Pozos Térmicos y Esfuerzos

ESFUERZOS, PROBLEMAS Y COMPLETAMIENTO DE POZOS

TRMICOS

Mtodos de recobro

Camila Andrea Romero Sierra 2102392Carlos Andrs Snchez Snchez 2104673Mayerly Durn Camargo 2102359

Grupo D1.1015/09/15

1. Esfuerzos

2. Causas de las fallas en pozos trmicos

3. Diseo del completamiento

4. Tecnologas usadas

5. Conclusiones

Tabla de contenido

Recuperacin trmica

Introduccin

, Sor , Eficiencia Areal

Inyeccin cclica de vapor

Inyeccin continua de vapor

Drenaje asistido por gravedad (SAGD)

Combustin in situ

Fuente: La importancia del crudo pesado, Olfield Review, 2006.

LIMITADO POR ESFUERZOS TRMICOS

Introduccin

POZOS TRMICOS POZOS NO TRMICOS

Mayor grado de tubera Grado normal de tubera

Uniones largas Uniones cortas

Tipo de rosca cuadrada Tipo de rosca triangular

Cemento especial con aditivos

Cemento normal

Compresin

Tensin

Fuente: Autores

1. Esfuerzos

Flexin

Cizalladura

Punto de Cedencia

Fuente: Autores.

1. Grfica Esfuerzo- DeformacinEs

fue

rzo

DeformacinRegin Elstica

Regin Plstica

Fractura

Regin Elstica

Deformacin restaurable.

Modulo de Young (E)E Rigidez del material

Regin Plstica

Deformacinpermanente

Endurecimiento por deformacin

Estriccin

Fuente: Autores.

1. Relacin Grados de tubera

GradoCedenciamnima

Cedenciamxima

J-55 55 000 60 000

N-80 80 000 95 000

T-95 95 000 105 000

P-110 110 000 125 000

Cedenciamnima

Esfu

erz

o

Deformacin

Cedenciamxima

1. Cambios en la temperatura

2. Eleccin inadecuada del revestimiento

3. Calidad pobre de cementacin

4. Aislamiento trmico poco efectivo

5. Arenamiento

2. Causas de las fallas en pozos trmicos

0Ten

si

nC

om

pre

si

n

Esfu

erzo

TTM

Temperatura de la formacin

2.1 Cambios en la Temperatura

Fuente: Autores.

El grado de la tubera no es el adecuado

Resistencia a los esfuerzos

No soporta la dilatacin y/o restauracin de la tubera

TensinCompresin

2.2 Eleccin inadecuada del revestimiento

2.3 Calidad pobre de cementacin

Esfuerzos trmicos

Compresin (Calienta)

Tensin (Enfra)

Resistencia a la Compresin

Resistencia a la Tensin

(E) formacin

(E) formacin

Resistencia del Cemento

http://www.rabe-web.com/prod_cementos_lomanegra.asp

2.3 Calidad pobre de cementacin

T > 230 F

Perdida de la resistencia del

cemento

Pandeo o Buckling

Fuente: Autores

Tuberas aisladas Empaques trmicos

http://www.cstl.ca/products/vacuum-insulated-tubing-vit/

Fuente: Autores

2.4 Aislamiento trmico poco efectivo

Fuente: Autores

2.5 Arenamiento

Se debe a: Formaciones someras Temperatura del vapor

inyectado

Cementacinrevestimiento formacin

Deformacin transferida al revestimiento

Deslizamiento relativo, friccin en revestimiento

Debe disearse teniendo encuenta los esfuerzos trmicosgenerados por las altastemperaturas.

Efecto de la temperatura sobre el revestimiento.

Cementacin. Aislamiento trmico de los

pozos. Equipo de fondo:

empaquetamiento con grava.

Fuente: Autores

Revestimiento

Fluido aislante o aire

Empaquetamiento con grava

Empaque trmico

Juntas de expansin

Cemento trmico

Tubera aislada


1. Eleccin del revestimiento

2. Cementacin

3. Liner ranurado y empaque con grava

4. Aislantes y empaques trmicos

5. Uso de juntas de expansin


3.1 Eleccin del revestimiento

Fuente: Thermal Well Casing Failure Analysis, SPE 36143, 1996.

Esfuerzo trmico

S =

S = 203

= 29 106 psi

Donde:: coeficiente de expansin trmica, 1/F.T: incremento de la temperatura del revestimiento, F.E: modulo de elasticidad, psi.S: esfuerzo, psi.

Elongacin trmica

=

= 7 106 1/F

Donde:: coeficiente de expansin trmica, 1/F.T: incremento de la temperatura del revestimiento, F.L: longitud del revestimiento, ft.L: expansin lineal, ft.

