tuberias de perforaciÓn

TUBERÍAS

Ing. Diever Arturo Arcos

1 PERFORACIÓN I

CONTENIDO

INTRODUCCION

CONCEPTOS GENERALES

CLASIFICACIÓN

CARACTERÍSTICAS

CAPACIDAD DE RESISTENCIA

CONDICIONES DE CARGAS

SELECION DE TUBULARES

DISEÑO

CONCLUSIONES

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PERFORACIÓN I

INTRODUCCIÓN

Como parte de los insumos que demanda un pozo, las tuberías representan un alto porcentaje en el costo del mismo. Se tienen estimaciones generales de que varía del 15 al 30% de la inversión total.

Las bases de todo proceso de ingeniería recaen en los fundamentos técnicos. Sin embargo, se requiere observar sistemáticamente la disminución de los costos asociados en cada proceso. Por lo que en la práctica, se deben definir y optimizar los materiales tubulares que deben utilizarse en un pozo.

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PERFORACIÓN I

CONCEPTOS GENERALES

QUE ES UNA TUBERÍA?

Una tubería es un elemento

cilíndrico hueco compuesto

generalmente de acero, con una

geometría definida por el

diámetro y el espesor del cuerpo

que lo conforma.

Sin embargo, la realidad es que no existe una tubería

perfecta geométricamente.

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PERFORACIÓN I

Acero

El acero es un metal refinado. Se

obtiene a partir de la fundición de

un lingote de hierro combinado al

mismo tiempo con otros elementos

químicos.

Los aceros se dividen en ordinarios y especiales:

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PERFORACIÓN I

Acero cont.

Los aceros ordinarios contienen tres

elementos principales: hierro,

carbono y manganeso. El carbono y

el manganeso reunidos no

representan más del 1.5% del metal.

Los aceros ordinarios con el 0.1 a

1.5% de carbono se clasifican como

aceros de bajo contenido de

carbono.

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PERFORACIÓN I

Acero cont.

Los aceros especiales se hacen como los ordinarios,

pero se les agregan otros elementos tales como:

níquel, cromo, molibdeno, cobre, vanadio y

tungsteno.

Tanto los aceros al carbono como los especiales se

producen en hornos eléctricos.

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PERFORACIÓN I

Propiedades mecánicas del Acero

Describen el comportamiento del material cuando

se somete a cargas. Estas propiedades afectan las

características de funcionamiento de los miembros

de los sistemas estructurales.

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PERFORACIÓN I

Propiedades más importantes del Acero

Resistencia: Es el esfuerzo máximo que un material puede soportar antes de que ocurra la falla.

Rigidez: Se dice que una parte estructural es rígida si soporta un gran esfuerzo con una deformación relativamente pequeña. El módulo de elasticidad de un material es una medida de su rigidez.

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PERFORACIÓN I

Propiedades más importantes del Acero

Ductilidad: Es la capacidad de un material para soportar grandes deformaciones inelásticas (plásticas) antes de la fractura. Está asociada con los esfuerzos de tensión y además, redistribuye los esfuerzos en lugares de concentraciones altas de esfuerzos.

Maleabilidad: Es la capacidad de soportar grandes deformaciones inelásticas (plásticas) antes de la fractura. Se asocia con los esfuerzos de compresión.

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PERFORACIÓN I

Propiedades más importantes del Acero

PERFORACIÓN I

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Fragilidad: Es la propiedad opuesta a la ductilidad. Un material frágil se fracturará a deformaciones unitarias relativamente bajas (5%).

Resiliencia: Es la capacidad de

absorber energía en el

intervalo elástico de esfuerzos.

Propiedades más importantes del Acero

Tenacidad: Es la capacidad de absorber energía en el intervalo inelástico de esfuerzos.

Dureza: Es una medida de la capacidad del material para resistir rayaduras. Puede modificarse mediante procesos de manufactura tales como tratamientos térmicos, trabajo en frío, templado y revenido.

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PERFORACIÓN I

PERFORACIÓN I

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Maquinabilidad: Es la facilidad con la que un

material puede maquinarse mediante operaciones

tales como el barrenado, fresado, roscado, etc.

Puede modificarse con las aleaciones del material

con otros elementos, tratamientos térmicos y el

estirado en frío.

Propiedades más importantes del Acero

CLASIFICACIÓN

El uso de tuberías en un pozo es de vital importancia.

Constituyen el medio por el cual garantizan el control

del mismo y se aseguran las instalaciones para el mejor

aprovechamiento y mantenimiento del pozo.

Se clasifican tanto por su

objetivo como por la función

que deben cumplir al ser

utilizadas en el interior de un

pozo.

