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UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA VICE – RECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE POSTGRADO E INVESTIGACIÓN ESPECIALIZACION EN CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES “DEMOSTRACIÓN DEL USO DE TUBERÍAS DE DESECHOS DE COMPLETACIÓN DE POZOS PERFORADOS EN YACIMIENTOS PETROLEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN EN VIVIENDAS DE INTERÉS SOCIAL, EDO ZULIA, VENEZUELA” Trabajo especial de grado presentado por: Arq. Félix Rondón Tellechea Especialización en Contrucción de Obras Civiles Maracaibo, Febrero del 2008 DERECHOS RESERVADOS II “DEMOSTRACIÓN DEL USO DE TUBERÍAS DE DESECHOS DE COMPLETACIÓN DE POZOS PERFORADOS EN YACIMIENTOS PETROLEROS PARA LA CONSTRUCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERÉS SOCIAL, EDO ZULIA, VENEZUELA” Trabajo Especial de Grado para optar por el titulo de Especialista en Construcción de Obras Civiles presentado por: Rondón Tellechea, Félix Ernesto Cedula de Identidad: 9.765.825 DERECHOS RESERVADOS III DEDICATORIA Esta especialización se la dedico a mi madre Úrsula, a mi padre Juan Pedro, mi Hermanos Juan, Zaida, María ,Antulio y Deyadira… a mi esposa Xiomara, mis hijos Ernesto y Joaquín…. y todos aquellos que no están presentes en cuerpo, sino en espíritu… a ti, luís Antonio Rondón, que siempre estarás en nuestros corazones……….. Al todo poderoso, que nos ve desde lo más alto y nos acompaña en todo momento……. DERECHOS RESERVADOS IV AGRADECIMIENTOS Agradezco la colaboración a Tomás Chavier, quien gentilmente con su experiencia y dedicación al trabajo, hace de cada día una forma de vida, permitiendo que esta investigación lleva a cabo su meta final: realizar reciclaje con tuberías de desechos de completación de pozos perforados petroleros, como una nueva alternativa constructiva para la aplicación de diseño en obras civiles, reingeniería, ahorro y funcionabilidad. A mis amigos Hernando Caldera, Neger Montero , Catherine Bracho y Harold Sarabia en contribuir en la orientación, búsqueda y participación significativa de esta investigación……………………………………………………………………………… A María Eugenia Rangel, Karla Zamora, Gustavo Pirela, Marcos Moreno, Guido Fernández, Fenier López, Alberto Sánchez y Cesar Sarmiento quienes dieron el apoyo en envió de secciones tubulares y pruebas de ensayo en Talleres centrales la Salina PDVSA, prestando un gran apoyo en el avance de este estudio…………………………. A la profesora y amiga, Rosa Esperanza Zamora, de la Universidad Rafael Urdaneta, que con su orientación en el aporte metodológico, efectúa día a día el despertar del área investigativa que todos tenemos.…..mil gracias. DERECHOS RESERVADOS V INDICE GENERAL Página TITULO…………………………………………………………………………... II DEDICATORIA………………………………………………………………….. III AGRADECIMIENTO…………………………………………………………….. IV INDICE GENERAL………………………………………………………………. V INDICE DE CUADROS Y TABLAS…………………………………………….. VI INDICE DE GRAFICOS Y FOTOS……………...………………………………. VI RESUMEN………………………………………………………………………... VII CAPITULO I: FUNDAMENTACIÓN…………………………………………… 1 Planteamiento y Formulación del Problema…...…………………………. 1 Formulación del Problema…...…………………………………………… 6 Objetivos de la Investigación.…………………………………………….... 8 Objetivos general...……………………………………………….. 8 Objetivos Específicos……………………………………………... 9 Justificación de la Investigación…………………………………………… 9 Delimitación de la investigación..…………………………………………. 11 CAPITULO II: MARCO TEORICO……………………………………………….15 Investigaciones Antecedentes……………………………………………….15 Bases Teóricas de Investigación…………………………………………….24 Tubo….………………...……..…………………………………………..... 24 Tubería………………………...……...……………………………………..25 Tipos de tuberías .. …………...……………………………………………..25 Plástico………………………………..……………………………………. 25 Asbesto ……………………………………………………………………26 Cobre………………………………………….……………………………..27 Galvanizada………..………………………….……………………………..27 Acero………………………………………….……………………………..27 Tipos de aceros….…………………………….……………………………. 28 Tubería Astm (acero al carbono) .….………………………………………. 29 Tipos de tubería de completación.…….……………………………………. 30 Carcasas o revestidores.(casing)....…………………………………………..30 Definición….……………………....………………………………………....30 Tubos de producción (tubing)………………………………………………. 32 Definición………………………....………………………………………….32 Profundidades de tuberías de producción (tubing)……....…………… ……. 34 Normativas y aspectos legales………………………………………………. 35 Términos Básicos…………………………………………………………….37 Mapa de Variables…………………………………………………………....44 DERECHOS RESERVADOS VI CAPITULO III MARCO METODOLOGICO…...………………………………… 45 Tipo de investigación.…...………………………………………………….. 45 Diseño de la investigación...………………………………………………... 46 Sujeto de análisis…....…...………………………………………………….. 49 Técnica de recolección de datos…………………………………………….. 51 Plan de análisis de datos…………………………………………………….. 51 Procedimiento de la investigación…………………………………………... 52 CAPITULO IV RESULTADOS……………..…...…………………………………59 Análisis de resultados.…...………………………………………..……….. 59 Discusión de resultados de la investigación…...…...……………………….. 70 Conclusiones……………………………...…...…...……………………….. 79 Limitaciones.……………………………...…...…...……………………….. 83 Recomendaciones.……………………………...…...…...…………………...85 CAPITULO V PROPUESTA Introducción……….……………………………………………………….... 88 Objetivos general y especifico..……………………………………………. . 89 Actividades propuestas….……..…………………………………………… 90 Recursos (Humanos y materiales)…………………………………………... 92 Propuesta Planos en 2D……………………………………………………... .93 Plano de planta general de distribución de vivienda de interés social...……. .94 Plano de propuesta de fachadas de vivienda de interés social…...…....…….. 95 Plano de propuesta de fachada lateral derecha…………………...…....…….. .96 Plano de propuesta de planta estructura (techo)………………….…....…….. 97 Plano de propuesta detalle A y B estructura…………… ……….…....…….. 98 Plano de propuesta detalle C –Sistema estructural tuberías de completación N-80 en vivienda de interés social.…… …..…………..…………………......99 Plano de propuesta detalle D Unión de columna y final de carga con viga construidos con tuberías de completación N-80 Ø 6” (16.82)…..…....….…. 100 Imágenes en 3D de la Propuesta……………………………………………..101 Imágenes en 3D de Fachada Principal y Corte-detalle perspectiva Lateral….101 Imágenes en 3D detalle- Fachada Lateral y Corte- Fachada Principal…… ..102 Imagen en 3D Corte- Fachada Lateral completa de vivienda…....………….103 Imagen perspectiva aérea de la propuesta con tuberías de desechos de completación de vivienda de interés social………………....………………..103 Referencias Bibliografías...…………………………………………………. 104 Anexos....………………....…………………………………………………..110 Tubería de revestimiento y de producción para uso en la industria petrolera Norma venezolana Covenin 2541:1999 (ANSI/API 5CT) P 55-56……….... 111 DERECHOS RESERVADOS VII I N D I C E D E T A B L A S Y C U A D R O S Tabla Nº 1, Capitulo II, Base Teóricas de la Investigación Diámetros Recomendados Tubería cañoneada y Filtros (Rejillas y Liner Ranurados) para el Interior del Revestidor……………………………………..………………………………. Página 31 Tabla Nº 2, Capitulo II Mapa de variables de tuberías,.……………………......Página 44 Tabla Nº 3, Capitulo III, Técnica de recolección de datos Tabla de Ensayo- resistencia de los materiales ……………………….……………………………………....Página 55 Tabla Nº 4, Capitulo IV, Discusión resultados de la investigación, tabla de propiedades mecánicas de tubería de completación..……………………………………… .Página 72 Tabla Nº 3, Capitulo IV, Discusión resultados de la investigación, Tabla de Ensayo- resultados resistencia de los materiales..………………..……………………..Página 73 Tabla Nº 5, Capitulo IV, Discusión resultados de la investigación, proceso de fabricación y tratamiento térmico tuberías de completación. ..………………. .Página 75 Tabla Nº 6, Capitulo V, Recursos Humanos y materiales, Estimado Clase V de propuesta..…………………………………………………………………….. .Página 92 I N D I C E D E F I G U R A S, G R A F I C O S Y FOTOS Figura 1, Capitulo II esquema de prueba........................................…………….Página 17 Gráfico Nº 1., Capitulo IV Curva de esfuerzo y deformación............... ……….Página 67 Gráfico Nº 2., Capitulo V, actividades de la propuesta….................………….Página 91 Foto 1, Capitulo I, estructura shabono……...……...................……………….Página 1 Foto 2, Capitulo I, Patio de materiales el cardonal 25................……………….Página 13 Foto 3 y 4., Capitulo II, antecedentes, fotos de testigos.….……………...…….Página 19 Foto 5., Capitulo II, Máquina de ensayo universal para prueba de testigos. …..Página 20 Foto 6., Capitulo II, Fotos de defectos naturales tuberías flexibles…… …........Página 22 Foto 7., Capitulo II, Objetivo específicos: Identificación de Tuberías de desechos de completación revestidor (liners)……...…………………………...…….…..….Página 30 DERECHOS RESERVADOS VIII Foto 8., Capitulo II, Objetivo especifico : identificación de Tuberías de desechos de completación, patio de materiales PDVSA……….