diseñoaparejos

5/20/2018 diseoaparejos

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Diseos de aparejos de produccin

Josu Lpez G.Sept-2004

Diseo de Aparejos

deproduccin


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Que es un aparejo de produccin?

El aparejo de produccin es el medio por el cual se transportanlos hidrocarburos del yacimiento a la superficie, este debe

soportar ntegramente las presiones y los esfuerzos a que es

sometido durante las operaciones:

InduccionesPruebas de admisinEstimulacionesFracturamientosEtapa de produccinRecuperacin del aparejoControl del pozo

Considerando

ambientes

corrosivos


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Sistema yacimiento - pozo

Pth

Pwf Pws

Yacimiento

Roca sello

Empacador deproduccin

FluidoEmpacador(libre de slidos)

Aparejo deproduccin

Contacto w / o

Separador

Fuerzas a la que es sometido un Aparejo

.- Fuerzas internas

.- Fuerzas externas

.- Tensin

.- Temperatura


4/50



En la terminacin de pozos los diseos de aparejos de produccin

se pueden clasificar en :

Pruebas DST ( durante la perforacin)

Pozos Exploratorios

Equipos convencionalesEquipos flotantes

Pozos de DesarrolloConvencionales

Sistema artificial de produccinPozos Inyectores

Agua tratadaNitrgeno


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IPR

Presin

def

ondo

fluyendo

Gasto de produccin

Comportamiento de

flujo

1d

2d

2d 1dPws

El dimetro del aparejo de produccin debe ser tal que

permita transportar los gastos de produccin esperados.

Qo max0

Gasto mximoA producirCon ese dimetroDe aparejo


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Previo a el diseo del aparejo de produccin se revisen losantecedentes de perforacin y terminacin de otros pozos decorrelacin vecinos as como el comportamiento de su vidaproductiva y detectar posibles anomalas.

Tener control de la perforacin y antecedentes del pozo adisear ( domos salinos, zonas perforadas con aportacin degases amargos o pruebas de produccin realizadas durante laperforacin )

Efectuar revisin y pruebas de integridad positivas y negativas alas TRS de explotacin as como el anlisis de registrosgeofsicos ( desgaste de TRS, cementacin CBL / CBT, detemperaturas)

Aspectos Importantes


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Criterios para seleccionar un fluido Empacador?

Pth

Pwf Pws

Yacimiento

Roca sello

FluidoEmpacador(libre de slidos)

Contacto w / o

Separador

Presin del yacimientoCaractersticas del A. produccin

(Grado, espesor, Yp,dureza )Esfuerzos de sobrecargaGases Amargos

Temperatura

Caracteristicas del fluidoEmpacador?

No daar la formacin produc.Baja corrosinNo toxicoEstable a la temperaturaNo daar el medio ambienteLibre de slidosDensidad adecuada para

soportar los esfuerzos


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Diseos bsicos a realizar en los aparejos de produccin

A gases amargos ( norma NACE )

Presin al colapso ( API )

Presin Interna ( API )

Tensin ( API )


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Presin colapso

ip Po

CEDENCIA DEL

MATERIAL

INESTABILIDADELASTICA TEORICA

COMPORTAMIENTO

DE COLAPSO REAL

COLAPSO DE

CEDENCIACOLAPSO

PLASTICO

COLAPSO DE

TRANSICION

COLAPSO

ELASTICO

RELACION

y

tD/

15 25D= dimetro exterior

t= espesorrea externa Ao=Dxhrea interna Ai=d x h

Presin equivalenteFe = Fo - Fi

PeD = PoD - Pid)1()(

D

dPodD

D

PoPe Entonces


10/50



Cedencia ( ) Plstico

Transicin Elstico

15

t

D

25

t

D


11/50



3162105 1053132.01021301.01010679.08762.2 YYYA

YB 61050609.0026233.0

31327 1036989.01010483.0030867.093.465 YYYC

2

3

6

/2/31/

/2/3

/2

/31095.46

ABABAB

ABABY

AB

AB

F

AFBG /

Valores se obtienen de forma experimental


12/50



Presin interna

ip


13/50



Tensin

D

d


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A gases amargos ( norma NACE )

Otro fenmeno que es afectado por la temperatura es el efectode corrosin. La norma NACE TM0177 recomienda porestudios de laboratorio que la corrosin por presencia delH2S se inicia a temperaturas cercanas a los 65 C.

