TALLER DISEÑO DE REVESTIMIENTO

Se tiene el estado mecánico del pozo #1, con las correspondientes profundidades del zapato de

revestimiento en cada una de las fases. Con la información dada realice el diseño detallado del

revestimiento para el pozo.

OD (in) Grado Peso (Lb/ft)

20 K55 106,5

20 K55 133

13 3/8 P-110 86

13 3/8 S-95 86

9 5/8 C-90 64,9

9 5/8 T-95 59,4

7 P-110 35

7 N-80 35

TUBERÍA DISPONIBLE

OD (in) Tope (ft) Profundidad zapato (ft) Presion de formación (psi) MW (ppg)

20 0 1000 400 9,6

13 3/8 0 9500 4750 10

9 5/8 0 12100 7260 11,8

7 12100 16000 10240 12,5

Revestimiento

Tabla #1

Tabla #2

Esta etapa consiste en determinar las cargas a las cuales estará expuesta cada sarta de tubería de

revestimiento y llevar a cabo la selección de tuberías con propiedades mecánicas y físicas que

puedan soportar las cargas pronosticadas. El proceso de diseño para cada sarta de tubería de

revestimiento se realiza de la siguiente manera:

Para CADA UNA DE LAS FASES (26”, 17 ½”, 12 ¼” y 8 ½”), se debe llevar a cabo el siguiente

procedimiento:

1. Diseñar por colapso: para todas las sartas de tubería de revestimiento, un colapso de cargas

ocurre cuando la presión externa es mayor que la presión interna. En forma general, el colapso

de cargas estará en su punto más alto en el zapato del revestimiento.

Para diseñar por colapso se debe calcular la presión de colapso, la cual es originada

principalmente por la columna de lodo usada para perforar el hueco y que actúa en la parte

externa de la tubería.

Dicha presión se calcula de la siguiente manera (utilizando la fórmula de presión hidrostática):

𝑃 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑜 (𝑝𝑠𝑖) = 0,052 ∗ 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑑𝑜 (𝑝𝑝𝑔) ∗ 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑜 (𝑝𝑖𝑒𝑠)

Debido a la incertidumbre en el cálculo de las cargas y la pérdida de propiedades a lo largo de

la vida de la tubería, se debe tener en cuenta un factor de seguridad o de diseño el cual brinda

un margen de desempeño superior a las cargas esperadas. Por esto existe un factor de diseño

que para el caso del colapso varía entre 0,85 y 1,125. Para éste caso, se va a trabajar con un

factor de seguridad de 1,125 para colapso en todas las fases.

De esta manera, se debe calcular la presión de colapso teniendo en cuenta el factor de diseño,

multiplicando el resultado de la ecuación anterior por el factor de diseño, así:

𝑃 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑜 = [0,052 ∗ 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑑𝑜 ∗ 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑜] ∗ 𝐹𝑆

Con la presión de colapso hallada, se debe buscar en la tabla del fabricante (en este caso la

tabla #3) el tipo de tubería adecuada. Entrando primero por el OD del revestimiento de la fase

en la que se esté trabajando, siguiendo con el Grado y el peso y evaluando cual revestimiento

soportaría la presión de colapso a la cual se va a ver expuesto (la calculada anteriormente)

leyendo la columna “Presión de Colapso”.

Se puede dar que varios tipos de tubería sirvan de acuerdo al diseño por colapso. Sin embargo

se debe tener en cuenta el Diseño por estallido y el Diseño por Tensión, los cuales se

desarrollarán a continuación.

2. Diseñar por estallido: para todas las sartas de tubería de revestimiento, una carga de estallido

ocurre cuando la presión interna del casing es mayor que la presión externa. El criterio de

estallido para el diseño de la tubería de revestimiento, normalmente se basa en la presión de

formación resultante de una patada durante la perforación de la siguiente sección del pozo.

Por razones de seguridad se asume que el influjo de fluidos desplazará totalmente al lodo de

perforación, teniendo en cuenta así los efectos de estallido de la presión de formación dentro

de la tubería de revestimiento, es decir, que desde adentro de la tubería se da una presión

igual a la presión de formación. Un estallido de revestimiento puede darse también durante la

etapa de producción del pozo.

Para diseñar por estallido se debe tener en cuenta la presión de formación en el zapato del

revestimiento.

Si tengo el dato de la presión de formación en psi, ésta presión será la presión de estallido:

𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑖𝑑𝑜 (𝑝𝑠𝑖) = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑓. 𝑑𝑒𝑙 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑜 (𝑝𝑠𝑖)

Si tengo la densidad de la formación (en ppg), la presión de formación (Presión de estallido) se

calcula así:

𝑃 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑖𝑑𝑜 = [0,052 ∗ 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑝𝑝𝑔) ∗ 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑜(𝑝𝑖𝑒𝑠)]

Al igual que en el diseño por colapso, en el diseño por estallido también se debe tener en

cuenta un factor de diseño o de seguridad. Para el caso del Diseño por estallido, el factor de

seguridad varía entre 1 y 1,1. Para este caso, el factor de diseño por estallido será de 1,1 para

todas las fases.