…………………………....Página 33 Foto 9., Capitulo III, Objetivo especifico: Identificación Muestras seleccionados de tuberías de desechos de completación de producción (N-80)……...…………..Página 56 Foto 10., Capitulo IV, Objetivo Especifico: Analizar con equipo de ensayo destructivo Tuberías de desechos de Completación revestidor y producción (D= Ø 4” y Ø 6” …………..……………………….……………………………………………..Página 60 Foto 11 y 12., Capitulo IV, Objetivo específico :Analizar con corte de tubería desecho diámetro Ø 6”…………………………………………………………………..Página 61 Foto 13 y 14., Capitulo IV, Objetivo específico: Analizar con equipo de ensayo destructivo Broca de ensayo y Máquina de ensayo Tinius Olsen……..…….....Página 62 Foto 15., Capitulo IV, Objetivo específico: Analizar con equipo de ensayo destructivo. Colocación de la muestra Nº 1...………………………………………………..Página 63 Foto 16., Capitulo IV, Objetivo específico :Analizar con equipo de ensayo destructivo ruptura de la ensayo tubería Ø 6” pulgadas...……..............................................Página 64 Foto 17., Capitulo IV Objetivo especifico :Analizar con equipo de ensayo destructivo Reloj de máquina Tinius Olsen…………..……………………………………..Página 65 Foto 18., Capitulo IV, Objetivo específico: Analizar con equipo de ensayo destructivo. Muestra perteneciente a tubo de completación diámetro Ø 4” plgs ….……….Página 66 Foto 19, Capitulo IV, . Objetivo especifico :Analizar con equipo de ensayo destructivo Final de proceso a tensión a tracción de la tubería de desecho de completación modelo revestidor (ranurado) diámetro Ø 3”……………………………………………Página 67 Foto 20 y 21, Capitulo IV. Objetivo específico :Analizar con equipo de ensayo destructivo Resultado final de la tubería Ø 3” en la maquina olsen y presentación final de la muestra. (tubería superior)……………………..……...………………….Página 67 DERECHOS RESERVADOS IX UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA VICE – RECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE POSTGRADO E INVESTIGACIÓN ESPECIALIZACION EN CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES RESUMEN “DEMOSTRACIÓN DEL USO DE TUBERÍAS DE DESECHOS DE COMPLETACIÓN DE POZOS PERFORADOS EN YACIMIENTOS PETROLEROS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERES SOCIAL, ESTADO ZULIA, ” Autor: Félix E. Rondón T. Tutor: , Tomás Chavier. Año: Feb. 2008 El propósito de presente estudio, fue en demostrar el uso de tuberías de desechos de completación de pozos perforados en yacimientos petroleros para la construcción de viviendas de interés social, Estado Zulia, Con diseño fue de campo, y sus niveles de tipo descriptivo, y exploratorio. La muestra, fue de tres (03) tuberías de desechos de completación, grado N-80. En referencias a las técnicas utilizadas, cabe destacar la observación directa en campo, la selección, pruebas de ensayos, análisis y discusión de los resultados. El instrumento utilizado fue una máquina de ensayo a tracción, los resultados se plasmaron en una tabla, comparándolos con la norma Covenin de tuberías de revestimiento y de producción para uso en la industria petrolera, a fin, de demostrar que el material resiste estructuralmente. En el desarrollo del estudio se determinó que los diámetros de los tubos de desechos Ø 6” y 3” pulgadas superó el resultado standard, con resistencias de 113.000 a 133.000 PSI (Libras/pulgadas cuadrada) respectivamente. Se concluye que las tuberías de desechos pueden cumplir otra aplicación alterna como sistema constructivo estructural, sirviendo de los resultados obtenidos de base en viviendas de interés social y finalmente se plantean limitaciones y recomendaciones para continuar con la problemática. Descriptores: Tuberías de desechos de completación, construcción, viviendas. Rondonfn@argentina.com DERECHOS RESERVADOS C A P I T U L O I F U N D A M E N T A C I ÓN Planteamiento y Formulación del problema Durante el siglo XV, como inicio de la historia de la vivienda en Venezuela, las etnias venezolana yanomamis, tribus de la gran sabana elaboraban con la corteza de los árboles selváticos, los inmensos “shabonos”, que permitían el hábitat de decenas de familias bajo un mismo techo, logrando de esta manera una gran estructura sencilla con elementos provenientes de la misma área. (Ver foto 1) Foto 1. Estructura tipo shabono, Chichiriviche, municipio Monseñor Iturriza, Edo. Falcón, Venezuela. Fuente: Rondón, F (2007) DERECHOS RESERVADOS 2 2 Así mismo, mientras los pueblos del sur de Venezuela formaban su propias viviendas vernáculas, los pueblos de aguas diseñaron modelos en todas las riberas de la costa del lago de Maracaibo, cuyas varas de mangle cubrían los pasillos y paredes de las chozas, conformando los “Palafitos”, cuya estructura, se integraba por una serie de tablas que descansaban sobre listones y pilotes de madera de vera, resistente al deterioro de las aguas. Al pasar los años y con la conquista de los primeros colonizadores, se destaca la introducción de las primeras técnicas de construcción de casas en sus estilos coloniales, obedeciendo a la arquitectura y estructura urbana española, con signos de elementos europeos y la intención en la utilización del hierro, como protecciones metálicas , columnas en madera de Ceiba (horcones) ,madera de vera como listones para correas de los techos, recubiertas con caña brava e incluso en paredes, con muros de piedra de ojo o piedra propia del área, acompañada de barro, y celosías translucidas, a fin de permitir un sitio totalmente ventilado y logrando una arquitectura bioclimática. El desempeño de las estructuras tenía el mismo significado, la búsqueda de materiales nobles para iniciar la construcción de modelos en toda el área y una lectura visual de una tipología de fachada en reconocimiento del grado jerárquico en la trama urbana. Dentro de este orden de ideas, a fines del colonialismo e inicios del nuevo siglo XX, surge como consecuencia de las primeras guerras del continente europeo, por emigraciones, los tipos de viviendas con arquitectura de detalle, e implementación de nuevos sistemas constructivos: hierro, donde las edificaciones aun tenían en su mayoría, combinaciones de madera como columnas, elementos metálicos y la inclusión de los DERECHOS RESERVADOS 3 3 cimientosde hormigón o concreto como base sólida de las nuevas soluciones habitacionales. En el año de 1928, se funda el banco obrero, cuyo objetivo es la incorporación de construcciones a los estratos sociales mas bajos, consolidación de la nueva cultura de viviendas con estructuras en acero y cemento e influencias de modelos foráneos petroleros, donde las viviendas son estructuras metálicas, el techo es de laminas acanaladas de concreto (asbesto) y demás elementos de origen industrial, provenientes de las colonias americanas y holandesas acantonadas en Venezuela en la búsqueda del oro negro. Cabe considerar que, este tipo de viviendas corresponde a una visión de campamentos de construcción ligera, económica, ambiental y bajo una búsqueda de una trama urbana industrial. Hasta la década de 1940 se torna la masificación de construcción de nuevos urbanismos, propuestas de viviendas con arquitectura ambiental, incorporación de equipamientos, detalles y conexión de veredas urbanas denominadas bajo la corriente del Movimiento Moderno, cambios y experiencias positivas vividas en Venezuela a la par tecnológica mundial. Así llegan a la década de los años 1970 donde las viviendas se convierten en un estándar constructivo, y son de tipo apareadas, compartiendo un muro común, en sistema aporticado tradicional de columnas y losa nervada. Durante las tres ultimas décadas del siglo XX, las soluciones habitacionales fueron retrocediendo en los elementos constructivos, donde las propuestas de cerramientos de bloques de cemento sin frisar y el concepto perdurable de columnas de concreto y la búsqueda de elementos metálicos como vigas para cubiertas de laminas DERECHOS RESERVADOS 4 4 de zinc y acerolit, se mantienen durante largo tiempo bajo signos de economía y disminución de la calidad de vida. Las alternativas constructivas en las viviendas populares venezolanas, siempre están bajo el mismo criterio de elementos constructivos en concreto lo que permite más durabilidad por la nobleza del mismo. Esta ventaja se traduce a periodos mas prolongados por el tiempo de fraguado en vigas, elementos de concreto y columnas, acompañado con el cálculo en los aceros, basados en las normas y estándares de control de calidad. Al inicio del nuevo milenio, tanto en Venezuela, como en algunos países latinoamericanos, se han sustituido los sistemas aporticados tradicionales, por estructuras de elementos metálicos, generando confianza en este material, de fácil construcción, instalación, y maniobralidad, por ser económicos y con mayor rendimiento en los tiempos de labor de obra, con la construcción de elementos metálicos, donde el material es de fácil