INDICE
TUBERÍAS Definición Tipos de tuberías TUBERÍAS DE PERFORACIÓN
Definición Características Diámetro, longitud y peso TUBERÍA DE REVESTIMIENTO
Introducción Definición Tubería conductora Tubería superficial Tubería intermedia Tubería de producción Tubería corta (liner) TUBERÍA DE PRODUCCIÓN
Definición Especificaciones de la API Clasificación TUBERÍA DE TRANSPORTE
Definición Presiones máximas y mínimas Aleaciones BIBLIOGRAFÍA
TUBERÍAS Definición: Una tubería es un elemento cilíndrico hueco compuesto generalmente de acero, con una geometría definida por el diámetro y el espesor del cuerpo que lo conforma. Para fines prácticos, se define mediante una geometría homogénea e idealizada. Las tuberías no son perfectas. Es importante mencionar que dentro de la ingeniería de perforación las tuberías juegan un papel fundamental y cumplen diversas funciones. Existen distintos tipos de tuberías.
Tipos de Tuberías Se tiene una clasificación de tuberías tanto por su objetivo como por la función que deben cumplir al ser utilizadas en el interior de un pozo.
Las cuales son: Tuberías de perforación Cañería de revestimiento Tuberías de producción Tuberías de transporte
TUBERIAS DE PERFORACION Definición: La tubería de perforación es el elemento tubular utilizado para llevar a cabo los trabajos durante la operación de la perforación. Generalmente se le conoce como tubería de trabajo, porque está expuesta a múltiples esfuerzos durante las operaciones de perforación del pozo.
Características: 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 desde la caja del piñón. 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. 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. Está en relación al diámetro interior y se da en función del peso de la misma La Norma API-5D.- Del Instituto Americano del Petróleo contempla las características, especificaciones, uso, manejo e inspección de estas tuberías, las cuales están en relación directa a los siguientes aspectos: GRADO: Se refiere al esfuerzo mínimo del acero y proporciona resistencia a la tubería MEDIDA: Es el diámetro exterior de la tubería, sin tomar en cuenta sus extremos que son las juntas (caja y piñón) PESO: Es el peso nominal por unidad de longitud del tubo, considerando un promedio de los extremos y determinando el diámetro interior RANGO: Se refiere a la longitud del tubo, incluyendo sus extremos; existen tres rangos (I, II, III).
Diámetro, longitud y peso de tuberías de perforación Diámetros externos nominales desde 25,4 hasta 317,5 milímetros. Los diámetros por debajo de 76 milímetros y los mayores de 139,7 milímetros se emplean para casos especiales. Generalmente, los diámetros de uso corriente son de 88,9, 101,6, 114,3, 127 y 139,7 milímetros que, respectivamente, corresponden a 31/2, 4, 41/2, 5, 51/2 pulgadas. La longitud de cada tubo varía según el rango API. El rango 1 abarca una longitud de 7,5 a 8,5 metros; el rango 2, de 8,5 a 9,5 metros y el rango 3, de 9,5 a 10,5 metros. El peso de las tuberías varia de acuerdo al diámetro, por ejemplo: entre una tubería 2 3/8 y 6 5/8 tienen un peso entre 6.26 lb/ft y 24.21 lb/ft respectivamente.
Marca de identificación; son los códigos que llevan las tuberías para poder diferenciarlas
Imágenes de tuberías de perforación:
TUBERÍAS DE REVESTIMIENTO INTRODUCCION Uno de los aspectos de primer orden dentro de las operaciones que se efectúan para perforar un pozo, es el que se refiere a la protección de las paredes del agujero para evitar derrumbes y aislar manifestaciones de líquidos o gas. Dicha protección se lleva a cabo mediante tuberías de revestimiento, las cuales se introducen al pozo de forma telescópica. El objetivo de un diseño, es el de seleccionar una tubería de revestimiento con un cierto grado, peso y junta, la cual sea la más económica y que además resista sin falla, las fuerzas a las que estará sujeta.
Definición: Son tuberías que constituyen el medio con el cual se reviste el agujero que se va perforando. Con ello se asegura el éxito de las operaciones llevadas a cabo durante las etapas de perforación y terminación del pozo. Las funciones de las tuberías de revestimiento son:
Evitar derrumbes y concavidades.
