tesis de tecnicas de ensayos no destructivos a tuberias.este

II

UNIVERSIDAD TECNOLGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

ESCUELA DE TECNOLOGA DE PETRLEOS

PROCEDIMIENTO DE INSPECCIN DE TUBERAS DE

PERFORACIN (DRILL-PIPE) CAUSADOS POR DIFERENTES PROBLEMAS DENTRO DE UN POZO EN LAS INSTALACIONES DE

INSEPECA CIA LTDA.2007

Tesis de grado previo a la obtencin del ttulo de Tecnlogo en Petrleos.

Autor: Andrs Villacrs

Director: Ing. Fernando Reyes

2007-2008

QUITO-ECUADOR

III

DECLARACIN

Del contenido de la presente tesis se responsabiliza al seor NELSON ANDRS

VILLACRS CASTRO, todo el contenido del presente trabajo es de mi autoridad y

responsabilidad.

Nelson Andrs Villacrs Castro

IV

CERTIFICACIN.

Certifico que la presente tesis de grado fue desarrollada en su totalidad por el seor

NELSON ANDRS VILLACRS CASTRO

Ing. Fernando Reyes.

DIRECTOR DE TESIS

V

CARTA DE LA EMPRESA

VI

AGRADECIMIENTO

El presente trabajo agradezco a la empresa INSEPECA CIA LTDA, en especial a su

Gerente General el Ing. Walter Cabrera por permitirme realizar las prcticas para la

realizacin del presente documento al Ing Santiago Caicedo y dems tcnicos quienes

me brindaron parte de su conocimiento dentro de las instalaciones, y muy agradecido a

mi director de tesis el Ing. Fernando Reyes por dirigir y coordinar esta tesis, a mi amigo

Diego Caicedo y familia de quien tuve su valiosa colaboracin para lograr realizar esta

tesis.

VII

DEDICATORIA

Esta tesis va dedicada a la memoria de mi to Pier Mara Ruzzi Grossi quien fue la

persona que me inspiro ha seguir esta carrera, a mis padres, Nelson Villacrs y Yolanda

Castro quienes siempre me impulsaran para seguir adelante en cualquier lugar de mi

vida, a mis hermanos quienes estarn toda la vida conmigo a todos ellos muchas gracias

VIII

NDICE GENERAL DECLARACIN ............................................................................................................III

CERTIFICACIN. .........................................................................................................IV

CARTA DE LA EMPRESA ............................................................................................V

AGRADECIMIENTO ....................................................................................................VI

DEDICATORIA ........................................................................................................... VII

RESUMEN................................................................................................................XXIV

SUMMARY ............................................................................................................... XXV

CAPTULO I

1. INTRODUCCIN ........................................................................................................1

1.1 IMPORTANCIA PRCTICA DEL ESTUDIO. ....................................................1

1.2 LIMITACIN DEL ESTUDIO. .............................................................................2

1.3 OBJETIVO GENERAL. .........................................................................................2

1.4 OBJETIVOS ESPECFICOS..................................................................................2

1.5 JUSTIFICACIN DEL ESTUDIO.........................................................................3

1.5.1 IMPACTO TECNICO. ..................................................................................3

1.5.2 IMPACTO ACADMICO. ...........................................................................4

1.5.3 VIABILIDAD DE LA PROPUESTA............................................................4

1.6 IDEA A DEFENDER .............................................................................................4

1.6.1 IDENTIFICACIN DE LAS VARIABLES. ................................................4

1.6.1.1 Variables Dependientes.........................................................................4

1.6.1.2 Variables Independientes .....................................................................5

IX

1.7 ASPECTOS METODOLOGICOS DEL ESTUDIO ...............................................5

1.7.1 DISEO DE INVESTIGACIN....................................................................5

1.7.1.2 METODOS DE INVESTIGACIN......................................................5

1.7.1.2.1 Mtodo Deductivo...................................................................5

1.7.1.2.2 Mtodo Inductivo. ...................................................................5

1.7.1.2.3 Mtodo de Anlisis. ................................................................6

1.7.1.2.4 Mtodo de Sntesis. .................................................................6

1.7.1.2.5 Mtodo observacional. ............................................................6

1.8 ANALISIS DE DATOS...........................................................................................6

1.8.1 Mtodo Cuantitativo. .......................................................................................6

1.8.2 Mtodo Cualitativo. .........................................................................................6

1.9. TCNICAS DE INVESTIGACIN.......................................................................7

1.9.1 Revisin de literatura. ......................................................................................7

1.9.2 Trabajo de campo.............................................................................................7

1.9.3 Consulta a expertos. .........................................................................................7

CAPTULO II

2. GENERALIDADES RELACIONADOS A TUBERAS DE PERFORACIN,

REVESTIMIENTO Y PRODUCCIN..................................................................7

2.1 Datos sobres las diferentes tuberas. ......................................................................7

2.1.1 Construccin Tubera de revestimiento (TRs) y produccin (TPs). .............7

2.1.2 Construccin e identificacin tubera de perforacin. ..................................8

2.2. Conexiones o Juntas. .............................................................................................9

2.3. Sello de las Roscas. ..............................................................................................9

X

2.3.1. Sello Resilente...........................................................................................9

2.3.2. Sello de Interferencia. ...............................................................................9

2.4. Clasificacin de Juntas........................................................................................10

2.4.1. API ...........................................................................................................10

2.4.2. Premium o Propietarias ............................................................................10

2.5. Tipos de Juntas...................................................................................................11

2.5.1 Juntas para tubera de Revestimiento y Produccin.................................11

2.5.1.1 Junta MIJ: Recalcadas.................................................................11

2.5.1.2 Junta MTC: Acopladas................................................................12

2.5.1.3 Junta SLH: Semilisas o Formadas. ............................................12

2.5.1.4 Junta IFJ: Integrales o Lisas........................................................13

2.5.2 Juntas para Tubera de Perforacin. ..........................................................13

2.5.2.1 Junta IEU (Internal-Extremal Upset). ..........................................13

2.5.2.2 Junta IF (Internal-Flush). .............................................................14

2.5.2.3 Junta IU (Internal-Upset). ............................................................14

2.6. Tipos de Roscas. ................................................................................................14

2.6.1 Roscas para Tubera de Revestimiento. ....................................................15

2.6.1.1 Roscas Redondas (Round) de Tubera de Revestimiento. ...........15

2.6.1.2 Rosca Trapezoidal (Buttres) de Tubera de Revestimiento..........16

2.6.2 Roscas para Tubera de Produccin API...................................................17

2.6.2.1 Rosca Redonda no reforzada (Non-Upset) ..................................17

2.6.2.2 Rosca redonda con Extremos Reforzados (External-Upset) ........18

2.6.3 Rosca para Tubera de Perforacin. (Drill-Pipe).......................................18

2.6.3.1 Roscas Trapezoidales con extremo reforzado (External-Upset). ..19

XI

2.7. Fallas en las juntas y roscas. ...............................................................................20

2.7.1 Falla por carga axial ..................................................................................20

2.7.2 Salto de roscas...........................................................................................20

2.7.3 Fractura. ....................................................................................................20

2.7.4 Fallas en las juntas por carga de presin...................................................21

2.7.5 Fuga...........................................................................................................21

2.7.6 Galling (Desprendimiento de material)....................................................21

2.7.7 Cedencia en el Pin.................................................................................22

2.8. Maquinado de una rosca ......................................................................................22

2.8.1 Recepcin de Tubera.................................................................................22

2.8.2 Preparacin de extremos. ..........................................................................22

2.8.3 Corte y Biselado.........................................................................................22

2.8.4 Roscado. .....................................................................................................23

2.8.5 Calibracin de la Rosca...............................................................................23

2.8.6 Medicin del Ahusamiento de la rosca. ......................................................24

2.8.7 Medicin del paso de rosca. ........................................................................24

2.8.8 Medicin de la altura de la rosca................................................................24

2.8.9 Longitud total de la rosca...........................................................................24

2.9. Grasas para Roscas...............................................................................................25

XII

CAPTULO III

3. PROPIEDADES MECNICA DE LAS TUBERAS, RESISTENCIA Y

CAPACIDAD DE CARGA. .................................................................................26

3.1 Capacidad de Resistencia de las Tuberas.............................................................26

3.1.1 Cedencia.......................................................................................................26

3.1.2 Colapso.........................................................................................................28

3.1.2.1 Efectos de Imperfecciones. ..............................................................28

3.1.2.1.1 Ovalidad. ...........................................................................29

3.1.2.1.2 Excentricidad.....................................................................30

3.1.3 Efecto de desgaste. .......................................................................................31

3.1.4 Fatiga............................................................................................................31