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PERFORACIÓN I

CLASIFICACIÓN POR SU OBJETIVO

Una clasificación preliminar, pero importante, es la que permite definir en qué se va a utilizar la tubería. Es decir, la función de operación que debe cumplir, para ello, las tuberías se clasifican como:

Tuberías de revestimiento

Tuberías de producción

Tuberías de perforación

Ductos (tubería de línea)

Otras tuberías:

o Tuberías flexibles

o Collares (drill collars)

o Tubería pesada (heavy weigth)

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PERFORACIÓN I

CLASIFICACIÓN POR SU FUNCIÓN

(TUBERÍA DE REVESTIMIENTO)

Las tuberías de revestimiento se clasifican por la

función que desempeñan al colocarse en el interior

de un pozo, esto es:

Conductora.

Superficial.

Intermedia.

De explotación.

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PERFORACIÓN I

(TUBERÍA DE REVESTIMIENTO)

Existen tuberías de revestimiento que por su

condición y objetivo de colocación pueden definirse

como:

Tubería corta (liners): Es una sarta de tubería que

no se extiende a la cabeza del pozo. En cambio, se

sostiene por otra sarta. La tubería corta se usa

para reducir costos y mejorar la hidráulica durante

perforaciones profundas.

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PERFORACIÓN I

(TUBERÍA DE REVESTIMIENTO) CONT.

Complemento (TIE-BACK): Es una sarta de tubería que proporciona integridad al pozo desde la cima de la tubería corta hasta la superficie. Es un refuerzo para la tubería de explotación.

Complemento corto (STUB): Es una sarta de tubería que funciona igual que el complemento. Proporciona integridad por presión para extender la cima de la tubería corta. Puede cementarse parcialmente.

Sin tubería de producción (TUBINGLESS): Es una tubería de explotación que se extiende hasta la superficie y se utiliza como tubería de producción para explotar los hidrocarburos.

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PERFORACIÓN I

ESQUEMA REPRESENTATIVOS DEL USO DE

TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO.

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PERFORACIÓN I

CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS

Tuberías de revestimiento (TRs) y producción (TPs)

Las características principales a observar en las

tuberías de revestimiento y tuberías de producción

son: diámetro nominal, peso nominal, grado, drift,

resistencia a la tensión, resistencia al colapso y

resistencia al estallamiento.

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PERFORACIÓN I

RANGOS DEL REVESTIMIENTO

PERFORACIÓN I

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Rangos para tubos de revestimiento de acuerdo con la norma API

5CT/ISO 11960

CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS Y MECÁNICAS

DE LA TUBERÍA DE REVESTIMIENTO Y LA TUBERIA

DE PRODUCCIÓN 22

PERFORACIÓN I

COMPONENTES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN

Típicamente, una sarta de Perforación consta de los siguientes

componentes:

• Barrena

• Collares ó Lastra-Barrena

• Tubería pesada de perforación ó Tubería de pared gruesa

• Tubería de Perforación

• Accesorios tales como Estabilizadores, Escariadores,

Sustitutos de Acople, Conectores de Barrena, etc.

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PERFORACIÓN I

ACOPLES DE TUBULARES

Se fabrican en diversidad

de tamaños y en variedad

de Formas de Roscas.

Perno (Pin, macho)

Caja (Box)

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PERFORACIÓN I

LA BARRENA

En general las barrenas son de dos

tipos:

1. Barrenas de Conos de Rodillo

(Rock Bits)

2. Barrenas de Cortadores Fijos

(Drag Bits)

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PERFORACIÓN I

RANGO DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN

PERFORACIÓN I

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Rangos para tubos de perforación de acuerdo con la norma API 5D

CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS Y MECÁNICAS

DE LA TUBERÍA DE PERFORACION

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PERFORACIÓN I

Se encuentran disponibles diferentes grados de acero para corresponder a los

diferentes requisitos del agujero, siendo los más comunes G105 y S135. El G105

es el más comúnmente utilizado para ambientes poco profundos o de H2S. El

S135 es considerado un estándar para operaciones costa afuera. El U150 es un

grado relativamente nuevo, que es utilizado para operaciones en aguas

profundas.

COLLARES DE PERFORACIÓN

Descripción:

Son tubulares metálicos de gran espesor de pared.

Los extremos tienen roscas maquinadas en el torno (caja y

perno).

Funciones:

Proveer el peso para colocar sobre la barrena (WOB).

Mantener la tubería de perforación en tensión.

Prevenir el combamiento o pandeo de la sarta de perforación.

Proveer el efecto de Péndulo para la perforación de agujeros

rectos.

