Tecnología de lechadas de baja densidad con alta resistencia compresiva
Existe una formulación de mezclas de cementación en la que se emplea cemento
Portland y aditivos especialmente seleccionados, de tres tamaños de partícula y
diferente gravedad específica, que simulan a las utilizadas en la industria de la
construcción. Se pueden diseñar lechadas en un amplio rango de densidades que
van de 1.25 a 2.89 gr/cm3.
La principal diferencia entre estas mezclas y las tradicionales es el
desarrollo de alta resistencia compresiva temprana que proporciona en cualquiera
de sus densidades. A las 12 horas se logra obtener con baja densidad un valor
aproximado de 2,000 psi, a temperaturas de fondo del orden de 70°C en adelante.
Estas formulaciones se han aplicado con gran éxito en cementación de
tuberías de revestimiento, en campos depresionados con bajo gradiente de
fractura y en la colocación de tapones de desvío con fluidos de baja densidad.
Hay otra formulación de mezclas de cementación en las que se emplea
cemento Portland y aditivos especialmente seleccionados para proporcionar
lechadas de baja densidad y que desarrollan resistencias compresivas aceptables,
del orden de 500 a 2,500 psi en 24 horas, a temperaturas de 27 a 110°C, en un
rango de densidades de 1.20 a 1.66 g/cm3.
Se han aplicado estas lechadas en cementación primaria, en campos de
bajo gradiente de fractura y baja presión de poro.
domingo, 30 de septiembre de 2012
sábado, 29 de septiembre de 2012
Controlar los gastos de desplazamiento y la reología de las lechadas - II
Los gastos de bombeo no deben producir un aumento de velocidad en el
espacio anular mayor a 90 pies/minuto. Bajo ciertas condiciones, lo anterior no
puede efectuarse controlando el flujo (gasto de bombeo). Por ejemplo, con efecto
de tubo U por la alta densidad de cemento y la presencia de pérdida de
circulación.
Finalmente, podemos mencionar como se colocan generalmente los
accesorios en las tuberías, y se realizan de la siguiente manera:
ð Zapata guía en el primer tramo, puede ser flotadora y esto dependerá de
las condiciones de diseño.
ð Cople flotador o diferencial, generalmente se coloca entre el segundo y el
tercer tramo, y también dependerá de las condiciones de diseño.
ð Dos centradores en cada uno de los dos primeros tramos y luego
alternados uno cada tercer tramo o como se determinen de acuerdo al
registro de calibración. Los centradores pueden ser rígidos o flexibles.
ð La zapata y el cople necesitan enroscarse utilizando algún tipo de
pegamento adecuado para el acero, esto evita el desenroscamiento o
desprendimiento de los mismos, así como de los tramos de tubería
conectados a ellos. Existen los accesorios insertables que se adhieren al
interior de la tubería por medio de presión y desarrollan las mismas
funciones que la zapata y cople.
ð En la cementación de las tuberías conductoras y superficiales,
generalmente se cementa hasta la superficie.
ð Si durante la cementación de las tuberías superficiales no sale cemento a la
superficie, se introduce una tubería de diámetro adecuado por el espacio
anular entre la tubería de revestimiento y agujero o conductor según sea el
caso, a fin de bombear el cemento necesario, que sirve para fijar los tramos
superficiales.
viernes, 28 de septiembre de 2012
Controlar los gastos de desplazamiento y la reología de las lechadas - I
Generalmente, altos gastos de desplazamiento mejoran la eficiencia si el cemento
puede alcanzar flujo turbulento hasta el espacio anular. Las condiciones que
pueden evitar alcanzar esto, incluyen:
· Capacidad de gasto de desplazamiento limitada (equipo de bombeo).
· Una presión limitada de desplazamiento y
· Condiciones de flujo inapropiadas (reología) de lodo y/o lechada.
· Capacidad de gasto de desplazamiento limitada (equipo de bombeo).
· Una presión limitada de desplazamiento y
· Condiciones de flujo inapropiadas (reología) de lodo y/o lechada.
Las propiedades de la lechada de cemento también se pueden alterar; por
ejemplo, se pueden agregar dispersantes para bajar resistencias de gel y punto de
cedencia y alcanzar el flujo turbulento a bajo gasto de desplazamiento. Lo anterior
es recomendable cuando se requieren altos gastos de bombeo.