3.1.4.1 Ubicacin de la falla. .......................................................................32

3.1.4.1.1 Cuerpo de la tubera de perforacin. .................................32

3.1.4.1.2 Conexiones:......................................................................33

3.1.5 Tensin..........................................................................................................34

3.1.5.1 Resistencia a la tensin. ....................................................................34

3.1.6 Torsin. ..........................................................................................................35

3.1.7 Estallamiento Burts ...................................................................................35

3.1.7.1 Resistencia al estallamiento ..............................................................36

3.2 Condiciones de carga. ...........................................................................................37

3.2.1 Cargas axiales. .............................................................................................37

3.2.1.1 Peso. .................................................................................................37

3.2.1.2 Peso Flotado. ....................................................................................38

3.2.1.3 Flexin. ............................................................................................39

XIII

3.2.1.4 Choque. .............................................................................................39

3.2.1.5 Friccin. (Arrastre)............................................................................40

3.2.2 Efectos Axiales. ............................................................................................41

3.2.2.1 Pandeo. ...............................................................................................41

3.2.2.2 Balonamiento. ....................................................................................42

3.2.2.3 Efecto Pistn. ....................................................................................43

3.2.2.4 Efecto Trmico...................................................................................43

3.3 Cargas de Presin..................................................................................................44

3.3.1 Perfiles de Presin Externa. .......................................................................45

3.3.1.1 Introduccin de la Tubera. ............................................................45

3.3.1.2 Durante la Cementacin de la Tubera...........................................45

3.3.1.3 Despus de cementar la tubera......................................................46

3.3.1.4 Efectos de la Presin de Formacin. ..............................................46

3.3.1.5 Efecto de la Formacin Plstica. ....................................................47

3.3.1.6 Efecto de la Expansin de los Fluidos en el Espacio Anular. ........47

3.3.2 Perfiles de presin interna............................................................................48

3.3.2.1 Introduccin de la Tubera. ............................................................48

3.3.2.2 Durante la cementacin..................................................................48

3.3.2.3 Pruebas de presin. ........................................................................49

3.3.2.4 Hidrulica durante la perforacin...................................................49

3.3.2.5 Prdidas de circulacin. .................................................................49

3.3.2.6 Condicin de un brote. ...................................................................50

3.3.2.7 Por la migracin de gas. .................................................................50

3.3.2.8 Fuga en el Tubing. .........................................................................50

XIV

3.3.2.9 Estimulacin o inyeccin de fluidos. ................................................51

3.3.2.10 Produccin de Fluidos.....................................................................52

3.4 Cargas Torcionales............................................................................................52

3.5 Corrosin...........................................................................................................53

CAPTULO IV

4. PROCEDIMIENTO PARA INSPECCIN DEL CUERPO EN LA TUBERA DE

PERFORACIN (DRILL-PIPE). .........................................................................54

4.1 Alcance e introduccin.........................................................................................54

4.2 Especificacin de los mtodos aplicables: ............................................................54

4.2.1 Categora 1 ...................................................................................................54

4.2.2 Categora 2: ..................................................................................................55

4.2.3 Categora 3: ..................................................................................................55

4.2.4 Categora 4: ..................................................................................................55

4.2.5 Categora 5: ..................................................................................................55

4.3 Clasificacin de la tubera de perforacin y el tool-joint mediante el cdigo de...56

4.4 Procedimiento para inspeccin de tubera de perforacin (drill-pipe).................56

4.4.2 Descarga de Tubulares del Camin al Rack ................................................57

4.4.3 Manipuleo y almacenamiento de la tubera .................................................57

4.4.4 Inspeccin Visual. ........................................................................................58

4.4.4.1 Propsito ..........................................................................................58

4.4.4.2 Equipo de Inspeccin .......................................................................58

4.4.4.3 Preparacin: .....................................................................................58

4.4.4 4 Procedimiento y Criterios de Aceptacin: .......................................58

XV

4.4.5 Limpieza y Cepillado de la Tubera. ............................................................60

4.4.6 Calibracin Del Dimetro Externo Del Tubo ..............................................61

4.4.6.1 Propsito. .........................................................................................61

4.4.6.2 Equipo de Inspeccin: ......................................................................61

4.4.6.3 Preparacin: .....................................................................................61

4.4.6.4 Calibracin: ......................................................................................62

4.4.6.5 Procedimiento y Criterios de Aceptacin: .......................................62

4.4.6.6 Determinacin de la seccin transversal. .........................................62

4.4.7 Medicin Ultrasnica Del Espesor De La Pared Del Tubo ..........................63

4.4.7.1 Propsito: ..........................................................................................63

4.4.7.2 Fundamento Terico. ........................................................................63

4.4.7.2.1 Ondas ultrasnicas mecnicas............................................63

4.4.7.2.2 Velocidad de propagacin de las ondas. ............................64

4.4.7.2.3 Efecto Piezoelctrico..........................................................64

4.4.7.3 Instrumentos para la Inspeccin y calibracin:.................................65

4.4.7.4 Preparacin: ......................................................................................66

4.4.7.5 Calibracin: .......................................................................................66

4.4.7.6 Procedimiento: ..................................................................................67

4.4.7.7 Criterios de Aceptacin:....................................................................68

4.4.7.8 Medida del espesor de la pared del tubo ...........................................68

4.4.8 Inspeccin Electromagntica .........................................................................69

4.4.8.1 Propsito. ...........................................................................................69

4.4.8.2 Principio Electromagntico de inspeccin. ........................................69

4.4.8.3 Equipo de Inspeccin: ........................................................................71

XVI

4.4.8.4 Preparacin: ........................................................................................72

4.4.8.5 Calibracin: .........................................................................................72

4.4.8.6 Procedimiento de Inspeccin: .............................................................74

4.4.8.7 Criterios de Aceptacin:......................................................................75

4.4.8.8 Explicacin de los Registros Prcticos: ..............................................76

4.4.8.8.1 Registro No 1 .......................................................................76

4.4.8.8.2 Registro No 2 .......................................................................76

4.4.8.8.3 Registro No 4 ......................................................................77

CAPTULO V

5. PROCEDIMIENTO PARA INSPECCIN DEL AREA DE CUAS

RECALQUES Y CONEXIONES PARA TUBERA DE PERFORACION.................78

5.1 Inspeccin con Partculas Magnticas del rea de Cuas y Recalque .................78

5.1.1 Propsito ......................................................................................................78

5.1.2 Principio con Partculas Magnticas del rea de Cuas y Recalque...........78

5.1.2.1 Campos de fuga...............................................................................78

5.1.2.2 Magnetizacin .................................................................................80

5.1.2.3 Partculas magnticas. .....................................................................81

5.1.3 Equipo de Inspeccin: ..................................................................................82

5.1.4 Preparacin: .................................................................................................83

5.1.5 Procedimiento de inspeccin........................................................................83

5.1.6 Criterios de Aceptacin...............................................................................84

5.2 Inspeccin con Ultrasonido del rea de Cuas y Recalque. ................................85

5.2.1 Propsito ......................................................................................................85

XVII


5.2.3 Preparacin: .................................................................................................85

5.2.4 Calibracin en el Campo:.............................................................................86

5.2.5 Procedimiento: .............................................................................................86

5.2.6 Criterios de Aceptacin:...............................................................................87

5.3 Inspeccin Visual De Conexiones. ........................................................................88

5.3.1 Propsito: .....................................................................................................88

5.3.2 Equipo de Inspeccin ...................................................................................88

5.3.3 Preparacin: .................................................................................................88

5.3.4 Procedimiento y Criterios de Aceptacin ....................................................89

5.4 Inspeccin Dimensional 1 ......................................................................................91

5.4.1 Propsito: .....................................................................................................91

5.4.2 Equipo de Inspeccin ...................................................................................91

5.4.3 Preparacin: .................................................................................................91

5.4.4 Procedimiento y Criterios de Aceptacin: ...................................................92

5.5 Inspeccin Dimensional 2 ......................................................................................94

5.5.1 Propsito ......................................................................................................94


5.5.3 Preparacin: .................................................................................................94

5.5.4 Calibracin de profundidad del hilo.............................................................95

5.5.5 Calibracin del estiramiento de la rosca ......................................................95

5.5.5.1 Forma de determinar cuando una caja est ensanchada ...............95

5.5.5.2 Determinacin de una fractura por fatiga.........................................96

5.5.6 Calibracin de la conicidad de la rosca........................................................96

XVIII

5.5.7 Evaluacin del desgaste de la rosca. ............................................................97

5.5.8 Aceptacin....................................................................................................97

5.6 Inspeccin De Las Uniones Con Luz Ultravioleta................................................98

5.6.1 Propsito: .....................................................................................................98


5.6.3 Preparacin...................................................................................................99

5.6.4 Procedimiento y Criterios de Aceptacin: ...................................................99

5.7 Pasos finales. ......................................................................................................101