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PERFORACIÓN I

COLLARES DE PERFORACIÓN

Tipos:

Se fabrican en variedad de tamaños de diámetro externo e

interno.

Diámetros Externos OD típicos van de 4 ¾” a 9 ½”

Por lo general en longitudes de 30 a 31 pies

Pueden tener forma de barra cuadrada para perforar en

zonas con alta Tendencia natural a la desviación del agujero.

Espiralados para perforar en zonas con tendencia al

atrapamiento de la sarta.

Pueden tener recesiones para instalar elevadores y cuñas

rotarias.

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PERFORACIÓN I

MEDICIÓN DE LOS COLLARES DE PERFORACIÓN

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PERFORACIÓN I

TUBERÍA DE PERFORACIÓN

Funciones:

Servir como conducto o conductor del fluido de perforación.

Transmitir la rotación desde la superficie hasta la barrena en

el fondo.

Componentes:

Un tubo cilíndrico sin costura exterior y pasaje central

fabricado de acero fundido o de aluminio extruido.

Conectores de rosca acoplados en los extremos del cuerpo

tubular sin costura

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PERFORACIÓN I

TUBERÍA DE PERFORACIÓN

Conectores de Rosca:

Proporcionan la conexión entre los componentes de la sarta

de perforación.

Son piezas metálicas soldadas al cuerpo tubular sin costuras.

Suficientemente gruesos y fuertes para cortar en ellos roscas

de pin y de caja.

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PERFORACIÓN I

CLASIFICACIÓN DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN

1. Tamaño: de 2-3/8” a 6-5/8” (Diámetro Externo del Cuerpo).

2. Rangos de Longitud: R-1 de 18 a 22 pies

R- 2 de 27 a 30 pies

R- 3 de 38 a 45 pies

3. Grado del Acero: E – 75, X – 95, G – 105, S – 135.

Los números indican la mínima resistencia a la cedencia en 1000 libras.

4. Peso Nominal: Depende de los diversos rangos de tamaño y peso.

P. Ej., una TP puede ser: 5”, R-2, G-105, 19.5Lpp (Libras por pie).

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PERFORACIÓN I

TUBERÍA DE PERFORACIÓN PESADA - HWDP

Diseño:

Con mayor espesor de pared y acoples más

largos que la TP regular.

Con refuerzo metálico externo en el centro del

cuerpo del tubo.

También disponible con diseño exterior

espiralado.

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PERFORACIÓN I

ELEMENTOS AUXILIARES / ACCESORIOS DE LA SARTA

Conector de Barrena Escariador de Rodillos Estabilizador de Sarta

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PERFORACIÓN I

ELEMENTOS AUXILIARES / ACCESORIOS DE LA SARTA

Sustitutos de Combinación de Roscas Ensanchador del hoyo

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Elevadores

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Cuñas Rotarias

Cuñas Manuales

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Cuñas Rotarias

Cuñas de Pié Cuñas operadas con aire

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Llaves para Ajustar y Aflojar de Conexiones

Enroscador Rápido de

Tubería

Llaves Manuales Llave Hidráulica

de Torque y Ruptura

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Aplicación del lubricante de rosca en la caja del acople

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Enrosque de “estocada” alineada

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Posición de las llaves Manuales para apretar la unión enroscada

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Llaves en posición para ajustar la unión con torque

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Colocando el torque a la unión

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PERFORACIÓN I

HERRAMIENTAS DE MANEJO

Tensión en la línea del torque de ajuste

Indicador de Tensión

en la Línea Celda de Carga

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PERFORACIÓN I

PESO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN

Peso Nominal (en libras por pié) para el cuerpo del tubo.

Ejemplo:19.5 lbs/pie para tubería de perforación de 5” y 15.5 lb/pie para TP de 3 ½”

Peso Aproximado (Ajustado) incluyendo la masa de los acoples.

Para las TP de arriba será: 22 lb/pie para TP de 5” y 17.0 lb/pie para TP de 3 ½”

Peso Flotado o Sumergido.

Se encuentra multiplicando el peso en el aire por el Factor de Boyancia, BF, el cual

depende de la densidad del fluido dentro del pozo

BF se calcula así:

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PERFORACIÓN I

PESO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN

EJERCICIO 1

Con la siguiente información sobre una sarta de Perforación:

• Tubería de Perforación de 19.5 lb/pie, Grado “G” – 105

• Collares de Perforación de 6 ½”OD x 2 ¼” ID

• Peso del lodo dentro del hoyo = 12.0 lbs/gal

a) Cuál será el peso de la sarta en el aire?

b) Cuál será el peso de la sarta sumergida en el lodo?