Al incrementarse la temperatura, el fenmeno corrosivo reducesu intensidad debido a que se disminuye tanto la solubilidaddel H2S en el agua de formacin como la velocidad de

reaccin provocada por el ingreso del hidrgeno a la redmetlica.

El H2S incrementa su ataque al acero a temperaturascercanas o menores a 65 C, a temperaturas mayores elefecto es menor


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Presiones Parciales

Mayores o iguales a 30 psi

Entre 3 a 30 psiMenores a 3 psi

Corrosin esperada

Alta

MediaNo se presenta

Mayores a 1.5 psi

Entre 0.05 a 1.5 psi

Menores a 0.05 psi

Alta

Media

No se presenta

CO2

Acero recomendado

TRC -95

TRC95, L - 80Cualquier grado

TRC -95

TRC95, L - 80

Cualquier grado

H2S

Corrosin debido a H2S y CO2

SHmolpSHPparcial 22 %*

Con los valores de presiones parciales nos permite realizar la seleccinde tuberas para ambientes corrosivos

Donde p eses la presin a la profundidad de inters durante la produccindel pozo


16/50



El CO2, ocasiona una corrosin dulcey ocurre cuando elagua de formacin tiene contacto directo con el acero, porlo cual esto es crtico en pozos con alto corte de agua. Eneste suceso, la composicin qumica del agua deformacin juega un papel muy importante.

El H2S genera una falla catastrfica por fragilizacin(sulfide stress cracking). Este fenmeno se acentaconforme se incrementa el esfuerzo de la tubera (tensin)

y la presencia de agua, pues el H2S reacciona con estaproduciendo disociacin de tomos de hidrgeno, loscuales se introducen en el acero incrementando la presinen los espacios intergranulares y generando fisuras.


17/50



0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

1

0.1

0.01

10

1000

100

0.05 1.5

30

7

0.07 0.7 7 700.0070.0007 (bar)(psi)

Cualquier grado

de acero

Grados propietarios paraServicio Amargo como

TRC (1% Cr, 0.5% Mo)

Aceros al carbnms inhibidores

13-15 Cr(Cl-, pH, T)

22-25 CrSuper 13 Cr(Cl-, pH, T)

22-25 Cr(Cl-, pH, T80C; N, P

(pH)

Corrosin debido a H2S y CO2

ppm H2S = 10 000 x % mol


18/50



Investigaciones de laboratorio y de campo, han demostrado que acero

con esfuerzo de cedencia de 90 000 (lb/pg ) son inmunes a losambientes corrosivos, esto nos indica una dureza de 22 HRC , concedencias arriba de estos niveles se ha demostrado que es susceptible alrompimiento por ataque de cido sulfhdrico


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X mt

Temperatura (C)

Profundidad

(m)

Costo (+)

Costo (-)

Costo (-)

Costo (+)

Corrosin

Colap

so

TuberasTRC-85,90 y 95

L-80

N-80

TuberasP-110

TAC-110

TAC-140

75 CConclusin


20/50



Los aparejos de produccin estn sujetos a esfuerzos durantesu vida productiva como son tensin, colapso, presin internay gases amargos, por lo tanto requieren ser analizados en estascondiciones.

Al estar sometido un tubo a tensin o a compresin implicaque se tengan cambios en sus dimensiones que a su vesmodifican los valores de resistencia al colapso y presininterna.

Estos diseos son conocidos como de carga mxima, tomandoen cuenta su vida productiva del pozo, presiones en losanulares por calentamiento, inducciones, estimulaciones y/ofracturamientos, toma en cuenta los esfuerzos biaxiales ascomo los factores de diseo API recomendados


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Los factores de diseos API mas recomendados

CONDICIONESDE CARGA

RECOMENDADOS

TENSIN

1.125

PRESIN INTERNA

COLAPSO

1.250

1.125

1.80 - 1.40 - 1.0

Factores de seguridad


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HOLKAN

Contacto Gas - Aceite

Contacto Agua - Aceite

MEXICO/ JAMR

Ecuaciones bsicas


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Estas ajustes pueden obtenerse usando la elipse de Holmquist yNadai7, la cual se resume en la siguiente tabla:

COLAPSO P. INTERNA

TENSIN Reduce AumentaCOMPRESIN Aumenta Reduce

Efectos Biaxiales

De acuerdo con lo anterior, el efecto ms crtico es la reduccinde la presin al colapso. Por lo tanto es conveniente evaluaresta reduccin de presin, y en su caso corregir la lnea dediseo por presin de colapso, empleando el siguiente

procedimiento:


24/50



PRES

ION

INTERNA

TENSIONCOMPRESIN

COMPRESIN

-20

-40

-60

-80

-100

-120

-120 -100 -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 1000 120

20

40

60

80

100

120

COLAPSO

PRESION

INTE

RNA

CO

LAPSO

TENSION

PRES

ION

INTERNA

TENSIONCOMPRESIN

COMPRESIN

-20

-40

-60

-80

-100

-120

-120 -100 -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 1000 120

20

40

60

80

100

120

-20

-40

-60

-80

-100

-120

-120 -100 -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 1000 120

20

40

60

80

100

120

COLAPSO

PRESION

INTE

RNA

CO

LAPSO

TENSION

+

-

%100

yield

it P

%100

yield

iZ P

+-

+

-

%100

yield

it P

+

-

%100

yield

it P

%100

yield

iZ P

+- %100

yield

iZ P

+-


25/50



a) Se calcula el parmetro X:

b) Con el valor de X, se obtiene el valor de Y:

*)(

SC

tablasc

ccF

YpPP

*5.0*75.01 2 XXY

)(*

)(

2

2

sec

pgApg

lbY

ft

lb

WftLX

sp

cion

c) Con el valor de Y, se obtiene los valores corregidos de presiones :

Presin Colapso:

Presin Interna: *)(

SI

tablasi

ic F

YpP

P

X positiva al P. colapso

X negativo a P. interna


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Seccin III

Seccin II

Seccin I

X1 ; Y1

X2 ; Y2X3 ; Y3

X4 ; Y4X5 ; Y5

X6 ; Y6OD de la TP

Yp de la TPAs de la TPPcolapso(tablas)Pinterna (tablas)

OD de la TPYp de la TPAs de la TPPcolapso(tablas)Pinterna (tablas)

OD de la TPYp de la TPAs de la TPPcolapso(tablas)

Pinterna (tablas)


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Formulas mas utilizadas

a.- PresinColapso

Interna

3)(422.1)(

cm

grxmtxLpsiP OC

3)(422.1)(

cm

grxmtxLpsiP ii

85.7

31

cm

gr

f

f

b.- Factor de flotacin

c.- Peso del aparejo al aire

W (lbs)aire = 3.28 L(mt) W (lb/ft )

d.- Peso del aparejo flotado

W (lbs)flotado = Wairex ( f )


28/50



Ejemplo de un pozo deDesarrollo(cargas mximas)

rbol de


29/50



DatosTsup(estatica) = 32 C

Tfondo(estatica)= 155 CTsup(fluyendo) = 60 C

Pws= 6500 psi ( cerrado)Pcabeza=1000 psi (cerrado)

Dens. Aceite=0.86 gr/ccH2S = 1 % mol

Del anlisis de flujo multifasicose determinaron los dimetrosdel aparejo

4 a 1000 m.d3 a 4150 m.d(4000 m.v)Empacador a 4150 m.d(4000 m.v)

Fluido en el espacio anular =Salmuera ( Pmax. Por calentamiento

de 1000 psi ( anular)

vlvulas(5M)

TR 7 (29 lb/p) 4800 m.d(4500 m.v) T=155 C

TR 9 5/8 (53.5 lb/p) 4350 m.d(4150 m.v)

4150 m.d

(4000 m.v)

EMP. 9 5/8(7500 psi)

1000 mts

TP 4

TP 3

47004730 m.d44504475 m.v

330.1 cm

grs


30/50



32

155

60

155

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Temperatura ( C)

Profundid

ad(m)

Paso 1Grafica de profundidad vertical Vs temperatura con esto determinamos

de acuerdo a la norma NACE la profundidad para acero resistentes a lacorrosin y aceros resistentes al colapso

AcerosResistentesa la corrosin

Acerosresistentesal colapso

1750 m

esttica

fluyendo


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1750 m

Temperatura (C)

