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7/24/2019 diseo de tuberias. diapositivas.ppt

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Produccin I


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El diseo de tubulares se trata fundamentalmente de

un anlisis de esfuerzos. Combinando este anlisis conuna correcta seleccin de materiales y un buenestudio econmico obtendremos el diseo ptimo paracada caso.

En un pozo, las cargas actuantes no pueden serconocidas con exactitud, por lo tanto se utilizanfactores de diseo y factores de seguridad.

El objetio de un diseo ser entonces seleccionar una

tuber!a de reestimiento con un cierto grado, peso yjunta, la cual se la ms econmica, y "ue ademsresista sin falla, las fuerzas a las "ue estar sujeta.


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#. El conocimiento delmaterial $capacidad deresistencia% de lastuber!as&

El primer factor abarca

desde su fabricacin'asta el desempeomecnico, es la base parareconocer la capacidad deuna tuber!a.

(. El conocimiento de lascondiciones deesfuerzos $cargas% a los"ue an a estar sujetaslas tuber!as&

El segundo factor signi)cael conocimiento tericoy experimentalnecesario para sercapaces de predecir las

condiciones de trabajo ode carga "ue sepresentaran en un pozoy en consecuencia, "uesoporte una tuber!a.

*sicamente eldiseo de tuber!as sefundamenta en dosfactores principales&


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+na tuber!a es un elemento cil!ndrico'ueco compuesto generalmente de acero,con una geometr!a de)nida por el dimetro

y el espesor del cuerpo "ue lo conforma.Para )nes prcticos


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El acero es un material re)nado. e obtiene a partir de lafundicin de un lingote de 'ierro combinado al mismo tiempocon otros elementos "u!micos.

-os aceros se diiden en ordinarios y especiales.#. -os aceros ordinarios contienen elementos principales& 'ierro carbono $ #,/ 0 del metal% manganeso $ #,/ 0 del metal%(. -os aceros ordinarios con el 1,# 0 al #,/ 0 de carbono se

clasi)can como aceros de bajo contenido de carbono.. -os aceros especiales se 'acen como los ordinarios, pero se

les agregan otros elementos tales como n!"uel, cromo,

molibdeno, cobre, anadio y tungsteno. 2anto los aceros de carbono como los especiales $acerosinoxidables, aceros resistentes a la corrosin y a las altastemperaturas%, se producen en 'ornos el3ctricos.


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El uso de tuber!as en un pozo es de italimportancia para el aproec'amiento ymantenimiento del pozo.

Es importante mencionar "ue dentro de laingenier!a de perforacin las tuber!as

juegan un papel fundamental y cumplendiersas funciones,Por ello se clasi)cacin

Por su objetivo Por la funcin$4ue deben cumplir al serutilizadas en el interior del pozo%.


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la fabricacin debe contar con caracter!sticas decalidad extrema, acordes a los riesgos ynecesidades manejados en la industria petrolera.

Existen procesos de fabricacin de tuber!as&

#. El proceso sin costura.(. El proceso con soldadura el3ctrica5resistencia.. el proceso de soldadura el3ctrica instantnea

$6as'%. El proceso ms utilizado para suministrar la

demanda de tuber!as del mbito de perforacin$dimetros de (17 o menores% es sin lugar adudas la fabricacin de tuber!as sin costura.


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Tuberas de revestimiento Tuberas de produccin Tuberas de perforacin

Ductos (tubera de lnea)OTROS TUBU!R"S Tuberas #e$ibles astrabarrenas (drill collars)

Tubera pesada (%eav& 'eit%)


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El objetio de las tuber!as de reestimientoes proteger las zonas perforadas y aislarzonas problemticas "ue se presentandurante la perforacin.

8dems, las tuber!as de reestimientoproporcionan el medio para instalar lasconexiones super)ciales de control$cabezales, *9P:s%, los empacadores y latuber!a de produccin.


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las tuber!as de produccin son el elementotubular a tra3s del cual se conducen 'astala super)cie los 6uidos producidos de unpozo, o bien, los 6uidos inyectados de la

super)cie 'asta el yacimiento.


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las tuber!as de perforacin son loselementos tubulares utilizados para llear acabo los trabajos durante la operacin deperforacin. ;eneralmente se les conoce

como tuber!as de trabajo, por"ue estnexpuestas a m


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se le conoce como ducto a un elementotubular $conocido como tuber!a de l!nea%utilizado para conducir los 6uidosproducidos del pozo 'acia los centros de

recoleccin, separadores, compresores otan"ues de almacenamiento.

on conductos "ue se conectan en lasuper)cie a partir del cabezal o rbol delulas del pozo.


