UNIDAD 3. Terminación mejorado

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UNIDAD 3 
Determinación de las fuerzas aplicadas y sus efectos a la tubería de 
Explotación y producción. 
ACERO 
El acero es un metal refinado. Se obtiene a partir de la fundición de un lingote de hierro combinado al 
mismo tiempo con otros elementos químicos. Los aceros se dividen en ordinarios y especiales. Los aceros 
ordinarios contienen tres elementos principales: hierro, carbono y manganeso y se consideran como aceros 
de bajo contenido de carbono. Los aceros especiales se hacen como los ordinarios; pero se les agregan otros 
elementos tales como: cromo, níquel, molibdeno, cobre, vanadio y tungsteno. 
GRADO 
Representa la calidad del acero. Depende de la cantidad proporcional de carbono, molibdeno, cromo y otros 
elementos presentes en la aleación. 
Tubería: es un conductor que nos ayuda a transportar un fluido de un lado a otro. 
Materiales: cobre, acero galvanizado, PVC, acero al carbono 
Las tuberías están diseñadas para resistir cierta cantidad de presión, tenemos presiones internas y externas 
La presión atm es parte de la fuerza que aplicamos para que nuestra tubería se cierre. 
Cuando la presión interna es mayor a la que soporta nuestra tubería, explota. 
Reventón: explosión – de adentro hacia afuera 
Fuerzas aplicadas a los ductos 
Cuando la presión interna es mayor a la presión que soporta nuestro ducto explota. 
La mayoría de las tuberías utilizan el acero, otros cobre o aluminio 
Acero: material refinado que se obtiene de la combinación de metales y se dividen en dos: 
 Aceros ordinarios: Hierro, carbono y manganeso, con bajo contenido de carbono 
 Aceros especiales: se hacen igual que los ordinarios, pero se les agrega plomo, vanadio, tungsteno, cromo, cobre, 
níquel, aluminio, molibdeno. 
Dependiendo del uso del ducto es como se van a combinar los elementos químicos. 
Marinos: la aleación del ducto no es igual 
Grado en una tubería: Resistencia, entre mayor grado mayor resistencia 
¿Qué le da el grado a una tubería? la cantidad de carbono que se le agrega a la aleación 
Un ducto demasiado duro no tiene flexibilidad y se puede romper, porque se cristaliza 
Propiedades de las tuberías o ductos: 
 Componentes químicos 
 Grado 
 La longitud (range) 
 Peso 
 
 
LONGITUD 
Es la terminología de la industria petrolera, la longitud de la tubería es referida como escala “range” de 
tubería. El Instituto Americano de Petróleo (API), establece que la tubería sea manufacturada en tres 
escalas de longitud. 
API: Establece tres rangos para la longitud de las tuberías 
ESCALA 1: DE 16 A 25 FT 
Escala 2: 25 A 34 FT 
Escala 3: MAYOR A 34 FT 
PESO 
Una especificación de interés de la tubería es el peso. El peso de la tubería está determinada por el espesor 
de la pared, que al mismo tiempo determina la resistencia de la tubería. La tubería de un mismo diámetro 
exterior puede venir en pesos diferentes variando consecuentemente los espesores y diámetros internos 
a más de sus aleaciones metálicas en ciertos casos 
El peso lo tiene que soportar la zapata. 
En ductos elevados se le tienen que meter soportes 
El peso de la tubería está determinado por el espesor de la pared del ducto. 
El diámetro exterior puede venir con diferentes pesos, ya que varía con el espesor y el diámetro interno, a parte ciertas 
aleaciones metálicas como el hierro pesa mucho a comparación del aluminio que tiene otro peso más liviano. 
¿Qué es una tubería? Una tubería es un elemento cilíndrico hueco compuesto generalmente de acero con una geometría 
definida por el diámetro y espesor del cuerpo que lo conforma. 
TIPOS DE TUBERÍAS 
El uso de tuberías en un pozo es de vital importancia. Constituyen el medio por el cual garantizan el control 
del mismo y se aseguran las instalaciones para el mejor aprovechamiento y mantenimiento del pozo. Es 
importante mencionar que las tuberías juegan un papel fundamental y cumplen diversas funciones. Por ello, 
se maneja una clasificación tanto por su objetivo como por la función que deben de cumplir al ser utilizadas 
en el interior de un pozo. 
Clasificación por objetivo 
Una clasificación preliminar, pero importante, es la que permite definir en qué se va a utilizar la tubería. 
Es decir, la función de operación que debe cumplir, para ello, las tuberías se clasifican como: 
De acuerdo a la función que cumple la tubería: objetivo o función de operación: 
 TR: es la tubería con la cual se reviste el agujero perforado, cuyo objetivo es proteger las zonas perforadas y aislar 
las zonas problemáticas, revestir el agujero para la estabilidad del mismo, controlar presiones, aislar la zona 
productora de otras formaciones 
 TP: Elemento tubular que conduce la producción del pozo a la superficie, ayuda a extraer los fluidos. 
 Tubería de perforación (tubería de trabajo): elemento tubular 
 