Cuando las condiciones de la pared del pozo son tales que la turbulencia
no deba alcanzarse, hay que desplazar el cemento en régimen de flujo tapón para
mantener un perfil de velocidades favorable en el espacio anular. Mientras que las fuerzas de arrastre con flujo tapón no son tan efectivas como cuando se tiene flujo
turbulento, puede ser beneficioso incrementar la resistencia del gel del cemento
tan alto como sea posible, particularmente en la primera parte de la lechada.
jueves, 27 de septiembre de 2012
Evitar reacciones adversas lodo-cemento
Por los efectos de contaminación, puede existir la posibilidad de mezclar el
cemento y el lodo durante el bombeo y el desplazamiento, lo que da como
resultado:
· Que el fraguado se acelere o retarde.
· La reducción de la fuerza de compresión del cemento.
· El aumento de pérdida de filtrado (más alta en el lodo que el cemento), y si
es lodo base aceite puede llegar a formarse una mezcla imbombeable y
que el cemento no fragüe o no alcance consistencia.
Un estudio API, mostró que químicos inorgánicos tienen un efecto adverso
sobre los cementos (generalmente tienden a acelerar el fraguado) y el efecto
depende de la concentración, mientras que los químicos orgánicos generalmente
lo retardan y en algunos casos pueden inhibirlo completamente.
Antes de efectuar trabajos con algunas relaciones lodo-lechada de
cemento, se deben realizar pruebas de laboratorio para identificar problemas
potenciales.
Para prevenir problemas de contaminación de las lechadas con el
lodo, es mejor disminuir o evitar su contacto. El tapón limpiador previene la
contaminación dentro de la tubería y el fluido espaciador reduce el contacto en el
aspecto anular.
miércoles, 26 de septiembre de 2012
Acondicionar el lodo antes de la cementación
Reduciendo la resistencia del gel y la viscosidad plástica de lodo, se mejora
notablemente la eficiencia del desplazamiento y se reducen las presiones
requeridas en la interfase lodo-cemento.
También se reducen las fuerzas de
arrastre de desplazamiento requeridas para remover el lodo canalizado y disminuir
los efectos de las fuerzas resistivas tubería-lodo-pared del agujero.
Bajo ciertos y bien definidos límites de presión, puede bajarse la densidad
del lodo empezando con la resistencia del gel y la viscosidad plástica, casi al límite
de presión de formación del pozo. Si esto se logra, la tubería debe ser rotada sólo
para ayudar en la acción de limpieza y puede llevar a reducir la presión por debajo
de la presión de formación.
martes, 25 de septiembre de 2012
Mover la tubería durante el acondicionamiento del lodo y la cementación
Como ya se mencionó, el tipo de movimiento de la tubería también altera los
efectos entre el lodo y la tubería en una fuerza de resistencia positiva de
desplazamiento. Algunos estudios, indican que la rotación es más efectiva que el
movimiento reciproco para remover el lodo canalizado donde la tubería esta
descentralizada. En resumen, en las fuerzas de arrastre lodo-cemento hay fuerzas entre la tubería-cemento que también ayudan al desplazamiento.
Durante la
rotación, las fuerzas de arrastre tubería-cemento son más efectivas que durante
los movimientos recíprocos, ya que el cemento tiende a empujar la columna de
lodo canalizado en lugar de pasar de largo.
Rotando la tubería de 15 a 25 rpm se proporciona un movimiento más
relativo del tubo y los fluidos del espacio anular que moviéndola recíprocamente ½
metro en ciclos de 1 minuto.
En resumen, las fuerzas de arrastre son más
efectivas en la dirección de rotación de la tubería que las fuerzas de arrastre al
moverla recíprocamente durante el desplazamiento.
Los movimientos recíprocos causan movimientos laterales o cambios de
excentricidad. Los centradores se mueven a través de las irregularidades de la
pared del pozo. Estos movimientos laterales alteran el área de flujo y estimulan el
desplazamiento del lodo canalizado.
Los movimientos recíprocos crean una presión substancial y oleadas de
velocidad en la pared del agujero, que favorecen el efecto de erosión del cemento
sobre el lodo canalizado por un aumento de fuerzas de arrastre y de
desplazamiento. Sin embargo, es importante conocer la magnitud de los cambios
de presión para evitar fracturar la formación y originar pérdidas de circulación.
