PERFORACION PETROLERA II DISEÑO DE DE CAÑERI CAÑERIAS AS - TRAMO SUPERFICIAL SUPERFICIAL
DISEÑO DE CAÑERIA SUPERFICIAL
Se realiza este revestimiento principalmente para que esta cañería cementada soporte zonas débiles que pueden causar pérdidas de circulación ubicadas a bajas profundidades.
L A I C I F R E P U S A Í R E Ñ A C
Para el diseño y selección correcta de los tipos de cañería (superficial) se toman en cuenta ciertos tipos de cargas o presiones que tienden a deformarla, entre las más importantes se tienen:
Colapso Reventamiento Tensión Efectos Biaxiales
Sin embargo, ya analizando las primeras tres se puede seleccionar la combinación adecuada de cañerías de revestimiento, sin dejar de lado la importancia que tienen los efectos biaxiales. A continuación se verá el desarrollo de estos parámetros de diseño:
COLAPSO
-
REVENTAMIENTO
TENSION
-
Debe quedar claro que para el diseño de la cañería, se debe suponer y considerar siempre el peor de los casos, que para cuando se presente no produzca ningún daño, error o falla en los procedimientos de perforación. AUX. DOC. CHIPANA YUCRA, Luis Adrian
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Se asume las siguientes consideraciones para el diseño de cargas por colapso:
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1. El gradiente de presión equivalente por detrás de la cañería, en el espacio anular csg-hole, es el mismo que del lodo utilizado cuando se bajó la cañería. 2. El casing está completamente vacío. 3. El factor de seguridad para el colapso es de 0,85
Se asume lo siguiente para el diseño por cargas de reventamiento: 1. La presión de reventamiento en el zapato del casing es igual a la presión de inyección. 2. El pozo es llenado con INFLUJO DE GAS. (Asumir un gradiente de gas psi de ft ) 3. En el espacio anular casing-hole se tiene agua salada saturada. 4. El factor de seguridad para el reventamiento es de 1,1.
Las cargas de tensión se originan principalmente por:
Peso de cañería Cargas de deformación a curvaturas. Cargas de cambio brusco de condiciones Pruebas de presión
Sin embargo, para la cañería superficial las cargas de deformación son despreciadas.
Durante la prueba de presión, una carga de tensión extra es ejercida en cada sección. Por lo tanto, los factores de seguridad mínimos (menores a 3,6) deben ser analizados para estas condiciones de prueba de presión.
AUX. DOC. CHIPANA YUCRA, Luis Adrian
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Realizar el diseño de cañería por el método de carga máxima para el tramo superficial, analizando las cargas por colapso, reventamiento tensión y pruebas de presión.
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Para revestir este tramo se tiene la cañería de 16" cuya profundidad de asentamiento es 5000', el cual fue perforado con una densidad de 9,5 ppg, el siguiente tramo es perforado con densidad de 12 ppg. Actualmente la perforación se encuentra a 11000' y la prueba LOT a 5000' da una densidad de 14,76 ppg. Para lograr un diseño con costo minimo considerar el uso de una combinación de cañerías. No incluir secciones menores a 500', además para los cálculos de colapso y reventamiento asumir respectivamente 0,85 y 1,1 como factores de seguridad. La densidad del acero es de 65.44 ppg.
1. Ubiquemos los datos usando un esquema, además realicemos las consideraciones necesarias para el colapso y reventamiento:
SUPERFICIE
LODO LODO AGUA SALADA SATURADA
PERDIDA DE
LODO
CIRCULACION
COLAPSO AUX. DOC. CHIPANA YUCRA, Luis Adrian
COLUMNA DE GAS
REVENTAMIENTO PET - 201
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2. Análisis para el COLAPSO: -
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En el ZAPATO:
[] Donde:
[]
→ Debido a que no hay algún fluido dentro del DP.
Por lo que se tiene:
[] -
En SUPERFICIE:
[] [] Por lo que:
[] De este breve análisis se puede deducir que el colapso máximo se da en el zapato y el minimo en superficie.