Prevenir la contaminación de los acuíferos.
Confinar la producción del intervalo seleccionado.
Dar un soporte para la instalación del equipo de control superficial.
Facilitar la instalación del equipo de terminación, así como los sistemas artificiales de producción.
Las tuberías de revestimiento representan alrededor del 18% del costo total del pozo. Al ser colocada dentro de un pozo, la tubería de revestimiento está sujeta a tres fuerzas significantes durante las operaciones de perforación, terminación, reparación o vida productiva de un pozo, por lo que su selección deben soportar las siguientes cargas:
Presión externa (colapso)
Presión interna (reventamiento)
Carga axial y longitudinal (tensión y compresión)
En general las tuberías de revestimiento se pueden clasificar de la siguiente manera:
Tubería conductora Es la primera que se cementa o hinca al iniciar la perforación del pozo. La profundidad de asentamiento varía entre los 20 a 250m. Su objetivo principal es establecer un medio de circulación y control del fluido de perforación que retorna del pozo hacia el equipo de eliminación de sólidos y las presas de tratamiento. El diámetro a utilizar de esta tubería, dependerá en gran parte de la profundidad total programada del pozo. El diámetro mas común 20 pulg.
Tubería superficial La introducción de esta tubería tiene por objeto instalar conexiones superficiales de control y al mismo tiempo proteger el agujero descubierto, aislando así flujos de agua y zonas de pérdida de lodo cercanas a la superficie del terreno. Actualmente se emplean tube rías superficiales de 20” para pozos exploratorios o pozos de desarrollo perforados a más de 4500m. Estas tuberías se introducen a profundidades que varían entre 500 y 1000m. También se usa de 13 3/8 pulg.
Tubería intermedia Estas tuberías se introducen con la finalidad de aislar zonas que contengan presiones normales de formación, flujos de agua, derrumbes y perdida de circulación: en si se utiliza como protección del agujero descubierto para tratar, en la mayoría de los casos, de incrementar la densidad de los fluidos de perforación y controlar las zonas de alta presión. Dependiendo de la profundidad del pozo o de los problemas que se encuentren durante la perforación será necesario colocar una o más sartas de tuberías intermedias, que aislaran la zona problema. Usan un diámetro común de 9 5/8 pulg.
Tubería de producción Estas tuberías tienen como meta primordial aislar el yacimiento de fluidos indeseables en la formación productora y de otras zonas del agujero, también para la instalación de empacadores de producción y accesorios utilizados en la terminación del mismo. Usan un diámetro común de 8 ½. En el diseño de esta tubería se deberá tener especial atención, considerando todos los elementos que intervienen en su programación.
Tubería corta (liner) Constituye una instalación especial que evita utilizar una sarta de la superficie al fondo del pozo; la longitud de esta tubería permite cubrir el agujero descubierto, quedando una parte trasladada dentro de la ultima tubería que varía entre 50 a 150m, y en ocasiones se emplea un longitud mayor, dependiendo del objetivo de su introducción. Se usa un diámetro común de 7 pulg.
Razones para su utilización (liner) Control del pozo, economía de tubería de revestimiento, rápida instalación, ayuda a corregir el desgaste de la ultima tubería cementada, evita volúmenes muy grandes de cemento, permite utiliza empacadores y tuberías de producción de mayor diámetro, etc.
TUBERIAS DE PRODUCCION Definición: Las tuberías de producción son el elemento tubular a través del cual se conducen hasta la superficie los fluidos producidos de un pozo, o bien, los fluidos inyectados de la superficie hasta el yacimiento.
Objetivo: Su objetivo primordial es conducir los fluidos desde la boca de las perforaciones hasta la superficie.
Grados API mayormente empleados: Los Grados API para tubería mayormente empleados son: H-40, J-55, L-80, N80, C-90, TRC-95 y P-110. Los grados L-80 y TRC-95 son diseñados para soportar ambientes ácidos (pozos de producción de hidrocarburos sea gas o petróleo que contienen azufre H2S), son más resistentes y costosos que el J55, este último presenta un buen comportamiento en ambientes básicos.