 
 Otros tipos de tubulares: 
 TF: de gran longitud y flexibilidad, no requieren conexión, es continua, no requiere conector, pero sus 
dimensiones son muy pequeñas. 
 Drill collar: Para aumentar el peso de la barrena. 
 Heavy way: tubería pesada, son grandes de gran espesor, auxiliar de lastrabarrenas y tubería de 
perforación evitando que se fatiguen. 
 Fatiga: el esfuerzo al que se va sometiendo la tubería. Entre más se someta a esfuerzos mayor es la fatiga 
y se reduce el tiempo de vida útil 
CLASIFICACIÓN DE TUBERIAS POR LA FUNCIÓN QUE DESEMPEÑAN EN EL POZO: 
 Tubería conductora: es la primer TR, generalmente hincada, para sentar el cabezal, tubería del pozo con mayor 
diámetro. En la parte marina es la que se extiende desde la plataforma hasta debajo del lecho marino. 
 Tubería superficial: Para aislar la sección de acuíferos o la sección de gas, siempre va cementada, ayuda a evitar 
derrumbes, colapsos. 
 Tubería Intermedia: Para aislar las zonas más inestables del agujero, sirve para el cambio de presiones de una 
presión normal a una anormal. Pueden ser múltiples. Presión normal se puede controlar con la densidad del agua, 
la anormal no se puede controlar con la densidad del agua. 
 Tubería de explotación: Aísla a la zona productora, soporta la mayor presión de fondo de la formación productora, 
debe ser más resistente a presiones que las demás. 
 Lastrabarrenas (drill collars): los elementos tubulares denominados lastrabarrenas son tuberías 
utilizadas para auxiliar a la tubería de perforación a dar paso a la barrena durante las operaciones 
de perforación. 
 Liner: Tubería corta de revestimiento, no se extiende hasta la cabeza del pozo y se sostiene de otra tubería, para 
reducir costos y mejorar la hidráulica en perforaciones profundas, puede usar entre la sarta intermedia y la sarta 
de perforación. 
Los tubos empleados en la industria petrolera deben cumplir con ciertas características geométricas y 
mecánicas dependiendo de su uso. Es de esta forma que encontramos lo siguiente: 
1. Tuberías de Revestimiento (TRs) y producción (TPs) 
Las características principales que deben de observarse en las tuberías de revestimiento y tuberías de 
producción son: diámetro nominal, peso nominal, grado, Drift, resistencia a la tensión, resistencia al colapso, 
así como la resistencia al estallamiento. 
Todas las tuberías deben cumplir con características principales: diámetro nominal, peso nominal, grado, drift (tener cierta 
flexibilidad), resistencia a la tensión, al colapso y al estallar. 
Especificación API 5 A: debe tener 0.04%de fosforo y .60 de azufre 
Diámetro nominal, peso nominal, clase, grado, resistencia a la tensión, resistencia al colapso y resistencia a la torción. 
2. Tubería de perforación 
Los datos principales que deben conocerse sobre las tuberías de perforación son los siguientes: diámetro 
nominal, peso nominal, clase, grado, resistencia a la tensión, resistencia al colapso y resistencia a la torsión. 
La clase de tubo, hace énfasis en el grado de usabilidad que ha tenido el tubo. El API divide las tuberías en 
clase I (tubería nueva), II,III Y Premium. 
 
