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Instituto Tecnolgico Superior de Coatzacoalcos

Carrera:Ingeniera PetroleraMateria:Tecnologa de la Perforacin y la Terminacin No ConvencionalCatedrtico:Ing. Ren Gngora RomeroGrado y Grupo:9vo CEquipo No. : 2

INTEGRANTESJERNIMO ROS LUIS DE JESSJIMNEZ ARIAS KARENTMELCHI PEREA DELIA BRIGITTEORTZ RODRIGUEZ RITCHIE DANIEL RODRIGUEZ ZARATE ATHALIASANCHEZ PEREZ GRECIA DENISSEDeterminacin de las fuerzas aplicadas y sus efectos a la tubera de explotacin y produccin.UNIDAD II

AGENDA1. Propiedades de las tuberas2. Efecto de la combinacin de diferentes fuerzas3. Fuerza aplicadas a las tuberas de revestimiento y produccin4. Cambios en la longitud del aparejo de produccin5. Tpicos especiales6. Ejercicios7. Ejemplos

Contenido por subtema2.1 Propiedades de las tuberas2.1.1 Propiedades2.1.2 Fuerzas de diseo de las tuberas

En el API se clasifica como estndar a :Tubera de produccin1.0" < X < 4.5 " Tubera de revestimiento4.5 " < X < 20 "

2.1 PROPIEDADES DE LAS TUBERASLa tubera es clasificada de acuerdo a cinco propiedadesLa fabricacin Grado de AceroTipo de juntasRango de longitudEspesor de pared y peso

La mayora de las tuberas casi sin excepcin son fabricadas con el 3 % al carbn con pequeas cantidades de magnesioNormalmente para que la tubera resista mas esfuerzos se somete a un proceso de temple.El API a designado que en el grado del acero se utilice para definir el esfuerzo de cedencia de la tuberaEste designacin consiste en que despus de la letra el numero que la sigue define el mnimo esfuerzo de cedencia de el acero , en miles de psiGRADO DE ACERO

GRADO CEDENCIA E-75 75 000 psi. X-95 95 000 psi. G-105 105 000 psi. S-135 135 000 psi.a que se refieren los nmeros despus de las letras?a la resistencia a la tensin que tiene cada grado de tubera por cada pulgada2 de la pared del tubo (rea transversal)

Tipos de juntasEs un elemento de acoplamiento pesado para la tubera de perforacin, la cual tiene cuerdas gruesas, estrechas y sello diseado para sostener el peso de la tubera, resiste a la torsin de las repetidas conexines y desconexines, adems a la fatiga adicional durante la perforacin y provee un sello hermtico.

La seccin del macho (pin), es unida a la hembra (caja) para unir las juntas de la tubera de perforacin.

Las conexiones en tuberas de perforacin generalmente son del tipo recalcado, debido a que son sometidas, como sartas de trabajo, a grandes esfuerzos durante las operaciones de perforacin.

LONGITUD

Hay 3 estndares de longitud.

De 5.5 a 6.7 mts. (obsoleto)

De 8.3 a 9.1 mts.

De 11.6 a 13.72 mts.

* Estas medidas se consideran sin incluir las roscas.

La clasificacin que hace API en las tuberas de trabajo en funcin a su des -gaste es la siguiente:

CLASE NUEVA : es la tubera que conserva sus propiedades o que ha sufrido como mximo un desgaste exterior uniforme no mayor del 2%.

CLASE PREMIUM : las tuberas que se clasifican en est categora son aquellas que han sufrido como mximo un desgaste exterior no mayor del 3% y un desgaste concntrico uniforme del 12 al 20%.

CLASE 2 : en esta clasificacin se encuentran las tuberas que han perdido entre el 12 y el 20 % del espesor de pared, en forma excntrica y adems en algn punto el espesor de pared es de el 65% de su espesor original.

CLASE 3 : cuando una tubera se desgasta del 20 al 35% del rea de acero original en forma excntrica cae en esta clasificacin.