Especificaciones de la API para tuberías Hay algunas especificaciones API relacionadas con las propiedades físicas de la tubería, Tales como: Valores máximos y mínimos de los esfuerzos cedentes Valores mínimos de presión interna Porcentaje mínimo de elongación en secciones de prueba de 2 pulgadas de largo Valores de dureza típica Torque recomendado
Clasificación de las tuberías * Tuberías de alta resistencia Tuberías con esfuerzos fluyentes mayores que 8000 lpc son generalmente consideradas como de alta resistencia, sobre la base de esta definición se consideran tuberías de alta resistencia a las de grado C-75, C-98, N-80 Y P110. Las tuberías de acero de grado C-75 y N-80 anotan en esta lista debido a que sus esfuerzos en el punto cedente a menudo exceden el valor de 8000 lpc. Las tuberías de alta resistencia pueden presentar problemas debido a la eliminación de la ductilidad y al aumento de la sensibilidad a roturas, lo cual es particularmente notable en tuberías P-110.
Sensibilidades de la tubería de alta resistencia La tubería de alta resistencia puede fallar fundamentalmente debido a las razones siguientes: * Defectos originales en su fabricación * Daños ocasionados durante su transporte, manejo y bajada al pozo * Debilitamiento causado por la presencia de hidrogeno en el pozo
* Tuberías de baja resistencia Son generalmente blandos y dúctiles, por esta razón l a concentración de esfuerzos se ejecuta parcialmente mediante la plasticidad del elemento
Capacidad de Resistencia de las tuberías
Es aquella propiedad del material para soportar la deformación elástica.
El punto a partir del cual el material se fractura o se rompe se dice que alcanza su último valor de resistencia a la cedencia.
La cedencia se mide en unidades de fuerza por unidad de área (PSI), que significa la fuerza aplicada en el área de exposición del material para hacer ceder al mismo.
El colapso se origina por el aplastamiento de una tubería por una carga de presión.
La falla al colapso depende de diversos factores de la naturaleza de fabricación del tubo.
El entallamiento es una condición mecánica que se genera por la acción de carga de presión actuando por el interior de la misma.
La tensión es una condición mecánica de una tubería que puede ocasionar la falla o fractura de la misma.
Corrosión: En termino técnico, y simplificado la corrosión ha sido definida como la destrucción de un metal por reacción química o electroquímica por el medio ambiente y representa la diferencia entre una operación libre de problema con gastos en operaciones muy elevados.
TUBERIAS DE TRANSPORTE Definición Para proceder al transporte, almacenaje y ventas de grandes cantidades de pe petróleo bruto como sus derivados que entran anualmente al mercado y que han de ser transportados desde los centros de pr oducción o refinerías hasta los centros elaboradores o de consumo. Se utilizan los llamados oleoductos, gasoductos y poliductos. Que se utilizan tanto para el transporte de petróleo bruto desde el campo petrolífero hasta las refinerías.
OLEODUCTOS El transporte de crudos estas tuberías han dado respuestas satisfactorias a las necesidades de despachar y recibir diariamente grandes volúmenes de petróleo desde los campos petrolíferos hasta las refinerías o terminales cortas o de grandes distancias ya sea con el mismo país o países vecinos. El oleoducto transporta crudo ininterrumpidamente 24 horas al día, salvo desperfectos. Varios oleoductos conectados entre si pueden formar un sistema o red de oleoductos cuyo servicio de transporte se utiliza local, regional, nacional o internacionalmente.
Construcción.- los oleoductos son la manera mas económica de transportar grandes cantidades de petróleo en tierra, comparado con los ferrocarriles tienen un costo menor y también mayor capacidad. Los oleoductos se hacen de tubos de acero y de plásticos con un diámetro interno entre 30 y 120cm. Se construye sobre la superficie, sin embargo en áreas urbanas se entierra 1m, la unión generalmente se hace mediante soldadura, los tubos pueden tener diámetro desde 1/2" hasta 144” Operación.- el petróleo se mantiene en movimiento por medio de un sistema de estaciones de bombeo construida a lo largo del oleoducto y normalmente fluye a una velocidad de 6m/s.
