El documento discute los diferentes tipos de fuerzas que actúan sobre las tuberías utilizadas en la industria petrolera y su capacidad de resistencia. Explica que la tensión, compresión, presión interna y otras fuerzas pueden causar la falla de las tuberías si exceden su límite de resistencia. También describe los diferentes tipos de colapso que pueden ocurrir y los factores que los causan, como el desgaste, cambios de presión y temperatura, o cargas geostáticas. Finalmente, analiza cómo los cambios de longitud en las

4.  3.3 Fuerzas aplicadas a la tubería de
revestimiento y producción.
 3.4 Cambios en la longitud del aparejo de
producción.

5. La importancia de reconocer la
capacidad de resistencia de las
tuberías ha sido materia de muchas y
fuertes discusiones, de extensos
estudios y de diversas pruebas de
laboratorio, que han permitido
evolucionar en el conocimiento del
comportamiento mecánico de las
tuberías. Es por ello que diferentes
instituciones se han abocado a la tarea
de reconocer y recomendar prácticas
para estandarizar tano el proceso de
fabricación como la medición de su
desempeño mecánico o capacidad de
resistencia, y hasta la práctica para el
buen manejo de los mismos.

6. 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. Es decir un diámetro nominal
y un espesor nominal constante en toda
su longitud. Sin embargo, la realidad es
que no existe una tubería perfecta
geométricamente. Adolecen de ciertas
imperfecciones como la ovalidad y la
excentricidad.

7. En el API se
clasifica como
estándar a :
Tubería de producción
1.0" < TP< 4.5 "
Tubería de revestimiento
4.5 " < TR < 20 "
PROPIEDADES DE LAS TUBERÍAS

8. La tubería es clasificada de acuerdo a cinco propiedades
La fabricación
Grado de Acero
Tipo de juntas
Rango de longitud
Espesor de pared y peso

9. TIPOS DE TUBERIAS
• tuberías de perforación (TP) o tubería de trabajo (WTP)
• tubería de revestimiento (TR)
• tubería de producción
• tubería de línea
• otras: tubería flexible (TF)
¿CUAL ES LA DIFERENCIA ENTRE UNA Y OTRA TUBERÍA?
a) su construcción
b) su grado de acero
c) su longitud
d) su conexión o junta Según el tipo de trabajo que realizan se
fabrican con ciertas características

10. Clasificación
De
Tuberías
Clasificación
Por Objetivo
Clasificación
Por función
Tuberías de
Revestimiento
Tuberías de
Perforación
Tuberías de
Producción
Otros Tabulares
Conductora
Superficial
Intermedia
De explotación
Linners
Tubería
flexible
Lastrabarrenas
Tubería
Pesada

11.  TENSION (Estiramiento que puede provocar una ruptura al rebasar su
limite de resistencia)
 TORQUE (Esfuerzo torsional que se genera al apretar las juntas de la
tubería)
 PRESION INTERNA (Estallamiento que se provoca al aplicar una
presión interna superior al limite de su resistencia)
 PRESION EXTERNA (Colapso o aplastamiento provocado al aplicar
una fuerza exterior alrededor de la pared del tubo que rebasa su limite
de resistencia)
 COMPRESION (Esfuerzo generado al aplicar un peso sobre el tubo
mayor a su capacidad de carga)
 ESFUERZOS AXIALES (Esfuerzos generados al trabajar las tuberías
bajo condiciones de peso excesivo y rotación, flambeo o pandeo)
Los esfuerzos a que estarán sometidas las
tuberías al ser utilizadas son:

12.  Colapso: Generada por los Fluidos de la
formación, tales como gas aceite, agua
salada, etc.
 Fuerza de compresión: Fuerza Generada
por el fluido de perforación durante la
introducción o por el cemento durante la
cementación.
 Fuerza de Tensión: Fuerza generada por el
peso de la propia tubería.
 Presión interna: Generada por los fluidos
utilizados durante la perforación. Sin
embargo, se pueden presentar
manifestaciones de la formación, tales como:
gas, aceite, agua salada, etc.

14. La tensión de la tubería es la
capacidad que tiene la tubería para
resistir su propio peso cuando es
introducida.
Durante el diseño de las tubería
deberá considerarse un valor
adicional de tensión, debido a que
durante la introducción pueden
presentarse eventos operativos tales
como pegaduras, derrumbes,
fricciones, etc.
Método para calcular la tensión de la
tubería de revestimiento:
1. Método del factor de flotación.
TENSIÓN

15. El factor de flotación es aquel usado para compensar la perdida de
peso de la sarta debido a su inmersión en el fluidO de perforación
FF=(65.5-peso del lodo)/65.5
Libras por
galón
ppg
Lb/ft FF=(489-peso del lodo)/489

16. La resistencia a la falla por tensión de una tubería se puede
determinar a partir de la cedencia del material y el área de la sección
transversal. Se debe considerar la mínima cedencia del material para
este efecto. Se define como el esfuerzo axial que se requiere para
superar la resistencia del material y causar una deformación
permanente. Es decir “Ecuación de resistencia a la tensión.”

