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INTRODUCCIN 3
I. CONCEPTOS GENERALES 3
Qu es una tubera? 3
Acero 4
Clasificacin por objetivo 4
Clasificacin por funcin 5
Datos de tuberas 6
Proceso de fabricacin 6
Propiedades mecnicas 16Conexiones o juntas 18
Tipos de juntas 19
Proceso de maquinado 22
Estndares sobre tuberas 25
Diseo de sartas de tuberas 28
Retrospectiva de mtodos 30
II. CAPACIDAD DE RESISTENCIA DE LAS TUBERAS 32
Condiciones de falla 32
Cedencia 33
Colapso 34
Estallamiento 40
Tensin 40
Fallas por carga de presin 46
Ejemplos de fallas en tubulares 47
Diagrama de capacidad de juntas 54
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III. CONDICIONES DE CARGA 55
Eventos de carga 56Cargas de presin 57
Perfiles de presin externa 58
Perfiles de presin interna 59
Cargas axiales 61
Cargas no axiales (formaciones plsticas) 64
Cargas triaxiales 64
Efectos axiales 64
Corrosin 69
Condiciones iniciales de carga 70
IV. SELECCIN DE TUBULARES 73
Mtodos de seleccin 74
Seleccin de juntas 75
Seleccin hidrulica de tubera de produccin 76
Anlisis de torque y arrastre 81
Ancalado de TR 82
Centradores de tuberas de revestimiento 83
V. METODOLOGA PARA EL DISEO MECNICO 85
Tubera de produccin 85
Procedimiento de diseo 85
Eventos de carga 86
Diseo de sartas de perforacin 88
Los aparejos de fondo convencionales 90
Mtodo de flotacin de Lubinski 90
Mtodo de Paslay y Dawson 91Ejemplo de diseo de una sarta de perforacin 92
VI. HERRAMIENTAS DE SOFTWARE PARA DISEO DE TUBERAS 99
REFERENCIAS 101
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* lbf = libras fuerza
Tabla 1 Caractersticas geomtricas y mecnicas de la tubera de perforacin
Dimetronominal
(pg)
Peso
nominal
(lb/pie)
Clase Grado Tensin*( lbf)
Torsin(ft-lbf)
Resistencia
al Colapso
(psi)
2 3/8 4.85 I E75 98000 4760 10500
II G105 151000 5810 11763
Premium X95 136000 6090 12155
3 13.30 I G105 452000 29520 13344
II S135 382000 22160 13721
Premium E75 153000 11090 8703
4 14.00 I X95 361000 29500 13721
II S135 404000 27740 15592
Premium G105 314000 25420 13866
4 20.00 I E75 412000 36900 12546
II S135 581000 44030 18058
Premium G105 452000 40160 16042
5 19.50 I X95 501000 52140 12039II X95 395000 34460 9631
Premium S135 561000 58110 15636
5 24.70 I S135 895000 101830 17626
II G105 5 48000 52370 11096
Premium E75 391000 44320 9051
6 5/8 25.20 I E75 489000 70580 6542
Dimetronominal
(pg)
Peso
nominal
(lbf/ ft)
Grado DimetroDrift
(pg)
DimetroInterior
(pg)
Resistencia
al Colapso
(psi)
Tensin(1000 lbf)
4 9.50 H-40 3.965 4.090 2760 11111.60 K-55 3.875 4.052 4010 165
15.10 P-110 3.701 3.826 14350 485
5 11.50 J-55 4.435 4.560 3060 182
15.00 N-80 4.283 4.408 7250 350
24.10 P-110 3.875 4.000 19800 778
5 14.00 J-55 4.887 5.012 3120 22217.00 K-55 4.767 4.892 4910 273
20.00 P-110 4.653 4.778 11100 6416 5/8 20.00 H-40 5.924 6.049 2520 229
24.00 C-90 5.796 5.921 6140 624
24.00 P-110 5.796 5.921 6730 763
7 17.00 H-40 6.413 6.538 1420 196
23.00 L-80 6.241 6.366 3830 532
35.00 P -110 5.879 6.004 13020 1119
7 5/8 47.10 N-80 6.250 6.375 12040 1100
26.40 C-95 6.844 6.969 3710 714
29.70 P-110 6.750 6.875 5350 940
8 5/8 24.00 K-55 7.972 8.097 1370 381
36.00 L-80 7.700 7.825 4100 827
49.00 P-110 7.386 7.511 10750 1553
Tabla 2 Caractersticas geomtricas y mecnicas de la tubera de revestimiento ytubera de produccin
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Laminado: El tocho entra al horno giratorio, que con-tiene nueve zonas de calentamiento, donde se al-canzan temperaturas de 1200C en forma gradual.Al salir del horno, se enva al desescamador paraeliminar la oxidacin que sufre al contacto con la
atmsfera y se procede al perforado.Se obtiene un esbozo cilndrico. Esteproceso es fundamental en la fabri-cacin de tuberas sin costura y es lla-mado Proceso Mannessmann. Esteesbozo se enva al mandril que con-tiene un lubricante (brax), el cual esintroducido al laminador continuo,que pasa a travs de siete jaulas y
calibradores. Ah es donde se haceel tubo. Se obtienen longitudes dehasta 30 metros, con dimetro inte-rior y exterior precisos, cumplien-do con las tolerancias permitidasAPI. A la salida del calibrador, el di-metro y la ovalidad son verificados
por medio de rayo lser y posteriormente el tuboes enviado a las cortadoras para dar el rango so-licitado. Por ltimo, se enva al piso de enfriamien-to. En la figura 5 se muestra el proceso de lamina-do continuo a mandril retenido.
