06 Tuberías de Revestimiento OK

6. Tuberías de Revestimiento

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Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación

Tuberías de Revestimiento

GEOLOGIA Y PERFORACIÓN


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Contenido

1. Criterios para el diseño

2. Propósito de los tubulares

3. Tipos de revestimiento

4. Especificaciones

5. Propiedades mecánicas


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• 6.1. Criterios del diseño

• Resistencia al colapso

• Resistencia al estallido

• Resistencia a la tensión

• Esfuerzo triaxial

• Desgaste


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6.2. Propósito de los Revestimientos

• Reforzar el agujero

• Aislar formaciones inestables (subnormales, anormales,

depletadas)

• Prevenir la contaminación de yacimientos de agua fresca

• Proveer un sistema de control de presión

• Confinar y contener fluidos y sólidos de perforación o

terminación

• Actuar como conducto para operaciones asociadas

• Sostener el cabezal del pozo y revestimientos

subsiguientes

• Sostener las BOP’s y árbol de válvulas


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6.3. Tipos de Revestimiento

• Revestimiento conductor

• Revestimiento de superficie

• Revestimiento intermedio

• Revestimiento de producción

2. H

3. O

4. N

5. D

6. A


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• Revestimiento Conductor

• Soporta y aísla formaciones no

consolidadas, arenas de agua fresca

y/o cualquier zona de gas superficial.

• Puede estar hincado o cementado

hasta superficie.

2. H

3. O

4. N

5. D

6. A

6.3. Tipos de

Revestimiento


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• Revestimiento de Superficie

• Soporta el primer conjunto de

preventoras

• Permite la perforación más profunda

• Soporte estructural para el cabezal

del pozo y revestimientos

subsecuentes

• Aísla formaciones problemáticas

• Se cementa hasta la superficie o

hasta el interior del revestimiento

conductor

2. H

3. O

4. N

5. D

6. A

6.3. Tipos de

Revestimiento


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• Revestimiento Intermedio

• Se instala cuando para aislar posibles

zonas de influjo o perdida de circulación

• La altura de cemento se diseña para aislar

la zona problemática mas somera

• No es indispensable que el cemento

ingrese al revestimiento de superficie

• Puede llegar hasta la superficie o ser un

liner.

2. H

3. O

4. N

5. D

6. A

6.3. Tipos de

Revestimiento


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• Revestimiento de Producción

• Contiene la tubería de producción

• Puede o no estar expuesto a fluidos del

yacimiento

• Puede ser extendida hasta superficie o

ser un liner

• Aísla las zonas productoras y permite el

control del yacimiento,

• Actúa como conducto seguro de

transmisión de hidrocarburos a la

superficie

• Previene influjos de fluidos no deseados.

Rev.

Conduc

tor

Rev. Superficie

Rev. Intermedio

Rev. Producción

6.3. Tipos de

Revestimiento


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• Liner o revestimiento corto de

perforación

• Provee una zapata mas profunda

• Aísla formaciones inestables

• Economiza tiempo y dinero

• Mitiga limitaciones del equipo de

perforación.

6.3. Tipos de

Revestimiento


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• Liner o revestimiento corto de

producción

• Completa un pozo a menos costo

• Permite un conducto de producción mas

grande

• Provee un mayor rango de elección para

la tuberías de producción.

• Mitiga limitaciones del equipo

6.3. Tipos de

Revestimiento


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6.4. Especificaciones de la Tubería de

Revestimiento

• Diámetro externo y Espesor de

pared

• Peso por unidad de longitud

• Grado del acero

• Tipo de conexión

• Longitud del tramo (Rango)


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• Diámetro externo (D) y Espesor de

pared (t)• Hacen referencia al cuerpo de la tubería

• El diámetro de los coples determina el tamaño mínimo de

agujero

• El espesor de pared determina el diámetro interno y el peso

de la tubería


Revestimiento


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• Diámetro externo y Espesor de pared

• Tolerancia del diámetro y el espesor de

pared

La siguiente tabla resume las

recomendaciones del API Spec. 5CT.

