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.

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.

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.

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.

Revisión por corrosión. - II

Figura 7.6 Aplicación de la Norma NACE con la influencia de CO2 en tuberías especiales

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

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