Esfuerzo en la tubería de revestimiento API 5CT del pozo petrolero: Para garantizar que la tubería de revestimiento que se introduce en el pozo sea continua, sin grietas ni deformaciones, debe tener una cierta resistencia, suficiente para resistir las fuerzas externas que recibe. Por lo tanto, es necesario analizar el esfuerzo en la tubería de revestimiento interna del pozo.
Tipos de esfuerzo en la tubería de revestimiento:
1. Fuerza de tracción: Al introducir la tubería de revestimiento en el pozo, el peso de toda la sarta de revestimiento aplica una carga de tracción, especialmente en la parte superior. Esta fuerza de tracción ejerce presión sobre la tubería de revestimiento, por lo que se requiere una alta resistencia a la tracción en dicha parte.
2. Fuerza de compresión: En la parte inferior del pozo, la tubería de revestimiento está sometida a una fuerza de compresión externa debido a la presión descendente ejercida por el peso de la formación suprayacente. La tubería de revestimiento debe soportar esta fuerza de compresión sin pandearse.
3. Presión interna: Durante la producción, la presión interna del petróleo, gas o fluido en el pozo ejerce una gran fuerza sobre la tubería de revestimiento. Si la resistencia de la tubería de revestimiento es insuficiente, la presión interna aumenta el riesgo de ruptura.
4. Fuerza de flexión: Aunque la fuerza de flexión tiene un efecto menor que otras fuerzas, en pozos desviados u horizontales, al doblar la sarta de revestimiento, se puede generar una fuerza de flexión que cause tensión en la tubería de revestimiento a lo largo de su longitud.
Distribución de tensiones en la sarta de revestimiento:
Parte superior: La parte superior de la sarta de revestimiento está sometida principalmente a tensión de tracción, ya que soporta el peso de toda la sarta.
Sección inferior: La sección inferior de la sarta de revestimiento está sujeta a fuerzas de compresión de la formación y al propio peso de la tubería.
Sección media: La sección media está sujeta a menos fuerzas que las secciones superior e inferior, pero aun así requiere un diseño cuidadoso.
Factores de seguridad:
El diseño de la sarta de revestimiento tiene en cuenta estas tensiones seleccionando el grado de acero y el espesor de pared adecuados. Los factores de seguridad se utilizan para garantizar que la tubería de revestimiento pueda soportar cambios inesperados de tensión:
Factor de seguridad de resistencia a la tracción: Normalmente, de 1,6 a 2,0 para tener en cuenta las fuerzas de tracción. Factor de Seguridad de Impacto: Generalmente entre 1,00 y 1,50 (normalmente 1,125) para proteger contra cargas de impacto.
Factor de Seguridad de Presión Interna: Varía entre 1,0 y 1,33 para garantizar que la tubería de revestimiento pueda soportar la presión interna del fluido.
Factor de Seguridad de Compresión: En el punto de inyección del cemento, el factor de seguridad recomendado es de aproximadamente 0,85 para tener en cuenta la presión externa.
Consideraciones de Diseño de la Tubería de Revestimiento:
La selección de los factores de seguridad y las especificaciones de la tubería de revestimiento depende de diversos factores, como las condiciones regionales, las formaciones geológicas y los futuros procesos de producción. Con frecuencia se utilizan datos empíricos para ajustar estos márgenes de seguridad.
Dado que las diferentes partes de la sarta de revestimiento están sujetas a diferentes niveles de tensión, el diseño puede utilizar paredes más gruesas o aceros de mayor calidad en las secciones superior e inferior de la tubería de revestimiento, mientras que la sección media es relativamente delgada. La tubería de revestimiento suele numerarse antes de introducirse en el pozo para garantizar su correcta colocación en función de estos cambios de tensión.
Resistencia a la corrosión y sellado:
Además de su resistencia, el revestimiento también debe ser capaz de operar en entornos potencialmente corrosivos. Esto requiere no solo una alta resistencia de las uniones, sino también una excelente resistencia a la corrosión y un sellado eficaz para evitar fugas durante la vida útil del pozo.
Conclusión:
La tubería de revestimiento de acero del pozo soporta principalmente las tres primeras fuerzas. Las condiciones de tensión de las distintas partes son diferentes: la parte superior recibe la fuerza de tracción, la inferior la fuerza de presión externa y la parte media recibe menos fuerza externa. Al diseñar la sarta de revestimiento, el grado de acero y el espesor de pared se seleccionan considerando el factor de seguridad mencionado anteriormente.
Para la tubería de revestimiento estándar API, el factor de seguridad general para la tracción es de 1,6-2,0; el factor de seguridad para la resistencia al impacto es de 1,00-1,50 (generalmente 1,125); el factor de seguridad para la presión interna es de 1,0-1,33; y el factor de seguridad para la resistencia a la compresión en el punto de inyección de cemento es de 0,85.
Cabe destacar que el factor de seguridad en el diseño de la resistencia de la sarta de revestimiento se selecciona cuidadosamente en función de la región, el estrato y el proceso posterior de extracción de petróleo y producción de gas. Es un valor empírico. Debido a las diferentes fuerzas externas aplicadas a las partes superior, media e inferior de la sarta de revestimiento, esta suele ser más gruesa o tener más grados de acero en las paredes superior e inferior, y de forma opuesta en la parte media, por lo que es necesario numerar la tubería de revestimiento. En este pozo, la tubería de revestimiento suele operar en medios corrosivos. Por lo tanto, además de requerir cierta resistencia de las juntas, la tubería de revestimiento debe tener un buen rendimiento de sellado y ser resistente a la corrosión.
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