5.7.1 Lubricacin de las Roscas..........................................................................101

5.7.2 Protectores de Roscas.................................................................................102

5.7.3 Reinstalacin de los protectores.................................................................102

5.7.4 Finalizacin de la inspeccin. ....................................................................102

5.7.5 Reporte de inspeccin de campo: objetivo descripcin y ejemplo. ...........103

CAPTULO VI

6. CONCLUSIONES ....................................................................................................104

7. RECOMENDACIONES...........................................................................................106

ANEXOS ......................................................................................................................107

GLOSARIO...................................................................................................................138

BIBLIOGRAFA ..........................................................................................................145

CITAS BIBLIOGRAFICAS .........................................................................................146

XIX

NDICE DE ECUACIONES. Ecuacin de ovalidad. ....................................................................................................29 Ecuacin de excentricidad..............................................................................................30

Ecuacin de resistencia a la tensin. ..............................................................................34

Ecuacin de estallamiento..............................................................................................36

Ecuacin de peso total de la sarta ..................................................................................38 Ecuacin de flotabilidad.................................................................................................38

Ecuacin de carga axial por choque...............................................................................29

Ecuacin de peso flotado. ..............................................................................................30 Ecuacin de fuerza axial por pandeo. ............................................................................41 Ecuacin de balonamiento. ............................................................................................42

Ecuacin de efecto pistn...............................................................................................34

Ecuacin de fuerza axial total. .......................................................................................44 Ecuacin de la tubera dentro del pozo. .........................................................................45 Ecuacin para pruebas de presin. .................................................................................49

Ecuacin para determinar fugas a travs del Tubing. ....................................................51

Ecuacin para inyectar a travs de la tubera. ................................................................51

Ecuacin para determinar la produccin de fluidos.......................................................52

XX

NDICE DE FIGURAS. Junta MIJ: Recalcadas ....................................................................................................11

Junta MTC: Acopladas ...................................................................................................12

Junta SLH: Semilisas o Formadas . ...............................................................................12

Junta IFJ: Integrales o Lisas . ..........................................................................................13

Junta IEU (Internal-Extremal Upset).. ............................................................................14

Roscas Redondas (Round) de Tubera de Revestimiento ..15

Rosca Trapezoidal (Buttres) de Tubera de Revestimiento ............................................16

Rosca Redonda no reforzada (Non-Upset) Tubera de Produccin. ...............................17

Rosca redonda con Extremos Reforzados (External-Upset) Tubera de Produccin ....18

Rosca para tubera de perforacin...................................................................................19

Tubera ovalada ..............................................................................................................29

Tubera excntrica ovalada ............................................................................................30

Efecto de desgaste . ........................................................................................................31

Fatiga en el cuerpo de la tubera . ...................................................................................32

Fatiga en las conexiones ................................................................................................33

Cargas Axiales . .............................................................................................................34

Ondas Longitudinales ....................................................................................................63

Ondas transversales . ......................................................................................................64

Ondas Superficiales .......................................................................................................64

Distorsiones creadas por defectos en la tubera .............................................................64

Equipo electromagntico y tubo de calibracin .............................................................71

Flujo Disperso ...............................................................................................................79

Polos Magnticos ...........................................................................................................80

XXI

NDICE DE TABLAS. Tabla 1. Relacin de grados de tubera de revestimiento y produccin. API. ..............107

Tabla 2. Relacin de grados de tubera de perforacin. API. .......................................108

Tabla 3. Identificacin de la tubera de perforacin. ....................................................108

Tabla 4. Fabricantes de la tubera de perforacin. .......................................................109

Tabla 5. Identificacin de la conexin o Tool-Joint de la tubera de perforacin. .......110

Tabla 6. Tipos de conexin ms usados en la sarta de perforacin. .............................111

Tabla 7 Componentes bsicos de grasas y porcentajes en peso y slido. .....................112

Tabla 8. Relacin de grados para tuberas API. ...........................................................112

Tabla 9. Datos relacionados a la presin para los diferentes grados, para tubera de...112

Tabla 10. Datos de tensin, torsin y resistencia al colapso........................................113

Tabla 11. Mtodos de Inspeccin Cubiertos por la Norma (Ds-1) ...............................114

Tabla 11. Mtodos de Inspeccin Cubiertos por esta Norma (Continuacin) ..............115

Tabla 11. Mtodos de Inspeccin Cubiertos por esta Norma (Continuacin) ..............116

Tabla 12. Programas de Inspeccin Recomendados para Drill Pipe. (Norma DS-1) ...118

Tabla 13. Programas de Inspeccin Recomendados para Otros Componentes. ...........119

Tabla 14. Clasificacin mediante cdigos de colores para el cuerpo de la tubera.....120

Tabla 15. Clasificacin mediante cdigos de colores para el Tool-Joint......................121

Tabla 16. Clasificacin de Uniones y Tubos para Barras de Perforacin de Peso Normal

Usadas .................................................................................................................122

Tabla 17. Clasificacin de uso para Drill Pipe..............................................................123

Tabla 18. Datos de dimensiones para tubera de perforacin (nueva). ........................125

Tabla 19. OD mnimo recomendado y constitucin del torque de la soldadura del Tool-

Joint basado en la fuerza torcional de la caja (Box) y Drill Pipe. .......................126

XXII

INDICE DE FOTOGRAFAS. Falla en el roscado.........................................................................................................129

Galling (Desprendimiento de material)........................................................................129

Fractura. ........................................................................................................................129

Salto de la Rosca ...........................................................................................................129

Corrosin en el cople ....................................................................................................129

Tubera Colapsada, baloneada ......................................................................................130

Tubera Estallada...........................................................................................................130

Tubera Pandeada ..........................................................................................................130

Tubera Cementada .......................................................................................................130

Tubera con falla en la conexin. ..................................................................................130

Tubera Fracturada. .......................................................................................................130

Tubera con carga torcional...........................................................................................131

Tubera Corroda. ..........................................................................................................131

Descarga de Tubulares del Camin al Rack .................................................................131

Manipuleo y almacenamiento de la tubera ..................................................................131

Inspeccin Visual ..........................................................................................................131

Cepillado de la Tubera. ................................................................................................131

Limpieza a presin de agua...........................................................................................132

Calibradores para cuerpo de la tubera y rosca .............................................................132

Medidor ultrasnico. .....................................................................................................132

Inspeccin Electromagntica 1. Consola. .....................................................................132

Inspeccin Electromagntica 1. Bobina Magnetizadora...............................................132

Inspeccin Electromagntica 1. Sensores o Zapatas.....................................................132

XXIII

Inspeccin Electromagntica 1 Equipo Corriendo sobre la tubera. .............................133

Inspeccin Electromagntica 1 Registro calibrado. ......................................................133

Inspeccin Electromagntica 1 Registro con problemas de corrosin..........................133

Registro con problemas de cuas y fracturas...............................................................133

Luz Ultravioleta. ...........................................................................................................133

Pasrticulas magnticas . ................................................................................................133

Regla y medidor de dimetro externo (Comps). .........................................................134

Regla y medidor de dimetro interno (Comps). ..........................................................134

Perfiles de rosca. ...........................................................................................................134

Profile Gages.................................................................................................................134

Rosca engrasada. ...........................................................................................................134

Logo despus de terminar la inspeccin. ......................................................................134

Reporte 1. Permiso de trabajo. ......................................................................................135

Reporte 2 Reporte de inspeccin INSEPECA CIA. LTDA.........................................136

XXIV

RESUMEN Bsicamente para conocer una tubera se fundamenta en dos factores principales: el

conocimiento del material (capacidad de resistencia) y el conocimiento de las

condiciones de esfuerzo (cargas) a los que va ha estar sujeta las tuberas. El primer

factor abarca desde su fabricacin hasta el desempeo mecnico. Es la base para

reconocer la capacidad de una tubera. El segundo factor significa el conocimiento

terico. Y experimental necesario para ser capaces de predecir las condiciones de

trabajo o de carga que se presentaran en un pozo y en consecuencia, que soporte una

tubera.