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En su mayor!a, se presentanpara la actiidad deperforacin.

2uber!a 6exible

=rills collars 2uber!a pesada$'eay >eig't%


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on conductos tubulares de gran longitud y6exibilidad "ue no re"uieren utilizar conexin ojunta para conformar todo un tren o sarta detuber!as.

Es decir, la tuber!a es continua, a diferencia de

las tuber!as conencionales "ue re"uieren unelemento conector para unir tubo por tubo ylograr contar con una longitud apropiada parael trabajo a realizar.

-a tuber!a 6exible es de dimensionesgeom3tricas esbeltas $? @7 de dimetro% o

$A7 de dimetro%. se utiliza como tuber!a de trabajo en procesos

de recuperacin aanzada durante la idaproductia del pozo.


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los elementos tubulares denominadoslastrabarrenas son tuber!as utilizadas paraauxiliar a la tuber!a de perforacin a darpeso a la barrena durante las operaciones

de perforacin.


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la tuber!a pesada $B'eay5>eigt'% secompone de elementos tubulares degrandes dimensiones geom3tricas $espesor%"ue se utilizan como auxiliar entre la

tuber!a de perforacin y los lastrabarrrenas. Con esto se eita la fatiga de los tubos

durante la perforacin.


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*onductora Super+cial ,ntermedia

De e$plotacin Tubera corta (liner)

OTR!S *omplemento (T,"-B!*.)

*omplemento corto (STUB) Sin tubera de produccin

(TUB,/0"SS)


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es la primera tuber!a de reestimiento "uepuede ser 'inc'ada o cementadaD sirepara sentar el primer cabezal en el cual seinstalan las conexiones super)ciales de

control y las conexiones de circulacin delodo de perforacin.

En el mar, es la primera tuber!a "ue seextiende desde la plataforma 'asta abajodel lec'o marino $mud line%.


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la tuber!a "ue sire para aislar los acu!feros subsuper)ciales o someros, as! comomanifestaciones de gas someros.

Proee e"uipo de 6otacin, "ue permite realizaruna buena cementacin para continuar la

perforacin dentro de una zona de transicin dealta presin. En pozos desiados, la super)cie de la tuber!a

debe cubrir toda la seccin construida parapreenir derrumbes de la formacin durante la

perforacin profunda. Esta sarta es cementada t!picamente 'asta la

super)cie o lec'o marino $mudline% y sostiene lasconexiones super)ciales de control de)nitias.


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Es la tuber!a "ue a!sla zonas inestables delagujero, zonas con p3rdida de circulacinde baja presin y zonas de produccin.

e utiliza en la zona de transicin depresin norma a presin a anormal.

-a cima del cemento de esta tuber!a debeaislar cual"uier zona de 'idrocarburo.

8lgunos pozos re"uieren de m


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Es la tuber!a "ue a!sla zonas de producciny debe soportar la mxima presin de fondode la formacin productora

tener resistencia a la corrosin , presiones"ue se manejaran en caso de "ue el pozo sefracture para aumentar su productiidad

El bombeo mecnico $gas lift%, la inyeccinde in'ibidores de aceite. El buen trabajo decementacin primaria es cr!tico para lasarta.


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Es una sarta de tuber!as "ue no se extiendea la cabeza del pozo. En cambio, sesostiene por otra sarta.

-a tuber!a corta se usa para reducir costos ymejorar la 'idrulica durante perforacionesprofundas.

-a tuber!a corta es cementada t!picamentea lo largo de toda su longitud.


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Control de pozo&El liner permite aislar zonas de altao baja presin y terminar o continuar la perforacincon 6uidos de alta o baja densidad.

Econom!a de tuber!a de reestimiento& se pueden

efectuar pruebas de produccin de 'orizontescercanos a la zapata de la ultima tuber!a dereestimiento, a un costo muy bajo, debido a lape"uea cantidad de tuber!a usada, no comparablecon una tuber!a lleada 'asta la super)cie.

pida instalacin& las tuber!as de reestimiento

cortas pueden colocarse en el interalo deseadomuc'o mas rpido "ue las normales, ya "ue unaez conectada la cantidad re"uerida, esta esintroducida con la tuber!a de perforacin.


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Es una sarta de tuber!a "ue proporcionaintegridad al pozo desde la cima de latuber!a corta 'asta la super)cie.

Es un refuerzo para la tuber!a deexplotacin.

i se tienen altas presiones protege de los6uidos corrosios y refuerza la tuber!a deexplotacin en caso de "ue se presentendaos.

