tuberías- propiedades y esfuerzos

8/16/2019 Tuberías- Propiedades y Esfuerzos

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2DETERMINACIÓN DE LAS

FUERZASAPLICADAS YSUS EFECTOS

A LA TUBERÍADEEXPLOTACIÓN Y

PRODUCCIÓN


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Presentan:

Brandt Morales Manuel Alberto Godínez Gil Alejandro Heredia Valdés Miguel Ángel

Marroquín León José Alejandro Ortis Jiénez Joel !gna"io #érez $oínguez Ví"tor Leonardo

Terminai!n " Mantenimient# $e P#%#s IP&'()


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)*PROPIEDADESDE LASTUBERÍAS


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PROPIEDADES DE LASTUBERÍAS

Las características principales que debenobservarse en las tuberías de revestimiento(TRs) y tuberías de producción (TPs) son:

▸ Diámetro nominal

▸ Peso nominal▸ Drit▸ !rado▸ Resistencia a la tensión▸ Resistencia al colapso

▸ Resistencia al estallamiento▸ Resistencia a la corrosión


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DI+METRO

NOMINALSe re,ere a- $i.metr# interi#r $e/n t/0#*

Siem1re $e0e tenerse en /enta


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"ace reerencia al peso de la tubería por unidad delon#itud$%sta característica es utili&ada principalmente para

identi'car la tubería de revestimiento durante el

PESO

NOMINAL


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Tambin llamado diámetro de calibrador* sere'ere+ independientemente del diámetrointerior+ al diámetro má,imo que una

-erramienta puede tener para ser corrida en

DRIFT


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Representa la calidad del acero$ Depende de lacantidad proporcional de carbono+ molibdeno+cromo y otros elementos presentes en laaleación$%sta de'nido por una letra (#rado de acero

se#.n abricación) y un n.mero+ que indican elesuer&o a la cedencia mínima del acero$

6RADO


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%l apare/o de producciónesta sometido a dierentesesuer&os debido a lascondiciones de operación


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RESISTENCIAA LATENSIÓN0posición a la cedencia por el área transversalde la tubería$11$2apacidad que tiene la tubería para resistir su

propio peso cuando es introducida


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RESISTENCIA AL

COLAPSO%s la uer&a capa& de deormar un tubo poreecto de presiones e,ternas$La resistencia al colapso es unción de la uer&a

de cedencia del material y de relación de


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TIPOS DECOLAPSO

20L3P40%L54T620

2PL

20L3P40D%

TR37462687

20L3P40 D%2%D%7263


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COLAPSO A UNA SUPUESTA CALIDADDEFICIENTE DE LAS TUBERÍAS* SIN EMBAR6O8ESTUDIOS SE9ALAN UN CONUNTO DEFACTORES CAUSALES

Des#aste dela TR

9actores

2ausales del2olapso

Depresionamientosinadecuados

Des#aste porpandeo

-elicoidal

6ncrementode presióne,terior portemperatura

2ar#as#eostáticas

porormacionesplásticas yactividadtectónica


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RESISTENCIA

LESTALLAMIENT

OLa alla por estallamiento de una tubería es una condicimecánica que se #enera por la acción de car#as presión actuando por el interior de la misma$

resistencia que opone el cuerpo del tubo se denomi


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RESISTENCIAA LA

CORROSIÓNLa #rr#si!n es $e,ni$a #m# e-$eteri#r# $e /n materia- met.-i# a

#nse/enia $e /n ata2/e 2/5mi#


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CLASIFICACIÓN DE LACORROSIÓN

Porpicaduras

2orrosión".meda

Locali&ada

6nter#ranular

!alvánica

De racturaba/o tensión

Por cavidades


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FACTORES DE DISE9O

Los eectos de car#a son separados de laresistencia de la tubería por un multiplicadorconocido como actor de se#uridad cuyaunción es tener un respaldo en el diseo+debido a la incertidumbre en determinar las

condiciones de car#a reales+ además delcambio de las propiedades del acero debido acorrosión y des#aste$


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%l actor de se#uridad es de'nidocomo la relación entre laresistencia del tubo y lama#nitud de la car#a aplicada$


