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8/16/2019 Tuberías- Propiedades y Esfuerzos
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2DETERMINACIÓN DE LAS
FUERZASAPLICADAS YSUS EFECTOS
A LA TUBERÍADEEXPLOTACIÓN Y
PRODUCCIÓN
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Presentan:
Brandt Morales Manuel Alberto Godínez Gil Alejandro Heredia Valdés Miguel Ángel
Marroquín León José Alejandro Ortis Jiénez Joel !gna"io #érez $oínguez Ví"tor Leonardo
Terminai!n " Mantenimient# $e P#%#s IP&'()
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)*PROPIEDADESDE LASTUBERÍAS
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PROPIEDADES DE LASTUBERÍAS
Las características principales que debenobservarse en las tuberías de revestimiento(TRs) y tuberías de producción (TPs) son:
▸ Diámetro nominal
▸ Peso nominal▸ Drit▸ !rado▸ Resistencia a la tensión▸ Resistencia al colapso
▸ Resistencia al estallamiento▸ Resistencia a la corrosión
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DI+METRO
NOMINALSe re,ere a- $i.metr# interi#r $e/n t/0#*
Siem1re $e0e tenerse en /enta
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"ace reerencia al peso de la tubería por unidad delon#itud$%sta característica es utili&ada principalmente para
identi'car la tubería de revestimiento durante el
PESO
NOMINAL
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Tambin llamado diámetro de calibrador* sere'ere+ independientemente del diámetrointerior+ al diámetro má,imo que una
-erramienta puede tener para ser corrida en
DRIFT
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Representa la calidad del acero$ Depende de lacantidad proporcional de carbono+ molibdeno+cromo y otros elementos presentes en laaleación$%sta de'nido por una letra (#rado de acero
se#.n abricación) y un n.mero+ que indican elesuer&o a la cedencia mínima del acero$
6RADO
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%l apare/o de producciónesta sometido a dierentesesuer&os debido a lascondiciones de operación
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RESISTENCIAA LATENSIÓN0posición a la cedencia por el área transversalde la tubería$11$2apacidad que tiene la tubería para resistir su
propio peso cuando es introducida
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RESISTENCIA AL
COLAPSO%s la uer&a capa& de deormar un tubo poreecto de presiones e,ternas$La resistencia al colapso es unción de la uer&a
de cedencia del material y de relación de
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TIPOS DECOLAPSO
20L3P40%L54T620
2PL
20L3P40D%
TR37462687
20L3P40 D%2%D%7263
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COLAPSO A UNA SUPUESTA CALIDADDEFICIENTE DE LAS TUBERÍAS* SIN EMBAR6O8ESTUDIOS SE9ALAN UN CONUNTO DEFACTORES CAUSALES
Des#aste dela TR
9actores
2ausales del2olapso
Depresionamientosinadecuados
Des#aste porpandeo
-elicoidal
6ncrementode presióne,terior portemperatura
2ar#as#eostáticas
porormacionesplásticas yactividadtectónica
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RESISTENCIA
LESTALLAMIENT
OLa alla por estallamiento de una tubería es una condicimecánica que se #enera por la acción de car#as presión actuando por el interior de la misma$
resistencia que opone el cuerpo del tubo se denomi
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RESISTENCIAA LA
CORROSIÓNLa #rr#si!n es $e,ni$a #m# e-$eteri#r# $e /n materia- met.-i# a
#nse/enia $e /n ata2/e 2/5mi#
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CLASIFICACIÓN DE LACORROSIÓN
Porpicaduras
2orrosión".meda
Locali&ada
6nter#ranular
!alvánica
De racturaba/o tensión
Por cavidades
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FACTORES DE DISE9O
Los eectos de car#a son separados de laresistencia de la tubería por un multiplicadorconocido como actor de se#uridad cuyaunción es tener un respaldo en el diseo+debido a la incertidumbre en determinar las
condiciones de car#a reales+ además delcambio de las propiedades del acero debido acorrosión y des#aste$
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%l actor de se#uridad es de'nidocomo la relación entre laresistencia del tubo y lama#nitud de la car#a aplicada$
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;* EFECTO DE LA
COMBINACIÓNDEDIFERENTESFUERZAS
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20L3P40 (%40
T%74687=20
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%l eecto bia,ial considera el cambio en laresistencia al colapso y presión interna debido ala tensión o compresión del apare/o$
EFECT
OBIAXIA
L
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es el esfuerzo cedente reducido equivalente
= esfuerzo a la cedencia nominal de la tuber
esfuerzo axial de la tubería
DONDE:
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EFECTOSRELE
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EFECTO
TRIAXIAL%l diseo tria,ial considera que en cada elemento de aceen la tubería act.an tres esuer&os sobre su super'cestos son el esuer&o a,ial+ radial y tan#encial$ La .ndierencia entre el concepto tria,ial y el bia,ial es que
se#undo considera el esuer&o radial i#ual a cero$
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DONDE:
= esfuerzo a la cedencia nominal de la tubería
esfuerzo axial de la tubería
= esfuerzo tangencial
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APLIC32IÓN DELCRITERIO TRIAXIAL4e trata de una de las teorías más undamentadas y
utili&adas en la teoría clásica de la elasticidad paracuanti'car la ma#nitud de los esuer&os que tomanlu#ar en un material para -acerlo allar$
%sta teoría se denomina >de la distorsión de laener#ía de deormación má,ima> propuesta
inicialmente por "enc?ey @on
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PROCEDIMIENTO DENORMALIZACIÓN
3 'n de determinar la resistencia de las
tuberías con este modelo tria,ial+ se reali&anlas si#uientes consideraciones:
A) Para evaluar la capacidad de resistencia a laalla por colapso:
▸)4uponer la 70 e,istencia de presión por elinterior de la tubería$
▸)4impli'car en trminos de presión e,terna laecuación del modelo tria,ial$
▸)Resolver la ecuación cuadrática resultante$
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%l resultado de loanterior representa enorma #rá'ca unaelipse cuyo contornosimboli&a la
resistencia al colapsopara las dierentescondiciones deesuer&o a,ial$
Para 'nesprácticos se utili&ala re#ión delprimer y se#undocuadrante de la
#rá'ca$ %s decir laparte positiva delas presionesresultantes$
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PROCEDIMIENTO DENORMALIZACIÓN
B) Para evaluar la capacidad de resistencia ala alla por estallamiento:
▸)4uponer la 70 e,istencia de presión por ele,terior de la tubería$
▸)4impli'car en trminos de presión interna laecuación del modelo tria,ial$
▸)Resolver la ecuación cuadrática resultante$
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PROCEDIMIENTO DENORMALIZACIÓN
C) Representación tria,ial:%n orma convencional representar las docurvas resultantes en un solo #rá'co+ tra&anden el primer y se#undo cuadrante la curva qu
representa la resistencia al estallamiento$ lse#unda curva+ que representa la resistencial colapso+ colocarla en el tercer y cuartcuadrante$
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%l resultado de aplicar este convencionalismo+#enera una elipse que representa los límitesde resistencia a la alla por colapso y porestallamiento a las dierentes condiciones deesuer&o a,ial$ %s decir+ se mane/an tresvariables para representar la resistencia delmaterial$ La cedencia del material queda
representada por la ma#nitud de la elipse$ ;npunto de inters en la elipse+ es elrepresentado a presión >E> sobre el e/e de lasabscisas+ y que representa la resistencia a latensión$
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EN CUENTA PARA EL USO
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EN CUENTA PARA EL USOADECUADO DEL MODELOTRIAXIAL
F %l modelo representa la resistencia de losmateriales en tuberías con una del#ade& G AH$%sto si#ni'ca que prácticamente está diri#ido adiámetros de tubería menores de I HJK>+ en virtudde suponer la aplicación de la teoría clásica de la
elasticidad y que en las relaciones de del#ade& AH 70 se -a /usti'cado$
F 4e debe evaluar una elipse por cada #rado detubería que se utilice$
F Toda condición de car#a uera del contorno de la
elipse se dice que está propiciando una condición
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=*FUERZASAPLICADAS ALAS TUBERÍASDERE
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PERFILES DE PRESIÓNEXTERNA
▸ %n la introducción de la tubería derevestimiento
▸ Durante la cementación de la tubería derevestimiento
▸Despus de cementada la tubería derevestimiento
▸ %ecto de la presión de ormación▸ %ecto de una ormación plástica▸ %ecto de la e,pansión de los Muidos en
espacio anular
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PERFILES DE PRESIÓNINTERNA
▸ Durante la introducción de la tubería$▸ Durante la cementación$▸ Pruebas de presión$▸ La -idráulica durante la peroración$
▸ Prdida de circulación$▸ La condición de un brote$▸ %stimulación o inyección de Muidos$▸ La producción de Muidos$
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CEDENCIA
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5
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RESISTENCIA ALCOLAPSO
20L3P40 %L54T620
20L3P40 D% TR37462687
20L3P40 PL54T620
20L3P40 D%2%D%7263
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COLAPSO