GASODUCTOS Es una conducción que sirve para transportar gases combustibles a gran escala.
Construcción.- consiste en una conducción de tuberías de acero por las que el gas circula a alta presión desde el lugar de origen. Por normas de seguridad se establece que a intervalos determinados se sitúen válvulas en los gasoductos mediante las que se pueda controlar el flujo en caso de incidentes. Las normas particularmente de muchos países obligan a que los gasoductos estén protegidos contra la corrosión. El método mas económico es revestir el conducto con algún tipo de polímero, generalmente se reviste con pintura y polietileno.
Circulación de gas.- la presión a la que circula el gas por gasoductos es normalmente de 72bar para los de las redes básicas de transporte y 16 bar en las redes de distribución. Para llevar el gas hasta los hogares y comercios es preciso bajar la presión de transporte hasta limites razonables seguros. Esto se consigue instalando estaciones de regulación a lo largo del gasoducto hasta que se baja la presión hasta la presión habitual
PRESIONES MAXIMAS Y MINIMAS Un sistema de transmisión de gas natural comprende tuberías de alta presión que transportan gas entre puntos de abastecimiento y puntos de distribución a las áreas de consumo (de mercado). El gas distribuido en las áreas de mercado ingresa al sistema de distribución a presión más baja para ser distribuida a los consumidores finales. El gas también puede ser transportado para su almacenaje o bien para su conexión a otros sistemas de transmisión. Los sistemas de transmisión consisten de secciones de tubería interconectados y frecuentemente incluyen estaciones compresoras ubicadas a intervalos conforme a las necesidades de variación de presión del f lujo de gas a través de las tuberías. La distancia entre estaciones compresoras consecutivas puede ser desde 48 km a más de 241 km, dependiendo de las condiciones del flujo como así también de los requerimientos económicos y las condiciones del terreno por donde se desarrolla el sistema. Las presiones de operación máximas de los sistemas de transmisión son generalmente mayores a 3.450 kPa y pueden llegar a los 10.340 kPa.
Condiciones supuestas
Diámetro - 76,2 mm Flujo - 20 millones m3/d Temperatura - 15º C
Efecto de la presión de operación sobre la capacidad La capacidad máxima de transporte de un gasoducto de un tamaño dado es prácticamente una función lineal de la presión de operación, pasando por alto el hecho que el gas natural no sigue las leyes clásicas de gas de presión, volumen y temperatura. La presión máxima a la cual un gasoducto puede ser operado se llama presión de operación máxima permisible (MAOP).
Aleaciones: Los materiales de construcción de tuberías en plantas de proceso son:
Acero al carbono: El más usual. Acero de baja aleación: Níquel. para baja temperatura y corrosión.
Cromo-molibdeno. Para alta presión y temperatura.
Acero inoxidable
Austenítico. Corrosión Ferritico. Corrosión menos usada.
Metales no férreos
Aluminio. Para bajas temperaturas Cobre y sus aleaciones. Corrosión Níquel y sus aleaciones. Corrosión
Plásticos. Corrosión
Polietileno Polipropileno PVC CPVC
Plásticos reforzados de fibra de vidrio.
Epoxi vinil Ester Poliéster
Recubrimientos Plásticos. Corrosión.
Polipropileno Teflón
Corrosión.
Bibliografía:
Loyd W. jones, (1988) Corrosion and water technology. Oil and gas consultants international Inc. Tulsa, Oklahoma. PEMEX, sartas de revestimiento bases de diseños, selección y propiedades. PEMEX. Sistema de tuberías para trasporte y distribución de gas (1999). Sociedad estadounidense de ingenieros mecánicos-ASME. David Hawker, Karen Vogt y Allan Robinson, (2001) procedimientos y operaciones en el pozo. Hernán Ramos Jiménez, cursos de capacitación y desarrollo de habilidades en actividades de perforación y mantenimiento de pozo. PEMEX Alvin Barber, optimización de la producción desde el yacimiento hasta la planta de proceso. Houston, Texas, Usa www.spanish.alibaba.com www.postgrado.univalle.edu.com