Diámetro Externo de la

Tubería

Tolerancia ( mm.)

> 4 ½” + 1.00, -0.50% D

< 4 ½” + 0.79%


Revestimiento


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• Tolerancia del Peso

Para la tubería de revestimiento con

refuerzo (upset), las tolerancias permitidas

en el cuerpo 5” por debajo de refuerzo son

(API Spec. 5CT):

Diámetro Externo de la

Tubería

Tolerancia ( mm.)

desde 5 ½” hasta 8 5/8” + 3.18, -0.0.75% D

> 8 5/8” + 3.97, -0.75% D


Revestimiento


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• Tolerancia del Espesor de pared

La tolerancia permitida para la tubería sin refuerzo

según el API es de -12.5%.


Revestimiento


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Revestimiento• Diámetro externo y Espesor de pared

• Tolerancia del Espesor de pared

La tolerancia permitida para la tubería con refuerzo

según el API es de -12.5%.


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• Peso ajustado de los tubulares

• El peso ajustado de la tubería de revestimiento se

calcula mediante la formula:

WL = ( Wpe x L ) + ew

donde :

WL = Peso ajustado (calculado) por longitud del tramo

,L, (lb.)

Wpe = Peso del tubo con extremos lisos (lbs /pie.)

L = Longitud total del tramo, incluyendo los

extremos (pies)

ew = peso ganado o perdido por la rosca (lbs).

Todos estos valores podrán ser encontrados en la tabla 20 de

la sección 8 del API Spec. 5CT.


Revestimiento


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• Fórmula del API para el peso

ajustado:


Revestimiento


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Las normas API 5CT especifican:

• Para longitudes sencillas + 6.5% , -

3.5%

• Para cargas de 40,000 lbs. o más -

1.75%

• Para cargas menores de 40,000 lbs. -

3.5%


Revestimiento• Peso ajustado de los tubulares

• Tolerancia en el Peso


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• Grados del Acero – Codificación por colores según API

5CT/ISO 11960


Revestimiento


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• Grados del Acero – Codificación por colores según API

5CT/ISO 11960


Revestimiento


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• El API define nueve grados de acero:

H40 – J55 – K55 – C75 – L80 – N80 – C95 –

P110 – Q125

Propiedades mecánicas y físicas

definidas por :

• Composición química del acero

• Tratamiento de calor que recibe durante su

fabricación

• Número designaciones: esfuerzo de

resistencia o cedencia, en miles de psi

• Carta de designación: tipo de acero y

tratamiento recibido durante su

fabricación.

• Grados del Acero


Revestimiento


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• Niveles de servicio

• Los tubulares usados en la industria se clasifican de

acuerdo con las condiciones de servicio

• Nivel 1: Grados H-40, J-55, K-55 y N-80

• Servicio Dulce o Cantidad Limitada de H2S

• Presiones < 5,000 psi

• Nivel 2: Grados M65, L80, C90, C95 y T95

• Presión >10M con contenido de H2S limitado

• Baja Presión y contenido de H2S elevado



Revestimiento


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• Nivel 3: Grado P-110

• Bajo contenido de H2S;

• Alta Temperatura /Alta Presión

•Nivel 4: Grados por encima del nivel 3 como

Q125

• Aplicaciones HP con alto contenido de

H2S

Los tramos de tubería pueden rastrearse muy

fácilmente por el número de serie para todo el

trabajo.

• Niveles de servicio



Revestimiento


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• El material de acero crudo que se usa para

fabricar la tubería de revestimiento no tiene

una micro estructura definida.

• La micro estructura del acero y las

propiedades mecánicas se pueden mejorar

en gran medida con la adición de

aleaciones especiales y por tratamiento

térmico.

• De esta forma, los diferentes grados de

tubería de revestimiento se pueden fabricar

para adaptarse a las diferentes situaciones

de perforación.



