Diseño De Cañerias

DISEÑO DE CAÑERIAS

El diseño y selección de una sarta de cañería, es uno de los mucho aspectos importantes en un programa de perforación de un pozo petrolero la cañería es usada para la perforación de pozo ya sea en la fase de producción, estas cañerías están diseñadas para resistir severas condiciones de operación

CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN

¿Qué es una tubería de perforación?

La tubería de perforación es una barra de acero hueca utilizadas para llevar a cabo los trabajos durante la operación de la perforación. Generalmente se le conoce como tubería de trabajo, porque esta expuesta a múltiples esfuerzos durante las operaciones.

DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA TUBERÍA DE PERFORACIÓN

Tubo De Perforación: Es una envolvente cilíndrica que tiene una longitud determinada, con diámetro exterior, diámetro interior, recalcados, conexión caja piñón, diámetro exterior de junta, espesor de pared y marca de identificación.

A continuación describiremos brevemente éstos componentes:

Longitud: es la medida que tiene el tubo de la caja del piñón.

La tubería de perforación se suministra en el siguiente rango API de longitud:

• Rango 1 de (7.5 a 8.5 metros).

• Rango 2 de (8.5 a 9.5 metros).

• Rango 3 de (9.5 a 10.5 metros).

Diámetro Exterior: Es la medida que tiene el cuerpo del tubo en su parte externa.

Diámetro Interior: Es la medida interna de un tubo de perforación.

Recalcado: es la parte más gruesa del tubo y prevé una superficie de contacto satisfactoria para la soldadura de las juntas. Este recalcado permite un factor de seguridad adecuado en el área soldada para proveer resistencia mecánica y otras consideraciones metalúrgicas. La junta es también hecha con un cuello soldado, para asegurar una superficie de contacto considerable durante la soldadura.

La tubería de perforación tiene un área en cada extremo, la cual tiene aproximadamente 6” de longitud, llamado recalcado: Los recalcados son necesarios en los tubos para los cuales las juntas soldadas son colocadas.

Conexión Caja-Piñón: es el punto donde se realiza el enlace de la caja de un tubo con el piñón de otro tubo.

Diámetro Exterior De La Junta: es la medida que resulta de la unión de la caja con el piñón de un tubo de perforación.

Espesor De Pared: Es el grosor (área transversal) que tiene la pared de un tubo de perforación.

Marca De Identificación: la información referente al grado y el peso de la tubería de perforación se graba en una ranura colocada en la base del piñón; excepto en la tubería grado E 75, ya que en ésta la marca de identificación se encuentra en el piñón.

Nota: este marcaje se realiza en la compañía donde se fabrica la tubería, y por ningún motivo el personal de perforación podrá alterar o marcar otro tipo de datos en la tubería.

CÓDIGO PARA IDENTIFICAR EL PESO Y GRADO DE LA TUBERÍA DE TRABAJO.

Cuando el piñón no tiene ninguna marca, es indicativo de que se trata de una tubería estándar en peso y grado.

Cuando la ranura se localiza en el centro del piñón, o sea en la sección de la llave, como se aprecia en la figura, la tubería será de grado estándar y alto peso.

Si la ranura se localiza en la base y además tiene una acanaladura en la parte central del piñón, o sea en la parte central donde se sujeta la llave, será una tubería de peso estándar y alta resistencia.

Si el piñón tiene la acanaladura en la base y la ranura en el centro, se tratara de una tubería de alto peso y alta resistencia.

FUNCIONES DE LA SARTA DE PERFORACIÓN

La sarta de perforación es el enlace mecánico que conecta a la barrena de perforación que está en el fondo con el sistema de impulsión rotario que está en la superficie.

La sarta de perforación sirve para las siguientes funciones:

1. Transmitir rotación a la barrena

2. Transmitir y soportar cargas axiales

3. Transmitir y soportar cargas de torsión.

4. Colocar el peso sobre la barrena para perforar

5. Guiar y controlar la trayectoria del pozo

6. Permitir la circulación de fluidos para limpiar el pozo y enfriar la barrena

GRADO

• El grado de la tubería de perforación describe la resistencia mínima a la cedencia del material.

• En la mayoría de los diseños de sarta de perforación, se opta por incrementar el grado del material (acero) en lugar de aumentar el peso del tubular.