Por lo anterior expuesto, este material se ha dividido en cuatro partes: en la primera se

presenta una introduccin, en una segunda parte se presenta generalidades relacionadas

ha conceptos bsicos referentes a los tipos de tubera y clasificacin por su funcin. En

una tercera parte se presenta todo lo relacionado con el material tubo. Es decir, las

propiedades mecnicas, y la forma de evaluar su capacidad de resistencia para poder

determinar las distintas condiciones de carga.

En una cuarta parte se menciona como se realiza la inspeccin de la tubera cuando se

producido fallas en las tuberas de perforacin causadas por diferentes problemas dentro

de un pozo y por workover. Y finalmente en la ltima parte podemos dar un juicio de

valor, de lo que realmente se debera hacer, y de lo que se tendra que cuidar en una

tubera con el objetivo de alargar la vida til y tener una mejor produccin en los

diferentes campos de la Amazonia Ecuatoriana

XXV

SUMMARY Basically to know a pipe it is based in two main factors: the knowledge of the material

(resistance capacity) and the knowledge of the conditions of effort (you load) to those

that he/she goes it is necessary to be subject the pipes. The first factor embraces from its

production until the mechanical acting. It is the base to recognize the capacity of a pipe.

The second factor means the theoretical knowledge. And experimental necessary to be

able to predict the work conditions or of load that they were presented in a well and in

consequence that supports a pipe.

For exposed the above-mentioned, this material has been divided in four parts: in the

first one an introduction is presented, in a second he leaves it presents related

generalities there are relating basic concepts to the pipe types and classification for its

function. In a third he/she leaves it presents all the related with the material " tube ".

that is to say, the mechanical properties, and the form of evaluating their resistance

capacity to be able to determine the different load conditions.

In a fourth he/she leaves he/she mentions like he/she is carried out the inspection of the

pipe when you produced flaws in the perforation pipes caused by different problems

inside a well and for workover. And finally in the last part we can give a trial of value,

of what should be made really, and of what would have to take care in a pipe with the

objective of to lengthen the useful life and to have a better production in the different

fields of the Ecuadorian Amazonia

CAPTULO I

1

CAPTULO I

1. INTRODUCCIN

Este trabajo presenta los elementos conceptuales relacionados con las tuberas

utilizadas en los pozos petroleros, a fin de propiciar el mejor aprovechamiento sobre

las mismas y fortalecer la prctica y el uso de las tuberas de perforacin,

fundamentalmente la inspeccin y en cierta parte para el diseo o seleccin de las

tuberas utilizadas, estos bien aplicados y orientados con la premisa de minibar

costos, conduce a definir las especificaciones de los materiales y parmetros de

operacin ptimos para aplicar en un pozo. El material expuesto en este libro incluye

tecnicismos ms usuales que deben incorporarse en el proceso de inspeccin y diseo

de tuberas.

1.1 IMPORTANCIA PRCTICA DEL ESTUDIO.

Casi la totalidad de los equipos con los cuales se opera desde hace ms de 30 aos,

han cumplido su periodo de utilidad, por presentar un ejemplo las tuberas no

presentan las garantas operativas para mejorar la produccin por que buena parte

estn taponadas o propensas a fugas por que ya cumplieron su tiempo de vida, de

ah la importancia de este documento, en el cual se puede determinar cuales son las

fallas mas comunes y como pueden ser mejoradas, una de ellas es la inspeccin de la

tubera en donde se puede mostrar y comprobar donde y como se producen las fallas

dentro una tubera.

2

1.2 LIMITACIN DEL ESTUDIO.

Los resultados que se obtengan a partir del presente trabajo sern dirigidos

exclusivamente a los tcnicos del rea que manejan y manipulan la tubera, pues esta

informacin esta basada a las Normas API, en especial a las actividades de

perforacin exploratoria y de produccin.

Solamente se trata de un anlisis de estas normas, el cual termina en una propuesta

que permitir, escoger el mtodo mas apropiado para el manejo de tubera de

perforacin y el beneficio que puede obtenerse en las operaciones de campo.

1.3 OBJETIVO GENERAL.

Estudiar el procedimiento de inspeccin, de tuberas de perforacin (Drill-Pipe),

causados por diferentes problemas dentro de un pozo y por workover.

1.4 OBJETIVOS ESPECFICOS.

Estudiar los conceptos generales en relacin a tuberas de perforacin,

produccin y revestimiento en pozos petroleros.

Tratar los diferentes problemas, ms comunes que causan el dao en las

tuberas. (Capacidad de resistencia y de carga).

Estudiar el procedimiento que se realiza para inspeccionar la tubera antes y

despus de su uso.

3

1.5 JUSTIFICACIN DEL ESTUDIO.

En operaciones de campo, transporte as como despus de su fabricacin las tuberas

de produccin sufren una serie de daos, lo cual puede afectar a la productividad del

pozo por ese motivo se puede definir el xito o fracaso en una operacin de campo

dentro de una locacin.

Por esta razn es muy importante la inspeccin de la tubera, despus de su

fabricacin, transporte y ubicacin en el pozo y la eficiencia de los profesionales

que estn a cargo de dichas operaciones de inspeccin.

Este trabajo se orienta a establece elementos de juicio para que las empresas

mantengan un riguroso manejo de las tuberas, con el objetivo de alargar la vida til

de las mismas. Por estas razones la elaboracin de este documento beneficiar a

muchas empresas petroleras de nuestro pas.

1.5.1 IMPACTO TECNICO.

Este documento tiene el objetivo de permitir al personal tcnico, detectar e

identificar problemas en las tuberas de perforacin, antes y despus de las

operaciones de perforacin, en este estudio se busca tambin beneficiar a las

Compaas Operadoras y productoras de petrleo, explicando los beneficios que

se pueden conseguir con la aplicacin de un mtodo de inspeccin adecuado.

4

1.5.2 IMPACTO ACADMICO.

Este documento podr ser una gua de consulta y de referencia para estudiantes de

las Escuelas de petrleo de las diferentes Universidades del Ecuador y para

tcnicos que estn relacionados al manipuleo de tuberas.

1.5.3 VIABILIDAD DE LA PROPUESTA.

Este documento esta basado mediante Normas API, que rigen la Inspeccin y

Manipuleo de la tubera de perforacin en la cual est, es una informacin

tcnica autorizada para su uso correspondiente.

1.6 IDEA A DEFENDER

Si se realiza la inspeccin de las tuberas antes y despus de su uso en pozos

productores se podr mejorar la vida til de las tuberas y poder contar por primera

vez con datos precisos de produccin y as reducir el costo en las operaciones

cuando se manejan tuberas de produccin, revestimiento y perforacin.

1.6.1 IDENTIFICACIN DE LAS VARIABLES.

1.6.1.1 Variables Dependientes.

Tipo de completacin

Tipo de pozo.

Tipo de fluido que se va ha inyectar.

Tipos de fluidos que se va ha producir.

Tipo de enrosque (torque).

Tipo de rosca a utilizar.

Grado de tubera a utilizarse.

5

Variables Independientes

Volmenes de gas, petrleo, agua.

Viscosidad.

Presiones.

Temperaturas.