Al remover el enjarre de lodo, teóricamente se mejora la adherencia del
cemento con la formación. Ahora bien, esto beneficiaría las cementaciones
siempre y cuando se logre la remoción total del enjarre, pero se podrían generar
pérdidas de circulación y otros problemas relacionados con la deshidratación de
cemento (pérdida de filtrado).
lunes, 24 de septiembre de 2012
Fuerzas de arrastre del lodo, resistencia del gel y erosión del lodo - II
Moviendo recíprocamente la tubería hacia arriba y abajo, se ejerce una
fuerza de arrastre de desplazamiento, menos positiva que con la rotación. Sin
embargo, la reciprocidad también afecta la velocidad del cemento y el lodo y
beneficia cuando se tiene flujo turbulento o laminar.
Las fuerzas de arrastre en la interfase lodo-cemento pueden causar la
erosión del lodo canalizado, si éstas son suficientemente altas, y si el tiempo de
contacto lograra una remoción completa del lodo.
En tales condiciones, es
probable que exista remoción de la mayor parte del lodo canalizado cuando el
cemento está en flujo turbulento.
El tiempo de contacto es definido como el periodo durante el cual (en
alguna posición en el espacio anular) se mantiene el lodo en contacto con la
lechada de cemento que está en el flujo turbulento. Para remover el lodo, el
tiempo de contacto no debe exceder de 10 minutos.
domingo, 23 de septiembre de 2012
Fuerzas de arrastre del lodo, resistencia del gel y erosión del lodo - I
Las fuerzas de resistencia al arrastre del lodo tienen un efecto en la eficiencia, que
es proporcional a la resistencia del gel. Por ejemplo: a más alta resistencia de gel
se incrementa la resistencia diferencial para fluir a través del área no concéntrica.
El efecto de la fuerza requerida para iniciar el flujo en el lado estrecho del
espacio anular, es mayor cuando se tienen fluidos plástico de Bingham en flujo
turbulento.
Las fuerzas que resisten al arrastre entre el lodo y la tubería pueden ser
alteradas con una fuerza de desplazamiento positiva al rotar la tubería mientras se
desplaza el cemento, esto ayuda a la remoción del lodo canalizado en el lado
angosto del espacio anular, como se muestra en la figura 7.10.
Figura 7.10 Efecto de rotar la tubería de revestimiento durante la cementación
sábado, 22 de septiembre de 2012
Centradores - III
Espaciamiento mínimo
Se debe utilizar como mínimo un centrador:
· En la zapata.
· Dos tramos arriba de la zapata.
· Cada tramo, y 30 metros arriba y debajo de la zona de interés.
· Cada tramo en cualquier parte donde la adherencia es crítica.
Una pobre eficiencia de desplazamiento, deja normalmente un volumen substancial de lodo en la interfase formación-cemento-tubería, como puede observarse en la figura 7.9 lo que puede conducir a problemas durante la terminación y vida de producción del pozo.
Figura 7.9 Ejemplo de una baja eficiencia de desplazamiento de cemento
La tendencia del cemento a canalizarse a través del lodo es una función de:
· Las propiedades del flujo o reología del lodo y cemento.
· La geometría del espacio anular.
· La densidad del lodo y cemento.
· El gasto del flujo.
· Los movimientos de la tubería de revestimiento.
· En la zapata.
· Dos tramos arriba de la zapata.
· Cada tramo, y 30 metros arriba y debajo de la zona de interés.
· Cada tramo en cualquier parte donde la adherencia es crítica.
Una pobre eficiencia de desplazamiento, deja normalmente un volumen substancial de lodo en la interfase formación-cemento-tubería, como puede observarse en la figura 7.9 lo que puede conducir a problemas durante la terminación y vida de producción del pozo.
Figura 7.9 Ejemplo de una baja eficiencia de desplazamiento de cemento
La tendencia del cemento a canalizarse a través del lodo es una función de:
· Las propiedades del flujo o reología del lodo y cemento.
· La geometría del espacio anular.
· La densidad del lodo y cemento.
· El gasto del flujo.