RELACIÓN6R+FICA
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COLAPSO DE CEDENCIA
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COLAPSO PL+STICO
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COLAPSO DE TRANSICIÓN
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COLAPSO EL+STICO
EEMPLO:
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RESISTENCIA ALCOLAPSO
2alcule el valor de la resistencia al colapso paraun tubo de BE in N=HH+ que tiene un espesor depared nominal de E$OCH in y un libra/e de ACC lbJt
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EEMPLO:>C#ntin/ai!n?
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EEMPLO:>C#ntin/ai!n?
RESISTENCIA AL
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RESISTENCIA ALESTALLAMIENTO O
PRESIÓN INTERNA
EEMPLO:
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EEMPLO:RESISTENCIA A LA PRESIÓNINTERNA & ESTALLAMIENTO
2alcule el valor de la resistencia al colapso paraun tubo de BE in N=HH+ que tiene un espesor dpared nominal de E$OCH in y un libra/e de ACC lbJt
RESISTENCIA A LA
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RESISTENCIA A LATENSIÓN
Donde:
T= resistencia a la tensión
Y= esfuerzo de cedencia del material
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EEMPLO:RESISTENCIA A LA TENSIÓN
2alcule el valor la resistencia a la tensión de un tubo d TR de BE in de diámetro+ N=HH+ que tiene un diámetro dpared de E$OCH in y un peso nominal de ACC lbJt$
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EEMPLO
2alcule la resistencia al colapso de una TR de BE in+ACC lbJt+ N HH+ para condiciones de servicio deA+EEE+EEE de lb de car#a a,ial de tensión y AEEE pside presión interna$Datos adicionales: Resistencia a la tensión nominaldel tubo: B+ABH+EEE lb resistencia al colapsonominal: AQE psi resistencia a la presióninterna: CEOE psi espesor de pared: E$OCH in ydiámetro interior del tubo: AK$IC in$
(colapso de transición)
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EEMPLO >CONTINUACIÓN?
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EEMPLO >CONTINUACIÓN?
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EEMPLO >CONTINUACIÓN?
EFECTOS DE LA
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EFECTOS DE LA TEMPERATURA
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@*CAMBIOS EN LALON6ITUD DELAPAREO DE
O CC O
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APAREO DEPRODUCCIÓ
NEs e- me$i# 1#r e- /a- se trans1#rtan -#3i$r#ar0/r#s $es$e e- "aimient# 3asta s/1er,ie*
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%l acero es un material elástico -asta ciertoslímites+ pues si una car#a de tensión esaplicada+ surirá una deormación$%l cambio de lon#itud del apare/o+ ori#inadopor cambios de presión y temperatura+ y
#enera #randes esuer&os en la tubería$
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CAMBIOS EN LA LON6ITUD
Los eectos que producen estos movimientosnetos del apare/o de producción son:
▸ Pistón▸ Salloonin# (a#lobamiento)▸ Temperatura
▸ 2ombinación de eectos
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%l eecto de pistón se basa en la ley de "oo?e+ y se debe dierencial de presión actuando sobre la dierencial de áentre la tubería de producción y el mandril del empacadoLa ley de "oo?e establece que el cambio en lon#itud
di t t i l l li d
EFECTO
PISTÓN
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2uando la presión interna en un apare/o de producciónmayor que la presión e,terna+ los esuer&os sobre la pa#eneran una e,pansión del tubo+ causando una contracclon#itudinal del apare/o$2uando la presión e,terior es mayor que la presión interse produce una elon#ación de la tubería$
EFECTOBALÓN
EFECTO DE
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%l cambio de lon#itud del apare/o+ ori#inado porcambios temperatura+ puede ser positivo o ne#ativo y#enerar #randes esuer&os en la tubería yJo
empacador cuando ste no permite el libremovimiento de la tubería$
%sto sucede cuando se reali&an operaciones durante laterminación+ e,plotación y mantenimiento del po&o+
l i d i b d d i ió
EFECTO DETEMPERATURA
Efecto de
temperatura
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Cambio de longitud de la
sarta de producción
Se contrae cuando existe inyección de fluidos a
temperatura de superficie, en el caso de
calentamiento del aparejo de producción, ya sea
por las condiciones de producción
Por la inyección de fluidos
una elongación
!o anterior sucede siempre y cuando
se tenga un mo"imiento libre de los
sellos multi#", de lo contrario se
producen fuer$as sobre el empacador
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DONDE: es e- #eiiente $e e1ansi!n trmia$e- aer# >);*@; )( ' C ( ?