17. La fuerza de compresión es generada por el empuje
del fluido (lodo, cemento, etc.) sobre el área de la
sección transversal de la tubería, cuando esta es
introducida.
La fuerza de compresión desaparece después de que
el cemento haya fraguado. Sin embargo, se han
observado casos en que la tubería queda sometida a
esfuerzos de compresión cuando las cementaciones
son defectuosas.
Altos valores de compresión se presentan cuando la
tubería de revestimiento es introducida en altas
densidades del fluido de perforación.
en la selección de la conexión; puesto que la
resistencia de la conexión a la compresión se ven
reducida por sus características y diseño,
principalmente en las conexiones integrales lisas
FUERZA DE COMPRESIÓN

18. La resistencia al colapso es la condición
mecánica de una tubería (aplastada)
originada por la aplicación de una carga,
superior a su capacidad de resistencia a la
deformación.
Fuerza mecánica capaz de deformar un tubo
por el efecto resultante de las presiones
externas. La teoría clásica de la elasticidad
nos permite determinar los principales
esfuerzos radiales y tangenciales que actúan
sobre la tubería.
Los colapsos en tuberías de revestimiento y
tuberías de producción suelen ser problemas
serios, que pueden derivar en la pérdida de
un pozo y por lo tanto ocasionar incremento
en los costos de operaciones.
RESISTENCIA AL COLAPSO

19. TIPOS DE COLAPSO
 Colapso de cedencia
 Colapso plástico
 Colapso elástico
 Colapso de transición

20. Colapso de Cedencia:
Colapso de plástico:
Colapso de elástico:
Colapso de transición:

21. Es común atribuir el fenómeno del colapso
a una supuesta calidad deficiente de las
tuberías. Sin embargo, estudios señalan
un conjunto de factores causales, tales
como:
 Desgaste de la tubería de revestimiento.
 Desgaste por pandeo helicoidal.
 Incremento de presión exterior por
temperatura.
 Depresionamientos inadecuados.
 Cargas geostáticas por formaciones
plásticas y actividad tectónica.

22. Este factor está asociado a la rotación de
las juntas de la sarta de perforación y a los
viajes que se efectúan. La magnitud del
desgaste en la tubería de revestimiento
está relacionada por:
 Mucho tiempo para perforar.
 Altas severidades de la pata de perro.
 Problemas de pegadura.
Al reducir el espesor de la pared de la
tubería es posible observar que tienden a
reducirse las propiedades mecánicas del
tubo (tubería empleada para operaciones
de ingeniería petrolera).

23. Cuando las tuberías de revestimiento no son
cementadas hasta la superficie, debe tomarse
en cuenta la tensión requerida para asentarla
adecuadamente en las cuñas del cabezal. El
valor de esta tensión está relacionado con las
propiedades mecánicas de la tubería, de los
cambios en la densidad y de temperatura de la
siguiente etapa de perforación.
En la operación de anclaje deben conocerse el
valor de la cima de cemento, determinar la
tensión adicional y elongación, en función de los
factores que provocan el pandeo helicoidal, los
cuales son:
 Cambio en densidad de fluido interno
externo.
 Cambio de presiones en la TR interno-
externo.
 Cambio de temperatura.

24. Cuando la cementación de la tubería de revestimiento
no alcanza la superficie, el fluido de perforación que
permanece en la parte exterior, por el paso del tiempo
sufre una degradación física de sus fases, separando
sólidos de líquidos. El agua, puede ser sometida a
una temperatura que pueda alcanzar valores por
arriba de su punto de ebullición, de tal manera que
comienza a evaporarse, lo que puede generar un
incremento en la presión por el espacio anular, si esta
no es desfogada. Cuando el pozo está fluyendo, los
hidrocarburos ascienden a la temperatura del
yacimiento, la cual se puede presentarse una
transferencia de calor a través de la tubería de
producción hacia el fluido empacante, el cual, en
algunas ocasiones puede alcanzar su punto de
ebullición generando vapor. Ahora bien un incremento
de presión en el espacio anular, puede alcanzar
valores elevados que causando el colapsamiento de
la tubería.