· Los movimientos de la tubería de revestimiento.
viernes, 21 de septiembre de 2012
Centradores - II
Las consideraciones de mayor importancia son: la posición, método de
instalación y distancia.
Los centradores deberán ser los adecuados y en número suficiente para
que, de acuerdo a su colocación en los intervalos que presenten un interés
especial, se obtenga la cementación requerida.
En tuberías superficiales, intermedias y de explotación se recomienda
colocar dos centradores en los tres primeros tramos y después alternados en cada
tercer tramo.
En la tubería de explotación se requiere ubicarlos frente a las zonas
productoras y extenderlos 30 m por encima y hacia abajo de ésta.La correcta ubicación requiere consultar el registro de calibración del
agujero, ya que permite colocar los centradores donde el calibre del agujero
presente las mejores condiciones para su buen funcionamiento, y que no queden
en donde existan derrumbes o cavernas mayores a su diámetro.
En las cementaciones primarias, el éxito de una buena operación esta en
función de la centralización de la TR para obtener un desplazamiento uniforme de
los fluidos.
En algunos casos, los centradores pueden incrementar las posibilidades
de bajar la tubería hasta el fondo; por ejemplo, donde existe el problema de
pegadura por presión diferencial.
El espaciamiento entre centradores viene determinado por el ángulo de
desviación y el grado de excentricidad tolerable. El espaciamiento máximo
permisible esta dado por la siguiente ecuación:
Donde:
L = Distancia entre centradores, pies
D = Diámetro exterior de la tubería, pg
d = Diámetro interior de la tubería, pg
W = Peso unitario de la tubería, lbs/pie
a = Ángulo de desviación del agujero, grados
Y = Deflección de descentralización, pg
Y = radio del agujero – radio de la tubería – Wn
Wn = (1- % excentricidad) x (radio del agujero – radio de la tubería)
jueves, 20 de septiembre de 2012
Centradores - I
Este tipo de accesorios crea un área anular de flujo uniforme y minimiza la
variación de la resistencia de las fuerzas de arrastre, a través de esa área de flujo.
Los centradores no proporcionan una concentricidad perfecta entre agujero y
tubería, pero incrementan sustancialmente las condiciones de separación,
mientras que una tubería sin centradores se apoyará contra la pared del agujero.
Aunque estos accesorios aparentan ser obstrucciones innecesarias, son efectivos
y deben usarse donde sean aplicables.
El tipo flexible (Fig. 7.7) posee una habilidad mucho mayor para
proporcionar la separación en el lugar en que el pozo se ha ampliado. El tipo rígido
(Fig. 7.8) provee una separación más positiva donde el diámetro del pozo está
más cerrado.
Figura 7.7 Centradores flexibles
Figura 7.8 Centradores rígidos
miércoles, 19 de septiembre de 2012
Factores para mejorar el desplazamiento
Los requerimientos necesarios para desplazar el lodo durante la cementación
primaria son:
· Utilizar centradores.
· Acondicionar el lodo antes de la cementación.
· Mover la tubería durante el acondicionamiento del lodo y la cementación;
evitándolo cuando el desplazamiento es en flujo tapón.
· Controlar la velocidad de desplazamiento y reología de la lechada.
· Utilizar altas velocidades cuando pueda mantenerse el flujo turbulento en el
intervalo de mayor diámetro del área anular, a través de la zona de interés.
· Con flujo turbulento mantener el tiempo de contacto necesario para un
eficiente desplazamiento del lodo.
· Cuando no pueda desarrollarse o mantenerse la turbulencia, considerar
velocidades inferiores para lograr el flujo tapón.
· Si no pueden lograrse estos flujos, ajustar las propiedades reológicas del
cemento.
En la actualidad existen muchas maneras de hacer eficiente una cementación,
utilizando algunos accesorios y productos químicos que mencionaremos más
adelante.
martes, 18 de septiembre de 2012
Pandeo de las tuberías
Las condiciones críticas de pozos como son: profundidad, alta presión y alta
temperatura, requieren de un análisis y diseño seguro de las sartas de tuberías,
tanto de revestimiento como de producción, ya que tales pozos son
frecuentemente diseñadas al llamado factor de diseño límite.
El pandeo helicoidal es un parámetro importante en un análisis de diseño.
