Ejercicio cañería de producción de 7

7/28/2019 Ejercicio caera de produccin de 7

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Se tiene una caera de produccin de 7 TRC-95; 35 lb/pie; ID= 6.004 de 0 a 1500 mts., una de 7 N-80;

38 lb/pie; ID=5.992 de 1500 a 3000 mts. Y una de 7 P-110; 35 lb/pie; ID= 6.004 de 3000 a 4500 mts. El

tope del cemento se encuentra a una profundidad de 3000 mts, la tubera se encuentra colgada en el

cabezal de 10 x 7 : para alojar la tubera en las cuas del cabezal se aplic una tensin del 70% de su

peso libre, adems presenta un traslape de cemento de 100 mts. Con respecto a la caera intermedia de

10 N-80; 51 Lb/pie. La ltima etapa fue perforada con lodo de 1.6 gr/cc utilizando trepano de 8 y enla etapa de 10 se utiliz fluido de 1.3 gr/cc. El intervalo a probar se encuentra a una profundidad media

de 4450 mts.

Disear a cargas mximas un arreglo de produccin combinado para dimetros de 2 7/8 y 2 3/8

considerando la mejor opcin tcnica-econmica, considerar 2200 metros de tubera de 2 7/8, el arreglo

ser introducido en seno de agua dulce, la profundidad de anclaje del packer ser de 70 mts. Arriba del

intervalo a probar.

Realizar las grficas de diseo a la tensin, colapso y reventamiento (Presin interna).


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Tubera disponible a considerar:

Considerar que un tramo equivale a 12 m.

Tipo de Tubera Tramos Precio por metro de la tuberaTubera de produccin de 3 P-105 12.7 #/ft 100 9Tubera de produccin de 3 N-80 9.2 #/ft 200 8

Tubera de produccin de 3 N-80 12.7 #/ft 100 9Tubera de produccin de 3 TRC-95 9.2 #/ft 200 10

Tubera de produccin de 3 TRC-95 12.7 #/ft 200 11Tubera de produccin de 3 P-105 9.2 #/ft 100 8Tubera de produccin de 2 7/8 N-80 6.4 #/ft 200 3

Tubera de produccin de 2 7/8 N-80 8.6 #/ft 200 4Tubera de produccin de 2 7/8 TRC-95 6.4 #/ft 100 6

Tubera de produccin de 2 7/8 TRC-95 8.6 #/ft 200 7

Tubera de produccin de 2 7/8 P-110 6.4 #/ft 200 4Tubera de produccin de 2 3/8 P-110 4.6 #/ft 200 2

Tubera de produccin de 2 3/8 N-80 4.6 #/ft 200 1

Solucin

Para disear el arreglo de produccin se tiene que realizar un perfil de temperaturas para determinar la

profundidad donde se pueden tener problemas de corrosin por efectos de la temperatura y presencia de

gases cidos (CO2 y H2S).

La corrosin puede ser definida como la alteracin y degradacin de un material por su medio ambiente ylos principales agentes que afectan a las tuberas son gases disueltos ( O2, CO2 y H2S ), sales disueltas (cloros,

carbonatos y sulfatos) y cidos.

La corrosin deteriora el acero, lo cual reduce drsticamente las propiedades mecanicas de la tubera. Por

lo tanto, es fundamental detectar ambientes agresivos que propician este fenmeno para seleccionar

correctamente el acero a emplear, y asi prevenir el deterioro del tubo, pues si esto ocurre, estara en riesgo

la integridad del pozo.

La corrosin puede ocurrir durante la vida productiva del pozo reduciendo el espesor de la tubera,

produciendo prdida de acero en ciertos lugares o picaduras (pitting). Este fenmeno se incrementa

conforme aumenta la concentracin de agentes corrosivos, tales como: O2, CO2 y H2S.

Presiones Parciales

Pparcial = Presin a la profundidad de inters durante la produccin del pozo * %mol (CO2 , H2S).