Clase de tuberias

CONDICIONES DE LA JUNTA (CAJA PION)CODIGO DE COLORES PERFORACIN

PARA IDENTIFICAR LA CLASE DE TUBERIA SE UTILIZAN FRANJAS COLOR BLANCO EN LA PARTE SUPERIOR DE LA JUNTA (UP SET) .

PESO DE LAS tuberiasPara identificar el peso de la tubera se utilizan franjas en color azul, para tuberas que no son estndar en peso.

Como ejemplo: TP 5 XH.

SIN FRANJAS ESTANDAR EN PESO. 19.5bs/pie. 1 FRANJA AZUL 25.6 lbs/pie. NOTA: El peso estndar en tubera de perforacin 5 XH, es de 19.5 lbs /pie.

Contenido por subtema2.2 Efecto de la combinacin de diferentes fuerzas2.2.1 Combinacin colapso-tensin2.2.2 Combinacin estallamiento-compresin2.2.3 Aplicacin de criterio triaxial

2.2 EFECTO DE COMBINACIN DE DIFERENTES FUERZASIntroduccinLos esfuerzos biaxiales se define como el cambio en el comportamiento de sus propiedades mecnicas que sufren los tubulares cuando son sometidos a la combinaciones de esfuerzos.Durante las operaciones que se realizan con los tubulares durante la introduccin, cementacin de la tubera y durante la vida productiva del pozo, las tuberas se encuentran sujetas a diferentes cargas combinadas.*Esfuerzo biaxiales: Es conocida como la aplicacin de dos fuerzas deformativas a un mismo cuerpo, ya sea en diferente plano o uno mismo.

2.2 EFECTO DE COMBINACIN DE DIFERENTES FUERZASCombinacin ColapsoTensinCombinacin compresin EstallamientoFuerzas TriaxialesCuando 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.Esfuerzo de tensinDecremento en el dimetro, por lo tanto decremento de la resistencia de colapso

Combinacin ColapsoTensinCombinacin compresin EstallamientoFuerzas TriaxialesCuando la tubera se encuentra a compresin la capacidad mecnica de la tubera de revestimiento al colapso se incrementa, mientras que la presin interna disminuye.Esfuerzo de CompresinIncremento del dimetro, por lo tanto incremento en la resistencia del colapsoCombinacin ColapsoTensinCombinacin compresin EstallamientoFuerzas Triaxiales

Esfuerzos Biaxiales

ECUACIN PARA DETERMINAR ESFUERZOS BIAXIALES

Combinacin ColapsoTensinCombinacin compresin EstallamientoFuerzas TriaxialesUtilizando la teora clsica de elasticidad (ecuaciones de LAME) se obtienen para el esfuerzo tangencial y radial.

Contenido por subtema2.3 Fuerza aplicadas a las tuberas de revestimiento y produccin2.3.1 Fuerzas trmicas2.3.2 Fuerzas externas y fuerzas internas2.3.3 Fuerzas mecnicas

La importancia de reconocer la capacidad de resistencia de las tuberas ha sido materia de muchas y fuertes discusiones, de extensos estudios y de diversas pruebas de laboratorio, que han permitido evolucionar en el conocimiento del comportamiento mecnico de las tuberas. Es por ello que diferentes instituciones se han abocado a la tarea de reconocer y recomendar prcticas para estandarizar tano el proceso de fabricacin como la medicin de su desempeo mecnico o capacidad de resistencia, y hasta la prctica para el buen manejo de los mismos. Esto a la vez conduce a considerar las diferentes situaciones de falla que experimentan las tuberas. La resistencia de un tubo se puede definir como una reaccin natural que opone el material ante la imposicin de una carga, a fin de evitar o alcanzar los niveles de una falla. De tal manera, 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.