colocación, corte, limpieza y aminoramiento de periodos constructivos, que esto eleva la implantación masiva de viviendas de interés social en corto plazo Ahora bien, en la industria y en la empresa petrolera venezolana, se utilizan los aceros, empleado en tuberías para la extracción de petróleo, que son clasificadas de acuerdo a su función: revestidores (casing) cuyo propósito es aislar las rocas de las zonas no deseadas para producir en el pozo y tubería de completación o producción (tubing) que se encarga de conducir los fluidos encontrados en los yacimientos, tales DERECHOS RESERVADOS 5 5 como gas y petróleo. La tubería de perforación se fabrica en una variada selección de diámetros externos nominales desde 25,4 hasta 317,5 milímetros. Los diámetros por debajo de 76 milímetros y los mayores de 139,7 milímetros se emplean para casos especiales. Generalmente, los diámetros de uso corriente son de 88,9, 101,6, 114,3, 127 y 139,7 milímetros que, respectivamente, corresponden a 31/2”, 4”, 41/2”, 5”, 51/2” pulgadas. La longitud de cada tubo varía según el rango API. El rango 1 abarca una longitud de 5,5 a 6,7 metros; el rango 2, de 8,2 a 9,1 metros y el rango 3, de 11,6 a 13,7 metros. Sin embargo, durante mas de 50 años, en la industria petrolera, se observa gran cantidad de tuberías usadas de completación, las cuales generalmente son enviadas a patios de materiales de las distintas unidades de explotación, donde son ubicadas para su custodia, una vez terminada su utilidad para la cual fueron diseñadas. Se han efectuado usos alternativos tímidos y eventuales como la fabricación de estructuras para techos de parqueo de vehículos o linderos, entre otras, permitiendo reingeniería del material, años de vida útil después de la función principal que brindo. Sin embargo, generalmente, las secciones metálicas permanecen , sin otra función más de jerarquía constructiva para efectuar un aporte de mayor significado social , derivándose por el uso industrial o actividad exclusiva para perforación y extracción de yacimientos petroleros, donde cumpla un rol protagónico dentro del campo de los aspectos constructivos de la vivienda en Venezuela, abarcado por medio de la sustitución de aporticados de concreto tradicional por el uso alternativo de material DERECHOS RESERVADOS 6 6 metálico como las tuberías de completación de pozos perforados de yacimientos petroleros. Formulación del problema Según balestrini (2006), explica que la formulación es “la forma más directa para determinar un problema de investigación es a través de la formulación de preguntas lo suficientemente precisas…… las preguntas que se plantean de manera general deben delimitarse a fin de deslindarse ellas del problema de estudio” (P.51), es por ello se efectúa la pregunta: ¿ Son utilizables las tuberías de desechos de completación de pozos perforados en yacimientos petroleros en la construcción en viviendas de interés social? Siendo una incógnita muy precisa, debido que en la documentación y antecedentes existentes nos indican que las tuberías de completación (producción y carcasas tipo liners) funcionan como elementos en estructuras ligeras y delimitación de espacios, observándose como demostración práctica de la investigación en forma sencilla, sin ningún estudio técnico. Se observa en la norma venezolana Covenin 2541:1999 “Tubería de revestimiento y producción para uso en la industria petrolera” tablas de elongación , (P.18) muestra la resistencia a las pruebas a tracción del material de tuberías de completación modelos para producción (tubing) y revestidores (casing) permitiendo además por sus características de soporte de presiones bajo las profundidades del subsuelo , condiciones desfavorables del tipo de suelo y la extracción del petróleo, indica la alta resistencia del material apto para funcionar como elemento constructivo. DERECHOS RESERVADOS 7 7 Se plantea entonces, que la selección del tema se basa en demostrar las tuberías de desechos de completación de pozos perforados en yacimientos petroleros para la utilización en la construcción en viviendas de interés social. Como sistema alternativo, incorporando la utilización del elemento metálico industrial como columnas, donde el modulo espacial esta diseñado en base a luces de 3.00 a 4.50 mts, donde la longitud promedio de la tubería de completación de 9.00 mts, sea de gran aprovechamiento para vigas principales con un prolongado recorrido y colocadas simplemente sobre tuberías de completación que funcionarán como columnas de diámetro ø 6.625” plgs. cuya unión de este elemento sea elaborada con soldadura sobre planchas o flaches de 4 mm, fijadas con pernos de acero. Las uniones de los cerramientos deben ser guiadas por aceros ø 3/8” lisa para funcionar como arrostramiento entre el bloque de arcilla de espesor de 15 cm. y la columna metálica. Se prevé que sea mostrada la tubería como estructura en la vivienda, a fin de facilitar un mantenimiento con recubrimiento de pintura metálica exterior con fondo antioxido y estético.De hecho, se propone, que el mantenimiento de todos los metales, se efectúa bajo colocación de pintura mate, como fondo en elementos antióxido y cuyo acabado final sea en mate , su inspección y supervisión sea definida por los mismos usuarios, siguiendo los controles normales de calidad : eliminación de óxido, grasa y partículas en elementos metálicos, cordón electro soldado que corresponda a la unión de tuberías de DERECHOS RESERVADOS 8 8 completación, utilización de guías y niveles, a fin de lograr una correcta colocación de todos las distancias (luces) expresadas bajo las normas de aceros, controles de higiene y seguridad. En fin, la utilización de los tuberías de desechos de completación de pozos perforados en yacimiento petroleros para uso en viviendas de interés social, es una alternativa constructiva, que esta demostrada en otros casos, para la elaboración constructiva en linderos y galpones , sólo que metodológicamente no se ha analizado ni estudiado, pero empíricamente ha permitido la creatividad, diseño y soluciones adaptables , cuyo valor toma, al concretarlo en espacio, forma y función; sustituyendo un uso en el elemento industrial, ganando confiabilidad a los cambios, sobre el material que se encuentra en el suelo convertido en metal, como es el acero. Objetivos de la investigación Objetivo general Demostración del uso de tuberías de desechos de completación de pozos perforados en yacimientos petroleros para la construcción de viviendas de interés social. DERECHOS RESERVADOS 9 9 Objetivos específicos Identificar los modelos de tuberías de desechos de completación de perforación de yacimientos petroleros, adecuados para uso de viviendas de interés social. Analizar con equipo de ensayo destructivo, el esfuerzos estructurales a tracción de las distintas tuberías de desechos de completación con el propósito de conocer la resistencia del material y generar la selección ideal como sistema estructural. Representar en software de AutoCAD, la tubería de desecho de completación seleccionada en planos 2D de modelo de vivienda de interés social. Demostrar con el tipo de tubo de desecho de completación, su utilización como sistema estructural, para ser implementados como alternativa constructiva en diseño 3D de vivienda de interés social. Justificación El tema seleccionado, es derivado de conversaciones entre compañeros de trabajo de la industria nacional petrolera en sitios en común y observaciones efectuadas en los distintos patios de materiales de las unidades de explotación pertenecientes a la costa tierra Este y Oeste (Distrito Social Maracaibo) donde la mayoría de estos materiales una vez cumplida su función operativa especifica, son enviados a los distintos depósitos de áreas de materiales, custodiadas por las gerencias o unidades de DERECHOS RESERVADOS 10 10 explotación y producción a fin de inventariarlas y almacenarlas, sin determinar otra posible utilización alterna para fines constructivos de mayor responsabilidad social. La mayoría de las secciones metálicas industriales utilizadas para estas aplicaciones, tienen uso promedio de 4 años, puesto que su diseño es para empleo fuerte y pesado. Demostrando que estas secciones son de alta durabilidad, por el sometimiento a altas presiones a miles de metros/pies de profundidad en la búsqueda de los yacimientos petrolificos, se probará su utilidad como elemento estructural que implique un cambio de uso. Es Por ello, que se selecciona este tema, como investigación de tipo factible y descriptiva, que será de aporte al área de soluciones habitacionales, donde la mayoría de las personas de bajos recursos económicos serán las más beneficiadas como alternativa constructiva, contribuyendo como otra opción de inversión social en el programa de la siembra petrolera que lleva a cabo la empresa Petróleos de Venezuela. Así mismo, La descripción de la tubería