Para determinar el nivel de corrosin esperado en el pozo se determina la presin parcial de los gases

presentes y se emplea la siguiente tabla.


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Ejemplo:

P= 1500 PSI (Cabeza de Pozo)

% CO2 = 9.641 (Pozo SRW-X5 YPFB Chaco)

Pp CO2 = 1500 * (9.641/100) = 144.615 Psi

De acuerdo al ejemplo: El nivel de corrosin esperado es alto (144.615 PSI > 30 PSI) y el grado de acero

recomendado es TRC-95.


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Efecto de la temperatura sobre la resistencia del acero y la corrosin

El incremento de temperatura produce una disminucin en la resistencia a la cedencia de las tuberas. Otro

fenmeno causado por la temperatura es el efecto de la corrosin. La norma NACE indica que el H2S

incrementa su ataque al acero a temperaturas cercanas a 65 C. A temperaturas mayores, el efecto es

menor debido a que disminuye la solubilidad del acido sulfhdrico en el agua, y con esto la velocidad dereaccin generada por el hidrogeno. Sin embargo, experiencias en pozos petroleros han indicado que la

corrosin por sulfhdrico ocurre hasta a los 100 C.

El fenmeno por corrosin debido al CO2 tiene un comportamiento similar al del sulfhdrico con relacin a la

temperatura. El mximo ritmo de corrosin se presenta a temperaturas entre 60 C y 80C. Este

comportamiento se ilustra en la figura II.56

Es importante considerar estos efectos para hacer una seleccin adecuada de la tubera de produccin a un

costo mnimo, pues cuando el ambiente corrosivo no es muy severo, puede ser conveniente colocar tubera

especial para corrosin nicamente a partir de la profundidad donde se alcancen los 100 C a la superficie.

Considerando que los mayores efectos de corrosin se darn a 75C con esta temperatura vamos a

determinar la profundidad mnima donde debe colocarse una Tubera de produccin resistente a la

corrosin.

Si tenemos los siguientes datos:

Temperatura de superficie = 28CGradiente de temperatura estatico = 0.0224 C/m.

Tfondo= Tsuperficie + (Gradiente de temperatura * Profundidad) (1)


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Tfondo= 28 C + (0.0224 C/m * 4450 m) = 127.68 C

Se realiza una grfica Profundidad vs. Temperatura, y con la temperatura de 75 C interceptamos elgradiente de temperatura y obtenemos la profundidad hasta donde se va a bajar una tubera resistente a lacorrosin.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 10 1 20 1 30 1 40

Profundidad(mts)

Temperatura (C )

Perfil de Temperatura

De acuerdo a grafica la tubera resistente a la corrosin debe colocarse a 2100 m. (Considerando 2200 m.)

Mtodo Terico.

Despejando ecuacin 1.

Profundidad =

Profundidad = = 2098.21 = 2100 m.

Considerando las tuberas que son resistentes a la corrosin y el precio de cada una el arreglo es elsiguiente:

0 2200 m. Tubera de Produccin 2 7/8 Resistente a la corrosin

2200 4380 m. Tubera de Produccin 2 3/8 Resistente al colapso


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Las tuberas seleccionadas de acuerdo a los criterios tcnicos econmicos sern:

La tubera de 2 7/8tiene que ser resistente a la corrosin y de acuerdo a la tabla II.11 el acero

recomendado es el TRC-95; luego las tuberas disponibles que se tienen de este grado son de :

Tipo de Tubera Tramos Precio por metro de la tubera

Tubera de produccin de 2 7/8 TRC-95 6.4 #/ft 100 6Tubera de produccin de 2 7/8 TRC-95 8.6 #/ft 200 7

Si cada tramo equivale a 12 metros; entonces la tubera 2 7/8 TRC-95 6.4#/ft no cumple con la longitudrequerida (1200 m. < 2100 m.) considerando que era la ms econmica.