Ejemplo prctico

S = 203

Longitud del revestimiento = 1500 piesT = 400FPresin= 1200 psiRevestimiento disponible = N-80

S = 203(400)

=

Grado APIYield Strenght

(min), psi

H-40 40.000

J-55 55.000

K-55 55.000

C-75 75.000

L-80 80.000

N-80 80.000

C-90 90.000

C-95 95.000

P-105 105.000

P-110 110.000


=

= 7 106(400)(1500 )

= ,

Esfuerzo trmico:

Elongacin trmica:


Recomendaciones generales para conexiones de revestimiento en pozos trmicos:

Tener una resistencia mayor o igual al cuerpo de la tubera.

Proporcionar un sellado adecuado bajo las condiciones trmicas previstas.

La seleccin de un adecuado componente roscado es una parte integral del diseo de conexin y debe corresponder correctamente con el tipo de conexin seleccionado.

Conexiones del revestimiento


Tipos de conexiones

Conexin roscada API-RoundLTC Y STC

Conexin roscada API-ButtressBTC

Fuente: Analysis of Casing Connections Subjected to Thermal Cycle Loading , SIMULIA Costumer Conference, 2010.

Incremento de temperatura permisible en los acoples

Tipo de acopleIncremento de

temperatura, F

J55 LTC 235

N80 LTC 340

N80 BTC 445

Fuente: Thermal Well Casing Failure Analysis, SPE 36143, 1996.


API Roscas 8RD

Tipos de roscado


API Roscas Buttress

Fuente: www.tenaris tavsa.com

3.2 Cementacin

Eleccin adecuada del cemento y realizacin de prcticas de cementacin apropiadas

Bajos topes de cemento

Pobre cementacin

Retrogresin del cemento

Elongacin trmica y pandeo del revestimiento

3.2 Cementacin

Clase de cemento Profundidad, Ft Temperatura, F

A Sup-6000 170

B Sup-6000 170

C Sup-6000 170

D 6000-10000 230

E 10000-14000 290

F 10000-16000 320

G y H Sup-8000 200

Clases de cemento segn el API

Fuente: Modulo I: Cementos petroleros y sus propiedades, 2011.

3.2 Cementacin

Consideraciones para el diseo de cementacin:

Cementacin del revestimiento hasta la superficie.

Propiedades trmicas del cemento estables.

Buena adherencia del cemento al revestimiento y formacin.

Fuente: Autores

3.3 Liner ranurado y empaque con grava

Para el control de produccin de arena

Debe considerarse el tamao de los granos de arena.

La grava debe ser resistente a los esfuerzos

Liner ranurado

Grava

3.4 Aislantes y empaques trmicos

Minimiza esfuerzos trmicos

Minimiza fallas en el cemento

Minimiza prdidas de calor hacia el casing y

formacin

Previene el estallido del revestimiento si la Piny

es muy alta

La manera normal de controlar la temperatura del revestimiento es utilizando un aislante trmico en la sarta de inyeccin.

3.4 Aislantes y empaques trmicos

El uso de empaques resistentes a la temperatura, logran evitar el calentamiento del revestimiento.

Empaque tipo copas (cup packer): para ser sentados en liners ranurados

Empaque trmico IE: con junta de expansin incorporada

Fuente: http://www.parkoservices.com.co

3.5 Uso de juntas de expansin

Permite que la tubera se expanda y/o contraiga sin

perder su integridad

Conectores flexibles

previenen la transmisin de cualquier movimiento a los componentes fijos

Fuente: http://www.parkoservices.com.co

Segundo campo depetrleo mas grandede China.

Se encuentra en eldelta del ro Amarillo,en el norte de laprovincia deShandong.

Crudo Pesado

Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Shengli_Oil_Field

4. Nuevas tecnologas Campo Shengli

4. Tecnologas para prevenir fallas en el revestimiento Campo Shengli

1. Cementacin pre esfuerzo

2. Uso de cabeza de revestimiento

3. Compensador de esfuerzos trmicos

4. Tubos de aislamiento de Rendimiento

5. Sistema de cemento de T

6. Revestimiento especial

7. Temprano control de arena

4.1 Cementacin pre esfuerzo

Aplicacin de un esfuerzoal revestimiento antes dela solidificacin delcemento.

Elongacin

Para aplicar un preesfuerzo la parte inferiordel revestimiento debeestar bien anclada. Herramienta Anclaje

tierra

TANG Zhijun, ZHOU Yanjun, JIA Jianghong. Technology for improving life of thermal recovery well casing. CSCanada Advances in Petroleum Exploration and Development, vol 5 No. 1, 2013, pp. 71-76.

4.2 Usando cabeza de revestimiento

Resiste T y P

Facilita la operacin de cementacin Pre-esfuerzo


4.3 Compensador de esfuerzos trmicos

Permite una cierta deformacin elstica axial que mitiga el estrs trmico y restringe el esfuerzo interno dentro de los

lmites de rendimiento.

Tipo Pin Inteligente

Se usan en el campo 2 Tipos:


4.3 Compensador de esfuerzos trmicos Tipo Pin

Tubo central Pin

Llave plana

Tubo limite

Sello

Tubo exterior

Anillo colectorRelleno de goma

Conector Unin

Modificado de: TANG Zhijun, ZHOU Yanjun, JIA Jianghong. Technology for improving life of thermal recovery well casing. CSCanada Advances in Petroleum Exploration and Development, vol 5 No. 1, 2013, pp. 71-76.