Puede cementarse parcialmente.


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Es una sarta de tuber!a "ue funciona igual"ue el complemento.

Proporciona integridad por presin paraextender la cima de la tuber!a corta.

Puede cementarse parcialmente.


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es una tuber!a de explotacin "ue seextiende 'asta la super)cie y se utilizacomo tuber!a de produccin para explotarlos 'idrocarburos.


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*!S,/0&es el principal soporte estructuralde un pozo1 (=ic'o en otras palabras un

casing es un tubo de entubacin%. TUB,/02es el conducto para lo producido

por el pozo21 un tubing es un tubo deproduccin.


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-os tubos en la industria petrolera debencumplir con ciertas caracter!sticasgeom3tricas y mecnicas dependiendo desu uso.

8 continuacin se presentan algunos datoscaracter!sticos de las tuber!as utilizadaspara la perforacin de un pozo&


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las caracter!sticas principales a obseraren las tuber!as de reestimiento y en lastuber!as de produccin son&

dimetro nominal peso nominal grado drift resistencia a la tensin resistencia al colapso resistencia al estallamiento


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Eitan el colapso de pozo. Eitan la contaminacin de agua fresca en zonas

altas por los 6uidos de zonas bajas. Eitan la contaminacin de los 6uidos "ue se

producen por substancias externas como agua,

arena, etc. Eitan la contaminacin de reas problema $comopor ejemplo cido sulf'!drico F(, cido carbnicoC9(, sal%.

estringen la produccin a la sarta de 6ujo. uministran un medio de control de la presin, tanto

interna como externa y entre zonas. Gacilitan la instalacin de e"uipo para elear

arti)cialmente el petrleo y lograr la produccin delpozo.

iren como !a de 6ujo para los 6uidos producidos.


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C9-8P9 =E+H8 2+*EI8


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8segurar una adecuada integridad mecnica delpozo dado por un diseo capaz de soportar lascargas "ue puedan aparecer durante la ida


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-os elementos ms importantes para 'acer eldiseo son&2asa re"uerida de produccin. eseras de zonas a completar. Kecanismos de produccin en las zonas de

yacimientos a completar. Hecesidades futuras de estimulacin

$acidi)cacin y fracturamiento%. e"uerimientos para el control de arena. Guturas reparaciones. Consideraciones para el leantamiento arti)cial

por gas, bombeo mecnico, etc. Inersiones re"ueridas.


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-os criterios de diseo dependen de&23cnicas de produccin $ productiidad del pozo% Posibilidades de reparacin futuras $problemas

mecnicos de fondo y otros%

El mejor diseo proeer la operacin msrentable de un pozo de petrleo o gas a lolargo de su ida


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C9H=ICI9HE P88 +H P9L9 P9KE=I9 =E *8M8 C9KP-EMI=8=$C8IH; =E P9=+CCI9H N 2+*EI8 =E +PEGICIE%& determinar las dimensiones y longitudes de arreglo de caer!a

a ser corridos en el pozo. calcular el tipo de magnitudes de los esfuerzos y cargas para

las caer!as "ue estima encontrar en el pozo.

seleccionar el peso y grado de la caer!a adecuados parasoportar las condiciones extremas de esfuerzo y fatigasesperadas.

Cantidad despreciable tanto de C9( como de F( Pozo )cticio Pozo ertical 2ope de cemento 'asta la mitad de la tuber!a ;radiente normal de temperatura =ensidad de cemento ariando desde #(,/ ppg 'asta #O,(

ppg.


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Pueden identi)carse seg


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El peso unitario de cada tuber!a es generalmente de)nidoen $lbs. Rpies%. N representa el peso nominal 8PI de latuber!a sin conexiones, el clculo del peso est de)nido porla siguiente ecuacin

3c4 3uc5 6 3tj

=onde& 3c peso calculado de la tuber!a de longitud B- $lbs.% 3ucpeso unitario de la tuber!a en $lbs. Rpies% longitud de la tuber!a sin conexin 3tjganancia o p3rdida de peso debido a las conexiones.


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las tuber!as se caracterizan por tres tipos dedimetros& dimetro externo, dimetrointerno, y el dimetro drift, el dimetroexterno e interno de)nen el espesor de la

tuber!a. El dimetro drift es el dimetro mximo de

'erramienta "ue puede pasar por esatuber!a.


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debido a "ue las tuber!as "ue se utilizan enlos pozos tienen un l!mite de longitud$bsicamente entre S y #metros% esnecesario "ue estas tuber!as "ueden unidas

al introducirse en el pozo, con la premisa de"ue la unin entre ellas sea 'erm3tica ycapaz de soportar cual"uier esfuerzo al "uese someter la tuber!a.

