la formacin durante la perforacin profunda. Esta sarta es cementada tpicamente hasta la superficie o lecho marino y sostiene las conexiones superficiales de control definitivas.

INTERMEDIA:Es la tubera que asla zonas inestables del agujero, zonas con prdida de circulacin de baja presin y zonas de produccin. Se utiliza en la zona de transicin de presin normal a presin anormal. La cima del cemento de esta tubera debe aislar cualquier zona de hidrocarburo.

DE EXPLOTACIN:Es la tubera que asla zonas de produccin y debe soportar la mxima presin de fondo de la formacin productora, tener resistencia a la corrosin as como resistir las presiones que se manejarn en caso de que el pozo se fracture para aumentar su productividad. El buen trabajo de cementacin primaria es crtico para esta sarta.

TUBERA CORTA (LINERS):Es una sarta de tubera que no se extiende a la cabeza del pozo. En cambio, se sostiene por otra sarta. La tubera corta se usa para reducir costos y mejorar la hidrulica durante perforaciones profundas. La tubera corta puede ser usada tanto en la sarta intermedia como en la de explotacin. La tubera corta es cementada tpicamente a lo largo de toda su longitud.1.3 CARACTERSTICAS DE LA TUBERA.La tubera de revestimiento viene usualmente especificada por las siguientes propiedades:DIMETRO EXTERIOR Y GROSOR DE LA PARED. El dimetro exterior se refiere al cuerpo de la tubera y no a los coples, El dimetro de los coples es importante, ya que determina el tamao mnimo del agujero en el que puede ser corrida la tubera de revestimiento. El grosor de la pared determina el dimetro interno de la tubera y por lo tanto el tamao mximo de la barrena que puede ser corrida a travs de la tubera. La tolerancia permitida en lo que se refiere a dimetro exterior y grosor de la pared, es dictada por API 5CT/ISO 11960. Como regla general:

PESO POR UNIDAD DE LONGITUD. El peso nominal de la tubera de revestimiento es utilizado principalmente para identificar tubera de revestimiento durante el ordenado. Los pesos nominales no son exactos y estn basados en el peso terico calculado de una tubera con roscas y coples, de 20 pies de longitud.GRADO DE ACERO. El API ha designado el grado de acero, el cual consiste en una letra que fue seleccionada arbitrariamente seguida por un nmero el cual representa el mnimo trabajo al esfuerzo de cedencia del acero en miles de lb/pg2 psi. API define once grados de acero para tubera de revestimiento: H40,, J55,, K55,, M65,, N80,, L80,, C90,, C95,, T95,, P110 y Q125.TIPO DE CONEXIN. Debido a que las tuberas que se utilizan en los pozos tienen un lmite de longitud, es necesario unir estas tuberas para introducirlas al pozo, con la premisa de que la unin debe ser hermtica y capaz de soportar cualquier esfuerzo al que se someter, a esta unin se le conoce como Junta o Conexin. Hoy en da existen mltiples tipos de conexiones disponibles en el Mercado. La seleccin de una conexin adecuada debe ser basada en la intencin de aplicacin, el desempeo requerido y el costo.DE ACUERDO CON EL APIACOPLADAS. Son aquellas que integran un tercer elemento llamado cople, el cual es un pequeo tramo de tubera de dimetro mayor que el de la tubera y que es roscado internamente (cajas) y la tubera es roscada externamente en ambos extremos (piones).INTEGRALES. Son aquellas que se unen en un extremo de tubera roscado exteriormente (pin) y se conecta en el otro extremo de tubera roscado internamente (caja).Lisas. Se maquinan las roscas sobre los extremos del tubo sin aumentar el dimetro exterior del mismo.Formadas. El extremo pin es sujeado (cerrado) y el extremo caja es expandido en fro sin rebasar el 5% en dimetro y el 2% en espesor, aplicndoseles un relevado de esfuerzos posterior.Recalcadas. Se incrementa el espesor y dimetro exterior de la tubera en uno o en ambos extremos en un proceso de forja en caliente, a los que posteriormente se les aplica un relevado de esfuerzos.