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;* EFECTO DE LA

COMBINACIÓNDEDIFERENTESFUERZAS


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20L3P40 (%40

T%74687=20


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%l eecto bia,ial considera el cambio en laresistencia al colapso y presión interna debido ala tensión o compresión del apare/o$

EFECT

OBIAXIA

L


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es el esfuerzo cedente reducido equivalente

= esfuerzo a la cedencia nominal de la tuber

esfuerzo axial de la tubería

DONDE:


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EFECTOSRELE


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EFECTO

TRIAXIAL%l diseo tria,ial considera que en cada elemento de aceen la tubería act.an tres esuer&os sobre su super'cestos son el esuer&o a,ial+ radial y tan#encial$ La .ndierencia entre el concepto tria,ial y el bia,ial es que

se#undo considera el esuer&o radial i#ual a cero$


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DONDE:

= esfuerzo a la cedencia nominal de la tubería

esfuerzo axial de la tubería

= esfuerzo tangencial


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APLIC32IÓN DELCRITERIO TRIAXIAL4e trata de una de las teorías más undamentadas y

utili&adas en la teoría clásica de la elasticidad paracuanti'car la ma#nitud de los esuer&os que tomanlu#ar en un material para -acerlo allar$

%sta teoría se denomina >de la distorsión de laener#ía de deormación má,ima> propuesta

inicialmente por "enc?ey @on


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PROCEDIMIENTO DENORMALIZACIÓN

3 'n de determinar la resistencia de las

tuberías con este modelo tria,ial+ se reali&anlas si#uientes consideraciones:

A) Para evaluar la capacidad de resistencia a laalla por colapso:

▸)4uponer la 70 e,istencia de presión por elinterior de la tubería$

▸)4impli'car en trminos de presión e,terna laecuación del modelo tria,ial$

▸)Resolver la ecuación cuadrática resultante$


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%l resultado de loanterior representa enorma #rá'ca unaelipse cuyo contornosimboli&a la

resistencia al colapsopara las dierentescondiciones deesuer&o a,ial$

Para 'nesprácticos se utili&ala re#ión delprimer y se#undocuadrante de la

#rá'ca$ %s decir laparte positiva delas presionesresultantes$


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B) Para evaluar la capacidad de resistencia ala alla por estallamiento:

▸)4uponer la 70 e,istencia de presión por ele,terior de la tubería$

▸)4impli'car en trminos de presión interna laecuación del modelo tria,ial$

▸)Resolver la ecuación cuadrática resultante$


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C) Representación tria,ial:%n orma convencional representar las docurvas resultantes en un solo #rá'co+ tra&anden el primer y se#undo cuadrante la curva qu

representa la resistencia al estallamiento$ lse#unda curva+ que representa la resistencial colapso+ colocarla en el tercer y cuartcuadrante$


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%l resultado de aplicar este convencionalismo+#enera una elipse que representa los límitesde resistencia a la alla por colapso y porestallamiento a las dierentes condiciones deesuer&o a,ial$ %s decir+ se mane/an tresvariables para representar la resistencia delmaterial$ La cedencia del material queda

representada por la ma#nitud de la elipse$ ;npunto de inters en la elipse+ es elrepresentado a presión >E> sobre el e/e de lasabscisas+ y que representa la resistencia a latensión$


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EN CUENTA PARA EL USO


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EN CUENTA PARA EL USOADECUADO DEL MODELOTRIAXIAL

F %l modelo representa la resistencia de losmateriales en tuberías con una del#ade& G AH$%sto si#ni'ca que prácticamente está diri#ido adiámetros de tubería menores de I HJK>+ en virtudde suponer la aplicación de la teoría clásica de la

elasticidad y que en las relaciones de del#ade& AH 70 se -a /usti'cado$

F 4e debe evaluar una elipse por cada #rado detubería que se utilice$

F Toda condición de car#a uera del contorno de la

elipse se dice que está propiciando una condición


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=*FUERZASAPLICADAS ALAS TUBERÍASDERE