de desechos de completación de pozos perforados de yacimientos petroleros se inserta como un nuevo tema de investigación, que contribuirá como base a futuras investigaciones en la especialización de construcción de obras civiles de la Universidad Rafael Urdaneta, permitiendo ampliar dentro del pensum académico, la implementación de proyectos con uso de elementos alternativos para fines sociales, logrando de esta manera una apertura de diseños, propuestas y resultados en el campo de la construcción, ingeniería y arquitectura en el estado Zulia. DERECHOS RESERVADOS 11 11 Delimitación de la Investigación Se plantea entonces, que el tema de esta investigación, se ubica espacialmente en los municipios Cabimas y Jesús Enrique Lossada, específicamente en locaciones de Cardonal área 25 y La Concepción (ver foto 2) costa oriental y occidental del Lago de Maracaibo respectivamente, extensiones operativas perteneciente al Distrito Social Maracaibo-PDVSA Occidente, Estado Zulia, en las zonas denominadas “patios de materiales” que custodian las tuberías de desechos de completación de perforación para yacimientos petroleros. Así mismo, este estudio se demarcó en forma temporal , ya que fue efectuada durante el periodo del primer semestre, específicamente desde el mes de enero al mes de julio del año 2007, requiriendo las correspondientes visitas de campo a patios de materiales y búsqueda de documentación a fin de permitir una base temática sustentada. Foto 2. Patio de materiales el cardonal (área 25). Zona industrial La Salina, Munic. Cabimas, Edo Zulia. Fuente: www. earth gloogle.com (2007) Patio de materiales El Cardonal. DERECHOS RESERVADOS 12 12 Para el levantamiento de este estudio, fue estratégica, ya que se realizó recopilación de información y muestreo de campo, seleccionando las tres secciones metálicas de distintos diámetros de tuberías de desechos de completación con uso frecuente en PDVSA, las cuales se ubican en las locaciones mencionadas con anterioridad. Esta limitación espacial, deriva a partir que las tuberías una vez usadas, son clasificadas (de acuerdo diámetros, grados) e inventariadas en los almacenes o patios de materiales de Petróleos de Venezuela, S.A- Occidente, depositándose de acuerdo a los distintos estratos del suelo a perforar, permitiendo la observación, selección, corte y sometimiento de muestras de tuberías de desechos de completación grado N-80 en laboratorio de ensayo de tensión del material, generando pruebas a tracción, respuesta y análisis de los elementos de estudio, validando estas secciones, basado en la normas venezolanas: “Tubería de revestimiento y producción para uso en la industria petrolera 1ra (revisión). Norma venezolana covenin (ANSI/API/5ct) 2541:(1999)”. Así mismo, esta comprobación de sometimiento del material a ensayos a tracción permitió generar o demostrar el limite elástico máximo que el material resiste a la deformación, traduciéndose la aplicación de estas fuerzas en libras; Con ello, este ensayo es comparado en tabla de tensiones a tracción en las tuberías de completación como diseño industrial que fue creado, indicando que las tuberías a 3000 mts de profundidad resisten altas tensiones a grandes profundidades en la corteza terrestre, siendo el ensayo de material, el primer resultado demostrativo, metodológico y experimental que se verificó para su resistencia para el cambio a uso domestico. DERECHOS RESERVADOS 13 13 De igual manera, según los criterios mínimos en la aplicación de proyectos constructivos en aceros, establecido en norma, con el experimento sometido a la tracción, reforzó la teoría anteriorque el material de la tubería de completación, es apto, cumpliendo la resistencia de los estados de límites según los “Criterios y acciones mínimas para el proyecto de edificaciones. Norma venezolana Covenin -mindur (provisional) 2002-(1988) siendo condiciones constructivas para optar como nueva alternativa de material industrial aplicado para sistema constructivo habitacional. Se empleó el diseño de una propuesta de vivienda de interés social, por medio de la presentación de planos de arquitectura donde se demostró la aplicación y diseño de detalles de uniones de las secciones tubulares de completación, con la tubería que obtuvo la mayor resistencia a la deformación, siendo de diámetro D= Ø 6” con fines de aplicación tecno-constructiva dadas por el soporte de información en normativas venezolanas en el área de la construcción, manejo de elementos en aceros, ambiente y seguridad permitiendo la aprobación en la aplicación en el área de construcciones sencillas ya nombradas anteriormente. No se aplicará demostraciones de cálculos estructurales o modelos matemáticos, simplemente esta investigación se delimita a aplicar, experimentar y describir con un modelo de vivienda de interés social, el uso de secciones tubulares de completación de pozos perforados de yacimientos petroleros para ser utilizadas como alternativa constructiva, utilitaria y social. DERECHOS RESERVADOS 14 14 Su documentación teórica se apoyó de exploraciones documentales basadas en tesis de Alves y Costa, (2005), “Resistencia residual de tuberías flexibles con defectos naturales, Técnica de control de Arena (2006, Nov)”, el uso de métodos descrito por Azcona, J.P (2006). “Perforación y terminación de pozos petroleros.”, “antecedentes de Historia del petróleo (2006) sin autor”. Por otra parte, se efectuó el apoyo documental de normas internacionales: Tubos de acero de México, S.A.TAMSA (2000) Roscas API y Procedimientos de uso de tubería Casing y Tubing, los cuales muestran las distintas diámetro de tuberías y sus distintos grados que pueden ser obtenidos para lograr el uso de perforación en yacimientos petroleros. Así mismo, el uso de documentación emitida en el Servicio Autónomo Nacional de Normalización, Calidad, Metrología y Reglamentos Técnicos, (SENCAMER) serie de normativas y reglamentos los cuales se basan en el Código Venezolano de Normas (COVENIN) : “Tubería de revestimiento y producción para uso en la industria petrolera 1ra (revisión). Norma venezolana Covenin (ANSI/API/5ct) 2541:(1999)”, “Criterios y acciones mínimas para el proyecto de edificaciones. Norma venezolana Covenin - mindur (provisional) 2002-(1988) definiciones, notaciones y unidades entre Otras”, “Estructuras de acero para edificación. Métodos de estados de límites” Norma venezolana Covenin, 1618:(1998), “Diccionario gratis del Petróleo. Glosario de significados de términos petroleros (2006)”. DERECHOS RESERVADOS 15 15 C A P I T U L O II M A R C O T E Ó R I C O Investigaciones Antecedentes En las investigaciones realizadas para conocer antecedentes, se halló la tesis, efectuada por Alves y Costa, (2005), tilulada Resistencia residual de tuberías flexibles con defectos naturales, métodos y condiciones para decidir cuándo descartarlas.- Departamento de Investigación, Desarrollo e Ingeniería de E&P. S.I.C donde los resultados de ensayos experimentales de tracción uní axial realizados en muestras de líneas flexibles de perforación, con defectos naturales, permitieron determinar si una línea debía ser sometida a la reparación de su camada externa (no metálica) o si el segmento averiado debía ser descartado. Dentro de este marco, se efectuaron pruebas de tracción uní axial hasta el colapso en muestras de tubería de descarga de diámetro ø 4” pulgadas con defectos naturales, a fin de determinar la resistencia estructural residual de las tuberías y las consecuentes indicaciones relativas al descarte del segmento averiado. Se realizó la correlación entre los resultados obtenidos en las inspecciones electromagnéticas de los defectos naturales y la pérdida de resistencia estructural de la tubería. DERECHOS RESERVADOS 16 16 Se concluyó que si la reducción de la sección metálica de la tubería debido a la presencia de defectos naturales gira en torno de 10%, entonces el descarte se torna incuestionable. Durante la inspección de las líneas flexibles en operación, pueden detectarse defectos en la capa plástica externa, que pasan a ser vigilados. Pero si el defecto amenaza comprometer la integridad estructural de la línea, esta se retira de funcionamiento y se somete a una nueva inspección. A partir de los resultados de esa inspección se decide si la línea sólo debe ser sometida a la reparación de su camada externa (no metálica) o si el segmento averiado será descartado, lo que implica la instalación de nuevas conexiones. Esta operación es demorada y de costo elevado. Por otro lado, si la línea ofrece resistencia estructural residual confiable para continuar en servicio, puede determinarse mejor el momento más adecuado para efectuar el descarte del segmento averiado, con la consecuente reducción de costos. De hecho, los resultados de ensayos experimentales de tracción uníaxial en muestras de líneas flexibles con defectos naturales, detectados y medidos con