Este documento presenta información sobre el diseño de tuberías de revestimiento. Explica las diferentes clasificaciones de tuberías de revestimiento como conductora, superficial e intermedia. También describe conceptos clave como el diámetro exterior, grosor de pared, grado del acero, tipo de conexión, y criterios de diseño uniaxial, biaxial y triaxial.

1. Universidad Autónoma Del Carmen
DES Ciencias Química y Petrolera
Ingeniería Petrolera
Ingeniería De Perforación
Diseño de Tuberías de
Revestimiento
Lamoni Giovanni Bolón Tello
Jaina Pech Bozziere
Felipe de Jesús Jiménez Sánchez
Saraisis Heredia Gutiérrez
Luis Vera Acuña
Isabel Gómez Segura
José Armando Cano Martínez
Presentado por:

2. Tubería de Revestimiento
Introducción al criterio triaxial
Diseño de tubería
conductora
Diseño de tubería
superficial
Diseño de tubería
intermedia
Diseño de tubería
de explotación
Criterios de diseños de tuberías
Diseño Uniaxial
Diseño Biaxial Diseño Triaxial
Propiedades de las tuberías
Grado
Esfuerzo de
cedencia
Presión de
colapso y presión
interna
Tensión

3. Son tuberías especiales que se introducen la perforación y que luego son cementadas
para lograr la protección del hoyo y permitir posteriormente el flujo de fluidos desde
el yacimiento hasta superficie. También son conocidas como Revestidores, Tubulares
O Casing.
Tubería de Revestimiento
Funciones
Evitar derrumbes en el pozo durante la perforación.
Evitar contaminaciones de aguas superficiales.
Suministrar un control de las presiones de formación.
 Prevenir la contaminación de las zonas productoras con fluidos
extraños.
Al cementarlo, se puede aislar la comunicación de las formaciones de
interés.
Confinar la producción del pozo a determinados intervalos.

4. Al ser colocada dentro de
un pozo, la tubería de
revestimiento esta sujeta a
tres fuerzas:
 Presión externa
(colapso)
 Presión interna
 Carga axial y
longitudinal (tensión y
compresión)
Clasificación de las TR:
 Conductora
 Superficial
 Intermedia
 Explotación

5. Propiedades de las tuberías de revestimiento
• Diámetro exterior y grosor de
la pared
Tamaño
• Peso por unidad de longitud
Peso
• Resistencia a la tensión
Grado del acero
• Diseño geométrico de las
roscas o acople
Tipo de conexión
• Longitud de la junta
Rango

6. Diámetro exterior y grosor de la pared
El grosor de la pared
Determina el diámetro interno de la
tubería y por lo tanto el tamaño
máximo de la barrena que puede
ser corrida a través de la tubería.
El diámetro exterior
Se refiere al cuerpo de la tubería,
determina el tamaño mínimo del
agujero en el que puede ser corrida la
tubería de revestimiento

7. Es utilizado principalmente para identificar la tubería de revestimiento durante el
ordenado. Los pesos nominales no son exactos y están basados en el peso teórico
calculado de una tubería con roscas y acoples, de 20 pies de longitud.
Peso por unidad de longitud o peso nominal

8. Grado del acero
Las propiedades mecánicas y
físicas de la tubería de
revestimiento dependen de la
composición química del acero y el
tratamiento de calor que recibe
durante su fabricación. API define
nueve grados de acero para
tubería de revestimiento: H40 J55
K55 C75 L80 N80 C95 P110
Q125.

9. Los tubulares usados en la industria se clasifican de
acuerdo con las condiciones de servicio:
Nivel 1: Grados H-40, J-55, K-55 y N-80
 Servicio Dulce o Cantidad Limitada de H2S
 Presiones < 5,000 psi
Nivel 2: Grados M65, L80, C90, C95 y T95
 Presión >10M con contenido de H2S limitado
 Baja Presión y contenido de H2S elevado
Nivel 3: Grado P-110
 Bajo contenido de H2S;
 Alta Temperatura /Alta Presión
Nivel 4: Grados por encima del nivel 3 como Q125
 Aplicaciones HP con alto contenido de H2S