GT es e- am0i# 1r#me$i# $e -atem1erat/ra*
%!& ' !%
LON6ITUD DESELLOS MULTI
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SELLOS MULTI&<O
COMBINACIÓNDE EFECTOS2uando se disea una terminación con el apare/o dproducción libre al movimiento+ se requiere introducir un
lon#itud de sellos multi=v que permita absorber laelon#aciones y contracciones #eneradas en la tubería$
%sta lon#itud se obtiene sumando al#ebraicamente total de los eectos previamente revisados mediante si#uiente ecuación: LT U LA V LB V LC V LQ
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LA U 2ambio de lon#itud de la tubería por eecto pistón (p#) LB U 2ambio de lon#itud de la tubería por alabeo o Suc?lin# ( LC U 2ambio de lon#itud de la tubería por eecto a#lobamiento o Salloonin# (p#)
í
LT 2ambio dlon#itud ne
total de tubería (p#)
RECOMENDACIONES 6ENERALES
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▸ ;na ve& que se conoce el cambio total delon#itud+ se selecciona tanto la cantidad de sellos
como la lon#itud inicial entre el tope locali&ador yel empacador$
▸ La ecuación anterior tambin puede ser empleadapara determinar la cantidad y posición de las
/untas de e,pansión$▸ ;na práctica com.n de compensación de posibles
acortamientos de apare/o de producción+ comoresultado de los cambios de presión ytemperatura durante las dierentes
RECOMENDACIONES 6ENERALES >CONTINUACIÓN?
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▸ %l cambio de lon#itud de/ada sobre el empacadorse calcula con la si#uiente ecuación:
▸ La selección adecuada de la tubería de producciónse determina calculando las presiones a que será
sometida tanto en el espacio anular(revestimientoWapare/o de producción) como en elinterior$
▸ La tubería seleccionada debe ser capa& desoportar tanto la presión al colapso como la
RECOMENDACIONES 6ENERALES>CONTINUACIÓN?
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▸ Respecto a la tensión+ se tiene que considerar elpeso de la tubería y los eectos #enerados por los
cambios de presión y temperatura+ los cualesproducen esuer&os de tensión o compresión+dependiendo del sistema empacadorW apare/o deproducción$
▸ La secuencia de cálculo para determinar laresistencia de la tubería al colapso+ presión interna ytensión+ así como los esuer&os #enerados en elapare/o por los cambios de presión y temperatura+ esun proceso muy laborioso+ por lo que se recomienda
ADICIONAL EN:
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▸ Terminación1 C$ !uía de disapare/os de producción 1
%YPL0R32687 PR0D;22687▸ 2urso de Terminación de Po&o
Raael @ias Rodrí#ue& 1 3#ost▸ 2apacidad de resistencia de t
petroleras 1 Sravo @alle/o 23le/andro et al$
▸ PR07T;3R60 1 Tenaris Tamsa
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6raiasH
A-J/na1reJ/ntaK
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