2. DISEO PRELIMINAR DE TUBERA DE REVESTIMIENTO(DEFINICIONES Y TERMINOLOGA).2.1 PARMETROS QUE CONTROLAN LOS DISEOS.Para determinar la profundidad de asentamiento de cada tramo de tubera nos basamos en las condiciones geolgicas a perforar. El aislamiento de zonas deleznables, zonas de prdida de circulacin y zonas de presin anormal, rigen los principales criterios de seleccin. Las tuberas de revestimiento debern resistir los esfuerzos que se generan durante la perforacin, terminacin y reparacin de un pozo, al mnimo costo.Ya que se gener el perfil de geopresiones, lo siguiente ser, en el diseo del pozo, es decir, determinar la profundidad de asentamiento de las tuberas de revestimiento para lo cual existen dos etapas del diseo.1. La primera etapa se realiza durante el diseo preliminar de pozo en la cual se selecciona el arreglo de tubera ms conveniente y se determina la profundidad de anclaje de la tubera de revestimiento.2. La segunda etapa se realiza durante el diseo detallado del pozo en la cual se determinan las cargas a las que se expondr la tubera durante la vida del pozo e incluye la seleccin de tuberas, con propiedades fsicas y mecnicas apropiadas para soportar dichas cargas.2.2 SELECCIN DE ASENTAMIENTO DE TUBERA DE REVESTIMIENTO. La determinacin de las profundidades de asentamiento de la tubera de revestimiento, se puede determinar grficamente, graficando la presin de poro y la de fractura, expresndolas en densidad equivalente contra la profundidad.1.- Se traza la curva del gradiente de presin de poro. Note cualquier intervalo, que pueda ser zona de problema, como por ejemplo atrapamiento, perdida de circulacin, o zona de alta presin de gas.2.- Trace las curvas de gradiente de presin de poro y la presin de poro con factor de seguridad, que varan entre 0.024 a 0.060 gr/cm3 para el margen de viaje (lneas rojas y azul).3.- Trace las curvas de gradiente de fractura y de gradiente de fractura con factor de seguridad de 0.024 a 0.060 gr/cm3 (lneas verde y morado).

Posteriormente, se procede a seleccionar la profundidad de asentamiento de las tuberas tomando en cuenta las siguientes condiciones.1. Trabajando de abajo hacia arriba, entre las curvas de gradiente de presin con factor de seguridad en el punto A.2. Muvase hasta el punto B, que determina el estimado inicial de profundidad de anclaje para la TR de produccin.3. Muvase a travs del Punto C, el cual identifica el requerimiento de peso de lodo, para esa profundidad.4. Muvase hacia arriba hasta el Punto D, el cual determina la profundidad inicial de asentamiento para la tubera intermedia de revestimiento.5. Muvase a travs del Punto E para identificar el peso del lodo requerido a esa profundidad.

Otros factores que pueden afectar la seleccin de la profundidad de la Tubera de revestimiento, en conjunto a la presin de poro y la presione de fractura, son:Zonas de gas de poca profundidad.Zonas de prdida de presin.Estabilidad de la formacin.Litologa.2.3 DISEO DETALLADO.En la estimacin apropiada de las cargas que actan en el pozo, se debern hacer consideraciones especiales, de acuerdo a la profundidad. As, el diseo de las tuberas debe hacerse por separado. Estos es: (1) Tubera superficial, (2) Tubera intermedia, (3) Tubera de explotacin. La carga de presin interna debe ser considerada en primer lugar, ya que dictar las condiciones inciales para el diseo de la tubera de revestimiento.El siguiente criterio a considerar es la carga al colapso que deber ser evaluada y las secciones debern ser recalculadas de ser necesario. Una vez que los pesos, grados y longitudes de las secciones han sido determinados para cumplir con las cargas de presin interna y colapso, se deber evaluar la carga por tensin. El paso final es verificar las reducciones por efectos biaxiales en esfuerzo de presin interna y resistencia al colapso causados por las cargas de tensin y compresin respectivamente, La representacin grfica de los diferentes esfuerzos se muestra en la siguiente figura.

2.4 FACTORES DE DISEO.En el diseo de tubera, los efectos de carga son separados de la resistencia de la tubera por un factor de seguridad o diseo, el cual tiene la funcin de dar un respaldo en la planeacin, debido a la incertidumbre de las condiciones de carga reales, adems del cambio de las propiedades del acero debido a la temperatura, corrosin y el desgaste.