Profundidad.

Torque.

Tensin

Fatiga.

1.7 ASPECTOS METODOLOGICOS DEL ESTUDIO 1.7.1 DISEO DE INVESTIGACIN.

Este documento se enfoca dentro de un diseo explicativo-observacional.

1.7.1.2 METODOS DE INVESTIGACIN

El presente documento se realizar basndose en estudios bibliogrficos,

investigativos y de campo mediante los siguientes mtodos.

1.7.1.2.1 Mtodo Deductivo.

Se toma como punto de partida los conocimientos relacionados a tuberas

de perforacin.

1.7.1.2.2 Mtodo Inductivo.

Se selecciona todos los parmetros que puedan beneficiar a las Compaas

Operadoras, explicando los diferentes problemas dentro de un pozo.

6

1.7.1.2.3 Mtodo de Anlisis.

Este mtodo ser de utilidad para revisin y anlisis de la informacin de

los datos que entregan los equipos de inspeccin al momento de correr los

equipos a travs de la tubera.

1.7.1.2.4 Mtodo de Sntesis.

Este mtodo se aplica en la estructura de la tesis.

1.7.1.2.5 Mtodo observacional.

Se toma muy en cuenta la experiencia de campo de los tcnicos que

supervisan estas operaciones

1.8 ANALISIS DE DATOS

En este caso se utiliza los siguientes mtodos:

1.8.1 Mtodo Cuantitativo.

Este mtodo es de utilidad para la revisin, anlisis y tabulacin de la

informacin que entrega los equipos de inspeccin.

1.8.2 Mtodo Cualitativo.

Se tiene en cuenta las caractersticas de calibracin de los diferentes equipos

de inspeccin.

7

1.9. TCNICAS DE INVESTIGACIN.

1.9.1 Revisin de literatura.

Revisin de Normas API, manuales de perforacin y tubera y tesis

referentes a la inspeccin y control de calidad de la tubera.

1.9.2 Trabajo de campo.

Se desarrolla el estudio investigativo directamente en las instalaciones de

INSEPECA-COCA.

1.9.3 Consulta a expertos.

Se realiza una consulta directamente con los tcnicos especialistas en la

inspeccin de tuberas y ha gerentes de operaciones de INSEPECA-COCA.

1.9.4 Charlas tcnicas.

Se aprovecha las charlas impartidas por las diferentes empresas petroleras,

que han expuesto sus materiales dentro de los previos de la universidad.

1.9.5 Registros de Excel.

Se utiliza el programa de Excel para realizar tablas, grficos que muestren los

resultados de los anlisis realizados de la presente tesis

CAPTULO II

7

CAPTULO II

2. GENERALIDADES RELACIONADOS A TUBERAS DE PERFORACIN,

REVESTIMIENTO Y PRODUCCIN.

2.1 Datos sobres las diferentes tuberas.

Los tubos utilizados en la industria petrolera deben cumplir con ciertas

caractersticas geomtricas y mecnicas dependiendo de su uso. A continuacin se

presentan algunos datos caractersticos de las tuberas utilizadas para la perforacin

de un pozo.

2.1.1 Construccin Tubera de revestimiento (TRs) y produccin (TPs).

Las caractersticas principales a observar en las tuberas de revestimiento y tubera

de produccin son: dimetro nominal, peso nominal, grado, Drift, resistencia a la

tensin resistencia al colapso y resistencia al entallamiento Tabla 1

Las propiedades antes mencionadas estn controladas por la composicin qumica

del acero utilizado, la misma que para los grados API tiene los siguientes valores.

Para H-40, J-55, K-55, N-80, la especificacin API-5A indica aceros fundidos en

hornos elctricos a crisol abierto, con una tolerancia de contenido mximo de

fsforo de 0.040% y azufre al 0.060%

Para los grados C-75, L-80, y C-95 la especificacin API-5AC presenta valores de

Carbono entre 0.15 a 0.75, Mn 0.30% a 1.90%, Mo de 0.15 a 1.10%, Cr de 0.8% a

14.0%, Ni entre 0.25% a 0.99%, Cu 0.25% a 0.35%, Fsforo (Pmax) 0.020% y

Azufre (Smax) 0.010%

8

Para grados P-105 y P-110, la especificacin API-5AX establece Pmax 0.040% y

Smax 0.060%, Para grados Q-125 la especificacin API-5AQ determinar los

porcentajes de componentes como sigue: C entre 0.35% a 0.50%; Mn entre 1.00%

a 1.90%; Mo entre 0.75% o mas; Cr entre 1.20% o ms: Ni 0.99%; Pmax 0.020% a

0.030%; Smax 0.010% a 0.020%.

2.1.2 Construccin e identificacin tubera de perforacin.

Los datos principales que deben conocerse sobre las tuberas de perforacin son los

siguientes: dimetro nominal, peso nominal, clase, grado, resistencia a la tensin,

colapso y torsin. La clase de tubo, se refiere al grado de usabilidad que ha tenido

el tubo. El API divide las tuberas en clase I (tubera nueva), II, III y Premium

La construccin del tubo de perforacin es otro factor a considerar y ya que se

realiza a partir de dos elementos, El tubo madre cuyo dimetro exterior

determinar el tamao del tubo, y la junta, cuya funcin es proporcionar la

geometra necesaria para que se pueda labrar una determinada rosca. Ver tabla 4

Estos dos elementos se sueldan por friccin, luego se procede a probar el tubo

tensionandolo al 80% o ms de su limite de cedencia (deformacin elstica), el

acero usado para el tubo madre es una aleacin de los siguientes elementos; C, Mn,

Si, Mo, V, Cr, B, S, y P; cuyas proporciones varan de acuerdo al grado de la

tubera ver tabla 2. Es importante llevar el registro del uso que se ha dado a cada

tubo, para evaluar su grado de confiabilidad en servicio. La API ha normalizado la

nomenclatura de identificacin para tubera de perforacin la mismas se indica en

la tabla 3.

9

2.2. Conexiones o Juntas.

Debido a que las tuberas que se utilizan en los pozos tienen un lmite en longitud

(bsicamente entre 9 y 13 metros) es necesario que estas tuberas queden unidas al

introducirse en el pozo, con la premisa de que la unin entre ellas sea hermtica y

capaz de soportar cualquier esfuerzo al que se someter la tubera.

Bsicamente una junta o conexin est constituida por dos o tres elementos

principales. Estos son: un pin (miembro roscado externamente), una caja

(miembro roscado internamente) y la rosca. Se dice que una junta tambin cuenta

con un elemento de sello y elemento hombro paro, elementos que representan o

simbolizan parte de los esfuerzos realizados por alcanzar lo ideal en una conexin.

2.3. Sello de las Roscas.

2.3.1. Sello Resilente.

Mediante un anillo u o Ring de tefln o materiales similares (utilizadas para

presiones excesivamente bajas), a veces slo funcionan como barreras contra la

corrosin.

2.3.2. Sello de Interferencia.

Es el sello entre roscas originado por la interferencia entre los hilos de la rosca al

momento de conectarse mediante la conicidad del cuerpo de la junta y la

aplicacin de torsin. El sellado propiamente dicho es causado por la grasa

aplicada, la cual rellena los microhuecos entre los hilos de la rosca.

10

2.4. Clasificacin de Juntas.

Las juntas pueden clasificarse de acuerdo con el tipo de rosca como:

2.4.1. API

De acuerdo con las especificaciones API de elementos tubulares, existen

nicamente cuatro tipos de roscas.

Redondas

Butress

Enganchadas

Doble Enganchadas

2.4.2. Premium o Propietarias

Son juntas mejoradas a las API y maquinadas por fabricantes que patentan el

diseo en cuanto a cambios en la rosca y/o a la integracin de elementos

adicionales como sellos y hombros que le proporcionan a la junta caractersticas

y dimensiones especiales para cubrir requerimientos especficos para la

actividad petrolera, tales como:

Evitar el brinco de rosca (jump out) en pozos con alto ngulo de desviacin.

Con sellos mejorados.

Mejorar la resistencia a presin interna y externa.

Disminuir esfuerzos tangenciales en coples.

Facilitar la introduccin en agujeros reducidos.