2.3 fuerzas aplicadas a las tr y tpIntroduccin

2.3 fuerzas aplicadas a las tr y tpTIPOS DE TUBERIAStuberas de perforacin (TP) o tubera de trabajo (WTP)tubera de revestimiento (TR)tubera de produccintubera de lneaotras: tubera flexible (TF)CUAL ES LA DIFERENCIA ENTRE UNA Y OTRA TUBERA?su construccinsu grado de acerosu longitudsu conexin o junta Segn el tipo de trabajo que realizan se fabrican con ciertas caractersticas

Una tubera es un elemento cilndrico hueco compuesto generalmente de acero, con una geometra definida por el dimetro y el espesor del cuerpo que lo conforma. Para fines prcticos, se define mediante una geometra homognea e idealizada. Es decir un dimetro nominal y un espesor nominal constante en toda su longitud. Sin embargo, la realidad es que no existe una tubera perfecta geomtricamente. Adolecen de ciertas imperfecciones como la ovalidad y la excentricidad.

ClasificacinDeTuberasClasificacinPor ObjetivoClasificacinPor funcinTuberas de RevestimientoTuberas de PerforacinTuberas de ProduccinOtros TabularesConductoraSuperficialIntermediaDe explotacinLinnersTubera flexibleLastrabarrenasTubera Pesada

Los esfuerzos a que estarn sometidas las tuberas al ser utilizadas son:TENSION (Estiramiento que puede provocar una ruptura al rebasar su limite de resistencia) TORQUE (Esfuerzo torsional que se genera al apretar las juntas de la tubera)PRESION INTERNA (Estallamiento que se provoca al aplicar una presin interna superior al limite de su resistencia)PRESION EXTERNA (Colapso o aplastamiento provocado al aplicar una fuerza exterior alrededor de la pared del tubo que rebasa su limite de resistencia) COMPRESION (Esfuerzo generado al aplicar un peso sobre el tubo mayor a su capacidad de carga)ESFUERZOS AXIALES (Esfuerzos generados al trabajar las tuberas bajo condiciones de peso excesivo y rotacin, flambeo o pandeo)

Colapso: Generada por los Fluidos de la formacin, tales como gas aceite, agua salada, etc.Fuerza de compresin: Fuerza Generada por el fluido de perforacin durante la introduccin o por el cemento durante la cementacin.Fuerza de Tensin: Fuerza generada por el peso de la propia tubera. Presin interna: Generada por los fluidos utilizados durante la perforacin. Sin embargo, se pueden presentar manifestaciones de la formacin, tales como: gas, aceite, agua salada, etc.

Se denomina Casos de carga a aquellas condiciones a las que se supone se ver sometido la tubera a lo largo de su vida de servicio. Por ejemplo: Prueba de presinArremetida de gasFugas de gas en las TPsEtc.

Para los cuales se tiene que verificar la capacidad de resistencia de la tubera.

Analizando los casos de carga, se deben comparar los resultados con la resistencia del material es:

ColapsoCadencia Interna (Estallido)TraccinCompresin Esfuerzos de Von Mises

La tensin de la tubera es la capacidad que tiene la tubera para resistir su propio peso cuando es introducida.

Durante el diseo de las tubera deber considerarse un valor adicional de tensin, debido a que durante la introduccin pueden presentarse eventos operativos tales como pegaduras, derrumbes, fricciones, etc.

Existen dos mtodos para calcular la tensin de la tubera de revestimiento: Mtodo del factor de flotacin. Mtodo de presin-rea.

La resistencia a la falla por tensin de una tubera se puede determinar a partir de la cedencia del material y el rea de la seccin transversal. Se debe considerar la mnima cedencia del material para este efecto. Se define como el esfuerzo axial que se requiere para superar la resistencia del material y causar una deformacin permanente. Es decir Ecuacin de resistencia a la tensin.

Ejemplo: Calcular la resistencia a la tensin de una tubera de perforacin grado E75 con un dimetro exterior de 2 3/8 y un dimetro interior de 1.815.

La fuerza de compresin es generada por el empuje del fluido (lodo, cemento, etc.) sobre el rea de la seccin transversal de la tubera, cuando esta es introducida.

La fuerza de compresin desaparece despus de que el cemento haya fraguado. Sin embargo, se han observado casos en que la tubera queda sometida a esfuerzos de compresin cuando las cementaciones son defectuosas.