Revestimiento


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Las tablas 2 y 3 del API Spec. 5CT muestran la

composición metalúrgica y las propiedades mecánicos

para cada uno de los grados de acero.



Revestimiento

http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www-old.nacad.ufrj.br/images/appl5.gif&imgrefurl=http://www-old.nacad.ufrj.br/appl/appl5-e.html&h=617&w=858&sz=11&hl=es&start=6&tbnid=p05LJ0_olhI2kM:&tbnh=104&tbnw=145&prev=/images%3Fq%3Doilwell%2Bcasing%2B%26svnum%3D10%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DN


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Las tablas 2 y 3 del API Spec. 5CT muestran los requerimientos

químicos y mecánicos para cada uno de los grados de tubería.



Revestimiento


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Revestimiento


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V150: No es un grado API.

Rango de cedencia 150,000 a 180,000 psi.

Resistencia mínima a la tensión de160,000 psi.

No se puede usar para H2S a ninguna

temperatura.



Revestimiento

http://ppsteel.en.alibaba.com/offerdetail/51968991/Sell_Oil_Well_Casing.html


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Conexiones API Conexiones

Premium

• Tipos de conexión


Revestimiento

Redonda Buttress Extremeline Lisos

acoplados

Recalcados

LisosFormados


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• Conexiones API

• Rosca Redonda STC (Corta) ó LTC

(Larga)

• Rosca Buttress, BTC (“BCN”)

• Rosca Extremeline, XL (integral)

• Conexiones Premium (del

fabricante)

• Hydril

• Manesman

• VAM

• Etc.



Revestimiento


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• Conexiones API• Rosca redonda



Revestimiento


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• Tipos de Conexión


Revestimiento

• Conexiones API

• Rosca redonda – Características:

• Ocho hilos o cuerdas redondas por pulgada

• Perfil en forma de V con un ángulo de 60 grados

• Ahusamiento de la rosca de ¾” por pié de diámetro

• Cresta y raíces truncados con un radio,

proporcionando un claro creciente de

aproximadamente 0.003 pulgadas

• Presenta trayectoria de fuga

• No recomendada para aplicaciones con gas

• Longitud de enganche muy corta y perfil delicado.


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• Conexiones API

• Rosca

redonda

• Tipos de

conexión


Revestimiento


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• Conexiones API

• Rosca Buttress – Características:

• Rosca de forma trapezoidal, con cinco hilos por

pulgada

• Ahusamiento:

• ¾” para OD < 7 5/8”

• 1” para OD > 7 5/8”

• La rosca trapezoidal tiene la capacidad de

transmitir cargas axiales mayores que la rosca

redonda API 8.



Revestimiento


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• Conexiones API

• Rosca Buttress



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• Conexiones API• Rosca Buttress



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Revestimiento

• Conexiones API

• Rosca Buttress – Características

• Mayor probabilidad de fuga que en la rosca

redonda

• Menor resistencia al estallido que en la redonda

• Fuerte para cargas axiales o de flexión

• Propensa a montarse o trabarse

• No funciona bien en compresión

• Las roscas perfectas se ubican en la nariz del

piñón


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Revestimiento

• Conexiones API

• Rosca Extremeline


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• Conexiones API

• Rosca Extremeline – Características

• No presenta fugas siempre que la fuerza de fricción de

enrosque sea mayor que la de presión interna

• El sello está ubicado en la punta del piñón

• No pierde fuerza de sellado en compresión ni en flexión

• Piñón propenso al dañó por impacto

• No se monta o atasca al enroscarse debido a la

tolerancia en los hilos



Revestimiento


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• Conexiones API

• Rosca

Extremeline



Revestimiento


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• Conexiones Premium

• Roscas de alto desempeño

• Tolerancias dimensionales más estrictas que las API

• Diferentes ángulos en los flancos de los hilos

• Mejor resistencia mecánica a la tensión, compresión y

flexión

• Hombro de torsión en los hilos que absorbe entre el 15%

y el 85% del valor del apriete

• Sello metal – metal para asegurar hermeticidad bajo

condiciones extremas

• Requieren de la colocación del apriete exacto para

garantizar sello



Revestimiento


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• Conexiones

premiun

• Buttress

mejorada



Revestimiento


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• Conexiones premiun - Interpretación del gráfico

de apriete



Revestimiento


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de apriete

• Gráficas de apriete aceptables



Revestimiento


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de apriete

• Gráficas de apriete rechazadas



Revestimiento


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de apriete

• Gráficas de apriete rechazadas



Revestimiento


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• Conexiones premiun - Tipos de roscas



