Calculos-de-tension-efectiva-en-tuberia-pegada.docx

CÁLCULOS DE TENSIÓN EFECTIVA EN TUBERÍA PEGADA PERSONAL Esta actividad será coordinada por el representante de la compañía (Company man), el jefe de equipo (Toolpusher). EQUIPOS Y HERRAMIENTAS El equipo está compuesto por:  

Equipo de levante del equipo de perforación Indicador de peso de la consola del perforador

EQUIPOS DE PROTECCION PERSONAL El personal que realiza ésta actividad deberá usar los siguientes elementos de protección personal:        

Casco Botas de seguridad Ropa de trabajo Guantes Gafas y protectores para trabajos de soldadura Protectores auditivos. Impermeables en dos piezas: camisa y pantalón. Cinturón de seguridad

PROCEDIMIENTO OPERACIONAL Preparativos para trabajar la sarta pegada Antes de tensionar o martillar en tubería de perforación o revestimiento pegado, se deben llevar a cabo los siguientes preparativos: 

  

Asegure que todo el equipo para tensionar en superficie esté en buenas condiciones, y no exceder la tasa de funcionamiento máxima permitida de seguridad para el eslabón más débil del equipo para tensionar. Revise el indicador de peso y el ancla del cable muerto. Asegure que ambos están correctos y limpios de cemento y escombros. La tensión se debe limitar en tubería pegada al 85% de la fuerza de cedencia mínima del miembro más débil.

Tensión efectiva en tubería de perforación pegada Al determinar la tensión en tubería de perforación pegada, se debe usar el peso real de la sarta en el aire y no el peso que se ha registrado en el indicador de peso.

EJEMPLO: Profundidad Collares de perforación Tubería de perforación 5”,

= 9765 pies = 6-1/2” OD, 3” ID, longitud 743 pies 19.5 lbs/pie

Peso de las botellas en el aire = 743 pies x 89 lbs/pie Peso de la tubería de perforación en el aire 9022 pies x 19.5 lb/pies Peso total de la sarta en el aire

= 66.100 lb

Lectura del indicador Peso del gancho, unión giratoria, etc. Tensión reportada, 100.000 lb por encima

= 205.000 lb = 27.000 lb

De la lectura del indicador Menos gancho, unión giratoria, etc. Tensión efectiva en la sarta

= 305000 lb - 27.000 lb = 278000 lb

= 175.900 lb = 242.000 lb

Asumiendo que la tubería está pegada en el fondo, la tensión efectiva en el punto de pega a la tensión efectiva en la sarta menos el peso de la sarta en el aire 278.000-242.000 = 36.000 lbs (no hay boyancia en la tubería) Para poder aplicar una tensión de 100.000 lb en la broca, la lectura del indicador tendría que ser: 242.000+27.000+100.000

= 369.000 lb

Esto significa que la tensión en la tubería sería igual a: 369.000 –27.000

= 342.000 lb

Calculo del máximo esfuerzo de torsión que se puede aplicar simultáneamente con la tensión (Q). Q (lbs-ft) = [0.096167 x ( / 32 x (D4 – d4))] x √ [(Ym x SF)2 – (P2 / A2)] D Donde: Q D D YM SF A P

= Esfuerzo Torsional de cedencia bajo tensión = Diámetro externo de la tubería OD = Diámetro interno de la tubería ID = Mínimo Esfuerzo de cedencia (Minimum Yield Stress) = Factor de seguridad (0.85) = Area transversal de la tubería = Tensión (Tensile load)

EJEMPLO: Tubería de perforación 5” OD, 4.365” ID, Grado S-135. Tensión (P) = 450.000 lbs Factor de seguridad = 0.85 A = (D2-d2) / 4 = 4.671 pulg2 De las tablas de tubería de perforación API, tomar el valor de mínimo del rango de esfuerzo cedente de la tubería. Grade D E X-95 G-105 S-135

Yield Strength Min. 55.000 75.000 95.000 105.000 135.000

Tensile strength Max. --------105.000 125.000 135.000 165.000

95.000 100.000 105.000 115.000 145.000

Ym = 135.000 lbs Calcular el esfuerzo de torsión permisible para la tensión especificada. Q (lbs-ft) = [0.096167 x ( / 32 x (D4 – d4))] x √ [(Ym x SF)2 – (P2 / A2)] D Q (lbs-ft) = 30.831 lbs-ft

Determinación del punto de pega a partir del estiramiento de la tubería (L).