 
Segú API hay: Tuberías clase 1, 2, 3 y Premium 
La construcción del tubo de perforación es otro factor a considerar, ya que se realiza a partir de dos 
elementos, el tubo madre cuyo diámetro exterior determinara el tamaño del tubo, y la junta, cuya función 
es proporcionar la geometría necesaria para que se pueda labrar una determinada rosca. 
Factores importantes en la construcción de la tubería de perforación: 
 Tubo madre 
 Junta: proporciona la geometría y rosca (fina, estándar, hembra, macho) 
 Niple: va por dentro 
 cople: va por fuera 
Qué debemos conocer de la tubería: Capacidad de resistencia de la tubería, los grados, las cedulas, desempeños 
mecánicos. 
De 10 a 15 años aprox. Tiempo de vida del ducto. 
Encofrado: Cuando el ducto se recubre con tubo de albesto 
El término “falla” se entiende como sinónimo de “fractura”. Sin embargo, en el estudio de la mecánica de 
materiales este no es el significado usual del término. Se dice que ocurre una falla cuando un miembro cesa 
de realizar de manera satisfactoria la función para la cual estaba destinado. 
Por lo tanto, una falla en las tuberías es una condición mecánica que refleja la falta de resistencia del 
material ante la situación y exposición de una carga. Con ella propicia la deformación del tubo. Las cargas a 
las que hacemos referencia son nominalmente cargas de presión, cargas axiales, ambientales y mecánicas. 
Las principales fallas de las tuberías son básicamente colapso, tensión, estallamiento y corrosión. El 
tratamiento de cada una de las fallas simplifica el estudio y análisis del comportamiento de la resistencia 
en los materiales. 
Falla en ductos: fractura, Condición mecánica antes la situación de presión y sobrecarga, propicia la deformación del tubo. 
Principales fallas de las tuberías: 
 colapso 
 tensión 
 estallamiento 
 corrosión 
Corrección: Estudio y análisis de comportamiento y resistencia de los materiales 
CEDENCIA 
Para entender el comportamiento de falla iniciaremos por definir el concepto de cedencia o fluencia, que 
es aquella propiedad o condición del material para soportar la deformación elástica, o bien, la resistencia 
que opone el material a la deformación ante la exposición de una carga. Se dice que un material alcanza la 
cedencia o fluencia cuando experimenta una carga que le provoca una deformación permanentemente. Es 
decir, el material se comporta plásticamente o se dice que tiene afluencia. 
 
 
Antes de esta deformación, al liberar la carga, el material recupera su estado original. El punto a partir del 
cual el material se fractura o se rompe, se dice que alcanza su último valor de resistencia a la cedencia. 
El API como órgano normativo en el ámbito internacional, ha establecido estándares para medir la cedencia 
de los aceros con los cuales se fabrican los tubulares denominados OCTG (Oil Country Tubular Goods), que 
no son más que las tuberías de revestimiento, tuberías de producción y sartas de perforación que se utilizan 
en la industria petrolera. 
Fluencia o cedencia: Propiedad o condición del material para soportar la deformación elástica o bien la 
resistencia que opone el material a la deformación ante la exposición de una carga. Es antes de la 
deformación. 
Un material alcanza una cedencia experimenta una carga que le da una deformación permanente. 
Existen aceros que se fabrican con especificaciones propias de los fabricantes y que no adoptan en su 
totalidad las especificaciones estipuladas por el API. A este tipo de aceros se les conoce comúnmente como 
aceros propietarios o grados propietarios, o simplemente grados NO-API. Sin embargo, tratan de seguir la 
misma nomenclatura adoptada por el API para especificar la cedencia del material. Tal es el caso de los 
grados propietarios que produce TAMSA como: TAC y TRC 
La cedencia se mide unidad de área por psi 
 Pruebas FACT FACTORY ANALISIS se hace la prueba en la fabrica 
 Pruebas OSAT: se hacen en campo antes de instalar 
API de acuerdo a las pruebas y análisis de laboratorio: establece la relación de grados de las tuberías. (tablita roja) en psi. 
La tabla se utiliza en el diseño para el factor de seguridad. 
El diseño de tuberías de revestimiento y de producción para pozos petroleros y geotérmicos se basa, 
generalmente, en el cálculo de fuerzas mecánicas, tales como: colapso, presión interna, tensión y 
compresión. 
En la mayoría de los casos, el efecto temperatura no es tomado en cuenta, ya que su variación no suele ser 
significativa en intervalos menores a los 150°C. Sin embargo, se sabe que muchos pozos pueden presentar 
temperaturas superiores a los 200°C, a partir de las cuales el esfuerzo a la cedencia se ve afectado. 
 