2.5 CONDICIONES DE FALLA.Una falla en las tuberas es una condicin mecnica que refleja la falta de resistencia del material ante la situacin y exposicin de una carga. Con ello propicia la deformacin del tubo. Las cargas a las que se hace referencia son nominalmente cargas de presin, cargas axiales, ambientales y mecnicas. La capacidad de resistencia de una tubera se define como aquella aptitud o condicin que ofrece una tubera para reaccionar y evitar cualquier tipo de falla o deformacin, ante la accin combinada de cargas.Las principales fallas de las tuberas son bsicamente Colapso, Presin Interna, Tensin Y Corrosin. El tratamiento de cada una de las fallas simplifica el estudio y anlisis del comportamiento de la resistencia en los materiales.2.6 CEDENCIA.Para entender el comportamiento de falla iniciaremos por definir el concepto de cedencia, que es aquella propiedad del material para soportar la resistencia que opone el material a la deformacin ante la exposicin de una carga. Se dice que un material alcanza la cedencia cuando experimenta una carga que le provoca una deformacin permanente. Antes de esta deformacin, al liberar la carga, el material recupera su estado original. Se dice entonces que el material es elstico. El punto a partir del cual el material se fractura, se dice que alcanza su ltimo valor de resistencia a la cedencia. La figura muestra el comportamiento de deformacin-carga para determinar la fluencia o cedencia de un material (acero).

2.7 METODOLOGA DE DISEO.La metodologa que se propone es un mtodo grfico que considera las cargas mximas a las que se sometern las sartas de revestimiento y los procedimientos generales aplicados para cada tubera de revestimiento ya que para el diseo de cada una de las tuberas se requieren consideraciones diferentes.2.7.1 RESISTENCIA A LA PRESIN INTERNA.Cuando la tubera est expuesta a una presin interna mayor que la externa se dice que la tubera est sometida a una presin de ruptura o de estallamiento. La resistencia de una tubera a la presin interna est dada por el API est basada en la ecuacin de Barlow, donde utiliza el 87.5% del valor de cedencia al permitir una tolerancia en el espesor de pared.

Los fluidos que estn fuera de la tubera ejercen una contra presin a favor de la misma (respaldo), por lo que la presin interna efectiva ser igual a la presin interna menos la externa. Para efectos de diseo se considera el gradiente de respaldo generado por una columna de agua con una densidad de 1.07 (gr/cm3) (Agua de la formacin).

2.7.2 DISEO DE PRESIN INTERNA PARA TR SUPERFICIAL.Se considera un brote de gas metano y toda la tubera llena de gas.Tener cuidado de no sobrepasar la presin de fractura por debajo de la zapata.El respaldo se considera la presin de formacin del rea.El efecto de cemento despreciable.

2.7.3 DISEO DE PRESIN INTERNA PARA TR INTERMEDIA.Se considera un brote de gas metano; por lo que la tubera contendr en su interior fluido de perforacin y gas.Tener cuidado de no sobrepasar la presin de fractura en la zapata (durante la circulacin del brote).El respaldo se considera la presin de formacin del rea.El efecto de cemento despreciable.

2.7.4 DISEO DE PRESIN INTERNA PARA TR EXPLOTACIN.La tubera de explotacin debe de ser diseada a su mxima presin interna debido a que se considera un manejo de altas presiones por la inyeccin durante las estimulaciones fracturamientos.Se considera que se presenta una fuga de presin de la tubera de produccin a la tubera de revestimiento cerca de la superficie. La presin ser igual a la presin de formacin.Se considera gas por la tubera de produccin.Se considera el fluido por el exterior, que sufre una degradacin

2.7.5 RESISTENCIA AL COLAPSO.La falla por colapso de una tubera es una condicin mecnica. Se origina por el aplastamiento de una tubera por una carga de presin. sta acta sobre las paredes externas de la misma y es superior a su capacidad de resistencia. La resistencia al colapso de una tubera ha sido estudiada ampliamente. En primer instancia, es una de las causas ms comunes de falla en las tuberas colocadas en un pozo y en segundo trmino es un fenmeno de falla ms complejo de predecir.

El API 5C3 presenta cuatro regmenes de colapso que se determina con base en la resistencia a la cedencia del material y a la relacin D/t, los cuales permiten predecir el valor mnimo de resistencia al colapso del material, de acuerdo con el tipo de falla que puede ser: elstico, transicin, plstico y de cedencia.La falla al colapso depende de diversos factores propios de la naturaleza de fabricacin del tubo. Dentro de stos resaltan la cedencia del material, la geometra de la tubera, imperfecciones (excentricidad, ovalidad) y la condicin de esfuerzos en la tubera.2.7.6 DISEO POR COLAPSO PARA TR SUPERFICIAL.La carga es el fluido de perforacin cuando se perfor esa etapa.Se considera una prdida de circulacin cuando se est perforando a la profundidad de la siguiente etapa, quedando el nivel a una altura equivalente a la presin de formacin normal de la zona; un tercio de la evacuacin.El efecto de cemento despreciable.