Revestimiento

• Tubos Lisos Acoplados (Threaded and

Coupled)

Roscas maquinadas sobre tubo liso unidas por

un acople.

Ejemplos: TenarisBlue®, AMS, MVAM, VAM TOP,

HD563,

• Tubos Recalcados con acople integral (Up

Set)Roscas maquinadas en tubo con mayor espesor en

uno o ambos extremos

Ejemplos: Tenaris PJD™, XL, VAMFIT, VAMACEXS,

HD533, RTS


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• Conexiones premiun - Tipos de roscas



Revestimiento

• Tubo con conexión integral “Formada” (Near

Flush)Roscas maquinadas en el tubo con el piñón “cerrado”

y la caja “expandida en frío”

Ejemplos: TenarisBlue® Near Flush, ANJO, HDSLX,

SLIJII

• Tubos con conexión integral “Lisa”

(Flush)Roscas maquinadas en los extremos lisos del

tubo y unidas sin utilizar acoples

Ejemplos: VAMFJL, HD511, STL, HDL


51/93



La selección de una conexión adecuada

debe basarse en la aplicación, el desempeño

requerido y el costo.

La siguiente tabla puede servir de guía

general para saber si se deben usar roscas

API o Premium.

• Revestimiento de producciónLiquidos Roscas API <5000 psi> Roscas

Premium

Gas Roscas API <3500 psi> Roscas

Premium


Revestimiento


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• Revestimientos de Superficie e

Intermedio

• Si la presión diferencial a través de la

conexión es > 7,500 psi, se recomienda

utilizar roscas premium

• Se pueden utilizar roscas API con

diseño mejorado pero el sellado no es

muy confiable

• La norma API 5C2 indica los valores de

resistencia a fugas para las conexiones

API



Revestimiento


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El API ha especificado tres rangos para la longitud de

las tuberías.

RANGO LONGITUD

(pies)

LONGITUD PROM.

(pies)

1 16 – 25 22

2 25 – 34 31

3 > 34 42

• Longitud del tramo (Rango)


Revestimiento


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6.5. Propiedades

Mecánicas

1. Resistencia a la Tensión

2. Resistencia al Estallido

3. Resistencia al Colapso

4. Resistencia a la Torsión


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• Resistencia a la Tensión

Esfuerzo de Cedencia

Cuando un espécimen de acero se carga

por tensión, ocurre un incremento en su

longitud

Una gráfica típica de la elongación

contra la carga aplicada se muestra a

continuación

6.5. Propiedades Mecánicas


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• Esfuerzo de

CedenciaCarga graficada contra elongación (o

contracción)

RUPTURA

ELONGACIÓN0

A

B

CRESISTENCIA FINAL A

LATENSIÓN

PUNTO DE CEDENCIA

LÍMITE ELÁSTICO



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El API define el esfuerzo de cedencia como el esfuerzo

de tensión que se requiere para producir una

elongación total de 0.5% por unidad de longitud de un

espécimen de prueba

Para los grados P- 105 y P- 110 la elongación total de la

longitud es de 0.6%.

• Esfuerzo de

Cedencia



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El API define el punto de cedencia como el producto

del área

transversal por el valor de cedencia mínima para cada

grado en

particular

Py = 0.7854 (D2 – d2) Yp

donde:

Py = esfuerzo de cedencia del cuerpo del tubo

(psi)

Yp = esfuerzo mínimo de cedencia del tubo (psi)

D = diámetro externo nominal (pulg.)

d = diámetro interno nominal (pulg.)

