Tesis de Tecnicas de Ensayos No Destructivos a Tuberias.este
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I
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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
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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
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V
CARTA DE LA EMPRESA
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
5.2.2 Equipo de Inspeccin: ..................................................................................85
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
5.5.2 Equipo de Inspeccin: ..................................................................................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
5.6.2 Equipo de Inspeccin: ..................................................................................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
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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
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CAPTULO I
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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CAPTULO II
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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%
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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.
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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.
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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
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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
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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
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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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
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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.
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Ttulo: Junta para tubera de perforacin
.
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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:
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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)
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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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)
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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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)
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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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)
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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
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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)
.
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
Existen otro tipo de roscas que en nuestro medio no se las utilizan debido a que las
operadoras, no las creen convenientes.
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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.
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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.
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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
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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:
-
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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.
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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
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CAPTULO III
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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
-
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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.
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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
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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
Elaborado por: Andrs Villacrs
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
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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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.
:
=
=
=
=
=
=
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
La combinacin de estas dos imperfecciones es una seccin transversal de
una tubera que es mostrada a continuacin.
Ttulo: Tubera excntrica ovalada
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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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
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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:
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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
Fuente: Drill Manual Tomo 5
Elaborado por: Andrs Villacrs
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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