Altos valores de compresin se presentan cuando la tubera de revestimiento es introducida en altas densidades del fluido de perforacin.

en la seleccin de la conexin; puesto que la resistencia de la conexin a la compresin se ven reducida por sus caractersticas y diseo, principalmente en las conexiones integrales lisas

La resistencia al colapso es la condicin mecnica de una tubera (aplastada) originada por la aplicacin de una carga, superior a su capacidad de resistencia a la deformacin.

Fuerza mecnica capaz de deformar un tubo por el efecto resultante de las presiones externas. La teora clsica de la elasticidad nos permite determinar los principales esfuerzos radiales y tangenciales que actan sobre la tubera.

Los colapsos en tuberas de revestimiento y tuberas de produccin suelen ser problemas serios, que pueden derivar en la prdida de un pozo y por lo tanto ocasionar incremento en los costos de operaciones.

TIPOS DE COLAPSO Colapso de cedenciaColapso plstico Colapso elstico Colapso de transicin

Colapso de Cedencia:

Colapso de plstico:

Colapso de elstico:

Colapso de transicin:

Es comn atribuir el fenmeno del colapso a una supuesta calidad deficiente de las tuberas. Sin embargo, estudios sealan un conjunto de factores causales, tales como: Desgaste de la tubera de revestimiento. Desgaste por pandeo helicoidal. Incremento de presin exterior por temperatura. Depresionamientos inadecuados. Cargas geostticas por formaciones plsticas y actividad tectnica.

Este factor est asociado a la rotacin de las juntas de la sarta de perforacin y a los viajes que se efectan. La magnitud del desgaste en la tubera de revestimiento est relacionada por:

Mucho tiempo para perforar. Altas severidades de la pata de perro. Problemas de pegadura.

Al reducir el espesor de la pared de la tubera es posible observar que tienden a reducirse las propiedades mecnicas del tubo (tubera empleada para operaciones de ingeniera petrolera).

Desgaste de la Tubera de Revestimiento

Desgaste POR PANDEO HELICOIDALCuando las tuberas de revestimiento no son cementadas hasta la superficie, debe tomarse en cuenta la tensin requerida para asentarla adecuadamente en las cuas del cabezal. El valor de esta tensin est relacionado con las propiedades mecnicas de la tubera, de los cambios en la densidad y de temperatura de la siguiente etapa de perforacin.En la operacin de anclaje deben conocerse el valor de la cima de cemento, determinar la tensin adicional y elongacin, en funcin de los factores que provocan el pandeo helicoidal, los cuales son: Cambio en densidad de fluido interno externo. Cambio de presiones en la TR interno-externo. Cambio de temperatura.

Desgaste POR INCREMENTO DE PRESION EXTERNA POR TEMPERATURACuando la cementacin de la tubera de revestimiento no alcanza la superficie, el fluido de perforacin que permanece en la parte exterior, por el paso del tiempo sufre una degradacin fsica de sus fases, separando slidos de lquidos. El agua, puede ser sometida a una temperatura que pueda alcanzar valores por arriba de su punto de ebullicin, de tal manera que comienza a evaporarse, lo que puede generar un incremento en la presin por el espacio anular, si esta no es desfogada. Cuando el pozo est fluyendo, los hidrocarburos ascienden a la temperatura del yacimiento, la cual se puede presentarse una transferencia de calor a travs de la tubera de produccin hacia el fluido empacante, el cual, en algunas ocasiones puede alcanzar su punto de ebullicin generando vapor. Ahora bien un incremento de presin en el espacio anular, puede alcanzar valores elevados que causando el colapsamiento de la tubera.

Desgaste POR DEPRESIONAMIENTO INADECUADOEste fenmeno se presenta en las inducciones de pozo, cuando el espacio anular se encuentra con fluido empacante y por el interior de la tubera se maneja un gas a presin. El fenmeno se vuele crtico especialmente cuando no se manifiestan los hidrocarburos o agua salada, quedando la tubera completamente vaca y sometida a una mxima carga por el exterior (efecto succin).