Este fenómeno inicialmente fue investigado por Lubinski, primero por la derivación
del conocimiento de la relación hélice/fuerza del pozo.
Posteriormente se usó
extensivamente por otros investigadores.
La suposición fundamental para la ecuación de Lubinski es correcta para
un tubo de diámetro interior uniforme sin peso (ligero), tubo concéntrico redondo;
aunque todos los tubos tienen peso, pero éste es mínimo comparado con la fuerza
externa aplicada; sin embargo, la longitud total de la sarta en un pozo puede ser
muy grande, por lo que este peso no puede descartarse sobre todo en pozos
donde se requieren tubos de gran espesor.
lunes, 17 de septiembre de 2012
Estabilidad de la tubería
Si la presión sólo actúa en las paredes interiores y no en el extremo inferior de un
tubo, tiende a ladearlo o pandearlo; si la presión actúa únicamente sobre la pared
exterior y no en el extremo inferior tiende a prevenir la flexión. Cuando el tubo se
cementa, la presión puede causar flexión, lo cual puede prevenirse ajustando la
carga axial en el tubo, así, será igual o excederá la carga de estabilidad.
Cuando una sarta de tubería es suspendida verticalmente, pero no
cementada, la carga axial en el punto más bajo es exactamente igual a la carga de
estabilidad y la sarta es estable en este punto.
Los puntos de arriba serán más
estables, ya que la carga axial es mayor debido al peso de la sarta y excederá a la
carga de estabilidad en esos puntos.
Aunque la sarta es estable al tiempo de instalación, puede convertirse en
inestable debido a los cambios de presión y temperatura resultantes de
operaciones posteriores. Los cambios en las cargas de estabilidad y axial ocurren
a causa de dichos cambios y es posible que una carga axial llegue a ser menor
que la carga de estabilidad, con lo cual la estabilidad se pierde.
domingo, 16 de septiembre de 2012
Efecto de flexión
En el diseño de la tubería de revestimiento debe considerarse el efecto de la
curvatura del pozo y el ángulo de desviación vertical sobre el esfuerzo axial en la
tubería y cople. Cuando la tubería es forzada a doblarse, la tensión en el lado
convexo de la curva puede incrementarse.
Por otro lado, en secciones de agujero relativamente rectas con un ángulo
de desviación vertical significativo, el esfuerzo axial provocado por el peso del tubo
se reduce. El incremento de fricción entre el tubo y la pared del pozo también
afecta significativamente al esfuerzo axial. En la práctica del diseño común se
considera el efecto perjudicial por la flexión del tubo y el efecto favorable por la
desviación del ángulo vertical no se considera. La fricción de la pared del pozo, es
favorable para el movimiento de la tubería hacia abajo y desfavorable para el
movimiento hacia arriba, generalmente se compensa por adición de un mínimo de
fuerza de jalón en la tensión axial.
sábado, 15 de septiembre de 2012
Efectos térmicos
Anteriormente, en el diseño de las tuberías de revestimiento no se consideraba el
esfuerzo axial por cambios de temperatura después de que la tubería es
cementada y colgada en el cabezal. Los cambios de temperatura encontrados
durante la vida del pozo generalmente deben desecharse. Cuando la variación de
temperatura no es mínima, debe considerarse el esfuerzo axial resultante en el
diseño de la tubería y en el procedimiento de colgado. Algunos ejemplos de pozos
en los cuales se encontrarán grandes variaciones de temperatura son:
· Pozos de inyección de vapor.
· Pozos geotérmicos
· Pozos en lugares fríos.
· Pozos costafuera.
· Áreas con gradientes geométricos anormales.
viernes, 14 de septiembre de 2012
Efecto de cambio en la presión externa
Las condiciones de carga por presión externa se basan en la densidad del lodo en
el exterior de la tubería de revestimiento durante las operaciones de cementación;
algunas veces cuando la presión externa es mayor que la causada por el lodo, se
encuentran otras condiciones.
Comúnmente, esto no ocurre cuando la tubería se
coloca frente a secciones de formaciones plásticas (domos salinos),
eventualmente la sal transmitirá a la sarta la carga vertical de sobrecarga.
También puede resultar un esfuerzo axial del cambio de presión externa
después de la terminación del pozo. Un ejemplo común del cambio en presión
externa se origina por la degradación del lodo en el exterior de la tubería de
revestimiento.