Evitar la turbulencia del flujo por cambio de dimetro interior.

Mltiples conexiones y desconexiones en pozos de pruebas

11

2.5. Tipos de Juntas

La conexin pueden definirse de acuerdo con el maquilado de los extremos de la

tubera como:

Recalcadas.

Semilisas o Formadas (Semiflush).

Integrales o Lisas (Flush).

Acopladas.

En una nueva nomenclatura a nivel internacional, se identifican los anteriores

tipos de juntas con las siguientes siglas:

MIJ: Recalcadas.

SLH: Semilisas o Formadas.

IFJ: Integrales o Lisas.

MTC: Acopladas.

2.5.1. Juntas para tubera de Revestimiento y Produccin.

2.5.1.1 Junta MIJ: Recalcadas

Se incrementa el espesor y dimetro exterior de la tubera en uno o en ambos

extremos en un proceso de forja en caliente, a los que posteriormente se les

aplica un revelado de esfuerzos. Estas tienen una resistencia a la tensin del

100%

Ttulo: Junta Recalcada

Fuente: Drill Manual Tomo 5

Elaborado por: Andrs Villacrs

12

2.5.1.2 Junta MTC: Acopladas.

Son las que integran un tercer elemento denominado cople, pequeo tramo

de tubera de dimetro ligeramente mayor y roscado internamente, el cual,

une dos tramos de tubera roscado exteriormente en sus extremos El pin

(espiga o pin) de un extremo del tubo es enroscado en la caja (cuello) del

extremo del otro tubo. Este tipo de conexin es el ms generalizado en

nuestro pas. Se maquilan un pin en cada extremo del tubo y se le enrosca

un cople o una doble caja, quedando el tubo con pin de extremo y caja el

otro extremo. Estas tienen una resistencia a la tensin del 85-94%

Ttulo: Junta Acoplada



2.5.1.3 Junta SLH: Semilisas o Formadas.

El extremo pin es guajeado (Cerrado) y el extremo caja es expandido en

fri sin rebasar el 5% en dimetro y el 2% en espesor, aplicando un revelado

de esfuerzos posterior. Estas tienen una resistencia a la tensin del 70-85% .

Ttulo: Junta Semilisa o Formada



13

2.5.1.4 Junta IFJ: Integrales o Lisas.

Son las que unen un extremo de la tubera roscado exteriormente como

pin y conectndolo en el otro extremo de la tubera roscado internamente

como caja, Se maquilan las roscas directamente sobre los extremos del tubo

sin aumentar el dimetro exterior del mismo. Estas tienen una resistencia a la

tensin del 55-65%

Ttulo: Junta Integral o lisa



2.5.2 Juntas para 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. Estas juntas estn

diseadas para trabajar en tensin. A continuacin se mencionan las juntas

para tuberas de perforacin ms comunes:

2.5.2.1 Junta IEU (Internal-Extremal Upset).

Este tipo de juntas tiene un dimetro mayor que el del cuerpo del tubo y un

dimetro interno menor que el cuerpo del tubo.

14

Ttulo: Junta para tubera de perforacin

.



2.5.2.2 Junta IF (Internal-Flush).

Este tipo de junta tiene un dimetro interno aproximadamente igual al del

tubo y el dimetro externo mayor que el tubo, ya que es en este dimetro

donde est el esfuerzo.

2.5.2.3 Junta IU (Internal-Upset).

Este tipo de junta tiene un dimetro interno menor que el del tubo y un

dimetro externo casi igual al del tubo.

2.6. Tipos de Roscas.

Una rosca se define como el artefacto con el cual dos tubos son conectados, el cual

es un factor de suma importancia dentro de una tubera, se puede decir que es el

lugar donde sufre mayor dao al igual que el tipo de junta.

Las especificaciones de tubos API cubren 4 tipos de roscas a continuacin se

presentan los diferentes tipos geomtrico de roscas existentes en diseo, tanto para

Juntas API como para Juntas Premiun:

15

Roscas Redondas (Round).

Roscas Trapezoidales (Buttres).

Roscas Enganchadas.

Roscas Doble Enganchadas.

2.6.1 Roscas para Tubera de Revestimiento.

2.6.1.1 Roscas Redondas (Round) de Tubera de Revestimiento.

Estas rocas como su nombre lo indica bsicamente tiene la forma redonda

tanto en la cresta como en la raz de la rosca. El propsito de la parte

superior redonda (Cresta) y la base redonda (Raz) es que mejora la

resistencia de las roscas, en la fabricacin entre la cresta de la rosca y la raz

elimina la acumulacin de partculas extraas o contaminantes y se fabrica

las crestas menos susceptibles a daos menores e irregularidades de

superficie en la superficie de la rosca que son ocasionalmente encontradas y

no pueden ser necesariamente ser un dao.

Ttulo: Roscas Redondas (Round)



16

2.6.1.2 Rosca Trapezoidal (Buttres) de Tubera de Revestimiento.

Las roscas trapezoidales (Buttres) estn diseadas para resistir alta tensin a

las cargas de compresin, en adicin a ofrecer resistencia a las filtraciones.

Para dimetros desde 4 pulgada hasta 13 3/8 de pulgada las roscas tienen

cinco pasos (paso = 0,200 pulgada) por pulgada en unos de pulgada de

ahusamiento por pie de dimetro.

Las roscas trapezoidales de la tubera de revestimiento en dimetros de 16

pulgadas y mas grandes tienen cinco pasos por pulgada en 1 pulgada de

ahusamiento por pie de dimetro y tiene crestas planas y races paralelas al

eje del tubo. Las dems dimensiones y radios de roscas son los mismos que

aquellos para 13 3/8 de pulgada y dimetros pequeos.

Ttulo: Rosca Trapezoidal (Buttres)



17

2.6.2 Roscas para Tubera de Produccin API.

2.6.2.1 Rosca Redonda no reforzada (Non-Upset)

El propsito de la parte superior redonda y la base redonda es que: mejora la

resistencia de las roscas. La tubera de produccin API no reforzada (Non-

Upset), esta externamente roscada en ambos extremos del tubo. Las

longitudes individuales estn unidas por un acoplamiento regular

internamente roscado.

El perfil de la rosca tiene cresta redondas y races con flancos de 30 de

ngulo con respecto al eje vertical del tubo con 8 o 10 roscas por pulgada en

unos de pulgada por pie de ahusamiento o inclinacin.

Ttulo: Rosca Redonda no reforzada (Non-Upset)



18

2.6.2.2 Rosca redonda con Extremos Reforzados (External-Upset)

La tubera de produccin API con refuerzos externos esta externamente

roscado en ambos extremos del tubo, las longitudes individuales esta unidos

por un acoplamiento roscado y races con flancos de 30 grados con respecto

al eje vertical del tubo con 8 o 10 roscas por pulgada en unos de pulgada

por pie de ahusamiento o inclinacin, presentan una resistencia a la traccin

dada por la eficiencia de la junta, da un sello capaz de evitar escapes de

fluido,

Ttulo: Rosca Redonda con Extremos Reforzados (External-Upset)



2.6.3 Rosca para Tubera de Perforacin. (Drill-Pipe)

La tubera de perforacin (Drill-Pipe) con refuerzo externo esta internamente

soldada dentro del cuerpo de la tubera a este extremo es tambin conocido

como Tool Joint el cual tiene un dimetro mayor que el del cuerpo del tubo y

un dimetro interno menor que el cuerpo del tubo. Este se encuentra

identificado en la base de la rosca ver tabla 5

19

2.6.3.1 Roscas Trapezoidales con extremo reforzado (External-Upset).

Las funciones principales son de suministrar a la traccin que asegure la

unidad de la sarta, dar un buen sello entre el interior y el exterior del tubo

para evitar fuga del lodo de perforacin hacia fuera (washout), poder ser

enroscada y desenroscada sin sufrir deterioros graves, as como el torque

adecuado segn el tipo de conexin, que ayudan a evitar el desgaste

prematuro y las deformaciones.

Para dimetros desde 2 3/8 pulgada hasta 6 5/8 de pulgada las roscas tienen

cinco pasos (paso = 0,200 pulgada) por pulgada en unos de pulgada de

ahusamiento por pie de dimetro ver Tabla 6

Ttulo: Rosca Trapezoidal (External-Upset)

.