10. Grados del Acero –Codificación por colores
según API 5CT/ISO 11960

11. Grados del Acero –Codificación por colores según
API 5CT/ISO 119606.4

12. Tipo de conexión
Hoy en día existen múltiples tipos de
conexiones disponibles en el Mercado.
La selección de una conexión adecuada
debe ser basada en la intención de
aplicación, el desempeño requerido y el
costo.
En tuberías de revestimientos,
superficial e intermedia si la presión
diferencial a través de la conexión es >
7,500 psi, la opción preferente es la de
Conexiones API
 Rosca Redonda STC (Corta) ó
LTC (Larga)
 Rosca Buttress, BTC (“BCN”)
 Rosca Extremeline, XL
(integral)

13. Rango
Los tramos o juntas de revestimiento no
son fabricados en longitudes exactas.
API ha especificado tres rangos entre los
cuales debe encontrarse la longitud de
las tuberías.
Los estudios y conexiones que el API, ha
generado una gran cantidad de
referencia y especificaciones, que en
muchos casos se aplican en cada una de
las etapas en que se utiliza las tuberías.

14. Se define como el punto en el cual
el material sufre una deformación
plástica, es decir, el material pasa a
la deformación elástica y queda
deformado permanentemente.
Esfuerzo de cedencia

15. Presión de
Colapso &
Presión Interna

16. Es la presión externa
que se requiere para
aplastar una tubería,
mayor a la presión
interna.
Presión de Colapso

17. 1.- Colapso por cedencia:
Presión externa que genera
un punto de cedencia en la
pared interna del tubo.
Tipos de Colapso
Pc= Presión de colapso (psi)
Yp= Mínimo esfuerzo de cedencia (psi)
D= Diámetro exterior (pg)
T= Espesor del tubo (pg) = (D-d)/2

19. 2.- Colapso elástico:
Se deriva mediante la teoría
clásica de la elasticidad
desarrollada por W.O.
Clinedinst, en su artículo “A
Rational Expression for the
Critical Collapsing Pressure of
pipe Under External Pressure”,
presentada en la reunión anual
del API en Chicago, en 1939.
Tipos de Colapso
E=Modulo de Young para el
acero(psi)=30x10^6
V=Relación de Poisson
P
E
D
t
D
t
c

 










 


















2
1
1
1
2 2


21. 3.- Colapso plástico:
Se presenta posteriormente a la
etapa de colapso elástico,
obedece a la naturaleza propia
de deformación del tubo en la
etapa de plasticidad o posterior
a la cedencia.
Tipos de Colapso
Los valores A, B y C se midieron y
extrapolaron para otras resistencias
en tuberías de revestimiento.

23. 4.- Colapso de transición:
Básicamente un ajuste para
llenar la brecha entre las formas
de curva plástica y de curva
elástica.
Tipos de Colapso
F y G son ajustes de curva de A, B y C

25. Presión de colapso
Ejercicio
Calcular la presión de colapso para un tubo de revestimiento de
20”, K-55 con un espesor nominal de pared de 0.635” y un peso
nominal de 133 lbf/pie.
Solución:
Relación (D/t) = 20”/0.635 = 31.496
de la tabla 4 podemos apreciar que la relación cae dentro del
colapso de transición, por tanto:

26. Colapso por imperfecciones
La ovalidad se define como el máximo diámetro exterior, menos el
mínimo diámetro exterior dado en una sección plana, dividido por
el diámetro exterior nominal.

27. Colapso por imperfecciones
La excentricidad se define como la imperfección por efectos de los
cambios de espesor en el cuerpo del tubo.
t nom. t min.
t max.



SECCIÓN TRANSVERSAL
DE UNA TUBERÍA
EXCENTRICA OVALADA
Donde:
e = excentricidad
 = tmax –tmin
tmax = máximo
espesor
tmin = mínimo
espesor
t = espesor nominal
t


e

28. Resistencia al estallido
Se define como el valor de la presión interna que se requiere para
hacer que el acero ceda.

29. Resistencia al estallido
Ejercicio
Calcular la presión de estallido para un tubo de
revestimiento de 20”, K-55 con un espesor nominal de
pared de 0.635” y un peso nominal de 133 lbf/pie.
Solución
El punto de cedencia mínima de K-55 es 55,000 psi
P = 0.875 (2)(55,000)(0.635)/20 = 3,056 psi

30. Resistencia a la tensión
Se define como el esfuerzo al cual está sometida la tubería originado por su
propio peso.

31. Resistencia al estallido
Ejercicio
Calcular la resistencia a la tensión para un tubo de
revestimiento de 7”, L-80 con un diámetro interno de
6.094” y un peso nominal de 32 lbf/pie.
Solución
• Py= 0.785 (D2–d2) Yp = 0.785 x (49 –37.14) x 80,000 =
744,808 lbs.