Un incremento en la presión externa causa un decremento en el esfuerzo
tangencial tensional (es decir, un incremento compresivo tangencial).
Esto
significa que el diámetro de la tubería de revestimiento disminuye, la longitud se
incrementa y un incremento en la presión interna, puede causar que la tubería se
colapse.
jueves, 13 de septiembre de 2012
Efecto de cambio en la presión interna
Los cambios de presión interna pueden causar cargas importantes adicionales.
Estos pueden ocurrir durante y después que la sarta se ha cementado y asentado
en el cabezal del pozo.
Durante las operaciones de cementación, la sarta está expuesta a
cambios de presión interna debido a la presión hidrostática de la lechada del
cemento y la presión de desplazamiento.
Esto no crea únicamente esfuerzo
tangencial en la pared del tubo, el cual tiende al estallamiento, sino también
incrementa el esfuerzo axial. Mientras la tendencia al estallamiento es reconocida
y mantenida dentro de los límites, algunas veces no se toma en cuenta la carga
axial. Esto puede tener consecuencias graves, especialmente si el cemento ha
comenzado a fraguar al terminar el desplazamiento.
miércoles, 12 de septiembre de 2012
Efecto del choque
Durante la introducción de una sarta pueden desarrollarse cargas significativas de
choque, si la introducción se suspende súbitamente. El esfuerzo axial resultante
de cambios de velocidad repentina es similar al golpe causado por el agua en un
tubo cuando la válvula se cierra repentinamente, ocasionando lo que comúnmente
se llama golpe de ariete.
Normalmente, las cargas de choque no son severas en cambios
moderados de velocidad en la introducción del tubo.
martes, 11 de septiembre de 2012
ESFUERZOS DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO DURANTE LA INTRODUCCIÓN, CEMENTACIÓN Y POSTERIOR A LA CEMENTACIÓN
Esfuerzo de la tubería de revestimiento durante la introducción, cementación
y posterior a la cementación
Durante las operaciones de perforación, las tuberías empleadas se someten a
esfuerzos como son el pandeo, cambios en la presión interna, efectos térmicos,
etcétera; los cuales pueden incidir negativamente, ocasionando que los costos y
tiempos de operación se incrementen más de lo planeado. Por lo anterior, se
describen brevemente algunos de ellos.
lunes, 10 de septiembre de 2012
domingo, 9 de septiembre de 2012
Revisión por corrosión. - I
Ante la problemática de las tuberías por el efecto corrosivo de contaminantes
como el H2S y el C02 es requerible que las tuberías seleccionadas dentro del
proceso de diseño se revisen por la acción de dichos contaminantes. El criterio de
selección que debemos aplicar y que está vigente es el recomendado por la
NACE. Bajo este criterio se determina qué grado de tubería es más recomendable
ante la acción o carga corrosiva del H2S, a las diferentes condiciones de presión y
temperatura. La figura 7.5 representa un diagrama de flujo de la recomendación
emitida por la norma NACE MR-0175-99. Es una forma más clara de entender y
aplicar la norma.
Esta consideración debería aplicarse dentro del mismo proceso
de selección de tuberías puesto que se revisa la carga por presión y la acción de
temperatura sobre los tubulares.
Ante el ataque simultáneo de gases de H2S y C02 se recomiendan aceros
denominados “especiales”, dada la naturaleza anticorrosiva para lo cual fueron
diseñados. La fabricación de las tuberías especiales cuenta con aleaciones que
evitan la propagación de la corrosión en la superficie metálica. Generalmente se
les conoce como CRA (Corrosión Resistant Alloys). Estas tuberías tienen un costo
por demás elevado y su manejo debe ser cuidadosamente revisado Las tuberías
denominadas cromadas (13% cromo y níquel) son de este tipo especial de acero,
y existen en el mercado Internacional (compañías japonesas como NKK y
Sumitomo), y en el nacional (Compañías PRINVER y HIDRYL).
Un procedimiento
de selección de este tipo de tuberías de acuerdo a las condiciones de presión y
temperatura y C02 presentes en un pozo puede ser aplicado siguiendo el
diagrama de flujo mostrado en la figura 7.6.