Existen otro tipo de roscas que en nuestro medio no se las utilizan debido a que las

operadoras, no las creen convenientes.

20

2.7 Fallas en las juntas y roscas.

Las conexiones roscadas o juntas de tuberas son elementos mecnicos con

dimensiones geomtricas variables que hacen difcil a diferencia de las tuberas

establecer una condicin de falla en las mismas. Sin embargo, se han detectado

diferentes modos de falla en las juntas por efecto de la carga impuesta a

continuacin se menciona los diferentes tipos de fallas de roscas y estas se pueden

ver en fotografas anexos

2.7.1 Falla por carga axial

Las cargas axiales pueden dividirse en cargas de tensin y cargas compresivas.

Las cargas de tensin generalmente son soportadas por la forma de la rosca de

la conexin. Mientras que las cargas compresivas, se soportan por la forma de

la rosca y por los hombros de paro o por ambos

2.7.2 Salto de roscas.

Es una situacin de falla originada por una carga de tensin en la que se

presenta una separacin de la rosca del pin o de la caja con poco o sin ningn

dao sobre los elementos de la rosca. En caso de una carga compresiva, el

pin se incrusta dentro de la caja.

2.7.3 Fractura.

La carga de tensin genera la separacin del pin de la del cuerpo del tubo,

que generalmente ocurre en la ltima rosca enganchada.

21

2.7.4 Fallas en las juntas por carga de presin.

Las cargas de presin en una junta pueden aplicarse internamente o

externamente. Generalmente, el mismo mecanismo de sello en la conexin

puede usarse para el sellado en cualquier direccin. Algunas juntas usan un

sello en cada direccin.

2.7.5 Fuga.

Se presenta cuando existe comunicacin de fluidos hacia el interior o exterior

de la junta. Es una de las principales condiciones que debe observar una junta

para soportar las cargas por presin. La fuga en una junta es causada

generalmente por falla en el diseo de la junta, por las condiciones de fondo, o

por algn dao ocurrido en los elementos de la junta durante el manejo o

corrida de la tubera.

2.7.6 Galling (Desprendimiento de material).

Esta es una condicin de falla ocasionada por el desgaste de los metales en

contacto (interferencia de las roscas pin-caja) durante las operaciones de

manejo y apriete de las conexiones. Un apriete excesivo genera una alta

interferencia de contacto entre las superficies de sello (rosca o los sellos metal-

metal).Esto propicia el desprendimiento de metal. Este problema tambin se

presenta por el uso continuo de apriete y desapriete (quebrar tubera) de las

conexiones.

22

2.7.7 Cedencia en el Pin

Es una condicin de falla en el pin que se presenta cuando se alcanzan

esfuerzos (tangenciales) superiores a la cedencia del material por efecto

simultaneo de la alta interferencia en el apriete y el efecto actuante de la

presin. Esta situacin incrementa el riesgo de una falla por agrietamiento del

pin, al trabajar en ambientes amargos. Adems, al tener un pin con

problemas de cedencia (deformacin plstica) existe la posibilidad de que en

las operaciones de apriete y desapriete de las conexiones, no se alcance el sello

adecuado en la misma.

2.8 Maquinado de una rosca

A continuacin se presenta el procedimiento de maquinado de una rosca donde la

operacin consta de los siguientes pasos.

2.8.1 Recepcin de Tubera.

La tubera se descarga de los trileres en el patio de materiales colocando la

tubera en los Rack o burros y se corrobora de acuerdo con la documentacin

de recepcin.

2.8.2 Preparacin de extremos.

Se marca con pintura blanca el rango correspondiente.

2.8.3 Corte y Biselado.

Se procede a cortar la seccin de rosca que ha sido encontrados con defectos o

daos cuya longitud mnima de corte debe ser de pulgada en el caso de la

23

tubera de 3 EUE tomando como ejemplo, una vez realizado el corte y

biselado se procede ha:

2.8.4 Roscado.

a. Medir la longitud de roscado del tubo haciendo referencia desde el mandril o

copa de la maquina roscadora (Torno), la longitud debe estar entre 7 u 8

pulgadas.

b. Se procede al centrado del tubo asegurando el cuerpo del mismo, se centra la

junta del tubo con la ayuda de un centrado o gramil.

c. Se procede al anlisis de rosca, se observa si la rosca no se encuentra

cristalizada o endurecida, esto por lo general ocurre por el calentamiento de

la rosca en el momento de realizar el corte por falta de la lubricacin.

d. Una vez realizado los pasos anteriores procedemos a colocar la cabeza

(Donde se encuentran las cuchillas de roscar) en posicin inicial el roscado

correspondiente, as mismo una vez definido el tipo de rosca a realizar o

elaborar en la tubera, as mismo se utilizara los peines o cuchillas de roscar.

e. Una vez seleccionado las cuchillas y estado todo en posicin se enciende la

maquina de roscar hasta que llegue a la longitud deseada indicada en el

medidor de avance, como ejemplo 2 3/8 pulgada para tubera de produccin

de 3 pulgada y 2 1/8 para tubera de produccin de 2 7/8 de pulgada, estas

longitudes son las longitudes de enrosque o de roscado de la tubera.

2.8.5 Calibracin de la Rosca.

Una vez diseado la rosca las mediciones o calibraciones que procede a

realizar son las siguientes:

24

2.8.6 Medicin del Ahusamiento de la rosca.

El ahusamiento es el incremento en el dimetro de inclinacin de la rosca,

expresado en pulgadas por pie de longitud de rosca. Para el propsito practico

de calibracin de rosca las mediciones de ahusamiento esta expresado en

pulgadas por pie.

2.8.7 Medicin del paso de rosca.

El paso es la distancia desde el punto especfico en una rosca al punto

correspondiente en la siguiente rosca medida paralelamente al eje de la rosca.

La distancia es pequea, as la precisin ser excesiva, si el paso estuviera

determinado de rosca a rosca consecuentemente, el paso es medido en una

pulgada por cada pulgada, tanto de 8 roscas redondas, como de 10 roscas

redondas por pulgada.

2.8.8 Medicin de la altura de la rosca.

La altura de la rosca, es la distancia desde la cresta de la rosca hasta la raz de

la misma, medida perfectamente al eje de la rosca, el indicador del dial debe

registrar cero antes de realizar la medicin y la tolerancia debe estar entre 0.004

y 0.002 pulgadas.

2.8.9 Longitud total de la rosca.

La longitud total de la rosca es medida paralelamente al eje de la rosca, desde

el extremo de la tubera, hasta el punto donde termina la rosca. La medicin es

realizada utilizando una escala mtrica, La tolerancia es de 0.125 0 1/8 de

pulgada.

25

Una vez realizado todos los pasos anteriores y si la rosca a cumplido con los

procesos de calibracin la rosca que se elaboro ser calificada como aceptada y

llevada para la aplicacin de la grasa respectiva y ser colocado su protector.

2.9. Grasas para Roscas.

De acuerdo con el API (Bul 5A2), se debe utilizar un elemento graso para generar

una buena conexin entre los elementos pin y caja (tabla 7), Por lo que es

necesario agregar un componente graso al pin de un junta para mejorar el

apriete y garantizar la hermeticidad. Las caractersticas que debe tener este

elemento graso son las siguientes:

Cualidades de lubricacin adecuada para prevenir el desgarre de las

roscas.

Ninguna tendencia a desintegrarse ni observar cambios radiales de

volumen a temperaturas de hasta 300F.

No comportarse excesivamente fluida a temperaturas de hasta 300F.

Propiedades de sello suficientes para prevenir fugas a temperaturas de

hasta 300F.

No secarse, endurecerse, evaporarse u oxidarse cambiando sus

propiedades fsicas.

Resistencia a la absorcin de agua.

Suficiente capacidad para rellenar microhuecos y prevenir fugas en

roscas redondas API para casing y Tubing bajo presiones tan altas como

10000 psi.

Debe ser fcilmente aplicable con brocha a las rocas en clima fri

CAPTULO III

26

CAPTULO III

3. PROPIEDADES MECNICA DE LAS TUBERAS, RESISTENCIA Y

CAPACIDAD DE CARGA.