3. Análisis para el REVENTAMIENTO: -
En el ZAPATO:
Pero:
Asi se tiene:
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O lo que vendría a ser lo mismo:
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( ) [] Donde la presión externa resulta:
[] Asi, el reventamiento en el zapato resulta:
[] [] -
En SUPERFICIE: Donde: Pero:
[] Sustituyendo para la : [] [] Donde la es cero debido que la profundidad es nula []
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Finalmente:
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[] [] 4. Con estos valores podemos construir el siguiente grafico “Profundidad Vs Cargas”: PROFUNDIDAD (FT) COLAPSO (PSI) REVENTAMIENTO (PSI)
ZAPATO (= 0 ft) 0 3467,6
SUPERFICIE (= 5000 ft) 2470 1642,6
TABLA 1
0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
K-55 65
-1000
K-55 75 K-55 109 L-80, 81
) T F (
-2000 K-55 109
D A D I -3000 D N U F O R P
L-80, 81
K-55 75
-4000
-5000 K-55 65
-6000
CARGAS (PSI)
FIGURA 1: ANÁLISIS DE LOS 4 CASINGS
Como la cañería de revestimiento K-55, 65 cubre tramos muy reducidos, no consideramos su uso, focalizándonos principalmente en las restantes tres de las cuales será necesario seleccionar la mejor combinación de acuerdo a factores TÉCNICOS y ECONÓMICOS. AUX. DOC. CHIPANA YUCRA, Luis Adrian
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Sacando valores de la TABLA Nº 7 , se tienen los siguientes datos: GRADO
L A I C I F R E P U S A Í R E Ñ A C
K-55 L-80 K-55
PESO (lb/ft) 75 84 109
ROSCA
RESISTENCIA AL COLAPSO (PSI) SF = 1 1020 1480 2560
STC STC/BTC BTC
SF = 0,85 1200 1741 3012
TABLA 2
GRADO K-55 L-80 K-55
PESO (lb/ft) 75 84 109
ROSCA
RESISTENCIA AL REVENTAMIENTO (PSI)
STC STC/BTC BTC TABLA 3
SF = 1 2630 4330 3950
SF = 0,85 2391 3936 3591
Tomando en cuenta solo tres de las cañerías de producción:
FIGURA 2: SELECCIÓN DE ENTRE SOLO TRES CGSs AUX. DOC. CHIPANA YUCRA, Luis Adrian
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Extractando los tramos que pueden ofrecer, para revestir, se tiene: COLAPSO
L A I C I F R E P U S A Í R E Ñ A C
SECCIÓN
GRADO
PESO (lb/ft)
INTÉRVALO (ft)
LONGITUD (ft)
1 2 3
K-55 L-80 K-55
75 84 109
0 - 2450 2450 - 3550 3550 - 5000
2450 1100 1450
TABLA 4
REVENTAMIENTO SECCIÓN
GRADO
PESO (lb/ft)
INTÉRVALO (ft)
LONGITUD (ft)
1 2 3
K-55 L-80 K-55
75 84 109
3000 - 5000 0 - 3000 0 - 3000
2000 3000 3000
TABLA 5
CRITERIOS TECNICOS
a) K-55 (75 lb/ft) satisface los requerimientos de colapso hasta una profundidad de 2450 ft, pero no completa los requerimientos de reventamiento. b) L-88 (84 lb/ft) satisface los requerimientos de 0 hasta 5000 ft, pero para el colapso solo de 0 a 3550 ft. c) K-55 (109 lb/ft) satisface tanto requerimientos de colapso como reventamiento de 0 a 5000 ft. d) Ahora bien, para el diseño del CSG, se puede prescindir de la cañería K-55 (75 lb/ft), ya que no satisface el criterio de resistencia al colapso y reventamiento para un tramo determinado.
OPTIMIZANDO COSTOS
Se debe tomar el tramo máximo permisible para grados menores, y para grados mayores procurar seleccionar tramos o intervalos cortos.
SECCIÓN
GRADO
PESO (lb/ft)
ROSCA
INTÉRVALO (ft)
LONGITUD (ft)
1 2
L-80 K-55
84 109
BTC BTC
0 - 3550 3550 - 5000
3550 1450
TABLA 6 AUX. DOC. CHIPANA YUCRA, Luis Adrian
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Para en análisis de tensión se bebe tomar en cuenta las siguientes ecuaciones:
L A I C I F R E P U S A Í R E Ñ A C
Donde:
→ indica que el peso del csg se reducirá a un 85%
∑
Y finalmente:
TRAMO
GRADO
PESO LINEAL (lb/ft)
5000 - 3550 3550 - 0
K-55 L-80
109 84
LONGITUD (ft)
Waire (lbf)
Wf (lbf)
Wacum (lbf)
Wtens (lbf)
Tension Total
FS
1450 3550
158 050
134 342,5
134 342,5
348 800
483 142,5
3,59
298 200
233 470
381 812,5
268 800
656 612,5
2,82
TABLA 7
Nota Importante:
Ahora bien, cuando el FS es igual o mayor a 3.6 (= 2 * 1.8), no es necesario realizar la prueba de presión para esa cañería; sin embargo, si es menor a 3.6 se tiene que realizar esta prueba de presión para comprobar si producirá algún desperfecto posterior, en este caso la cañería L-80 (84 lb/ft) tiene un FS = 2.82 < 3.6 es por eso que realizamos la prueba de presión solo para esta cañería: AUX. DOC. CHIPANA YUCRA, Luis Adrian
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Análisis de prueba de presión:
L A I C I F R E P U S A Í R E Ñ A C
Reemplazando datos se tiene:
[]
Recalculo del nuevo factor de seguridad:
Como este valor recalculado también es mayor que 1.8 entonces la combinación de cañerías seleccionado es adecuada. TRAMO
GRADO
PESO LINEAL (lb/ft)
5000 - 3550 3550 - 0
K-55
109
L-80
84
AUX. DOC. CHIPANA YUCRA, Luis Adrian
TABLA 9 El resultado se muestra en la TABLA Nº 9
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