A pesar de lo costoso de este tipo de tubería (aproximadamente de 3 a 8
veces el costo de una tubería convencional), su aplicabilidad es cada vez más
propicia por efecto de las grandes cantidades de sulfhídrico y CO2 que se produce
en algunos campos del territorio nacional.
Figura 7.5 Diagrama de flujo de la recomendación emitida por la norma NACE MR-0175-99
Figura 7.5 Diagrama de flujo de la recomendación emitida por la norma NACE MR-0175-99
sábado, 8 de septiembre de 2012
Selección de juntas.
Los métodos de selección mencionados, se fundamentan en la selección de
tuberías. Relegan a un segundo plano de revisión la selección de las juntas. Dada
la naturaleza más heterogénea de las juntas y prácticamente por la imposibilidad
actual de contar con una basta información de las especificaciones de las mismas,
el proceso de selección de juntas se traduce básicamente en dos aspectos:
revisión por carga axial, y revisión por costo. Es decir, se establece el grado de
carga axial actuante en las tuberías, y después se selecciona la junta cuya
magnitud de resistencia a la carga axial resulte la más económica Esta práctica es
común hoy en día. Sin embargo, partiendo de la selección de juntas, debemos
establecer un análisis mecánico para evaluar el desempeño de una junta para
definir su selección en un diseño tubular. Este tipo de análisis se realiza mediante
métodos denominados FEA (Finit element analisys) que son complicados de
aplicar para fines prácticos, pero que en la actualidad son el único medio para
medir el desempeño mecánico de una junta cuando esta sujeta a diferentes
situaciones de carga. Una alternativa por demás incipiente para iniciar el proceso
de selección de juntas se muestra en la figura 7.4 en la cual se presenta un
diagrama de flujo para elegir, de acuerdo a la nueva nomenclatura en uso de
juntas, el tipo de junta más recomendable.
Figura 7.4 Procedimiento de la selección de juntas
viernes, 7 de septiembre de 2012
Métodos de selección - II
Métodos gráficos.- Los métodos de aplicación práctica nacen de la representación
gráfica de los dos factores de peso: resistencia y carga. Desde la aplicación del
método de Youngstone se ha combinado la selección de las tuberías con métodos
y procedimientos gráficos. El método gráfico por excelencia es el denominado
“Carga Máxima”, que como ya se dijo, se usa para evaluar las cargas actuantes en
una tubería. Es sin embargo, un método que propuso el seguimiento a la
representación gráfica de la relación carga-resistencia como el único medio para
seleccionar los materiales. Actualmente, el método de selección más práctico y en
uso es precisamente un método gráfico, cuyas bases son la selección de las
tuberías en base a la representación simultánea de las cargas Inician por presión y
eligen las tuberías en forma intuitiva para revisar las cargas axiales. Una vez
realizado lo anterior, se procede a mejorar la calidad del diseño, modificando la
profundidad de colocación o seleccionando o modificando otro tubular. Lo anterior
obedece a un procedimiento interactivo que hace necesario el uso de un programa
de computadora. Las gráficas 7.2 y 7.3 muestran un ensayo del diseño de tuberías
de revestimiento de un pozo. Diferentes variantes en modo y forma de seleccionar
los tubulares están presentes en los diferentes programas de cómputo que existen
comercialmente. Sin embargo, las bases son observar en todo momento la relación resistencia-carga. Por un lado, existen programas que cuentan con una
basta base de datos en la que mantienen la mayor parte de las especificaciones
tubulares, sobre todo para tuberías API. Esto sirve para el Ingeniero de
Perforación al evitar la aplicación de las formulaciones API para determinar la
capacidad de resistencia tubular. Mientras que otros, permiten la actualización de
las especificaciones tubulares para dar libertad de utilizar las especificaciones de
tuberías propietarias.
jueves, 6 de septiembre de 2012
Métodos de selección - I
El objetivo principal del proceso de diseño de tuberías es seleccionar los
elementos tubulares que permitan garantizar la seguridad e integridad del pozo.
Por lo tanto, es necesario acudir a un método que, permita elegir aquellas tuberías
y juntas que cumplan con el objetivo. Podemos clasificar en dos métodos los
procedimientos de selección: los analíticos y los gráficos.