2000ft

2500ft

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PERFORACIÓN I

PUNTO NEUTRAL EN LA SARTA DE PERFORACIÓN

Definición:

Es el punto en la sarta de perforación en

donde se pasa del estado de compresión

a la tensión.

Tal punto debería estar siempre dentro de

los Collares de Perforación.

La tubería de perforación debería estar

siempre en condiciones de Tensión.

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PERFORACIÓN I

EJERCICIO SOBRE EL PUNTO NEUTRAL

Datos:

• Tub. de Perf. 19.5 lb/pie, Grado, G –105

• Collares de Perf. 6 ½”OD, 2 ¼” ID, 500 pies

• Peso del lodo dentro del agujero: 12 lbs/gal

a) Cuál será el peso de la sarta en el aire?

b) Cuál será el peso de la sarta sumergida en el lodo?

• Si el peso requerido sobre la barrena es de 30000 lbs.

c) Dónde estará ubicado el PUNTO NEUTRAL?

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PERFORACIÓN I

COLLARES DE PERFORACIÓN Y PESO SOBRE LA

BARRENA

Sólo un porcentaje del peso de los DC se utiliza dar peso a la

barrena WOB.

Se debe asegurar que el PUNTO NEUTRAL siempre esté dentro de

los DC.

La práctica general de campo es utilizar del 80 % al 90% del peso de

los DC para aplicarlo sobre la barrena.

Así, después de decidir el peso a aplicar sobre la barrena (WOB) se

calcula el número de DC que se deben conectar.

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PERFORACIÓN I

FABRICACIÓN DE TUBERÍAS

Para la certificación de cada tubo fabricado dentro de las normas API se realiza un monitoreo de todas las etapas del proceso de fabricación, con la ayuda de los laboratorios, que son: químico (acería), físico (tensión), metalográfico (estructura del acero) y prueba de colapso (valor real de colapso).

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PERFORACIÓN I

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PERFORACIÓN I

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PERFORACIÓN I

PROCESO DE ACERIA

PROCESO DE ACERIA

PERFORACIÓN I

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PROCESO DE ACERIA

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PROCESO DE ACERIA

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PROCESO DE ACERIA

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PROCESO DE ACERIA

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PROCESO DE ACERIA

EFECTO DEL CARBONO

La capacidad de temple del acero aumenta con el contenido de carbono, desempeñando dos papeles en el templado del acero:

1. 0.6% de Carbono, facilita el sobreenfriamiento de la austenita a 93.3°C, facilitando el templado del acero. El carbono actúa como retardador, disminuyendo la velocidad de transformación.

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PERFORACIÓN I

EFECTO DEL CARBONO

2. El carbono presente en la

martensita recién formada

aumenta la dureza, el carbono

disuelto o parcialmente

precipitado en forma de

cementita, es probablemente el

factor más importante que hace

a la martensita dura.

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PERFORACIÓN I

CONEXIONES O JUNTAS

Debido a que las tuberías que se utilizan en los pozos

tienen un límite en longitud es necesario que estas

tuberías queden unidas al introducirse en el pozo.

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PERFORACIÓN I

A esta unión o conexión

efectuada entre dos

tuberías se le conoce como

JUNTA o CONEXIÓN de

tuberías

CLASES DE JUNTAS

PERFORACIÓN I

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1. Acopladas: Son las que integran un

tercer elemento denominado cople,

pequeño tramo de tubería de diámetro

ligeramente mayor y roscado

internamente, el cual, une dos tramos de

tubería roscados exteriormente en sus

extremos.

Existen dos clases de juntas, de acuerdo con su forma

de unión con la tubería.

CLASES DE JUNTAS CONT.

PERFORACIÓN I

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2. Integrales: Son las que

unen un extremo de la

tubería roscado

exteriormente como piñón

(PIN) y conectándolo en el

otro extremo de la tubería

roscado internamente como

caja (BOX).

JUNTAS DE MAYOR USO PARA TR Y TP

PERFORACIÓN I

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TALLER

PERFORACIÓN I

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1.NOMBRE 5 DIFERENCIA ENTRE LAS TP Y TR.

2.ENUMERE TRES FUNCIONES DE CADA UNA DE LAS TUBERIAS .

3.PARA QUE SIRVEN LAS JUNTAS.

4.QUE PROPIEDADES DE LOS METALES SE RELACIONAN CON EL COMPORTAMIENTO PLÁSTICO Y ELÁSTICO DEL ACERO.

5.QUE FUNCIONES TIENE EL CARBONO EN LAS TUBERIAS.

6. QUE MECANISMOS DE PROTECCIÓN DE TUBERIAS CONOCE USTED?

7.QUE ENTIENDE POR FATIGA?

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