3.1 Capacidad de Resistencia de las Tuberas.

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.

El termino falla se entiende como sinnimo de fractura. Se dice que ocurre una

falla cuando un miembro cesa de realizar satisfactoriamente la funcin para la cual

estaba destinado. Por lo tanto, una falla en las tuberas es una condicin mecnica

que refleja la falta de resistencia del material ante la situacin y exposicin de una

carga. Con ella propicia la deformacin del tubo.

3.1.1 Cedencia.

Para entender el comportamiento de falla iniciaremos por definir el concepto de

cedencia o fluencia, que es aquella propiedad o condicin del material para soportar

la deformacin elstica, o bien, la resistencia que opone el material a la deformacin

ante la exposicin de una carga. Es decir, el material se comporta plsticamente o

se dice que tiene afluencia. Antes de esta deformacin, al liberar la carga, el

material recupera su estado original. El punto a partir del cual el material se fractura

o se rompe, se dice que alcanza su ltimo valor de resistencia a la cedencia

27

Para establecer la cedencia de un acero, el API recomienda que se realice una

prueba de tensin sobre un espcimen. A partir de sta se debe medir la deformacin

generada hasta alcanzar la fractura del mismo. .

Se establece que la cedencia del material es el esfuerzo de tensin aplicado cuando

alcanza el 0.5% de deformacin. Para tuberas de revestimiento y produccin, Para

tuberas de perforacin, el API considera una deformacin del 0.65% para

establecer la cedencia de estos materiales.

La cedencia se mide en unidades de fuerza por unidad de rea (psi), que significa la

fuerza aplicada en el rea de exposicin del material para hacer ceder al mismo.

La nomenclatura recomendada por el API para identificar los diferentes tipos de

acero se define por una letra seguida por un nmero. La letra simboliza el tipo de

acero, y el nmero y la magnitud de la cedencia del material expresada en miles de

libras por pulgada cuadrada (psi). Ejemplificado: un acero denominado N-80 tiene

una cedencia de 80000 psi mnima y una mxima de 95000 psi. La tabla 8 muestra

un resumen de los diferentes aceros o grados API con sus valores de cedencia

La cedencia de los materiales se ve sensiblemente afectada por la temperatura a la

que estn expuestos dichos materiales. Las pruebas de tensin que se realizan para

medir la cedencia de un material generalmente se efectan a la temperatura

ambiental.

Sin embargo, se ha observado que a temperaturas elevadas (>150 C) la resistencia

de cedencia de un acero empieza a verse disminuida.

28

3.1.2 Colapso.

Se puede definir como una forma de compresin de tal manera que la presin de a

fuera trata de comprimir las paredes de la tubera. En otras palabras se origina por el

aplastamiento de una tubera por una carga de presin. Esta acta sobre las paredes

externas de la misma y es superior a su capacidad de resistencia.

En primera instancia, es una de las causas ms comunes de falla en las tuberas

colocadas en un pozo y en segundo termino es un fenmeno de falla ms complejo

de predecir. Y esta es medida en psi y se puede ver en la tabla 10.

La falla al colapso depende de diversos factores propios de la naturaleza de

fabricacin del tubo. Dentro de estos resaltan la cedencia del material, la geometra

tubular, imperfecciones (excentricidad, ovalidad) y la condicin de esfuerzos en la

tubera, a continuacin se menciona lo siguiente:

3.1.2.1 Efectos de Imperfecciones.

Dentro de los factores que influyen en la resistencia al colapso de las

tuberas. Est el aspecto geomtrico. Las imperfecciones generadas en el

proceso de fabricacin dan como resultados el tener un tubo con cierto

porcentaje de ovalidad y excentricidad. Es decir, no existen tuberas con

dimetro y espesor constante. Se puede apreciar una tubera perfecta a

29

3.1.2.1.1 Ovalidad.

Se define como el mximo dimetro exterior, menos el mnimo dimetro

exterior dado en una seccin plana, dividida por el dimetro exterior

nominal.

Titulo: Ecuacin de ovalidad.

alNoExteriorDimetroDnomExteriorMinimoDimetroDExteriorMaximoDimetroD

OvalidadSDonde

DnomDDS

min....min..max

.:

min)max(

=

=

=

=

=

Fuente: Drill Manual


Queda de manifiesto que el proceso de fabricacin de un tubo no es

perfecto. Es decir se genera una imperfeccin al producir un tubo con un

dimetro ligeramente irregular en su cara exterior.

Ttulo: Tubera ovalada



30

3.1.2.1.2 Excentricidad.

Es una medida de las imperfecciones detectadas en una tubera por efecto

de los cambios de espesor en el cuerpo del tubo

Titulo: Ecuacin de excentricidad.

alnoespesortespesormnimotespesormximot

ttdExcentridae

Donde

te

min..min.max

minmax.

:

=

=

=

=

=

=



La combinacin de estas dos imperfecciones es una seccin transversal de

una tubera que es mostrada a continuacin.

Ttulo: Tubera excntrica ovalada



31

3.1.3 Efecto de desgaste.

El desgaste se define como la degradacin o deterioro del material por efecto de

la friccin producida por el contacto entre dos materiales (Tubos), especialmente

la resistencia al colapso se ve deteriorada por el desgaste.

En la perforacin de pozos desviados ocurren desgastes severos en la superficie

interior de la tubera de revestimiento al estar sujeta a grandes flexiones, lo cual,

afecta las funciones del tubo. El desgaste tambin se produce por la rotacin de la

tubera de perforacin contra las paredes del pozo, a menudo reduce

peligrosamente el espesor de paredes del tubo. Este tipo de daos siempre ocurre

en la superficie exterior de la tubera especialmente en la regin de las uniones.

Ttulo: Efecto de desgaste



3.1.4 Fatiga.

La fatiga es generalmente la causa ms comn de falla en la sarta de perforacin,

Las fallas por fatiga se producen regularmente tanto en los tubos de las barras de

perforacin como en las conexiones. Sin embargo, son relativamente raras en las

uniones de las barras de perforacin. Las ubicaciones usuales de las fisuras por

fatiga son:

32

3.1.4.1 Ubicacin de la falla.

3.1.4.1.1 Cuerpo de la tubera de perforacin.

Las fallas por fatiga se producen principalmente en el rea cercana al

recalque interno, usualmente 16-24 pulgadas desde el extremo del pin o

del box, y en el rea de cuas. Las mismas son menos comunes pero

tambin se pueden producir en otras ubicaciones entre recalques. Estos

daos estn usualmente orientados transversalmente y pueden existir tanto

en el interior como en el exterior de la superficie de la tubera. Esto resulta

del ciclo de tensin o esfuerzo al cual han estado expuestos.

Una fisura por fatiga ser aplanada y perpendicular al eje del tubo. Si la

fisura ha penetrado la pared del tubo, el lodo de perforacin al filtrar

puede haber erosionado la fisura en lo que comnmente se denomina una

lavadura del tubo. Sin embargo, an habiendo sido erosionada por el

lodo de perforacin, la fisura por fatiga normalmente retiene su

orientacin transversal.

Ttulo: Fatiga en el cuerpo de la tubera



33

3.1.4.1.2 Conexiones:

Se producen daos por las operaciones de pesca o al rotar las superficies

separadas una sobre otra. A continuacin se menciona las fallas por fatiga

ms comunes dentro de las conexiones.

a. Ratchet marks (Marcas de trinquete): Las marcas de trinquete son

pequeos pasos en la fisura por fatiga de la conexin ubicadas cerca de

la raz de la rosca. Las marcas de trinquete se producen cuando se

inician muchas fisuras pequeas y comienzan a crecer en la raz de la

rosca desde posiciones apenas distintas. A medida que las pequeas

fisuras crecen, se unen para formar una fisura grande, pero dejan

pequeos pasos y depresiones (ratchet marks) en el borde de la fisura

b. Beach marks (marcas de arena): Las beach marks son impresiones que

se pueden producir en una superficie de la fisura por fatiga cuando la

parte experimenta un cambio rpido en la velocidad de crecimiento de

la fisura, quizs a medid

tesis de tecnicas de ensayos no destructivos a tuberias.este

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