Figura 3 Flujo del proceso de acera
Figura 2 Proceso de fabricacin de una tubera
Horno elctrico de fusin Horno de afinacin Vaciado de acero
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presin interna del 80% de su capacidad durantecinco segundos, de acuerdo con la norma delAPI 5CT.
Control final y embarque: Finalmente, el tubo sepesa y se mide. As se tiene toda la informacin com-pleta de rastreabilidad del tubo, para ser estarcido,estampado, barnizado y embarcado.
En el estarcido se indican los datos del tubo como:el dimetro exterior, peso unitario, mandril, lon-gitud, pruebas de inspeccin, manufacturado, n-mero de colada, orden de produccin y nmerode tubo.
En la figura 8 se muestra el flujo del proceso de aca-bado del tubo (proceso de pesado, medicin,
estarcido y estampado).
El control final es la ltima inspeccin detallada deltubo, este control puede ser:
Inspeccin electromagntica (EMI); consiste enmedicin longitudinal, rayos gama, inspeccintransversal y comparador de grado de acero.
Prueba ultrasnica (UT); consiste en espesor depared y deteccin de posibles defectos longitu-dinales, transversales y oblicuos.
Figura 6 Tratamiento de temple
Figura 7 Horno de revenido
Horno de Austenizacin
62 toneladas por hora9 zonas de calentamiento
3 zonas de homogeneizacin
vigas mviles de 45 espacios
60 quemadores a gas natural
sistema de computacin y regulacin computarizados
Horno de Revenido
62 toneladas por hora
22 zonas de calentamiento
3 zonas de homogeneizacin
vigas mviles de 55 espacios
pirometros ircon con registro
precisin de temperatura horno +/- 5C
microestructura uniforme de martensita revenida
Tina de temple por Inmersin
Templado externo e internoMxima longitud del tubo 14.5m
99% de transformacin martenstica
Dureza homognea a travs del espesor
Control de presin y temperatura de agua
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Figura 47 Degollamiento de TR en la junta
Figura 48 Degollamiento de TR en la junta
Figura 49 Degollamiento de TR en la junta
Figura 50 Degollamiento de TR en junta
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un comportamiento de la envolvente de trabajo odiagrama de capacidad de una junta. Desgraciada-mente, el desarrollo de este tipo de grficos es ex-clusivamente posible por los fabricantes de juntas,dado que las dimensiones de diseo de la conexinson de patente(en el caso de las conexionespremium).
III. CONDICIONES DE CARGA
Las condiciones bajo las cuales trabaja una tuberaen el interior de un pozo son variadas y de magni-tud considerada. Las cargas principales que se pre-sentan en un pozo y que actan sobre la tubera son:cargas axiales, cargas de presin, cargas torsionales,cargas no-axiales, corrosin y flexin. Cada una deestas cargas merece un tratamiento particular paradespus comprender la accin combinada de ellas.
Las cargas axiales se producen inicialmente por la ac-cin natural de los efectos gravitacionales, es decir elpeso propio de los tubos. Debido a que los tubos seintroducen en el interior de un pozo lleno de un fluidode control, se debe considerar el efecto de flotacin.Adems, durante la introduccin se presentan efec-tos axiales como: arrastre o friccin generada por elcontacto entre agujero y tubera y tubera-tubera. Tam-bin se presenta el efecto de choque que se generapor el paro sbito al momento de introducir. Despusde la introduccin (nacimiento del tubo) el estado decargas axiales se ve alterado por efecto de los cam-bios de presin y/o temperatura que se suscitan alcambiar de densidad del fluido de control y al efec-tuar operaciones que demandan presin, por lo quese generan efectos axiales como: balonamiento,pistoneo, pandeo y efectos axiales por la accin delcambio de temperatura.
Figura 53 Envolvente triaxial del cuerpo del tubo y su conexin
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Carga axial ( kg )
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1000
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2500
3000
3500
4000
-50000 0 50000 100000 150000 200000
Carga axial ( kg )
Profundidad(m
)
Flotada
Aire
S-135
G-105
X-95
CUARTA ETAPA
TRAM. SECC DIAM LONG GRADO P.AJUST P.AIRE P.FLOT P.ACUM APRIETE RESIST.TENS.
pg m kg/m kg kg kg pie/lbs ton
3 1 4 3/4 35 D C 73,8 2584 1844 1844 54000
3 2 4 3/4 5,0 ESTAB 73,8 369 263 2107 54000
27 3 3.5 243 H W 40,0 9720 6934 9041 21800
238 4 3 1/2 922 T P S135 21,9 20154 14377 23418 12600 161
18 4 4 1/2 162 T P G105 28,1 4551 3247 26665 16546 149
102 4 5 2138 T P X95 31,9 68208 48658 75323 19919 156
TOTAL 3505 105586 75323 75323
PESO SARTA EN EL AIRE = 105586 Kg
PESO SARTA EN EL LODO = 75323 Kg
MARGEN PARA JALAR = 81 ton
INTERVALO DE 2800 a 3500 m.
DENSIDAD DE LODO = 2.15 gr/cc.
Figura 89 Comportamiento axial, pozo prueba 2
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Figura 98 Comportamiento de esfuerzo triaxial en diseo de TR del pozo prueba 3
Figura 99 Comportamiento axial en diseo de TR para el pozo prueba 3
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