equipo de inspección para líneas flexibles, con el objetivo de obtener muestras de la línea flexible de ø 4” pulgadas, estructura 101-0171, que presenta discontinuidades o defectos naturales, expresados por la pérdida de área de la sección metálica de su armadura de tracción, se realizó la inspección electromagnética en la línea, por medio de equipo desarrollado para la inspección en líneas flexibles. El equipo de inspección utilizado consta de una consola y un juego de cabezales, Cada cabezal atiende a un diámetro de la línea. En el equipo se encuentran los imanes permanentes y los sensores de detección DERECHOS RESERVADOS 17 17 de las discontinuidades o defectos. La consola procesa las señales enviadas por los cabezales y suministra el registro de la inspección. El equipo permite la detección simultánea de defectos localizados (alambres rotos, picaduras) del tipo LF y defectos conocidos como LMA (corrosión, abrasión, ente otros), que incluyen la pérdida de material. (Ver la figura 1). Figura 1.Esquema de Principio físico de la prueba. Fuente: Alves y Costa, (2005) Resistencia residual de tuberías flexibles con defectos naturales. Dentro de este orden de ideas, se cuenta con un potente imán permanente, capaz de saturar las estructuras ferromagnéticas de las líneas flexibles (hilos del blindaje de DERECHOS RESERVADOS 18 18 tracción y capa zeta), en una longitud determinada, y una bobina sensoria que envuelve la línea. Cualquier variación del área de la sección transversal metálica de las estructuras ferromagnéticas de las líneas (causada por defectos tales como corrosión, abrasión o alambres partidos) causará una diferencia de su flujo magnético MM. Una vez saturado magnéticamente, el flujo magnético MM es directamente proporcional al área de la sección transversal metálica. De esta forma, una variación del área de la sección transversal de las estructuras ferromagnéticas de la línea se mide como una variable denominada V3. Para ello, las muestras consideradas en este programa experimental se obtuvieron a partir de la inspección electromagnética en la línea de flujo de 794 metros de longitud y ø 4” pulgadas, de estructura 101-0171, que mostraba discontinuidades o defectos naturales generados durante el funcionamiento. Tras la inspecciónse identificaron siete segmentos de la línea para la toma de las muestras, de las cuales cinco presentaban defectos naturales y las otras dos no tenían defectos. Las muestras se identificaron de la A1 a A7, (ver foto 3) donde los testigos (ver foto 4) A1 y A3 no tenían defectos y se usaron como muestras de referencia. DERECHOS RESERVADOS 19 19 (Fotos 3 y 4) Fotos de testigos. Fuente: Alves y Costa, (2005) Resistencia residual de tuberías flexibles con defectos naturales. Las Pruebas experimentales de tracción uníaxial, en las muestras seleccionadas se efectuaron en el Laboratorio de Pruebas Mecánicas de la Gerencia de Tecnología de Materiales, Equipamientos y Corrosión del Centro de Investigación de Petrobrás, Rió de Janeiro, Brasil. Donde se utilizó un cuadro o banco de ensayos especialmente proyectado para pruebas en líneas flexibles, equipado de accionador con capacidad de 100 kN, de fabricación MTS. Para el experimento de aplicación de carga fue de 10 kN/min, control de carga, observada y medida por un controlador MTS 45820 sometidas a la tracción axial hasta finalizar al colapso, a fin de correlacionar los DERECHOS RESERVADOS 20 20 resultados obtenidos en la inspección electromagnética con la pérdida de resistencia estructural de la línea, debida a la presencia de defectos naturales. (Ver Foto 5) Foto 5. Máquina de ensayo Universal para prueba de testigos. Fuente: Alves y Costa (2005). Resistencia residual de tuberías flexibles con defectos naturales. El Análisis de los resultados, indica la variación de carga máxima de tracción tolerada por las muestras con las respectivas pérdidas de área de la armadura de tracción y como segundo resultado se expresa en el análisis, la variación de la resistencia de tracción residual de las muestras con las respectivas pérdidas de área de la armadura de tracción. La resistencia nominal de la línea fue establecida como la media de las resistencias de las muestras A1 y A3, tomadas como referencia. DERECHOS RESERVADOS 21 21 A pesar del pequeño número de pruebas efectuadas, puede observarse una reducción de la resistencia a la tracción de la línea con la pérdida de la armadura de tracción. Donde se mostró que la tasa de pérdida de resistencia a la tracción pasa a ser mayor que la tasa de pérdida de área de la armadura de tracción, para las discontinuidades mayores de 4%. Más aún, puede observarse que la resistencia residual de la línea, para pérdidas de área de la armadura de tracción mayores de 10%, tiende a mantenerse constante, teniendo en cuenta los niveles de pérdida de área metálica aquí presentados. Por otro lado, reducciones de área superiores a 5,0% comprometen la armadura de tracción, que pasa a ser responsable por la falla de la línea. O sea que para el flujo inspeccionado y para los daños evaluados existe una reducción de área de la sección recta de la armadura de tracción entre 2,5% y 5,0%, donde el mecanismo de falla deja de ser el colapso de la carcasa, y pasa a ser ruptura de la armadura de tracción. Los resultados de los ensayos de tracción uníaxial de las muestras con discontinuidades mostraron que una pérdida de área de la armadura de tracción implica una reducción de la resistencia a la tracción de la línea flexible. La tasa de pérdida de la resistencia residual pasa a ser mayor que la tasa de pérdida de área de la armadura de tracción, cuando se consideran discontinuidades mayores de 4% y para mayores 10% cuando llega al límite mínimo, resulta incuestionable su descarte Aquí entran en juego los mecanismos de falla, colapso de la carcasa y ruptura de los alambres de la armadura de tracción, que están asociado a la reducción de la sección DERECHOS RESERVADOS 22 22 metálica de la armadura de tracción. Situándose entre 2,5% y 5%, tiene lugar el cambio de un mecanismo de falla a otro. (Ver Foto 6). Defectos naturales de tuberías flexibles. Foto 6. Defectos naturales de tuberías flexibles. Fuente: Alves y Costa (2005) Resistencia residual de tuberías flexibles con defectos naturales. Resulta claro, que el equipo utilizado para la inspección en línea de flujo de ø 4,0” pulgadas demostró ser adecuado para medir reducciones de la sección central de la armadura de tracción. Se observó, que hay un cambio en el tipo de falla de la línea de flujo en el intervalo entre 2,5% y 5% de reducción de área metálica. Los resultados obtenidos de la línea de flujo de ø 4” pulgadas, con daños en la armadura de tracción del tipo evaluado, que resultan en reducciones de área de su sección recta inferiores a 2,5%, DERECHOS RESERVADOS 23 23 presentan falla por colapso de la carcasa. Los resultados de inspecciones electromagnéticas, requiere pruebas experimentales adicionales en líneas flexibles con discontinuidades en la armadura de tracción. En atención a lo expuesto, el antecedente anterior es de cierta similitud y única referencia mas cercana al tema de investigación propuesto y se escoge como bases para la investigación de tuberías completación, observándose en tuberías ø 4” flexibles para conducción fluidos petroleros, la probabilidad de determinar y sustituir tuberías con defectos naturales, en un tiempo las carcasas metálicas, determinándose por pruebas uníaxiales el colapso de la misma, sin esperar el que la sección metálica sea sometida a su máximo soporte. La tubería flexible tuvo un comportamiento que un porcentaje por el rango de 2 a 5 % las tubería o carcasas tiende a reducirse su sección metálica (tubería de diámetro ø 4”) sometidas a esfuerzos a tracción y es el momento que llega a su limite de resistencia del material y continua a la ruptura de mismo. Sin embargo, el antecedente indica, que en función al tipo de tubería, los colapsos o limites de tensión, pueden variar de acuerdo al tipo de material y espesor del acero , ya que las líneas de transporte de flujo, son elaboradas con hilos metálicos y su característica de flexibilidad, tienden en tiempos de uso prolongados su desgaste. La tubería de Completación de perforación de yacimientos petroleros, es elaborada en acero continuo ,sin ningún tipo de uso de hilos metálicos, por su función de extracción de petróleo bajo condiciones extremas de presión a miles de metros de profundidad del subsuelo que por estas razones, el uso de la técnica con máquina de DERECHOS RESERVADOS 24 24 ensayo para la investigación desarrollada, arrojará las condiciones que soportan el material en los estados de limites (elástico y plástico) al que puede someterse las tuberías de completación petrolera, condiciones a ser comparadas con otro testigo a fin de efectuar una selección ideal, basados en normas Covenin , normas