Profundidad(m)

Costo (+)

Costo (-)Costo (-)

Costo (+)

Corrosin

Colapso

TuberasTRC-85,90 y 95

L-80

N-80

TuberasP-110

TAC-110

TAC-140


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Seccin III

Seccin II

Seccin I

X1 ; Y1

X2 ; Y2X3 ; Y3

X4 ; Y4X5 ; Y5

X6 ; Y6TP 4

1000 mts(Resistente a lacorrosin)

TP 3 A 1750 m(Resistente a laCorrosin)

TP 3 A cima del emp,(resistente alColapso)


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Paso 2 ( diseo al colapso )

Calculamos la presin actuando por espacio anular a la profundidad delempacador con las siguientes consideraciones

a.- Tubera vaca por interior ( induccin )

b.- Presin mxima en superficie que se puede acumular en elespacio anular por calentamiento ( vaci por interior de la TP)

Entonces:

La presin al colapso a la profundidad del empacador

psiP

psipsicm

grxmtxpsiPh

1000sup

4.8394100030.1)(4000422.1)(3

En la superficie ( espacio anular)


34/50



8394.4

10000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000

presin (psi)

Profundidad(m)

Grafica de profundidad vertical Vs Pcolapso (carga mxima )

Lnea de cargaAl colapso

III

II

I


35/50



Buscar en tablas tuberas que cumplan al colapso

Seccin Profundidad Dexterior Grado Yp(psi) peso Dinterior Pcolapso

mts pg 1000 lb/pie pg psiIII 1000 4.5 L 80 12.6 3.958 7500

II 1750 3.5 L 80 9.2 2.992 10530

I 4000 3.5 P 110 9.3 2.992 13530


36/50



Graficar los valores de tablas, trazando una lnea recta

8394.4

10000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000

presin (psi)

Profundidad(m)

Lnea de cargaAl colapso


37/50



Ajustar los valores al colapso utilizando la elipse de Holmquist yNadai7

SeccinProfund(m

)Dexteri

or Grado Yp(psi) peso Dinterior Pcolapso Ast peso de la

pg 1000 lb/pie pg psi pg2 Seccin (lbs)

III 1000 4.5 L 80 12.6 3.958 7500 3.60 41328

II 1750 3.5 L 80 9.2 2.992 10530 2.59 22632I 4000 3.5 P 110 9.3 2.992 13530 2.59 68634

Calculamos el valor de X

)(*

)(

22

sec

pgApglbY

ft

lbWftL

X

sp

cion

Calculamos el valor de Y

*5.0*75.01

2

XXY


38/50



Calculo de los valores de X y de YCalculos de los valores de X y de Y

X1= 0 Y1= 1.000

X2= 0.241 Y2= 0.865

X3= 0.331 Y3= 0.807

X4= 0.440 Y4= 0.730

X5= 0.317 Y5= 0.816

X6= 0.460 Y6= 0.715

X1 ; Y1

X2 ; Y2X3 ; Y3

X4 ; Y4X5 ; Y5

X6 ; Y6

Calculo de los valores de presin corregidas

Donde ( FSC= 1.125)*)(

SC

tablasc

ccF

YPP


39/50



Tabla de valores de presin al colapso ajustadas

Presin (psi)colapso

Pc1= 12026.7

Pc2= 10402.4

Pc3= 7549.6

Pc4= 6833.2

Pc5= 5441.0

Pc6= 4769.1

Pc6

Pc5

Pc4

Pc3Pc2

Pc1


40/50



Graficar los valores de la presin al colapso corregida

1000

8394.4

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 1200 0 13000 14000 1500 0

presin (psi)

Pr

ofundidad(m)

TP 3 P-110,9.2

TP 3 L-80,9.2

TP 4 L-80,12.6


41/50



Paso 3 ( diseo a la presin interna )

Calculamos la presin interna cuando se tienen las presiones mximaspor el interior a la profundidad del empacador con las siguientesconsideraciones

a.- Considera el fluido en el espacio anular

b.- Considerar el gradiente del fluido por el interior de la TP

c.- Presin mxima en superficie cuando el pozo esta cerradoo estimulando o para un posible fracturamiento , (para estecaso se utiliza la presin de trabajo del medio rbol que esde 5000 psi

rbol del l


42/50



La presin interior a la profundidad delempacador la calculamos como sigue:

Pi = Pyac-Pc(L)

Presin en superficie de 5000 psiPws = 6500 psi ( cerrado)

Dens. Aceite =0.86 gr/cc

vlvulas(5M)

TR 7 (29 lb/p) 4800 m.d(4500 m.v) T=155 C

TR 9 5/8 (53.5 lb/p) 4350 m.d(4150 m.v)

4150 m.d

(4000 m.v)

EMP. 9 5/8(7500 psi)

1000 mts

TP 4

TP 3

47004730 m.d44504475 m.v

330.1 cm

grs

L

psiPi 6.594986.0*450*422.16500

La presin equivalente en el fondo (empacador )es:

psiD

dPiPoPe 2307

5.3

992.26.59497394

La presin del anular es mayor que por interior


43/50



Ajustar los valores a la presin interna utilizando la elipse deHolmquist y Nadai7

Seccin Profund. Dexter Grado Yp(psi) peso Dinterior Pcolap Pinter Tensin

mts pg 1000 lb/pie pg psi psi 1000 lbs

III 1000 4.5 L 80 12.6 3.958 7500 8430 288

II 1750 3.5 L 80 9.2 2.992 10530 10160 207

I 4000 3.5 P 110 9.2 2.992 13530 13970 285

Calculamos el valor de X

)(*

)(

22

sec

pgApglbY

ft

lbWftL

X

sp

cion

Calculamos el valor de Y

*5.0*75.01 2 XXY

(Negativo)


44/50



Calculo de los valores de X y de Y

X1= 0 Y1= 1

X2= -0,238 Y2= 1,105

X3= -0,328 Y3= 1,137

X4= -0,437 Y4= 1,170

X5= -0,314 Y5= 1,132

X6= -0,458 Y6= 1,175

Calculo de los valores de presin internas corregidas Donde ( FSC =1.25)

*)(

SC

tablasi

icF

YPP


45/50



Tabla de valores de presin interna ajustadas

Valores a la Pinterna

seccin Presin (psi)

Pi1= 11176,0

Pi2= 12347,8

Pi3= 9238,4

Pi4= 9505,9

Pi5= 7635,1

Pi6= 7924,5

Pi6

Pi5

Pi4

Pi3

Pi2

Pi1


46/50



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

-3000 - 2000 - 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000

presin (psi)

Profundidad(m)

Lnea de cargaA pozo cerrado

TP 3 P-110,9.2

TP 3 L-80,9.2

TP 4 L-80,12.6

Lnea de cargaEstimulando conPsup=5000 psi

Graficar los valores de la presin interna corregida


47/50



Paso 4 ( diseo a la Tensin )

Calculamos el peso de la tubera considerando la carga mxima:

a.-Cuando esta sin el efecto de flotacin

b.- Considerar que la conexin de la tubera es acoplada o sea

que el valor a tensin del tubo es igual a el valor a tensin de lajunta

Nota: Si se utilizan conexiones lisa se reducen el valor de la tensin a +/-85 % del valor de tensin del tubo ( y se debe de utilizar este valor paralos clculos)

Si se utilizan conexiones semilisas se reducen el valor a tensin a +/- 87% del valor de tensin del tubo ( y se debe de utilizar este valor para losclculos)


48/50



Calculamos el peso total de la sarta

W (lbs)aire = 3.28 L(mt) W (lb/ft )

Seccin Profund(m)Dexter

iorGrad

oYp(psi) peso Dinterior

Pcolapso Ast peso de la

Pesoacum.

pg 1000lb/pi

e pg psi pg2seccion(lbs

) lbs

III 1000 4,5 L 80 12,6 3,958 7500 3,60 41328 131856

II 1750 3,5 L 80 9,2 2,9921053

0 2,59 22832 90528

I 4000 3,5 P 110 9,2 2,9921353

0 2,59 67896 0

Calculamos el valor de tensin a diferentes factores de seguridad

)(

ST

tablas

cF

TT


49/50



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Tensin (1000 lbs)

Profundidad(m)

Graficar los valores de Tensin a diferentes valores de FactoresDe seguridad a tensin

F=1.8

F=1.6

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