32. Criterios de
diseño de
tuberías

33. Diseño Uníaxial
En el diseño uníaxial la falla del
material sucede bajo la influencia de
una acción de un esfuerzo que actúa
en un solo plano material.
No toma en cuenta la acción de otros
esfuerzos actuantes en el cuerpo del
material.
Ejemplo de
esfuerzo
Uníaxial

34. Esfuerzo Biaxial
Los esfuerzos biaxiales se definen como el cambio en el
comportamiento de sus propiedades mecánicas que sufren los
tubulares cuando son sometidos a las combinaciones de
esfuerzos.
Tensión
Compresión

35. Comportamiento del modelo Biaxial
Esta gráfica muestra el
comportamiento de
disminución de la
resistencia al colapso
para tuberías sujetas a
un esfuerzo axial mayor
a cero (tensión) en
cuarto cuadrante).

36. Introducción al
criterio Triaxial

37. Introducción
Las tuberías de revestimiento están sujetas a
diferente cargas durante las etapas de corridas,
perforación, cementación y producción. Las cargas
mas importantes son :
Tensión
Colapso
Estallido
Las cargas triaxiales
El diseño de las cargas triaxiales deben
entenderse como un medio para estimar la
capacidad de resistencia y valorar rápidamente la
condición de trabajo de la tubería.

38. Condiciones requerida para determinar
el esfuerzo triaxial
El esfuerzo triaxial se determina
utilizando software especializado
para el diseño de tubería de
revestimiento, este debe ser
realizado cuando las siguientes
condiciones se presenten:
 Presencia de H2S
 OD/t<15
 Presión de poro esperada >
12.000psi
 Temperatura < 250°f

39. Teoría de Hencky –Von
Mises
Esta teoría estipula que existe un
esfuerzo equivalente a partir del
cual los tres esfuerzos principales
actuando en un material están en
equilibrio.

40. Esfuerzos requeridos para la ecuación
de Hencky Von Mises
Axial
El esfuerzo axial en un tubo
es equivalente a la fuerza
axial que actúa sobre la
pieza dividida entre el área
transversal del tubo.
Radial
Los esfuerzos radiales que
se producen en las
superficies internas y
externas del cilindró son de
magnitud equivalente a la
presión y las cargas de
compresión

41. Esfuerzo Tangencial
Los esfuerzos
tangenciales se calcula a
partir de la ecuación de
lame para cilindros de
paredes gruesas.
Diámetros internos de
la tubería:

42. El enunciado matemático para el calculo del esfuerzo
equivalente , según la teoría Hencky – Von Mises para un
cilindro se expresa de la siguiente manera:
Ecuación de Hencky – Von Mises

43. Representación Von Mises con factor
de seguridad

44. Diseño de
tubería
conductora

45. Tubería Conductora
Es la primera que se
cementa al iniciar la
perforación del pozo.
La profundidad de
asentamiento varía de
20m a 250m.
Permite continuar
perforando hasta alcanzar
la profundidad para
asentar la tubería de
revestimiento superficial.

46. Evitar que las
formaciones someras
no consolidadas se
derrumben dentro del
hoyo.
Proporcionar una línea
de flujo elevada para
que el fluido de
perforación circule
hasta los equipos de
control de sólidos y a
los tanques de
superficie
Proteger formaciones
de agua dulce
superficiales de la
contaminación por el
fluido de perforación.
Permite la instalación
de un sistema
desviador de flujo y
de un impide
reventón anular.
Sus principales funciones son:

48. Diseño de
tubería
Superficial

49. Tubería Superficial
Cubrir y proteger
de acuíferos.
Cubrir zonas
débiles de
posibles
brotes más
profundos.
Soportar el peso
de las demás
sartas de
revestimiento.
Se instalan los
preventores.
Mantener la
integridad del
pozo.
SUPERFICIAL

50. Diseño de
tubería
Intermedia

51. Características
de un
Revestimiento
Intermedio

52. Asentamiento
En la perforación del
agujero en donde se
introducen las tuberías
intermedias, también se
emplean fluidos de
control de baja
densidad, del orden de
1.40 gr/cm3, debido a
que se atraviesan zonas
débiles poco
consistentes.

53. Tubería Corta
(Liners)

54. Funciones Del Liner

55. Diseño de
tubería de
Explotación

56. Características de un Revestimiento
Explotación

57. Rev. Conductor
Rev. Superficie
Rev. Intermedio
Rev. Producción

58. Selección de TR