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PERFILES DE PRESIÓNEXTERNA

▸ %n la introducción de la tubería derevestimiento

▸ Durante la cementación de la tubería derevestimiento

▸Despus de cementada la tubería derevestimiento

▸ %ecto de la presión de ormación▸ %ecto de una ormación plástica▸ %ecto de la e,pansión de los Muidos en

espacio anular


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PERFILES DE PRESIÓNINTERNA

▸ Durante la introducción de la tubería$▸ Durante la cementación$▸ Pruebas de presión$▸ La -idráulica durante la peroración$

▸ Prdida de circulación$▸ La condición de un brote$▸ %stimulación o inyección de Muidos$▸ La producción de Muidos$


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CEDENCIA


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5


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RESISTENCIA ALCOLAPSO

20L3P40 %L54T620

20L3P40 D% TR37462687

20L3P40 PL54T620

20L3P40 D%2%D%7263


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Place your screens

COLAPSO

RELACIÓN6R+FICA


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COLAPSO DE CEDENCIA


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COLAPSO PL+STICO


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COLAPSO DE TRANSICIÓN


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COLAPSO EL+STICO

EEMPLO:


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RESISTENCIA ALCOLAPSO

2alcule el valor de la resistencia al colapso paraun tubo de BE in N=HH+ que tiene un espesor depared nominal de E$OCH in y un libra/e de ACC lbJt


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EEMPLO:>C#ntin/ai!n?


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EEMPLO:>C#ntin/ai!n?

RESISTENCIA AL


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RESISTENCIA ALESTALLAMIENTO O

PRESIÓN INTERNA

EEMPLO:


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EEMPLO:RESISTENCIA A LA PRESIÓNINTERNA & ESTALLAMIENTO

2alcule el valor de la resistencia al colapso paraun tubo de BE in N=HH+ que tiene un espesor dpared nominal de E$OCH in y un libra/e de ACC lbJt

RESISTENCIA A LA


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RESISTENCIA A LATENSIÓN

Donde:

T= resistencia a la tensión

Y= esfuerzo de cedencia del material


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EEMPLO:RESISTENCIA A LA TENSIÓN

2alcule el valor la resistencia a la tensión de un tubo d TR de BE in de diámetro+ N=HH+ que tiene un diámetro dpared de E$OCH in y un peso nominal de ACC lbJt$


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EEMPLO

2alcule la resistencia al colapso de una TR de BE in+ACC lbJt+ N HH+ para condiciones de servicio deA+EEE+EEE de lb de car#a a,ial de tensión y AEEE pside presión interna$Datos adicionales: Resistencia a la tensión nominaldel tubo: B+ABH+EEE lb resistencia al colapsonominal: AQE psi resistencia a la presióninterna: CEOE psi espesor de pared: E$OCH in ydiámetro interior del tubo: AK$IC in$

(colapso de transición)


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EEMPLO >CONTINUACIÓN?


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EFECTOS DE LA


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EFECTOS DE LA TEMPERATURA


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@*CAMBIOS EN LALON6ITUD DELAPAREO DE

O CC O


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APAREO DEPRODUCCIÓ

NEs e- me$i# 1#r e- /a- se trans1#rtan -#3i$r#ar0/r#s $es$e e- "aimient# 3asta s/1er,ie*


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%l acero es un material elástico -asta ciertoslímites+ pues si una car#a de tensión esaplicada+ surirá una deormación$%l cambio de lon#itud del apare/o+ ori#inadopor cambios de presión y temperatura+ y

#enera #randes esuer&os en la tubería$


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CAMBIOS EN LA LON6ITUD

Los eectos que producen estos movimientosnetos del apare/o de producción son:

▸ Pistón▸ Salloonin# (a#lobamiento)▸ Temperatura

▸ 2ombinación de eectos


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%l eecto de pistón se basa en la ley de "oo?e+ y se debe dierencial de presión actuando sobre la dierencial de áentre la tubería de producción y el mandril del empacadoLa ley de "oo?e establece que el cambio en lon#itud

di t t i l l li d

EFECTO

PISTÓN


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2uando la presión interna en un apare/o de producciónmayor que la presión e,terna+ los esuer&os sobre la pa#eneran una e,pansión del tubo+ causando una contracclon#itudinal del apare/o$2uando la presión e,terior es mayor que la presión interse produce una elon#ación de la tubería$