L (ft) = 735294 x W x e DP Donde: L = Longitud de tubería libre W = Peso de la tubería en lbs/pie E = Estiramiento de la tubería en pulgadas P1= Tensión inicial (o tensión de referencia) P2= Tensión final de la tubería. DP= Diferencial de tensión (P2-P1)

Ejemplo Tubería de 5”, 19.5 lbs/pie P1 = 50.000 lbs P2 = 100.000 lbs e = 30 pulgadas L (ft) = 735294 x 19.5 x 30 50.000 L (ft) = 8602.9 ft (longitud de tubería libre)

Determinación de la constante de punto libre (FPC)

La constante de punto libre puede ser determinada para cualquier tipo de tubería de perforación de acero si el diámetro externo e interno son conocidos: FPC = As x 2500 Donde: As = área transversal de la pared del tubo, pulgadas cuadradas. Ejemplo 1: De la tabla de elasticidad de tuberías (DP Stretch): 4-1/2 in. drill pipe 16.6 lb/ft — ID = 3.826 in. FPC = (452 — 3.8262 x 0.7854) x 2500 FPC = 4.407 x 2500 FPC = 11,017.5 Pega de revestimiento La carga máxima total de superficie (NO sobretensión) en el revestimiento no debe exceder ni:

ni

Fuerza de cedencia de la tubería superior o la rosca (el más débil) 1.6

Fuerza cedencia de la tubería más débil o la rosca + (peso en el aire del reves. por encima) 1.6 lo que sea menor Ejemplo 1: Revestimiento de 13-3/8” - N80 - 72 lb/pie - “Buttress” Fuerza de cedencia del cuerpo de la tubería Fuerza de cedencia de la rosca

=1661000 lb (El más débil) =1693000 lb

Carga máxima total = 1661000 1.6

=1038125 lb

Ejemplo 2: Revestimiento 9-5/8”, P110, 47 lb/pie - “Buttress” de 0’ - 3000’ Revestimiento 9-5/8”, N80, 47 lb/pie - “buttress” de 3000’ hasta fondo. La tubería más profunda está pegada por debajo de 3000 pies. Fuerza de cedencia tubería P110 Fuerza de cedencia rosca P110 Fuerza de cedencia tubería N80 Fuerza de cedencia rosca N80

= 1493000 lb = 1500000 lb = 1086000 lb = 1161000 lb

La carga máxima total es: 1.493.000 1.6 o:

= 933125 lb

1.086.000 + (3.000 x 47) = 819.750 lb (en este caso el más bajo) 1.6 Nota: a) A pesar de las cargas permitidas calculadas, el factor de seguridad para la línea de bloqueo jamás debe ser menos de 3. Este puede ser el factor limitante y no el de la fuerza del revestimiento. b) Si hay cambios de ángulo en el hueco y/o presión interna en el revestimiento, se restringirá la carga permitida en superficie. Estos valores se dan en el boletín API 5C2. Sólo para cambios de ángulo se puede calcular la reducción de la carga permitida como sigue: Reducción de la carga permitida (libras) =63 x D x W x A En el cual:

c)

D = diámetro de la tubería en pulgadas W = peso de la tubería por pie, en libras (por debajo del cambio de ángulo) A = cambio de ángulo, en grados/ l00 pies

Sí el revestimiento se pega de tal forma que no hay circulación posible, se puede presurizar la sarta para luego liberar esa presión (antes de aplicar tensión adicional), dando así fuerza hacia arriba por debajo de los flotadores adicional a la tensión que se está aplicando en la superficie. Se debe tener en cuenta en todo momento, el efecto de las presiones que aumentan los gradientes de fracturamiento de la formación.

La regla empírica para determinar la fuerza de cedencia del cuerpo de la tubería del revestimiento es la siguiente: F = 0.29 x W x Y (libras)

En la cual:

W = peso del revestimiento en lb/pie Y = tensión de cedencia en psi

Ejemplo: Tome un revestimiento nuevo de 7”, C7, 32 lb/pie La cedencia mínima es 0.29 x 32 x 75.000 = 698.800 lb El dato puede compararse con un handbook (por ejemplo el de Halliburton): 699.000 lb

Limitaciones de la tubería Es importante comprender las limitaciones físicas de la sarta de perforación. Este tema se toca por dos razones, primero, el uso de sartas combinadas y segundo, que el efecto del torque en la fuerza tensíl ha causado algo de preocupación. Cuando se corre una tubería combinada de 5” y 4-1/2”, la parte de 4-1/2” se debe correr en el fondo. La longitud de 4-1/2” debe ser menor que la profundidad del último zapado del revestimiento para que se pueda hacer cualquier lavado y rimado conectando la kelly ó top drive a la conexión de mayor diámetro. Se deben conocer y tener a la vista en la mesa del taladro las propiedades físicas de la tubería de perforación. Cada caso tendrá que calcularse dependiendo de la longitud de cada tubería, pero en la mayoría de los casos, la junta superior será el eslabón débil ya que soporta el peso total de la sarta al igual que la sobretensión. Se debe comprender que cuando se aplica el torque a la sarta de perforación, la fuerza tensil de la tubería se reduce. INFORME FINAL No requiere informe final.

Bibliografía:

LAPEYROUSE, Norton J., “Formulas and Calculations for Drilling, Production and Work-over”, HandBook SHELL INTERNATIONALE PETROLEUM MAATSCHAPPIJ B.V., “Drilling Engineers Notebook”, September 1991, Corrected May 1992, Training division, Drilling Engineering. BAROID, “Manual de Fluidos”, Houston, USA, Revisado Abril 1, 1991