Entonces la que tenemos que considerar es la Tubera de produccin de 2 7/8 TRC-95 8.6 #/ft que sicumple con la longitud requerida (2400 m. > 2100 m.) pero es ms costosa.

Para la seleccin de la tubera a la profundidad de 2100 4380 mts. Tenemos que considerar la tubera quesea resistente al colapso. (P-110, TAC-110, TAC-140).

Las tuberas disponibles de 2 3/8 son las siguientes:

Tipo de Tubera Tramos Precio por metro de la tubera

Tubera de produccin de 2 3/8 P-110 4.6 #/ft 200 2Tubera de produccin de 2 3/8 N-80 4.6 #/ft 200 1

La tubera a considerar es la P-110 por tener mayor resistencia al colapso que la N-80 aunque seas de mayor

costo.

De tablas:

OD (pulg.) Peso (#/pie) ID (pulg.) Grado R. Colapso (PSI) R. Presin Interna (PSI)

2 3/8 4.6 1.995 P-110 16130 154002 3/8 4.6 1.995 N-80 11780 11200

Luego se procede a realizar los diseos a la tensin, al colapso y reventamiento mediante el mtodo de

cargas mximas para verificar si las tuberas de produccin seleccionadas soportan las diferentes

condiciones posibles de operacin del pozo.

DISEO A LA TENSION

Consideracin de operacin.- Tubera colgada en el aire.

Las tuberas seleccionadas son:

De tabla completamos los siguientes datos:


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Longitud (m.) OD (pulg.) Peso (#/pie) ID (pulg.) Grado R. Colapso (PSI) R. Presin Interna (PSI) R. Tensin (Lbs.)

0-2200 2 7/8 8.6 2.259 TRC-95 18170 17810 ?2200-4380 2 3/8 4.6 1.995 P-110 16130 15400 ?

Wtotal = W1 (TRC 95) + W2 (P 110)

W x= Peso unitario (lbs/pie) * Longitud (pies)

Wtotal = [(8.6 lb/pie * 2200 m) + (4.6 lb/pie * (4380-2200) m.)]*3.281 = 94978.388 Lbs.

Determinar la Resistencia a la tensin de cada tubera:

Resistencia a la tensin para la tubera TRC 95:

T = As* Fx

Donde:

As = rea seccional de la Tubera

Fx = Esfuerzo de cedencia de la tubera * 1000

TTRC-95 =

*(2.8752 - 2.2592 )* 95000 = 235966. 34 Lbs.

Resistencia a la tensin para la tubera P 110:

Tp-110 =

*(2.3752 - 1.9952 )* 110000 = 143465.54 Lbs.

W1

W2


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Estos valores se deben corregir con los respectivos factores de seguridad (1.4, 1.6, y 1.8)

Para la tubera TRC 95:

Para la tubera P 110:

Profundidad Tension (Mlbs - 1,8) Tension (Mlbs - 1,6) Tension (Mlbs - 1,4)

0 131,092 147,479 168,547

2200 131,092 147,479 168,547

2200 79,703 89,666 102,4754380 79,703 89,666 102,475

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Profundidad(m)

Tensin (MLbs)

Diseo a la Tensin

Peso de laTuberiaFs - 1.8

Fs - 1.6

Fs - 1.4


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Como margen de seguridad la resistencia de la tubera cuando se aplica un factor de 1.8 debe estar arriba

de la carga mxima de la tubera en un >(30-40 % de su peso), esto es:

Margen de seguridad = Resistencia de la tubera (1.8) Peso de la tubera => (30 -40 % del peso de la

tubera)

MS = 131.092 Mlbs. 94.978388 Mlbs = 36.1136 Mlbs

94.978388 100%

36.1136 x

X = 38.02 % (Cumple con las condiciones de operacin de diseo a la tensin)

DISEO AL COLAPSO

Consideracin de operacin. Tubera de produccin vaca.