Esto se conjuga con los depresionamientos inadecuados, que generan los denominados golpes de ariete, incrementando la fuerza exterior y por ende, el colapso.

Desgaste POR CARGAS GEOESTTICASDurante la perforacin se atraviesan formaciones tales como lutitas, domos arcillosos y domos salinos, etc., cuyos comportamientos qumico-mecnicos son francamente plsticos (donde el material se extruye y fluye hacia el pozo), y ocasionan que la carga geoesttica se transmita radialmente hacia el pozo, lo cual puede propiciar el colapso de la tubera de revestimiento

La falla por estallamiento de una tubera es una condicin mecnica que se genera por la accin de cargas de presin actuando por el interior de la misma. La resistencia que opone el cuerpo del tubo se denomina resistencia al estallamiento. Por efecto de las traducciones y el manejo del trmino burst, generalmente se le ha denominado como resistencia a la presin interna. Sin embargo, es claro anotar que este utilizado debido a que la presin interna es la carga y la propiedad del material es la resistencia. Esta opone el material a fallar por estallamiento o explosin debido a la carga a la que est sometido por la presin acta en la cara interior del tubo.

Para predecir la resistencia al estallamiento de tuberas se utiliza la ecuacin de Barlow. Se recomienda para tubos de espesor delgado, y es avalada por el API como estndar en sus especificaciones.

La ecuacin calcula la presin interna, en la cual el esfuerzo tangencial en la pared interior alcanza el esfuerzo de cedencia del material. El factor de 0.875 corresponde al 87.5% del total debido a la tolerancia permitida del fabricante en el espesor de la pared, la cual es igual a 12.5%. El resultado de esta ecuacin debe ser redondeado a 10 psi para obtener el mismo valor que en las tablas.

En ingeniera, torsin es la solicitacin que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecnico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensin predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

El esfuerzo de torsin, se producen cuando, se somete un eje a un torque o un par en un extremo y en el otro extremo esta fijo.

Otra definicin puede quedar definida como la relacin interna del material a oponerse al torque.

Para la ingeniera Petrolera el momento de inercia de inters es el que aplicamos en las tuberas cuyo equivalente sera el siguiente: Entonces cuando tenemos considerado todo lo anterior, la ecuacin final queda definida de la siguiente manera:

Este anlisis se realiza para saber que torque se le puede aplicar a la TP sin daar a la misma y a sus conexiones.

A mayor Profundidad el torque ser mayor, debido a que las paredes oponen friccin torsional.Anlisis torsional

Deformacin Torsional o Angulo de Torsin

La ecuacin anterior solo se cumple para disear un eje con un ngulo menos a 3 grados. Para obtener la resistencia a la Torsin despejamos T de la ecuacin del esfuerzo de torsin quedando la ecuacin de la siguiente manera:

En la industria Petrolera el clculo de este factor es muy importante ya que interviene en varias etapas del proceso para perforar, en el diseo de la sarta de perforacin, para saber que dimetros de tubera son convenientes de usar en el pozo.

Fuerza Trmicas. Anteriormente, en el diseo de las tuberas de revestimiento no se consideraba el esfuerzo axial por cambios de temperatura despus de que la tubera es cementada y colgada en el cabezal. Los cambios de temperatura encontrados durante la vida del pozo generalmente deben desecharse. Cuando la variacin de temperatura no es mnima, debe considerarse el esfuerzo axial resultante en el diseo de la tubera y en el procedimiento de colgado. Algunos ejemplos de pozos en los cuales se encontraran grandes variaciones de temperatura son:

Pozos de inyeccin de vapor.Pozos geotrmicos.Pozos en lugares fros.Pozos costa fuera.reas con gradientes geotrmicos anormales

INTERPRETACIN DEL PRONTUARIO DE TAMSAEs una herramienta desarrollada por la empresa TAMSA, donde se clasifican los diferentes tipos de tuberas a usar en la industria petrolera, as como sus especificaciones (Grado, Driff, PI, PE, dimetro interno, dimetro externo, etc.), especificando las fuerzas aplicadas a cada tuberas.