internacionales de uso de acero (API), seguridad, validación y calidad del material, para permitir llevar a cabo las demostraciones, por medio de un modelo de vivienda, como uso alternativo de materiales industriales, en la construcciones de estructuras en soluciones habitacionales de interés social, siendo el antecedente, un aporte para el uso de las técnicas de pruebas , análisis, y resultados en esta investigación. Bases teóricas de lá investigación Tubo: Según el diccionario del Arquitecto, Bermúdez (1993) en instalaciones, se define como tubo “Pieza hueca en forma cilíndrica, abierta en ambos lados extremos y que sirve para conducir líquidos”.Así mismo, para el diccionario Larousse (2005) el tubo, es un “Elemento de sección constante en la conducción, utilizando para la circulación de un fluido o un producto pulvurento: tubo de calefacción; tubo de desagüe.” Tubería: Según Larousse (2005) se conoce como tubería, “Serie o conjuntode tubos, canalizaciones o cañerías que sirven para conducir un fluido o un producto DERECHOS RESERVADOS 25 25 pulverulento en una instalación.” Así mismo, el diccionario del Arquitecto, Bermúdez (1993) el concepto de las tuberías es: “Conducto de tubos por donde pasa un liquido”. Tipos de tuberías En el ámbito de la industria existen diversos tipos de materiales para la elaboración de las tuberías, el cual se destacan las elaboradas en plástico conocidas como plástico pead, plástico pvc., asbesto Así mismo, tuberías elaboradas en cobre, galvanizadas, acero y astm cuyos materiales van de acuerdo al uso que van a someterse. Plástico: Según el diccionario del Arquitecto, Bermúdez (1993) denomina al plástico como: “materia resinosa que se puede moldear por el calor”. (P.443 ) y el diccionario Larousse (2005) denomina al plástico como “ polímeros formados por la repetición de un número elevado de un motivo de base A-B (copolimeros).La estructura pude ser lineal, bidimensional o tridimensional (si el monómero tiene al menos lugar a crecimiento en las tres dimensiones)”. Los plásticos pueden ser termoplásticos : “que admiten reformarse”, Bermúdez (1993) y termo enduceribles,: “que no admiten reformarse”, transformándose los primeros en segundos por introducción de un tercer polímero reticulable. Estos plásticos se clasifican en PVC que provienen de la formación de cloruro de polivinilo, capaces de DERECHOS RESERVADOS 26 26 transportar aguas potables y lluvia, evacuar aguas residuales y condiciones de resistir sustancias corrosivas y calor. Para ello existen Tuberías empleadas para la conducción de gas: Polietileno de Alta Densidad (PEAD) utilizadas para la conducción de gas natural y polietileno (PE) utilizadas para el suministro de gas dósmetico. Las condiciones que deben cumplir las tuberías destinadas a conducciones de gas de acuerdo bajo la norma Venezolana COVENIN 2580-89 “Redes de distribución de gas domestico Instalación de tuberías de polietileno de alta densidad” Asbesto: Según diccionario Larousse (2005), el asbesto es una “Sustancia mineral fibrosa e inalterable al fuego” y el Diccionario del arquitecto, Bermúdez (1993) el asbesto es un “mineral de fibras duras y rígidas que mezclado con cemento, se empleaba en la fabricación de asbesto cemento- Amianto” (P. 93). Las láminas de fibras de asbesto mezclada con cemento, se utilizaron durante el siglo pasado, entre las décadas del 1930 a 1980 en Venezuela como material en la construcción por sus condiciones de ligereza e incombustibilidad para la elaboración de tuberías para evacuación de aguas servidas, en uso de colectores principales urbanos como en áreas domesticas. Tuberías descontinuadas por ser un material que representa alto peligro para la salud, siendo sustituidas por plástico pvc con características de material manejable, mayor resistencia y durabilidad. DERECHOS RESERVADOS 27 27 Tubería de cobre: Según el Diccionario del Arquitecto, Bermúdez (1993) se define el cobre en el área de la construcción: “Metal de color amarillo rojizo, mas blando y menos resistente que el hierro” (P 171). Posee múltiples usos: Tuberías de uso para conducción para agua potable, y gases de las tres familias. La presión de utilización dependerá del tipo de soldadura con que se unan los tubos para este tipo de material. Tubería galvanizada: Según diccionario Larousse (2005) ,el galvanizado se denomina “dar un baño de cinc a otro metal para preservarlo del proceso de la oxidación” . Así mismo, como concepto en tecnología se conoce la tubería en galvanizado como“aplicar una capa de metal sobre otro por procedimiento galvanico”. De uso para la colocación en instalaciones eléctricas en viviendas, comercio y área industrial. Acero: Según el diccionario del petróleo (2006) el acero,” es una aleación hierro- carbono, capaz de ser deformado plásticamente con tenores mínimos y máximos de carbono en un orden de 6,008 y 2% respectivamente, pudiendo contener otros elementos de aleación, axial como también impurezas inherentes al proceso de fabricación”. DERECHOS RESERVADOS 28 28 Según el diccionario Larousse Ilustrado (2005), se denomina como acero la “Aleación de hierro y carbono que contiene menos del 1.8% de este ultimo elemento, susceptible, de adquirir por tratamientos mecánicos y térmicos propiedades muy variadas”. Mientras que el Diccionario del Arquitecto, Bermúdez (1993) se conoce como acero: “Hierro combinado con una cantidad de carbono, que adquiere gran dureza y elasticidad por el temple. El templado del acero es calentado a altas temperaturas y enfriado bruscamente, haciéndose así duro pero frágil”; recalentado a 250-300 º c y enfriado lentamente se hace dúctil y maleable conservando su dureza. De este hierro, derivan varios tipos de Acero al crisol, oxigeno y aleación o muy especial, que son elaborados por fusión en un crisol, fundición en altos hornos enriquecidos por oxigeno puro y confeccionados con otros metales como níquel, cobre, cromo, respectivamente. Tipos de aceros: Los aceros se pueden dividirse en corte rápido, para ser utilizados en la elaboración de herramientas, duro que contiene 0,60 y 0,70% de carbono, extra duro superior de 0,70 % de carbono y extra suave con un porcentaje por debajo de 0,15 % carbono. Otros, son los aceros forjados, con bajo contenido de carbono y que pueden soldarse bajo forja, el acero Inoxidable, resistentes a diversos agentes corrosivos a temperatura ambiente (300º) el acero laminado, con un ligero carbono o contenido de aleación para ser Chapas, rieles o perfiles laminados, el acero Moldeado, muy duro , rico en carbono y elaborado en fundición, los aceros semi duros, con rangos de 0,60 al 0,40% de carbono y aceros semisuave de 0,40% a 0,25% de contenido carbono, aceros DERECHOS RESERVADOS 29 29 suaves entre 0,25 y 0,15% de carbono y el acero trefilado, menos rico en carbono que el acero moldeado, cuyo uso es para hacer hilos para cables. Tubería astm: Según Guía del Servicio Autónomo para el suministro de Gas e Infraestructura de Maracaibo (SAGAS) (2000), las tuberías elaboradas a base de acero al carbono, es utilizada para conducción de agua, empleada en los sistemas de contra incendio y Puede emplearse para la conducción y/o transporte de presión de gases domésticos de la 1era., y 2da., familia. Para la 3era., familia sólo podrá utilizarse el acero estirado. Las siderúrgicas y suplidores de tuberías para la industria petrolera, ofrecen una variada selección corriente de tubos, pero también pueden satisfacer pedidos especiales de los usuarios. Cuando se requiere una sarta de perforación debe pensarse en las características deseadas: longitud total de la sarta y rango de longitud de los tubos; diámetro nominal e interno del tubo; grado del material (D, E u otro especial); punto cedente en tensión (carga); punto cedente en torsión (momento); peso por metro de longitud; tipo de conexión; longitud, diámetro externo e interno, recalcado interior o exterior o ambos; punto cedente de tensión y en torsión, y momento necesario de torsión de enrosque. DERECHOS RESERVADOS 30 30 Tipos de tuberías de completación Carcasas o revestidores (casing) Definición carcasas En la industria petrolera, se utilizan dos tipos de tuberías: una sección metálica que protegen el tubo de perforación, denominadas carcasas o revestidores, (casing) cuya función es aislar las zonas de yacimientos o de las áreas no deseadas para la extracción de un pozo. Estas se dividen en dos modelos: liners, cuya superficie del mismo posee ranuras que se utilizan para pozos con control de arena y estos son más resistentes, yaque el área de flujo de las ranuras son máximo 3%. Los tubos tienen un diseño de ranuración longitudinal y de acuerdo al ancho de ranuras son las longitudes de estas. (ver foto 7) Foto 7. Objetivo específico: Identificación de tuberías de desechos de completación. Tubería ranurada (Liners) de Ø 3” Izquierda. Fuente: Rondón, F (2007) DERECHOS