25. Este fenómeno se presenta en las inducciones
de pozo, cuando el espacio anular se encuentra
con fluido empacante y por el interior de la
tubería se maneja un gas a presión. El
fenómeno se vuele crítico especialmente
cuando no se manifiestan los hidrocarburos o
agua salada, quedando la tubería
completamente vacía y sometida a una máxima
carga por el exterior (efecto succión).
Esto se conjuga con los depresionamientos
inadecuados, que generan los denominados
“golpes de ariete”, incrementando la fuerza
exterior y por ende, el colapso.

26. Durante la perforación se atraviesan formaciones tales como lutitas,
domos arcillosos y domos salinos, etc., cuyos comportamientos
químico-mecánicos son francamente plásticos (donde el material se
extruye y fluye hacia el pozo), y ocasionan que la carga geoestática
se transmita radialmente hacia el pozo, lo cual puede propiciar el
colapso de la tubería de revestimiento

28. Este análisis se realiza para
saber que torque se le puede
aplicar a la TP sin dañar a la
misma y a sus conexiones.
A mayor Profundidad el torque
será mayor, debido a que las
paredes oponen fricción
torsional.

29. La ecuación anterior solo se cumple para
diseñar un eje con un ángulo menos a 3
grados. Para obtener la resistencia a la
Torsión despejamos T de la ecuación del
esfuerzo de torsión quedando la ecuación
de la siguiente manera:

30. En la industria Petrolera el cálculo de este
factor es muy importante ya que interviene
en varias etapas del proceso para perforar,
en el diseño de la sarta de perforación,
para saber que diámetros de tubería son
convenientes de usar en el pozo.

31. Fuerza Térmicas. Anteriormente, en el diseño
de las tuberías de revestimiento no se
consideraba el esfuerzo axial por cambios de
temperatura después de que la tubería es
cementada y colgada en el cabezal. Los
cambios de temperatura encontrados durante la
vida del pozo generalmente deben desecharse.
Cuando la variación de temperatura no es
mínima, debe considerarse el esfuerzo axial
resultante en el diseño de la tubería y en el
procedimiento de colgado. Algunos ejemplos de
pozos en los cuales se encontraran grandes
variaciones de temperatura son:
 Pozos de inyección de vapor.
 Pozos geotérmicos.
 Pozos en lugares fríos.
 Pozos costa fuera.
 Áreas con gradientes geotérmicos
anormales
FUERZAS TÉRMICAS

32. Es una herramienta desarrollada por la empresa TAMSA,
donde se clasifican los diferentes tipos de tuberías a usar en
la industria petrolera, así como sus especificaciones (Grado,
Driff, PI, PE, diámetro interno, diámetro externo, etc.),
especificando las fuerzas aplicadas a cada tuberías.

33. Diámetro Interno
de la Tubería
Tipo de Tubería (TR,
TP, Tub. Perforación,
Conducción)
Grado nominal
(API)
Alto Colapso
Tensión
soportada (x1000)
Peso por cada ft de
tubería(puede haber
mas de dos pesos por
tubería)
Colapso mínimo
Presión Interna
(Estallamiento)
Diámetro interno
Drift (Diámetro
Calibrador)

34. Contenido por subtema
3.4 Cambios en la longitud del
aparejo de producción
Efecto de pistoneo
Efecto de baloneo
Efectos de temperaturas
Combinación de efectos

35. Cambios en la longitud
del aparejo de
producción.

36. Efecto de pistoneo
El efecto de pistón se basa en la Ley de Hooke
 Este efecto provoca un acortamiento si la
presión es mayor en el interior de la tubería y
un alargamiento si la presión es mayor en el
espacio anular entre el aparejo y la tubería de
revestimiento.

37. Efecto de baloneo (aglobamiento)
 Cuando la presión interna en un aparejo de producción es mayor que
la presión externa, los esfuerzos radiales que actúan sobre la pared
generan una expansión (aglobamiento) del tubo, este fenómeno causa
una contracción longitudinal del aparejo.
 Caso contrario ocurre cuando la presión externa es mayor que la
presión interna y se produce una elongación de la tubería.

39. Efectos de temperatura
 También se debe considerar el
alargamiento del aparejo durante la
producción del pozo, pues la
transferencia de calor de los fluidos
del yacimiento a la tubería causan
elongación de la misma, lo que
provoca una carga sobre el
empacador, o hasta una deformación
del aparejo de producción.
Δ
t
Δ
t
Δ
t

40. Combinación de efectos
 Estos cambios pueden ser positivos o negativos y generar grandes
esfuerzos en la tubería y/o empacador.
 Por lo anterior, se debe diseñar el aparejo de producción
considerando todos los cambios de presión y temperatura que se
pudiesen presentar, con la finalidad de considerar los movimientos
y cambios de esfuerzos de la tubería, y así evitar un problema
serio.