• Esfuerzo de Cedencia del cuerpo del

tubular



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• Valores de Cedencia para Tubulares API.“Pruebas realizadas en un espécimen de área seccional mayor de

0.75 in2”


Grado

API

Resistencia a la Cedencia (psi) (%) de elongación

mínima para la

rupturaMínimo Máximo

H-40 40,000 80,000 29.5

J-55 55,000 80,000 24.0

K-55 55,000 80,000 19.5

C-75 75,000 90,000 19.5

L-80 80,000 95,000 19.5

N-80 80,000 110,000 18.5

C-90 90,000 105,000 18.5

C-95 95,000 110,000 18.0

P-110 110,000 140,000 15.0


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• Resistencia al Estallido

La resistencia al estallido se

define como el valor de la

presión interna que se requiere

para hacer que el acero ceda.

La falla por estallido se

presenta por rompimiento del

cuerpo de la tubería o por

fugas en los acoples

6.5. Propiedades

Mecánicas


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La presión interna de cedencia de la tubería de

revestimiento se calcula usando la siguiente fórmula :

El factor de 0.875 corresponde a la máxima tolerancia

permitida en el espesor de pared (’12.5%).

• Resistencia al Estallido

P = presión mínima de cedencia interna

(psi)

Yp = punto mínimo de cedencia del tubo

(psi)

t = espesor nominal de pared (pulg.)

D = diámetro nominal del tubo (pulg.)

6.5. Propiedades

Mecánicas


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• Resistencia al Estallido - Ejercicio

• Calcular la presión de estallido para un tubo de

revestimiento de 20”, K-55 con un espesor nominal de

pared de 0.635” y un peso nominal de 133 lbf/pie.

• Solución

el punto de cedencia mínima de K-55 es 55,000 psi

Pbr = 0.875 (2)(55,000)(0.635)/20 = 3,056 psi

“Valor calculado para tubería sin contrapresión externa”


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2. Resistencia al Colapso

La resistencia al colapso se

define como la presión externa

que se requiere para sumir un

espécimen de tubería de

revestimiento.



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Fallas por Colapso



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• Tipos de Colapso

• Colapso por

Cedencia

• Colapso Plástico

• Colapso de

transición

• Colapso Elástico



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• Colapso por Cedencia

Presión externa que genera un punto de

cedencia en la pared interna del tubo (lo

contrario de estallido).

se define por la siguiente fórmula

Se aplica para valores D/t que se interceptan

con sus similares para el colapso plástico.



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• Colapso por Cedencia



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Se basa en una curva de regresión ajustada a los datos de

2,488 pruebas hechas en especímenes de revestimientos K-

55, N-80 y P-110 en 1,963

Los valores A, B y C se midieron y extrapolaron para otras

resistencias en tuberías de revestimiento.



69/93





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• Colapso de Transición

Básicamente un ajuste para llenar la brecha entre las formas

de curva plástica y de curva elástica. Es una medida

totalmente empírica.

· F y G son ajustes de curva de A, B y C



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• Colapso de Transición



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Se deriva clásicamente de la teoría elástica por Clinedinst

en 1939



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• Resistencia al colapso - Ejercicio

• Calcular la presión de colapso para un tubo de

revestimiento de 20”, K-55 con un espesor nominal de

pared de 0.635” y un peso nominal de 133 lbf/pie.

• Solución

Relación (D/t) = 20”/0.635 = 31.496

de la tabla 4 podemos apreciar que la relación cae

dentro del colapso de transición, por tanto:

PT = 55,000 ((1.989/31.496)-0.036) = 1,493 psi.



75/93


• Propiedades de Resistencia de los Tubulares

El API especifica los requerimientos mínimos para la

manufactura de la tubería de revestimiento.

Los fabricantes pueden producir tubería de revestimiento

de acuerdo con sus propias especificaciones siempre y

cuando cumplan las especificaciones mínimas del API.