EFECTOBALÓN

EFECTO DE


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%l cambio de lon#itud del apare/o+ ori#inado porcambios temperatura+ puede ser positivo o ne#ativo y#enerar #randes esuer&os en la tubería yJo

empacador cuando ste no permite el libremovimiento de la tubería$

%sto sucede cuando se reali&an operaciones durante laterminación+ e,plotación y mantenimiento del po&o+

l i d i b d d i ió

EFECTO DETEMPERATURA

Efecto de

temperatura


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Cambio de longitud de la

sarta de producción

Se contrae cuando existe inyección de fluidos a

temperatura de superficie, en el caso de

calentamiento del aparejo de producción, ya sea

por las condiciones de producción

Por la inyección de fluidos

una elongación

!o anterior sucede siempre y cuando

se tenga un mo"imiento libre de los

sellos multi#", de lo contrario se

producen fuer$as sobre el empacador


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DONDE: es e- #eiiente $e e1ansi!n trmia$e- aer# >);*@; )( ' C ( ?

GT es e- am0i# 1r#me$i# $e -atem1erat/ra*

%!& ' !%

LON6ITUD DESELLOS MULTI


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SELLOS MULTI&<O

COMBINACIÓNDE EFECTOS2uando se disea una terminación con el apare/o dproducción libre al movimiento+ se requiere introducir un

lon#itud de sellos multi=v que permita absorber laelon#aciones y contracciones #eneradas en la tubería$

%sta lon#itud se obtiene sumando al#ebraicamente total de los eectos previamente revisados mediante si#uiente ecuación: LT U LA V LB V LC V LQ


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LA U 2ambio de lon#itud de la tubería por eecto pistón (p#) LB U 2ambio de lon#itud de la tubería por alabeo o Suc?lin# ( LC U 2ambio de lon#itud de la tubería por eecto a#lobamiento o Salloonin# (p#)

í

LT 2ambio dlon#itud ne

total de tubería (p#)

RECOMENDACIONES 6ENERALES


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▸ ;na ve& que se conoce el cambio total delon#itud+ se selecciona tanto la cantidad de sellos

como la lon#itud inicial entre el tope locali&ador yel empacador$

▸ La ecuación anterior tambin puede ser empleadapara determinar la cantidad y posición de las

/untas de e,pansión$▸ ;na práctica com.n de compensación de posibles

acortamientos de apare/o de producción+ comoresultado de los cambios de presión ytemperatura durante las dierentes

RECOMENDACIONES 6ENERALES >CONTINUACIÓN?


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▸ %l cambio de lon#itud de/ada sobre el empacadorse calcula con la si#uiente ecuación:

▸ La selección adecuada de la tubería de producciónse determina calculando las presiones a que será

sometida tanto en el espacio anular(revestimientoWapare/o de producción) como en elinterior$

▸ La tubería seleccionada debe ser capa& desoportar tanto la presión al colapso como la

RECOMENDACIONES 6ENERALES>CONTINUACIÓN?


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▸ Respecto a la tensión+ se tiene que considerar elpeso de la tubería y los eectos #enerados por los

cambios de presión y temperatura+ los cualesproducen esuer&os de tensión o compresión+dependiendo del sistema empacadorW apare/o deproducción$

▸ La secuencia de cálculo para determinar laresistencia de la tubería al colapso+ presión interna ytensión+ así como los esuer&os #enerados en elapare/o por los cambios de presión y temperatura+ esun proceso muy laborioso+ por lo que se recomienda

ADICIONAL EN:


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▸ Terminación1 C$ !uía de disapare/os de producción 1

%YPL0R32687 PR0D;22687▸ 2urso de Terminación de Po&o

Raael @ias Rodrí#ue& 1 3#ost▸ 2apacidad de resistencia de t

petroleras 1 Sravo @alle/o 23le/andro et al$

▸ PR07T;3R60 1 Tenaris Tamsa


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