Dimetro Interno de la TuberaTipo de Tubera (TR, TP, Tub. Perforacin, Conduccin)Grado nominal (API)Alto ColapsoTensin soportada (x1000)Peso por cada ft de tubera(puede haber mas de dos pesos por tubera)Colapso mnimoPresin Interna (Estallamiento)Dimetro internoDrift (Dimetro Calibrador)

Ejemplo. Localiza en el Prontuario TAMSA la PI, Tensin soportada y el Colapso, dada por una TR 6 5/8 pg J-55, con un peso de 24 lb/ft:

Ejemplo. Localiza en el Prontuario TAMSA el Estallamiento, Tensin soportada y el Colapso, dada por una TR 6 5/8 pg J-55, con un peso de 24 lb/ft:

Por lo tanto:

Estallamiento: 5110 psiTensin: 382000 lbColapso: 4560 psi

PARA REALIZARLocaliza en el Prontuario TAMSA el Estallamiento, Tensin soportada y el Colapso, dada por una TP 4 1/2pg C-90, con un peso de 17 lb/ft:Cul es el Peso de la TR 9 5/8pg, con un Colapso de 8970 psi?Qu grado es esa TR?Localiza en el Prontuario TAMSA el DI, de una TR 7 5/8 pg, dnde slo se conoce que soporta tensin 555000, y cual ser el colapso de esa TR.

Contenido por subtema2.4 Cambios en la longitud del aparejo de produccin2.4.1 Efecto de pistoneo2.4.2 Efecto de baloneo2.4.3 Efectos de temperaturas2.4.4 Combinacin de efectos

Cambios en la longitud del aparejo de produccin.Efecto de pistoneoEl efecto de pistn se basa en la Ley de Hooke Este efecto provoca un acortamiento si la presin es mayor en el interior de la tubera y un alargamiento si la presin es mayor en el espacio anular entre el aparejo y la tubera de revestimiento.

Efecto de baloneo (aglobamiento)Cuando la presin interna en un aparejo de produccin es mayor que la presin externa, los esfuerzos radiales que actan sobre la pared generan una expansin (aglobamiento) del tubo, este fenmeno causa una contraccin longitudinal del aparejo. Caso contrario ocurre cuando la presin externa es mayor que la presin interna y se produce una elongacin de la tubera.

Efectos de temperaturaTambin se debe considerar el alargamiento del aparejo durante la produccin del pozo, pues la transferencia de calor de los fluidos del yacimiento a la tubera causan elongacin de la misma, lo que provoca una carga sobre el empacador, o hasta una deformacin del aparejo de produccin. tttCombinacin de efectosEstos cambios pueden ser positivos o negativos y generar grandes esfuerzos en la tubera y/o empacador.Por lo anterior, se debe disear el aparejo de produccin considerando todos los cambios de presin y temperatura que se pudiesen presentar, con la finalidad de considerar los movimientos y cambios de esfuerzos de la tubera, y as evitar un problema serio. 2.5 TPICOS ESPECIALESCOLAPSO

INTRODUCCIN

Los colapsos en tuberas de revestimiento y de produccin pueden derivar en la prdida de un pozo. Su estudio ha sido de gran inters para la industria petrolera.Actualmente se cuenta con tecnologas y sistemas que permiten identificar los factores causales ms atribuibles a este fenmeno, con la finalidad de desarrollar medidas preventivas que ahorren importantes recursos econmicos.2.5 TPICOS ESPECIALESCOLAPSO

INTRODUCCIN

Los colapsos en tuberas de revestimiento y de produccin pueden derivar en la prdida de un pozo. Su estudio ha sido de gran inters para la industria petrolera.Actualmente se cuenta con tecnologas y sistemas que permiten identificar los factores causales ms atribuibles a este fenmeno, con la finalidad de desarrollar medidas preventivas que ahorren importantes recursos econmicos.