Los requerimientos del API para tuberías de revestimiento

y producción están dados en el boletín 5CT, para tubería de

línea en el Boletín 5L y para tubería de perforación en el

Boletín 5D



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• Propiedades de Resistencia de los Tubulares

Ejercicio

Calcular la resistencia al estallido, a la tensión y al

colapso en el cuerpo del tubo para un revestimiento de

7” OD, 32#, L-80 para las tolerancias dimensionales

promedio y nominal discutidas anteriormente, utilizando

las fórmulas de API



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• Propiedades de Resistencia

• Solución al ejercicio

1. Resistencia al estallido

P = 0.875 (2Ypt/D) = 0.875 (2 x 80,000 x 0.453 / 7) = 9,060 psi.

2. Resistencia a la tensión

Py = 0.785 (D2 – d2) Yp = 0.875 x (49 – 37.14) x 80,000 = 830,000

lbs.

3. Resistencia al colapso

D/t = 7/0.453 = 15.452 corresponde a colapso plástico

Pp = Yp (A/(D/t)-B) – C = 80,000 x ((3.071/15.452) – 0.0667) –

1955 = 8600 psi



78/93


Colapso Biaxial



79/93


Interacción de Fuerzas sobre el revestimiento



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Interacción de Fuerzas sobre el revestimiento



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• Efectos de la Tensión sobre el Colapso y el

Estallido

La Tensión reduce la resistencia al Colapso. Si la

tensión no está presente, la resistencia al colapso será

mayor que lo diseñado

La Tensión incrementa la resistencia al Estallido. Si la

Tensión no estuviera ahí el estallido sería menor que lo

diseñado



82/93


• Reducción de la Cedencia según el API

El API usa la siguiente fórmula para la

reducción



83/93


• Reducción de Cedencia

Biaxial

• Ejercicio

• Una sarta de 10,000 pies de revestimiento de 7” OD,

32#, L-80 está suspendida en un pozo vertical lleno

de aire. Calcular la resistencia nominal al colapso, en

la parte superior, a 5,000 pies y en el fondo.



88/93


• Desgaste de la Tubería de Revestimiento



89/93


• Desgaste de la Tubería de Revestimiento

Contacto con la tubería de perforación

(rotando o corriendo)

Arrastre de la barrena dentro del

revestimiento

Contacto con herramientas corridas con cable

Contacto con fluidos corrosivos

Abrasión de los sólidos contenidos en los

lodos de perforación (especialmente arena).

Contacto con las paredes del pozo (patas de

perro, etc.)

• Causas del desgaste



90/93


• Desgaste de la Tubería de

Revestimiento

Desgaste por fatiga Concentración de esfuerzos mayores

a los estipulados para el material

Desgaste abrasivo Causado por partículas sólidas

presentes en la zona de rozamiento

Desgaste erosivo Causado por una corriente de

partículas abrasivas

• Mecanismos de desgaste



91/93



Revestimiento

Desgaste por corrosión Causado por la influencia del ambiente

circundante

Desgaste por frotación Suma de las cuatro formas de desgaste

anterior

Desgaste adhesivo Transferencia de material de una a otra

superficie durante su movimiento

relativo especialmente en soldaduras.

• Mecanismos de

desgaste



92/93



Revestimiento

Reducción de las propiedades

mecánicas del tubular

Perdidas abruptas de circulación

Altos costos de operación por

pescas y/o reparaciones

Invasión de fluidos indeseados

Disminución de la producción

Taponamiento de los

revestimientos por sólidos

• Consecuencias del desgaste



93/93



Revestimiento

Diseño del pozo

Patas de perro, trayectoria

direccional,

Largas secciones de agujero

descubierto

Tipo de lodo

base agua, base aceite, alto

contenido de sólidos, bajo peso.

Tipo de acero del revestimiento

Tiempo de exposición a ambientes

agrios, fluidos salados, CO2,

Ayudas mecánicas

Bujes de desgaste, protectores,

centralizadores.

• Control del desgaste


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