8 esta unin o conexin efectuada se leconoce como M+H28 o C9HETIUH detuber!as.


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El miembro roscado externamente es llamado el detuber!a o pi8n1 El miembro roscado internamente es llamado caja$en

algunos casos cople%. +n cople funciona uniendo dos piones, el cual es un

pe"ueo tramo de dimetro ligeramente mayor,pero roscado internamente desde cada extremo. -os piones pueden ser del mismo espesor del cuerpo

tubo $Hon +pset% o de mayor espesor $+pset%.

C-8E =E M+H28& existen dos clases de juntas, deacuerdo con su forma de unin con la tuber!a.8copladas e integrales.

Acopladas: son las que integran un tercer eleme


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Acopladas: son las que integran un tercer eleme

denominado cople, pequeo tramode tuber!a ligeramente mayor y roscadointernamente, el cual, une dos tramos de tuber!asroscados exteriormente en sus extremos,

como muestra siguiente figura.


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I t l ll


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Integrales: son aquellas que

unen un extremo de la tuber!aroscado exteriormente como

internamente como caja, como en

la siguiente figura.pin y conectndolo en el otroextremo de la tuber!a roscado


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C-8IGIC8CI9H& las juntas puedenclasi)carse de acuerdo con el tipo de

rosca como& 8PI N Premium. !P,de acuerdo con las especi)caciones

8PI de elementos tubulares, existen


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PEKI+K&le proporcionan a la junta caracter!sticas y

dimensiones especiales para cubrir re"uerimientosespec!)cos para la actiidad petrolera, tales como

Eitar el Bbrinco de roscas $jump out% en pozos con altongulo de desiacin.

Kejorar la resistencia a presin interna y externa.=isminuir los esfuerzos tangenciales en coplesGacilitar la introduccin en agujeros reducidos.Eitar la turbulencia del 6ujo por cambio de dimetro

interior

K


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las conexiones pueden de)nirse de acuerdocon el ma"uilado de los extremos de latuber!a como&

ecalcadas Gormadas $semi6us'% -isas $6us'% 8copladas


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En una nuea nomenclatura a niel

internacional se identi)can los diferentestipos de juntas con las siguientes reglas&

K2C& acopladas KIM& recalcadas -F& semilisas o formadas IGM& integrales lisas


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Recalcadasseincrementa el espesory el dimetro exterior

de la tuber!a en unoen ambos extremosen un proceso de forjacaliente, a los "ue

posteriormente se lesrealiza un releado deesfuerzos.

9ormadaselextremo pin essuajeado $cerrado% y

el extremo caja esexpandido en frio sinrebasar el /0 dedimetro y el (0 de

espesor, aplicando unreleamiento deesfuerzos posterior.


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isasse ma"uilan lasroscas directamentesobre los extremos deltubo sin aumentar eldimetro exterior delmismo.

!copladassema"uila un pin encada extremo del tuboy se le enrosca uncople o una doblecaja, "uedando eltubo con pin de un

extremo y caja el otroextremo.


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C8VEI8-I8

2IP9 =E 9C8& a


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continuacin sepresentan los diferentestipos geom3tricos de

roscas existentes endiseo tanto para M+H288PI como para PEKI+K


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8ntes de la bajada al pozo, es necesario

medir la longitud de cada casing o tubing.Para ello se debe emplear una cintacalibrada de acero o un medidor lser.

-a medicin deber 'acerse desde la cara

exterior de la cupla o box a la posicin delextremo roscado externamente adondellega la cupla o box cuando se enrosca la

junta 'asta la posicin de ajuste.


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:1 PR"S,O/ D" R";"/T!


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PcQ P' W GC


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e considera tensin la cargacolocada en la tuber!a y "uecrea un esfuerzo axial $en eleje% del tubo.

Cuando las sartas dereestimiento y de produccin

se suspenden desde lasuper)cie 'astaprofundidades de S 111metros $1111 pies%, el tramoms cercano a la cima debesoportar el peso de todas las

secciones de tuber!a "ue"uedan debajo de ella, lo cualda una idea de la resistenciaa la tensin "ue se debe desoportar.

-os factores comunes dediseo a la tensin para losreestimientos ar!an en elrango de #,/ a (,1D siendo elalor ms com


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8 niel mundial existen ariasorganizaciones e instituciones "ue estudian einestigan todo lo concerniente al tema detuber!as utilizadas en la industria petrolera.

se enfocan principalmente al establecimientode estndares para la fabricacin, uso yprueba de materiales, como un medio decoadyuar a los ingenieros en la mejor toma

de decisiones y a establecer condiciones yrecomendaciones para el adecuadoaproec'amiento de las tuber!as.