En la perforación de pozos petroleros se han registrado temperatura de fondo del orden de los 216 °C, 
otros donde la temperatura de producción en superficie es de 130 °C a pesar de la pérdida de calor a lo 
largo de su ascenso a la superficie. 
Para el caso de pozos geotérmicos se han registrado temperaturas de 350 a 400 °C en el fondo a 
profundidades de 3000 m. 
 
 
 
RESISTENCIA AL COLAPSO 
La resistencia al colapso es la condición mecánica de una tubería (aplastada) originada por la aplicación de 
una carga, superior a su capacidad de resistencia a la deformación 
 
DEFINICIÓN 
Fuerza mecánica capaz de deformar un tubo por el efecto resultante de las presiones externas. La teoría 
clásica de la elasticidad nos permite determinar los principales esfuerzos radiales y tangenciales que actúan 
sobre la tubería. 
Como se origina el colapso: por la aplicación de una fuerza o carga exterior superior a la resistencia 
COLAPSO: Fuerza mecánica capaz de deforma un tubo por efecto resultante de las presiones externas 
 
 
Cálculo de esfuerzo tangencial y radial de tubería: lo que nos da el valor de colapso. 
Diferentes tipos de colapso: de cedencia, plástico, elástico y de transición. 
Formulas API para el cálculo de estos colapsos: 
 Colapso de cedencia: imagen 
 Colapso plástico: imagen 
 Elástico: imagen 
Factores que provocan el colapso: Falta de calidad en la elaboración de la tubería, aleación no adecuada, un mal cálculo. 
 Desgaste de la tubería 
 Pandeo helicoidal: cuando se mete la tubería de manera forzada y girada. 
 Incremento de presión exterior por temperatura 
 Cargas geo estáticas por deformaciones plásticas y la actividad tectónica. 
 El desgaste de la TR se relaciona con mucho tiempo de perforación, problemas de pegadura 
Desgaste de la tubería de revestimiento 
Este factor está asociado a la rotación de las juntas de la sarta de perforación y a los viajes que se 
efectúan. La magnitud del desgaste en la tubería de revestimiento está relacionada por: 
- Mucho tiempo para perforar. 
- Altas severidades de la pata de perro. 
- Problemas de pegadura. 
Al reducir el espesor de la pared de la tubería es posible observar que tienden a reducirse las propiedades 
mecánicas del tubo (tubería empleada para operaciones de ingeniería petrolera). 
 
 
 
 
 
Desgaste por pandeo helicoidal. 
Cuando las tuberías de revestimiento no son cementadas hasta la superficie, debe tomarse en cuenta la 
tensión requerida para asentarla adecuadamente en las cuñas del cabezal. El valor de esta tensión está 
relacionado con las propiedades mecánicas de la tubería, de los cambios en la densidad y de temperatura 
de la siguiente etapa de perforación. 
En la operación de anclaje deben conocerse el valor de la cima de cemento, determinar la tensión adicional 
y elongación, en función de los factores que provocan el pandeo helicoidal, los cuales son: 
- Cambio en densidad de fluido interno externo. 
- Cambio de presiones en la TR interno-externo. 
- Cambio de temperatura. 
 
 
DESGASTE POR INCREMENTO DE PRESIÓN EXTERNA POR TEMPERATURA 
Cuando la cementación de la tubería de revestimiento no alcanza la superficie, el fluido de perforación que 
permaneceen la parte exterior, por el paso del tiempo sufre una degradación física de sus fases, separando 
sólidos de líquidos. 
El agua, puede ser sometida a una temperatura que pueda alcanzar valores por arriba de su punto de 
ebullición, de tal manera que comienza a evaporarse, lo que puede generar un incremento en la presión por 
el espacio anular, si esta no es desfogada. 
Cuando el pozo está fluyendo, los hidrocarburos ascienden a la temperatura del yacimiento, la cual se puede 
presentarse una transferencia de calor a través de la tubería de producción hacia el fluido empacador, el 
cual, en algunas ocasiones puede alcanzar su punto de ebullición generando vapor. Ahora bien un incremento 
de presión en el espacio anular, puede alcanzar valores elevados que causando el colapso de la tubería. 
 