Teniendo en cuenta lo anterior, la Presión de estallido teniendo en cuenta el FS será:

𝑃 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑖𝑑𝑜 = [0,052 ∗ 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 ∗ 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑜] ∗ 𝐹𝑆

Después de hallar la presión por estallido, buscamos en la tabla #3 el tipo de revestimiento que

soportará dicha presión, de la misma manera que lo hicimos para colapso. Hay que tener en

cuenta que debe verificarse que cumpla tanto por estallido como por colapso.

3. Diseñar por tensión Al haber seleccionado la tubería de revestimiento que cumple por colapso

y por estallido, se debe verificar que dicha tubería satisfaga los requisitos de diseño por

tensión, asumiendo que la tubería de revestimiento está sujeta en la superficie pero libre para

moverse en el zapato. Es decir, el esfuerzo de tensión está asociado al peso de la sarta de

revestimiento y a la sobretensión que se debe aplicar cuando se presentan dificultades para

bajar revestimiento.

Para diseñar por tensión se debe realizar el siguiente procedimiento:

3.1. Calcular el factor de boyanza. El factor de boyanza o de flotación está relacionado con el

empuje que ejerce el lodo de perforación contenido en el pozo sobre la tubería de

revestimiento. De tal manera que el peso de la tubería de revestimiento dentro del pozo

(Peso boyado) será menor que el peso de la misma tubería de revestimiento en el aire. El

factor de boyanza se calcula con la densidad del acero y la densidad del lodo de

perforación de la fase, así:

𝐹𝐵 =𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 − 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑑𝑜

𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜

La densidad del acero es 65,4 ppg, por lo tanto:

𝐹𝐵 =65,4 − 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑑𝑜 (𝑝𝑝𝑔)

65,4

3.2. Calcular el peso boyado de la tubería de revestimiento

Al haber seleccionado la tubería de revestimiento que cumple los requisitos del diseño

por colapso y por estallido, se tiene en cuenta su peso para el diseño por tensión. De tal

manera que su peso boyado se calcula asi:

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑏𝑜𝑦𝑎𝑑𝑜 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 (𝑙𝑏

𝑝𝑖𝑒) ∗ 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 (𝑝𝑖𝑒)) ∗ 𝐹𝐵

(El peso de la tubería por unidad de longitud se obtiene de las tablas del fabricante y la

longitud es la profundidad del zapato)

3.3. Tener en cuenta el máximo arrastre o máxima tensión. Hace referencia a la máxima

tensión esperada y se obtiene del análisis de los pozos de correlación. Para el desarrollo

del taller, se va a utilizar un valor de máximo arrastre igual a 300.000 lbs.

3.4. Tener en cuenta el factor de diseño al igual que en las dos oportunidades anteriores, se

debe tener en cuanta un factor de seguridad o diseño. Para el diseño por tensión el rango

se encuentra entre 1,6 y 1,8. Para el taller se va a utilizar un FS igual a 1,8.

3.5. Calcular la máxima tensión que se aplicará durante la bajada de revestimiento, así:

𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑏𝑜𝑦𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑣𝑡𝑜 + 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑟𝑒) ∗ 𝐹𝑆

(Si existe más de un tipo de tubería que cumpla por colapso y estallido, se calcula el peso

boyado de cada tipo teniendo en cuenta el peso de la tubería por unidad de longitud de cada

uno de ellos y con cada peso boyado se calcula una máxima tensión.)

Una vez se tenga la máxima tensión que se aplicará durante la bajada de revestimiento, se

compara dicho valor con el valor de máxima tensión leído de la tabla del fabricante (tabla #3) y

se verifica que el tipo de tubería de revestimiento soporte dicha carga.

Caso especial: Cuando nos encontremos en una fase en la que el revestimiento no llega a

superficie, es decir, tenemos un liner y no un casing, para diseñar por Tensión, debe tenerse en

cuenta que el liner soportara únicamente la tensión que corresponde a su longitud y por lo

tanto la longitud utilizada para hallar su peso boyado será únicamente la longitud del liner.

En caso de que más de un tipo de tubería cumpla con todos los requerimientos dados en el

diseño por colapso, por estallido y por tensión, se elige la tubería que presente menor peso por

unidad de longitud, debido a que será la opción más económica.

Tabla #3

OD (in) Grado Peso (Lb/ft) P colapso P estallido Tension (lb/ft)

20 K55 106,5 770 2410 1685000

20 K55 133 1500 3060 2123000

13 3/8 P-110 86 4780 9000 2754000

13 3/8 S-95 86 6240 7770 2378000

9 5/8 C-90 64,9 10800 11000 1701000

9 5/8 T-95 59,4 9320 10520 1634000

7 P-110 35 13010 13700 1119000

7 N-80 35 10180 9240 814000

TUBERIA DISPONIBLE

Datos tomados de la aplicación eRedbook-Halliburton