Métodos analíticos.- Los métodos analíticos han sobrevivido y están presentes en
un sin número de formas y alternativas de propuestas de selección. Los hay desde
esquemas simples de selección basados en aspectos geométricos, hasta como en
métodos de programación no-lineal de gran altura. Este tipo de métodos han
estado presentes y evolucionados como un intento por automatizar la selección de
los materiales. Sin embargo, debido a la situación práctica de operación de las
tuberías, se han relegado desde un punto de vista de ingeniería, sin ver las
bondades que traen consigo. Como por ejemplo, el caso de un método de
selección basado en programación no-lineal, que trae implícita la minimización de
los costos asociados al proceso de selección de materiales. O también, es el caso
de un método para la selección de tuberías combinado con el costo mínimo y
basado en la teoría de combinaciones. Actualmente, existen métodos con
programación no-lineal, combinando la selección mediante la revisión del criterio
de falla del modelo triaxial y API, en el cual, se delimitan las condiciones de falla
de una tubería. Es decir, se dictamina inicialmente cuál es el criterio de falla a
seguir, para aplicar la técnica no-lineal de optimización. Y como estos existen
muchos casos más.
miércoles, 5 de septiembre de 2012
Definición del factor de seguridad para cada una de las condiciones de falla presentes en los tubulares:
A continuación se presenta la definición del factor de seguridad para cada
una de las condiciones de falla presentes en los tubulares:
Los factores de diseño que regularmente se utilizan actualmente en
Petróleos Mexicanos son los siguientes:
Factor de diseño al colapso: 1.15
Factor de diseño al entallamiento: 1.1
Factor de diseño a la tensión: 1.6
Factor de diseño triaxial: 1.25
La línea marcada como criterio de falla en la gráfica 7.1 representa el
límite de resistencia de los tubulares. Por lo que, toda línea o punto que quede
representada a la izquierda de la línea unitaria, significará que la tubería esta
sujeta a cargas excesivas, interpretándose entonces como una condición de falla.
Mientras que las líneas de los factores de trabajo normalizado que queden
representados a la derecha de la línea unitaria, significará que la tubería o tuberías
están por encima de la carga impuesta. Este tipo de gráficas son las de mayor
valor interpretativo en el proceso de diseño, puesto que refleja el estado de
desempeño de las tuberías en toda la extensión de uso de las mismas.
Gráfica 7.1 Comportamiento de factores de trabajo
martes, 4 de septiembre de 2012
Factor de trabajo normalizado
Es el comportamiento gráfico del factor de trabajo dividido por el factor de diseño.
De esta forma se simplifica la representación gráfica de los perfiles de factores de
trabajo, debido a que la falla de una tubería se puede interpretar con un solo
criterio. Los factores de trabajo normalizados se pueden analizar a partir del
criterio de una línea unitaria (F = 1). Los factores con valores menores a la unidad,
significan que la tubería no cumple con el factor de diseño.
Es necesario recalcar, que los factores de trabajo se presentan para cada una de las medidas de resistencia de la tubería. Es decir, cuando se trabaja en la resistencia al colapso, llamamos factor de trabajo al colapso. Mientras que la resistencia a la tensión, se denominará factor de trabajo a la tensión, por mencionar algunos. Por lo tanto, se aplica la definición para: colapso, estallamiento, tensión y triaxial. Es importante mencionar que se requiere manejar factores de trabajo tanto para la junta como para el cuerpo del tubo, sobre todo en el aspecto de tensión y compresión.
lunes, 3 de septiembre de 2012
Factor de diseño
Es el valor mínimo aceptable que debe cumplir el factor de seguridad para
considerar como aceptable el diseño propuesto de una tubería
Fd
= Fs(min)
domingo, 2 de septiembre de 2012
Factor de trabajo
Es la representación gráfica del perfil de factores de seguridad vs profundidad.
FT=Fs(h)
sábado, 1 de septiembre de 2012
Factor de Seguridad
Relación de la Resistencia a la Carga impuesta a una tubería en un punto
determinado de profundidad. Es el parámetro que permite reconocer la condición o
estado en el que trabaja la tubería. Es decir, en condiciones de seguridad
(valor> 1) o de inseguridad (valor
FS = Resistencia/Carga
FS = Resistencia/Carga
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