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H9K8&

8PIH8CEI9


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"sfuer=o a la Tensin, originado por elpeso "ue ejerce la sarta. "sfuer=o al *olapso, originado por la

presin de la columna 'idrosttica ejercida

'acia la tuber!a. "sfuer=o al "stallido, originada por la

presin del 6uido en el interior de la tuber!a.


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el cual se aplica para el diseo del pozo y "ue seda para las tres secciones de reestidores&super)cial, intermedia y de produccin $liner%.

-os datos del pozo son& 0f 41.YXpsiRft 9ST 4(.1 ZG8C29 =E E;+I=8= =E 2EHI9H 9S* 4#.#(/ ZG8C29 =E E;+I=8= =E

C9-8P9 9S" 4#.1 ZG8C29 =E E;+I=8= =E E28--I=9 imitaciones+sar un solo grado de tuber!a y un

solo peso nominal para cada seccin.


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OD (pulg.) ID (pulg.) Rc (psi) Re (psi) Rt (x1000lb.)

13.37 1!.3"7 !#!$ %3&$ 1#&3


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&.%! #.3 %%!$ 7&3$ 13!&


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7 %.1#" 7$!$ #1%$ 7"%

Programa de Revestimiento


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Intervalo

(ft)Grado

Peso

(lbft)

!"mero detubos

#ongitud

(ft)

$uperficial $ ' &&$ ()& 7! 1$ &&$

Intermedio $ ' #%7 *)#$ 3. !17 #%7

#iner #"7 ' 1$#7 *)#$ !& %$ !"$$


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Inapropiada seleccin del tubo para laprofundidad y las presiones encontradas. Insu)ciente inspeccin del cuerpo del tubo

o roscas. =aos durante el manipuleo yRo transporte. Kala prctica de operacin de bajada o

extraccin de los tubos del pozo. oscas mal ma"uinadas. +so de cuplas de reemplazo de fabricantes

no acreditados.


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=escuidos en el almacenamiento de lostubos.

+so de grasas no adecuadas, o diluidas osucias.

Esto puede proocar engrane de las roscas. 2or"ue en exceso para forzar la bajada del

tubo al pozo. Kartillado de las cuplas, especialmente entubing.

=esgaste interno de tubing por la accinde la arilla de bombeo.

G ti i l t l t bi 8


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Gatiga, especialmente en el tubing. 8menudo se producen fallas en el


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=esgaste por rotacin de barras desondeo, especialmente en pozos condesiaciones o doglegs.

Pandeo del tubo en zonas no cementadassi adems se dej la tuber!a asentada.

Enros"ues o desenros"ues en tiros dobleso triples.

Ca!da de la columna, a


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oscas sucias. oscas engranadas debido a suciedad, mal

enros"ue, roscas daadas, alta elocidad deenros"ue,

sobretor"ue, moimiento lateral del tubodurante el enros"ue.

oscas mal ma"uinadas.2raccin demasiado rpida de la columna.


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=ejar caer la columna. Excesios enros"ues y desenros"ues.

Colocar la llae muy alta sobre el tubo.$Estoprooca una 6exin "ue tiende a engranarlas roscas.%

Inadecuado tor"ue de enros"ue de la cupla. 8lta oalidad del casing. Procedimiento inadecuado de )jado de la

tuber!a. $Esto produce tensiones en la unin"ue podr!an exceder el l!mite de 6uencia delmaterial.%


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. Kanipular los tubos con suaidad, con los

protectores de rosca colocados. (. Identi)car las conexiones y los accesorios.

8segurarse de "ue sean compatibles. . Plani)car preiamente las operaciones a

realizar. Y. Controlar el e"uipamiento a ser utilizado

en la operacin. Controlar la alineacin delaparejo respecto del pozo.

/. -impiar los tubos e inspeccionarlosisualmente.

O. einstalar los protectores limpios antes


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O. einstalar los protectores limpios antesde "ue los tubos sean leantados 'acia laboca del pozo, o usar protectores

especiales. A. +tilizar compuesto lubricante 8PI para

roscas $8PI /8%. X. ealizar el acople con sumo cuidado. En conexiones con sello metlico se deber

utilizar gu!a de embo"ue tanto en la bajadacomo en la extraccin de la columna.

S. +tilizar la elocidad de rotacin $r.p.m.%adecuada, de acuerdo con lasrecomendaciones.


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K+CF8;8CI8[[[

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