0-2200 2 7/8 8.6 2.259 TRC-95 18170 17810 235966.34

2200-4380 2 3/8 4.6 1.995 P-110 16130 15400 143465.54

Pc

V

a

c

i

o


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Determinamos la Presin Hidrosttica en el espacio anular:

Ph = 0.052 * Densidad del fluido de terminacin * altura(profundidad del packer)

Ph = 0.052 * 1 gr/cc*8.33*4380m * 3.281 = 6224.847 PSI = Pc

- Carga al colapsoPc1 = 0 Psi (Superficie)

Pc2 = 6224.847 Psi (Profundidad del packer)- Contrapresin

No existe contrapresin porque la tubera est vaca.

- ResultantePcx = Carga al colapso (Contrapresin = 0)

Pcx1 = 0 Psi.

Pcx2 = 6224.847 Psi.

- Lnea de diseo (Factor de seguridad = 1.125)Pcd = Resultante * Fs

Pcd1 = 0 * 1.125 = 0 Psi

Pcd2 = 6224.847*1.125 = 7002.956 PSI

Tenemos un margen de seguridad de (16130 psi 7002.956 Psi = 9127 Psi ) Cumple con el diseo al

colapso!!

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000

Profundidad(m.)

Presin (PSI)

Diseo al Colapso

Carga alcolapsoLinea de diseo

TRC - 95

P-110


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DISEO AL REVENTAMIENTO

Consideracin de operacin. Fracturamiento Hidrulico o Cierre de Pozo.

El fracturamiento hidrulico consiste en mezclar qumicos especiales e inyectarlos a la zona productora a

una presin y caudal suficiente como para abrir y expandir hidrulicamente una fractura. Primeramente sebombea un colchn para iniciar una fractura y extender su propagacin; ste es seguido por una solucin

gelatinosa mezclada con agente de sostn que contina la extensin de la fractura y transporta al agente de

sostn a travs de la misma. Finalmente luego de finalizado el bombeo, el fluido de fractura es retirado del

pozo, quedando una fractura empacada altamente conductiva que facilita el flujo de los hidrocarburos del

reservorio al pozo.



0-2200 2 7/8 8.6 2.259 TRC-95 18170 17810 235966.34

2200-4380 2 3/8 4.6 1.995 P-110 16130 15400 143465.54

Determinacin de la presin de bomba en superficie (Sin considerar prdidas de carga por friccin en la

tubera)

- Presin de fractura = P bomba en superficie + Presin hidrosttica

Pc

Pr


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Presin de fractura = Gradiente de fractura de formacin * profundidad de la formacin productora

- Presin de fractura (Dato) = 801 kg/cm2* 14.22

= 11390.22 PSI

- Presin hidrosttica = 0.052 * 1 gr/cc*8.33*4380 m*3.281 = 6224.847 PSI- Presin de bomba en superficie = 11390.22 6224.847 = 5165.373 PSIDeterminamos la presin equivalente a la altura del packer:

- Carga al reventamientoPr1 = 5165.373 Psi (Presin de bomba en superficie)

Pr2 = 11390.22 Psi (Mxima presin)

- Contrapresin (Espacio Anular)Pc 1= 0 Psi (en superficie)

Pc2 = 6224.847 Psi (En el packer)

- ResultantePrx = Carga al reventamiento

contrapresin

Prx1 = 5165.373 0 = 5165.373 PSI (Superficie)

Determinamos la presin equivalente a la altura del packer (Prx2)

Prx2 = 3342.938 PSI

- Linea de diseo (Factor de seguridad = 1.25)Prd = Prx1 * Fs (1.25)

Prd1 = 5165.373 Psi * 1.25 = 6456.716 PSI


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Prd2 = 3342.938 Psi * 1.25 = 4178.672 PSI

Tenemos un margen de seguridad de (15400 psi 4178.672 Psi = 11221.328 Psi) Cumple con el diseo al

reventamiento!!

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

Profundidad(mts.)

Presion (PSI)Diseo al reventamiento

Contrapresin

Resultante

Carga alreventamientoLinea de diseo

TRC-95


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