2.7.7 DISEO POR COLAPSO PARA TR INTERMEDIA.La carga es el fluido de perforacin cuando se perfor esa etapa.Se considera una prdida de circulacin cuando se est perforando a la profundidad de la siguiente etapa, quedando el nivel a una altura equivalente a la presin de formacin normal de la zona.El efecto de cemento despreciable.

2.7.8 DISEO POR COLAPSO PARA TR DE EXPLOTACIN.La tubera de explotacin deber ser diseada a su mximo colapso, debido a que en operaciones de terminacin del pozo, porque pueden presentarse eventos que causan una evacuacin total dentro del pozo.La tubera de explotacin se considera completamente vaca.Se considera una fuga del fluido empacante.Se considera por el exterior de la tubera la densidad del fluido de perforacin.

2.8. ESFUERZOS AXIALES APLICADOS SOBRE TR.Los esfuerzos biaxiales se definen como el cambio en el comportamiento de sus propiedades mecnicas que sufren las tuberas cuando son sometidos a las combinaciones de esfuerzos.Durante las operaciones que se realizan con las tuberas durante la introduccin, cementacin de la tubera y durante la vida productiva del pozo, las tuberas se encuentran sujetas a diferentes cargas combinadas.2.8.1 ESFUERZOS BIAXIALES.TENSIN.Cuando la tubera se encuentra a tensin la capacidad mecnica de la tubera de revestimiento a la presin interna se incrementa, mientras que al colapso disminuye.

Compresin Cuando la tubera se encuentra a compresin la capacidad mecnica de latubera de revestimiento al colapso se incrementa, mientras que la presin interna disminuye.

2.8.2 MODELO TRIAXIAL.Esta teora se denomina "de la distorsin de la energa de deformacin mxima" propuesta inicialmente por Henckey Von Mises. Dicha teora estipula que existe un esfuerzo equivalente a partir del cual los tres esfuerzos principales actuando en un material estn en equilibrio

383.- FACTORES A SER CONSIIDERADOS PARA EL DIISEO DETUBERA DE REVESTIIMIIENTO..3.1 GRADIENTE DE PRESIN SOBRE TUBERA DE REVESTIMIENTO.Las presiones que actan en las paredes de la tubera pueden ser tanto externas como internas. Es decir, la presin ejercida por cualquier fluido sobre las paredes de la tubera se presentan por la parte exterior de la tubera, con relacin al rea expuesta definida por el dimetro externo del tubo, y por la parte interna, con relacin al rea expuesta definida por el dimetro interior del tubo.3.1.1 PERFILES DE PRESIN EXTERNA.Condiciones que propician la accin de presiones externas sobre la tubera y que generan una presin actuante en cada punto de profundidad.En la introduccin de la tubera de revestimiento.Durante la cementacin de la tubera de revestimiento.Despus de cementada la tubera de revestimiento.Efecto de la presin de formacin.Efecto de una formacin plstica.Efecto de la expansin de los fluidos en espacio anular.3.1.2 PERFILES DE PRESIN INTERNA.Las condiciones de presin que se presentan durante la introduccin, cementacin, perforacin, terminacin y produccin de un pozo corresponden ms a cambios de presin por el interior de las tuberas. Lo anterior implica diferentes condiciones de flujo que generan un comportamiento de presin respecto a profundidad en el interior de las tuberas.Durante la introduccin de la tubera.Durante la cementacin.Pruebas de presin.La hidrulica durante la perforacin.Prdida de circulacin.La condicin de un brote.Estimulacin o inyeccin de fluidos.La produccin de fluidos.CONCLUSIONEl diseo de las tuberas de revestimiento debe hacerse por separado, esto dependiendo del tipo de tubera a disear, ya que en cada una de estas, dependiendo de la profundidad se consideran condiciones de falla crticas diferentes, esto para tener el criterio de seleccin de la tubera apropiada a dichas condiciones.En el diseo de tuberas de revestimiento se de tomar en cuenta el dimetro interno de cada tubera ya que de esto depende el paso sin problemas de los accesorios y herramientas que se usaran en el futuro.Cada tubera tiene su propio objetivo dependiendo de la profundidad a la que se encuentren en el pozo, pero el objetivo principal de las tuberas de revestimiento es proteger las zonas perforadas y aislar las zonas problemticas que se presentan durante la perforacin. Tal es el caso de revestir el agujero para mantener la estabilidad del mismo, prevenir contaminaciones, aislar los fluidos de las formaciones productoras, controlar las presiones durante la perforacin y en la vida productiva del pozo.