 
 
 
 
 
DESGASTE POR DEPRESIONAMIENTOS INADECUADOS 
Este fenómeno se presenta en las inducciones de pozo, cuando el espacio anular se encuentra con fluido 
empacador y por el interior de la tubería se maneja un gas a presión. El fenómeno se vuele crítico 
especialmente cuando no se manifiestan los hidrocarburos o agua salada, quedando la tubería 
completamente vacía y sometida a una máxima carga por el exterior (efecto succión). 
Esto se conjuga con los depresionamientos inadecuados, que generan los denominados “golpes de ariete”, 
incrementando la fuerza exterior y por ende, el colapso 
Un golpe de ariete se genera cuando se abre y se cierra el estrangulador sin tener 
Un control. Se debe de considerar un tiempo de 3 segundos por cada 1000 m de profundidad para esperar 
la reacción de la presión en el manómetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desgaste por cargas geoestáticas por flujo de formaciones plásticas actividad tectónica 
Durante la perforación se atraviesan formaciones tales como lutitas, domos arcillosos y domos salinos, etc., 
cuyos comportamientos químico-mecánicos son francamente plásticos (donde el material se extruye y fluye 
hacia el pozo), y ocasionan que la carga geoestática se transmita radialmente hacia el pozo, lo cual puede 
propiciar el colapso de la tubería de revestimiento 
Dog-leg: Cambio en la dirección de la perforación, en una direccional o no convencional, de 1 a 5 grados cada 30m, J, 
cuando se le dan demasiados grados a la tubería no se puede meter de manera tan sencilla por su flexibilidad, 
Jettig: barrena de propulsión con fluido de perforación que va desgastando las formaciones, la barrena va erosionando la 
formación 
Severidad: grado de inclinación, curvatura en grados, grados mal aplicados. 
Una válvula se abre 3 seg por cada 1000m de profundidad 
CAMBIOS EN LA LONGITUD DEL APAREJO DE PRODUCCIÓN. 
 Aparejo: cualquier herramienta que nos ayude a realizar un trabajo que se introduce en el pozo. 
 Aparejo de perforación: Sarta 
 Aparejo de pesca: Ganchos interiores, exteriores, canastillas. 
 Aparejo de producción: todo instrumento que se introduce dentro del pozo se le llama aparejo. 
 Aparejo de producción TP: puede producir cambios de presión, generan grandes esfuerzos en la tubería y 
empacadores, cuando re realizan operaciones de mantenimiento, explotación y terminación de pozos, o 
simplemente durante la vida productora del pozo. Cuando la TP tiene movimiento libre, en el caso de las juntas 
de tensión causan un esfuerzo considerable sobre el empacador. 
La TP puede sufrir un alargamiento por la transferencia de calor de los fluidos del yacimiento a la tubería, provoca una 
carga sobre el empacador y puede llegar a deformar el aparejo de producción. 
Los movimientos de la tubería del aparejo de producción son básicamente 4 que son los que nos afectan: 
 Balloning: Esfuerzo generado sobre la presión radial sobre la tubería, aumenta el diámetro con un acotamiento 
de longitud del aparejo, 
 Pistón: Aplicación de presión sobre un área expuesta provocando elongación con diferenciales de presión abajo, 
y si es arriba presenta una contracción. 
 Bucklin: En sección transversal, se dobla o pandea el aparejo de producción se da en inyección, fracturamiento. 
 Temperatura: Elongación, crecimiento del ducto, por ser metal con la temperatura, fricción, transporte de HC, se 
dilata y se estira o alarga. 
Considerar para el cálculo del aparejo: la presión de formación, presión de yacimiento deberá ser constante 
El factor de flotación: fuerza que el fluido ejerce como el principio de Arquímedes