4.3 Compensador de esfuerzos trmicosTipo Inteligente

Casquillo deslizante

Cilindro de aceroTubo corto

Acople al revestimiento

Tubo corto

Cilindro exterior

Anillo de bloqueo

llave Pistn Cilindro interno

Modificado de: TANG Zhijun, ZHOU Yanjun, JIA Jianghong. Technology for improving life of thermal recovery well casing. CSCanada Advances in Petroleum Exploration and Development, vol 5 No. 1, 2013, pp. 71-76.

4.3 Compensador de esfuerzos trmicos

Tipo

Resistencia a la

Tensin (KN)

Resistencia al

Colapso (Mpa)

Temperatura de

Trabajo(C)

Presin de

Trabajo

(Mpa)

Dimetro

externo (mm)

Dimetro

Interno (mm)

Expansin

(mm)

Pin 7 2660 26,9 350 20 219 160 150

Inteligente 7

2660 26,9 350 20 219 160 160


4.4 Tubos de aislamiento de Rendimiento.

Caracterstica

Tubera Ordinaria

Tubera de aislamiento de

alto rendimiento

Coeficiente de

conductividad

trmica

56,5 W/(m)

< 0.003 W/(m).

esfuerzo equivalent

e del revestimie

nto

552 MPa 200 MPa

Temperatura de vapor: 350C

Presin de inyeccin de vapor:

20MPa

Revestimiento con espesor de pared:

9,19mm


4.5 Sistema de cemento de T


NO.

RESISTENCIA A LA COMPRESIN DEL CEMENTO

CONVENCIONAL(MPa)

RESISTENCIA A LA COMPRESIN DEL

NUEVO CEMENTO(MPa)

280C 320C 350C 280C 320C 350C

1 16.5 12.40 4.5 15.3 14.5 13.9

2 17.6 11.02 4.0 13.5 13.0 12.7

3 18.9 12.4 4.2 15.6 14.3 14

4.6 Revestimiento especial

Acero tradicional Acero Cr-Mn

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

0 100 200 300 400

Re

sist

en

cia

a la

ce

de

nci

a(M

pa)

Temperatura C

N80

FRT110H


4.7 Temprano control de arena

Tubo ranurado Unin



4.7 Temprano control de arena

5. Conclusiones

1. Los esfuerzos generados por cambios de temperatura son la principallimitante de los pozos trmicos y as mismo los cambios detemperatura son la mayor causa de las fallas ocurridas en este tipo depozos.

2. El factor importante en procesos trmicos es llevar a cabo unadecuado diseo del completamiento y el uso de tcnicas apropiadasde cementacin, considerando la variacin de temperatura que sepuede llegar a alcanzar.

3. A travs del uso del revestimiento trmico, tubos de aislamiento dealto rendimiento, sistema de lechada de cemento a alta temperaturay otras medidas tcnicas, la vida del revestimiento del pozo se puedemejorar y puede reducir los daos del revestimiento con eficacia.

Bibliografa

ROA GONZALES Deisy, MUOZ N. Samuel, ORTIZ Wilson, SIERRA Diana.problemas operacionales frecuentes durante procesos de inyeccin cclica devapor.Revista fuentes: El reventn energtico. Vol 5 N2.2007.

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CRABTREE Mike, ESLINGER David, MATT M. Phil Fletcher, JOHNSON Ashley, KINGGeorge. la lucha contra las incrustaciones-remocin y prevencin. En: oildfieldreview. Vol. 11, 1999.

TAYLOR Shawn, FELIX Joao, ALBOUDWAREJ Hussein, et al. la importancia delpetroleo pesado. En: oildfield review. Vol. 18, 2006.

XIE Jueren, TAO Gang. Analysis of casing connections subjected to termal cycleloading. C-FER Technologies. SIMULIA customer conference, Canada, 2010.

Bibliografa

MAHARAJ. G. Thermal Well Casing Failure Analysis. SPE-36143-MS,1996

PLACEDO Joao, ADEMAR P., LUTZ Paulo, et al. Stress-Analysis of Casing StringSubmitted to Cyclic Steam Injection. SPE-38978-MS. 1997

ROA GONZALES Deisy. Anlisis e interpretacin de yacimientos sometidos ainyeccin cclica de vapor mediante analogas. Bucaramanga, 2005. Trabajo degrado (ingeniero de petrleos). Universidad industrial de Santander. Facultadfisicoqumica. Escuela ingeniera de petrleos.

TANG Zhijun, ZHOU Yanjun, JIA Jianghong. Technology for improving life ofthermal recovery well casing. CSCanada Advances in Petroleum Exploration andDevelopment, vol 5 No. 1, 2013, pp. 71-76.

WU Jiang, et al. Casing temperature and stress analysis in steam injection wells.SPE international oil & gas conference, China, 2006. SPE 103882.

GRACIAS

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