RESERVADOS 31 31 Ahora bien, el otro modelo son las carcasas con perforaciones (orificios) que proporcionan menos resistencia, motivado por un número de perforaciones que tiene por cada pie, es decir seis a ocho huecos como mínimo por cada 30 cms, a medida que el diámetro aumenta, suma más perforaciones en la sección metálica de la carcasa. (ver tabla Nº 1) Tabla Nº 1: Diámetros Recomendados de Rejillas para el Interior del Revestidor Fuente: Azcona, (2006) Perforación y terminación pozos petroleros. Para un mejor entendimiento de lo que es una tuberías con rejillas, se hallo los autores de tesis, Aguirre y Vivas (2006, Caracas) "Completación de Pozos Petroleros", técnicas de control de Arena donde Las rejillas o "liners" ranurados sin empaques con grava, constituyen la manera más sencilla de controlar la producción de arena en pozos horizontales dependiendo lógicamente del grado de consolidación de la arena a producir. Este mecanismo debe emplearse, sólo si se tiene una arena bien distribuida y DERECHOS RESERVADOS 32 32 limpia, con un tamaño de grano grande, porque de lo contrario la rejilla o forro terminará taponándose. Las rejillas y "liners" actúan como filtros de superficie entre la formación y el pozo, puesto que el material de la formación se puentea a la entrada del "liner". Las rejillas y los "liners" ranurados previenen la producción de arena basados en el ancho de las ranuras o aperturas para el flujo, denominado también calibre, creando así un filtro que permite la producción de petróleo.(P.2) Tubos de producción (tubing) Definición de Tuberías de producción: Los tubos de producción o denominados “tubing”, como tubos de completación, tiene la función de transportar al pozo, los fluidos que se producen al perforar yacimientos de gas y petróleo. De estas Existen varios tipos de tubos, el cual de acuerdo a este estudio, los más utilizados en la industria petrolera venezolana, de acuerdo al tipo de suelo o roca en el Estado Zulia, son elaboradas en acero al carbono de grado N-80 (H2S /corrosión/arena) resistencia a la cedencia mínima de 80.000 psi con una longitud promedio 30 pies (9.45 mts), diámetro de la tubería es de D= 2” pulgadas hasta de 7” plg. con un peso 4 hasta 23 kilos por cada 30 cms, Estas tuberías soportan una tensión desde 70 mil hasta 72 mil libras/pulgadas. Y tubería homologa de tipo J55 con las mismas condiciones, características y utilidad en la extracción de petróleo. (ver Foto 8) DERECHOS RESERVADOS 33 33 Foto 8. Objetivo especifico : identificación de tuberías de desechos de completación de producción (tubing), Patio de Materiales, La Concepción. PDVSA Occidente, Municipio Jesús E. Lossada, Edo Zulia. Fuente: Rondón, F. (2007) En algunos casos las tuberías de completación reservan data de la década de 1920, la cual, por su resistencia a bajas presiones bajo la corteza terrestre, está siendo utilizada en la actualidad. Pero, la mayoría de estas secciones al cumplir su vida útil, son desmontadas retiradas y colocadas en áreas de patios de materiales, limpiadas e inventariadas. Sin embargo, con tantas características a favor, es sustituida por una nueva sección metálica del mismo modelo, en el caso que durante un término de tiempo haya cumplido su función como tal. La selección de los componentes principales de toda la sarta, así como dispositivos auxiliares necesarios, dependen fundamentalmente del DERECHOS RESERVADOS 34 34 diámetro y de la profundidad del hoyo como también de las características y comportamiento de los estratos que ha de desmenuzar la barrena. La selección se hace aún más importante para áreas donde se dificulta mantener el hoyo recto, debido al buzamiento y al grado de dureza e intercalación de estratos diferentes. Profundidades de tuberías de producción (tubing) En la búsqueda de yacimientos en formaciones del Cretáceo, existen antecentes de las perforaciones de reservas petroleras, desde 1980 en el estado Zulia Lagoven, filial de PDVSA, efectuó las perforaciones más profundas registradas en Venezuela: Urdaneta 5.740 metros; Cabimas 5.049 metros; Sur-Oeste-Lago 5.263 metros; Tía Juana 5.379 metros; Aricuaisá 5.685 metros; Alturitas 5.263 metros; San Julián 5.635 metros, donde Corpoven terminó un magnífico productor, 1.495 b/d de petróleo de 34,3° API, cuya profundidad final llegó a 5.678 metros. Así mismo, en el oriente del país, la perforación profunda en áreas conocidas y nuevas tuvo éxito en Quiriquire 5.490 metros, Orocual 4.320 metros, Amarilis 5.948, El Furrial 4.750, Piedritas 4.941. Costafuera de la península de Paria y la región del delta del Orinoco se perforaron pozos profundos: Patao 4.146, Caracolito 5.675 y Tajalí 4.560 metros. Toda esta actividad indica que en el país hay experiencia y capacidad para realizar la perforación de pozos profundos, al igual que en las áreas de operaciones más destacadas del mundo. En 1990 a profundidad promedio fue de 5.059 metros. DERECHOS RESERVADOS 35 35 Todas estas características señalan, que básicamente, la tubería de desechos de completación es ideal para realizar cualquier uso de tipo estructural aplicable en obras civiles sencillas tales como cercas, paradas, cubiertas ligeras, pequeñas pasarelas, locales comerciales y en el caso de la investigación en cuestión en su aplicación como estructuras en viviendas de interés social, que permiten llevar la aplicación reciclable de este tipo de secciones y de uso alternativo. Normativas y Aspectos Legales Durante el desarrollo del tema seleccionado, se consultó documentación del Servicio Autónomo Nacional de Normalización, Calidad, Metrologia y Reglamentos Técnicos, (SENCAMER) que es el órgano desconcentrado con autonomía funcional, financiera, administrativa y organizativa de carácter técnico especial, adscrito al Ministerio de Industria Ligeras y Comercio (MILCO) el cual tiene como misión asegurar el funcionamiento del sistema venezolano para calidad como soporte al modelo desarrollo socioeconómico del país y mejoramiento de la calidad de vida del venezolano. Este ente emana una serie de normativas y reglamentos los cuales se basan en el Código Venezolano de Normas (COVENIN), a fin de establecer una relación legal de las secciones tubulares si están dentro de las normativas, Standard y aspectos legales y poder aplicar los elementos en estudio como sistemas estructurales en obras civiles. DERECHOS RESERVADOS 36 36 Para la demostración de la utilización de estas secciones metálicas en cuestión se inicio con el estudió de la Norma venezolana Covenin 2541: 1999 (ANSI/api/5ct) “Tuberías de revestimiento y de producción en la industria petrolera” (1ra revisión) donde esta norma contempla “los tubos de revestimiento de producción y liners en la designación y espesores de paredes aplicables para los cuatro grupos posteriormente,” donde el grupo 1 : corresponde a “tubos de revestimiento (casing) y tubos de producción (tubing) en grado H, J, K y N” (P. 56). La documentación normativa, indica conceptos de las tuberías en esta investigación a fin de conocer su espesor, tipos y sus características fundamentales de estas secciones en cuestión. Así mismo, señala los pasos a seguir para la realización de probetas de ensayo a la tracción, el cual es partede los objetivos trazados para la demostración en esta investigación. Dentro de este marco, se revisó la norma venezolana covenin 1618, (1998), comité técnico CT-03, “Estructuras de acero para edificaciones método de los estados Límites (1RA Revisión)”, donde expresa la utilización de estructuras, miembros, componentes, elementos, juntas y conexiones que no pertenezcan a edificaciones. Así mismo, se revisó la normativa 803-89 Aceros. Definición y Clasificación. (1RA Revisión) Norma Venezolana Covenin, comité técnico 7, donde en su objeto y campo de aplicación se menciona que “esta norma venezolana contempla las definiciones y clasificaciones de los aceros, basados en su composición química, proceso de obtención, grado de oxidación y sus principal aplicación” (P.1) con ello permitirá un soporte técnico de la investigación si estos tubos de completación cumplen con los aspectos técnicos para una vida prolongada como uso alternativo y velando por su aplicación en normas de seguridad. DERECHOS RESERVADOS 37 37 Términos Básicos Acero al carbono: Es una aleación de Hierro-Carbono que contiene además otros elementos cuyas, proporciones no excedan los siguientes limites: Aluminio 010%, Manganeso 1,65%, Silicio 0,50%, Manganeso+Silicio 2%, cobre (1) 0,40%, Níquel 0,30%, Cromo 0,30%, Molibdeno 0,08%, Vanadio 0,10, Tungsteno 0,1,entre otros. http://www.zonagratuita.com/diccionario petróleo. Barrena de perforación (Dril bit): La parte de una herramienta de perforación que corta la roca. http://www.zonagratuita.com/diccionario petróleo Palafitos: Viviendas de la etnia goajira venezolana, apoyadas en pilares o simples estacas, generalmente construidas sobre