Diseño de una cañería
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El cálculo de los esfuerzos por presión interna debe ser estudiado
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Diseño de cañería

  1. 1. Diseño de una cañería Los fundamentos del diseño de sarta de cañería se orientan a utilizar las calidades y pesos mínimos factibles de la entubación para todo el largo de la sarta y así obtener el menor peso total posible y el menor costo posible de la sarta. El cálculo de una cañería de revestimiento para un pozo se comienza siempre por la parte inferior. Los esfuerzos a que estará sometido el revestimiento son diversos, algunos de ellos solo temporarios y otros permanentes. Tomaremos en cuenta básicamente tres esfuerzos principales que son: APLASTAMIENTO (Presión Externa), TRACCION y PRESION INTERNA. El esfuerzo de aplastamiento será máximo en el fondo y disminuirá hasta cero en la superficie. Por el contrario el esfuerzo de tracción que se origina en el peso propio de la cañería, será máximo en la superficie y nulo en el fondo. El esfuerzo por presión interna dependerá del caso a considerar.
  2. 2. El mas importante en el fondo del pozo es el aplastamiento o colapso y la peor condición es suponer que la cañería está vacía interiormente y el espacio anular entre cañería y pozo, lleno. El fluido que llena este espacio anular es normalmente el mismo lodo con que se perforo el pozo, con lo cual la presión externa que ejerce es: Pe1 = K x ρ x Long cañería (Pe1: presión externa 1) Este valor determina el primer tramo de cañería a colocar, ya que debemos elegirlo de modo que: Pe1 < σc1 x FSa Donde: σc1 = tensión de fluencia al colapso del casing FSa = factor de seguridad al colapso
  3. 3. Dado que el esfuerzo de aplastamiento disminuye de abajo hacia arriba en el pozo debido a que disminuye la columna hidrostática, será mas económico colocar otro tramo de cañería de menor resistencia cuando ya sea excesiva la de la primera. Para determinar el punto de cambio, buscamos en las tablas la siguiente cañería del mismo diámetro que tenga una resistencia al aplastamiento menor que la anterior. Supongamos que esa resistencia es σc2 , entonces debe cumplirse que: pe2 = K x ρ x L1 y pe2 < σc2 * FS El valor de L1 podría obtenerse como: L1 = σc1 / (k x ρ x FS)
  4. 4. Sin embargo debido al estado de tensiones existente, este resultado no es correcto. Si suponemos un estado biaxial de tensiones, la tracción ejercida por el peso del tramo inferior de cañería disminuye su resistencia al aplastamiento y por lo tanto resulta evidente que el cambio de cañería solo podrá efectuarse a una profundidad menor. Esta profundidad se puede determinar en forma iterativa, asignándole a L2 valores L’2 tales que: L’2 < L2 y verificando el factor de seguridad resultante hasta obtener el requerido o lo mas próximo a el. Sin embargo, no se está considerando la influencia de la presión interior y su incidencia en los otros esfuerzos. Para el estado biaxial la reducción de la resistencia al aplastamiento por tracción se puede determinar mediante la elipse representativa del sistema biaxial de tensiones.
  5. 5. Una vez determinado L2 se debe verificar esa sección a la tracción, determinando la carga total sobre la misma Pt2 y debiéndose cumplir que: Pt2 < σt2 x A2 x FSt Donde: σt2 = tensión de fluencia a la tracción A2= sección transversal de la cañería FSt = factor de seguridad a la tracción Los nuevos puntos de cambio de la cañería se determina en forma análoga, eligiendo la cañería menos resistente que sigue y calculando L3 < σc3 / ( k x ρ x FSa) y luego verificando a la tracción. Este cálculo es repetitivo a medida que se van calculando tramos de abajo hacia arriba. Sin embargo debe tenerse en cuenta que los esfuerzos de aplastamiento van siendo cada vez menores, en tanto que se van incrementando los de tracción. De esta forma, en los tramos superiores la tracción se vuelve determinante y se convierte en el esfuerzo principal. El aplastamiento en cambio carece de relevancia.
  6. 6. El cálculo de los esfuerzos por presión interna debe ser estudiado para cada caso en función de la calidad y distribución de los fluidos prevista y de las presiones máximas esperadas.
  7. 7. Ejemplo de una hipótesis de carga para el caso de presión interna: Se supuso que, durante algún momento de la vida productiva del pozo, puede migrar una burbuja de gas hasta la superficie, poniendo la presión de formación en la parte superior de la cañería, manteniéndose una columna de líquido por debajo de ella y con una columna de lodo en el espacio anular cañería pozo. La zona gris muestra el esfuerzo resultante, máximo en la superficie y en el fondo para este caso.

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