Diseño De Tuberia Mixta

EJERCICIO DE DISEÑO DE TUBERIA MIXTA

OBJETIVOS

• Describir y calcular los efectos de las fuerzas físicas sobre el acero.

• Conocer donde se puede conseguir información sobre las propiedades de los tubos de acero.

• Ser capaz de seleccionar el grado de acero adecuado para diferentes aplicaciones.

• Describir y ser capaz de aplicar factores de seguridad (también conocidos como factores de diseño) y factores de corrección.

INTRODUCCION

En los procesos para la extracción de hidrocarburos es necesario conocer los componentes de la sarta de perforación entre estos tenemos: la Kelly, sarta de perforación, tubería de perforación extra pesada etc. Dentro de los componentes de la sarta se encuentran; tamaño (que esta medido en diámetros externo e interno del cuerpo), rangos longitudinales, grados del acero y peso nominal. Además debemos tener en cuenta la clase de tubería de perforación y principalmente los costos. En nuestro caso realizaremos un diseño de sarta de tubería combinada en la cual efectuaremos los respectivos cálculos.

EJERCICIO DE EQUIPO DE DISEÑO DE SARTA

Se tiene previsto perforar un pozo a 10500 ft y se tienen disponibles las siguientes tuberías de perforación

Grado E de 5” OD, 4.276” ID de 19,5 lb/ft de tubería Premium

Grado S de 5” OD, 4.276” ID de 19,5 lb/ft de tubería clase 2

Datos

Collares de perforación: 600 ft (107 lb/ft), 7” OD x 3” ID

Densidad del lodo esperada a 10500 ft: 11,5 lb/gal

Se espera una presión máxima en superficie de 4200 psi

Calcular

La máxima longitud de tubería de cada grado (diseño de tubería mixta), manteniendo un MOP de 75000 lb

Determinar para cada caso:

La presión de colapso teniendo en cuenta la carga por tensión y que cumpla un factor de seguridad de 1,15

Presión de estallido con un factor de seguridad de 1,2

Determinar la elongación del drill pipe cuando se alcanza la profundidad final

Determinar la velocidad de rotación crítica (rpm) y las profundidades a las cuales ocurre (tomar la longitud de un tubo como 30 ft)

CALCULOS

Factor de boyanza

BF=1-ρ_L/ρ_acero BF=1-11,5/65,15 BF=0,823

Probando para:

Grado E de 5” OD, 4.276” ID de 19,5 lb/ft de tubería Premium

Diseño por tensión:

L_dp= (0,9*(P_t)-MOP)/(W_dp*FB)- W_dc/W_dp *L_dc

Siendo pt el valor leído en las especificaciones de resistencia por tensión que vienen en la tabla y conociendo los demás datos procedemos al cálculo.

L_dp= (0,9*(311535)-75000)/(19,5*0,823)- 107/19,5*600 L_dp=9505.2 ft

Nos damos cuenta que no es suficiente para alcanzar la profundidad de 10500 ft deseada por tanto se hace necesario la implementación de una tubería mixta, para una mayor seguridad en la operación tomaremos de esta tubería sólo una longitud de 9000 ft.

Diseño por estallido:

Siendo la presión de estallido mayor en superficie y dependiente de la presión de bomba de lodo (Pbomba) y factor de seguridad (Fs)

Pe=P_bomba*Fs Pe=4200*1,2 Pe=5040 psi

Teniendo en cuenta que las especificaciones de la tubería nos muestran que para estallido la tubería resiste una presión de 8,688 psi, por tanto podemos decir que la tubería es apta por estallido.

Diseño por colapso:

Presión ejercida por la columna de lodo a 9900ft:

P_hid=0,052*11,5*(10500-600)*1,15

P_hid=6808,23 psi

Para el cálculo del colapso primero se debe hallar qué porcentaje de peso está sosteniendo la tubería a la profundidad deseada con respecto a la cedencia promedio de la tubería teniendo en cuenta el siguiente procedimiento:

e= (〖OD〗_nom-〖ID〗_nom)/2*(1-fracción de desgaste)

〖OD〗_real=〖ID〗_nom+ 2 Espesor Área del espesor A_e=π/4(〖OD〗^2-〖ID〗^2)

〖Tensión soportada T〗_sop=(Peso de la tuberia soportada+peso DC)/A_e

Porcentaje de tensión soportada %T_(sop= T_sop/CP *100)

Para la tubería Premium E-75 se tiene lo siguiente:

e=(5-4,276)/2*(1-0,2)

e=0,2896

〖OD〗_real=4,276+2*(0,2896)

〖OD〗_real=4,8552

A_e=π/4(〖4,8552〗^2-〖4,276〗^2)

A_e=4,1538 〖in〗^2

T_sop=(107*600)/4,1538

T_sop=15455.7 [psi]

〖%T〗_sop=15455,7/85000*100

T_sop=18,18%

Ahora tenemos que tener en cuenta el efecto de la tensión en la disminución de la presión de estallido, para eso utilizamos la siguiente gráfica, en la cual tenemos en cuenta el porcentaje calculado y luego leemos cual es el porcentaje de presión de colapso que resiste realmente la tubería por efecto de la tensión.

Teniendo en cuenta que la tubería según especificaciones por tensión está

...