Clasificación de la Tubería de Perforación Basada en la publicación API –R P7G

A diferencia de la tubería de revestimiento y la tubería de producción, que normalmente se usan nuevas, la tubería de perforación normalmente se utiliza ya usada. Por lo tanto tiene varias clases:

New: Sin desgaste. No ha sido usada antes

Premium: Desgaste uniforme y el espesor de pared remanente es por lo menos un 80% del tubular nuevo.

Class 2: Tubería con un espesor de pared remanente de al menos 65% con todo el desgaste sobre un lado con lo que el área seccional es todavía

premium Class 3: Tubería con espesor de pared de al menos 55% con el desgaste localizado sobre un lado.

Tubería de Perforación

Un tramo de DP es un ensamblaje de tres componentes:

• Un cuerpo tubular de acero con extremos lisos y

• Dos conexiones de acople fuerte - una en cada extremo. Los acoples en los extremos (Tool Joint) se unen al cuerpo del tubo de dos maneras:

• Enroscados

• Soldados o embonados al tubo con arco eléctrico en el horno

El acople inferior se conoce como Macho o Espiga

El acople superior se denomina Caja o Hembra.

La conexión entre dos tramos se logra al enroscar la espiga dentro de la caja

Pesos de la Tubería de Perforación

Al referirse a los pesos de la tubería de perforación, hay tres que son importantes:

Peso del tubular con Extremo Planos – Se refiere al peso por pie del cuerpo del tubo, sin acoples.

Peso Nominal - Se refiere a una norma obsoleta. (Peso de un tubo de Rango I con conexiones) actualmente se usa para referirse a una clase de tubo de perforación.

Peso Aproximado – El peso promedio por pie del tubo y de las conexiones de un tubo Rango II. Este peso aproximado es el número que se debe usar en los cálculos de la carga del gancho.

Peso Aproximado Ajustado

• El peso nominal es un número de referencia pero no exacto. Se emplea para especificar el tubular, y se refiere tan sólo al cuerpo.

• El peso Ajustado incluye el cuerpo del tubo y el de los acoples en los extremos. Es mayor que el peso nominal por tener,

• el peso extra de los acoples y metal adicional que se agrega en los extremos del tubo par aumentar la rigidéz.

• El espesor adicional agregado en los extremos se denomina “Refuerzo” y su función es reducir la frecuencia de fallas del tubular en los puntos donde se une a los acoples.

• Los refuerzos a su vez puede ser de tres tipos: Refuerzo Interno (IU), Refuerzo Exterior (EU) y Refuerzo Interno y Externo (IEU)

ACOPLES

Todas los acoples API tienen un punto de cedencia mínimo de 120,000 psi independientemente del grado de la tubería de perforación en la que se usen (E, X, G, S) .

API fija la resistencia a la torsión del acople en 80 % de la resistencia a la torsión del tubo: Esto equivale a una razón de resistencia a la torsión de 0.8.

El torque para conectar se determina por el diámetro interno del pin y el diámetro externo de la caja. El torque de conexión es 60 % de la capacidad de torsión del acople. La ecuación para determinar la fuerza de conexión se puede obtener del apéndice de API RPG7. ( Numeral A.8.2 ). Esta ecuación es bastante compleja, así que API desarrolló una serie de tablas para encontrar el torque de conexión recomendado para cualquier conexión si se tiene el diámetro externo de la caja y el diámetro interno del macho para la junta. Estas tablas se pueden encontrar en API RP 7G (Figuras 1 a 25)

Conexiones en la Sarta de Perforación

NC (Conexión Numerada) Es el estilo de cuerda (rosca) más común en la tubería de perforación. La rosca tiene una forma de V y se identifica por el diámetro de paso, medido en un punto que está a 5/8 de pulgada desde el hombro.

El Número de Conexión es el diámetro del paso multiplicado por 10 y truncado a los dos primeros dígitos = XY

El tamaño de una conexión rotatoria con hombro se refiere a su diámetro de paso en punto de calibre a 5/8 de pulgada desde el hombro y se especifica NC (XY)

Método De Carga Máxima

El método de carga máxima es talvez el diseño de cañería más ampliamente usado en la industria petrolera este método analiza los posible problemas que puedan presentar durante la perforación de pozos por la tanto la cañería es diseñada para resistir estos problemas, un análisis de estas condiciones es necesario para el diseño óptimo para las cañerías.

Los problemas comúnmente

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