cuerpos de aguas tranquilas como lagos, lagunas y caños (cursos irregulares y lentos por los que desaguan los ríos y lagunas de las regiones bajas); aunque también son construidas a orilla del mar. La palabra deriva del italiano palafitta. Américo vespucio, en 1.499 en visita a Venezuela denominó así, las viviendas autóctonas, con cierta similitud con Venecia,Italia. http://www.upload.wikipedia.org DERECHOS RESERVADOS 38 38 Perforación: Pozo excavado mecánicamente en el subsuelo y destinado al reconocimiento y la explotación de un yacimiento de hidrocarburo: Perforación Petrolera.http://www.zonagratuita.com/diccionariopetróleo. P.S.I: La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada).www.monografias.com/presión-monografias_com.htm Pozo (well): Agujero perforado en la roca desde la superficie de un yacimiento a efecto de explorar o para extraer aceite o gas. http://www.zonagratuita.com/diccionariopetróleo. Sarta de perforación (Drill string): Tuberías de acero de aproximadamente 10 metros de largo que se unen para formar un tubo desde la barrena de perforación hasta la plataforma de perforación. El conjunto se gira para llevar a cabo la operación de perforación y también sirve de conducto para el lodo de perforación. http://www.zonagratuita.com/diccionariopetróleo. Tensión: Fuerza por unidad de área, úsese preferentemente en lugar de esfuerzo. Esfuerzo producido por solicitaciones exteriores en los materiales. Las principales tensiones son: la tracción, la compresión, la flexión, el esfuerzo cortante y la DERECHOS RESERVADOS 39 39 torsión. A fin de que una pieza resista con seguridad, es preciso que la tensión o esfuerzo obtenido sea igual o inferior l valor que pueda soportar el material o esfuerzo obtenido sea igual o inferior al valor que pueda soportar el material escogido. Diccionario del arquitecto .Bermúdez (2006), P.537 Teoría de los estados de límites: Método de diseño que consiste en determinar todos los modos potenciales de falla o inutilidad (Estados de límites) y mantener unos límites de seguridad aceptables contra la ocurrencias, las cuales se establecen habitualmente con criterios probalísticos. http://www.prisma.com/diccionario del gratis del petróleo. Resistencia cedente: La tensión para la cual un material exhibe una desviación límite de la proporcionabilidad entre tensiones de deformaciones siembre que se especifica la resistencia cedente, es necesario citar el método de ensayo, utilizando así el porcentaje de desviación o la deformación total (“yield strength”). http://www.prisma.com/diccionario del gratis del petróleo. Yacimiento (Reservoir): Acumulación de aceite y/o gas en roca porosa tal como arenisca. Un yacimiento petrolero normalmente contiene tres fluidos (aceite, gas y agua) que se separan en secciones distintas debido a sus gravedades variantes. El gas siendo el más ligero ocupa la parte superior del yacimiento, el aceite la parte intermedia y el agua la parte inferior. http://www.prisma.com/diccionario del gratis del petróleo. DERECHOS RESERVADOS 40 40 Yacimiento de gas / condensado (Gas / condensate reservoir): Un yacimiento en el cual ni el gas natural ni el aceite crudo son las corrientes de producción predominantes. Para incrementar la recuperación del condensado, el gas de be ser recirculado durante los primeros años y producido en una fecha posterior. http://www.zonagratuita.com/diccionariopetróleo. Mapa de variables Según Lazarsfeld (1969) citado por Ramírez,(1999) define como variable “una dimensión de un objeto”. Así mismo, para Hollander (1975) citado por Ramírez,(1999) indica que “es un atributo que puede variar de una o más maneras”. ( P.121) Mientas que Véliz, (2006) tiene como concepto de variable que “es un elemento que se va desglosando de lo general a lo particular, hasta llevarlo a la expresión mas especifica este elemento puede adquirir valores diferentes” (P.21). Así mismo, Véliz (2006) plantea que las variables “se pueden extraer del objetivo general o especifico y vincular los ítems o preguntas de los cuestionarios .Hay que realizar la definición conceptual y la definición operacional” (P.21). En esta investigación se inicia citando los dos primeros objetivos específicos: “Selección de los modelos de tubos de completación de desechos de perforación de yacimientos petroleros, adecuados para uso de viviendas de interés social.”¨y como DERECHOS RESERVADOS 41 41 segundo objetivo “Analizar con equipo de ensayo destructivo, los esfuerzos estructurales a tracción de las distintas tuberías de desechos de completación con el propósito de conocer la resistencia del material y generar la selección ideal como sistema estructural”¨ Según Balestrini (2006) “el proceso lógico operacional tal como lo refiere korn (1973), se deben seguir los siguientes procedimientos: definición nominal de la variable a medir, definición real: enumeración de sus dimensiones y definición de operacional: selección de indicadores”.(P.113) Así mismo, Balestrini (2006) dicta como definición Nominal, aquel que”se encuentra estrechamente vinculada con el cuerpo teórico contenida la hipótesis en cuestión o la variable en estudio. Se establece específicamente el significado que ha de otorgarse a un determinado término dentro de la investigación” (P.114) En este caso para iniciar se selecciona y se conceptualiza la variable “tubería”, buscando si esta hipótesis es cierta para ser utilizadas en la construcción de viviendas de interés social. Como segundo objetivo específicos es el concepto de equipo de ensayo, el cual es parte del proceso demostrativo de la investigación a fin de permitir si la tubería es la ideal como sistema estructural. Según Larousse (2005) se conoce como tubería, “Serie o conjunto de tubos, canalizaciones o cañerías que sirven para conducir un fluido o un productopulverulento en una instalación.” Así mismo, el diccionario del Arquitecto, Bermúdez DERECHOS RESERVADOS 42 42 (1993) el concepto de las tuberías es: “Conducto de tubos por donde pasa un liquido”.(P.551). Según el diccionario del Arquitecto, Bermúdez (1993) define equipo: “Conjunto de elementos de trabajo que cumple la función de apoyo a la construcción¨ .(P.237). mientras que el Diccionario de arquitectura -construcción/tracción (2007) define como Equipo de ensayo: “Máquina que actúan sobre un cuerpo y las deformaciones por alargamiento que producen (tracción) se suelen representar gráficamente mediante un diagrama de ejes cartesianos que ilustra el proceso y ofrece información sobre el comportamiento del cuerpo de que se trate. ” Estas variables a su vez se descomponen bajo definiciones reales, expresadas según Balestrini (2006) “son los enunciados relativos a las propiedades (dimensiones) consideradas esenciales del objeto u hecho referido en la definición”. Según Ramírez (1999) define en “descomponer la variable en estudio en las dimensiones que la componen que pueden tener una o varias facetas. El conjunto de estas facetas constituyen los rasgos característicos de la variable en estudio”. Para estos las tuberías pueden ser por su material: en acero (Aleación de hierro y carbono) y los tipos de tuberías de completación: Carcasas o revestidores (casing) y tuberías de completación de producción (tubing). DERECHOS RESERVADOS 43 43 Así mismo, la definición del equipo de ensayo, tiene sus rasgos característicos, que se descomponen, al ser aplicado por este método a las tuberías de acero, permitiendo tracción del material sometiéndolo a dos fuerzas que tienen a generar un máximo estiramiento para conocer su extrema deformación y soporte del cuerpo. Según Balestrini (2006) la definición operacional de una variable significa “seleccionar los indicadores de acuerdo al significado que se le ha otorgado a través de sus dimensiones a la variable en estudio” Para ello en esta investigación se les a otorgado significados de acuerdo al diseño, composición del material y sometimiento de fuerzas conlleva a una la función que desempeñan las tuberías metálicas, permitiendo llegar a indicadores más precisos y detallados del objeto de estudio. A continuación se presenta la tabla de mapa de variables de las tuberías de completación con su variable, dimensiones e indicadores correspondiente a este estudio emprendido. (ver tabla 2, Mapa de variables). DERECHOS RESERVADOS 44 44 Tabla Nº 2. Mapa de variables Objetivos Específicos Tubería Completación (casing) : -Tubería Ranurada (liners) carcasa ,diámetro 3 1/2" , resistente Tubería Completación (Tubing): grado N-80, diámetro: 4" y 6" acero al carbono,Mayor resistencia Material alternativo para uso estructural. Diccionario del arquitecto (1993) tracción : Esfuerzo sometido por solicitaciones exteriores en los materiales. Diccionario de arquitectura - construcción/tracción en mecánica física, se denomina tracción al esfuerzo a que está sometido un cuerpo para la aplicación de dos fuerzas que tienden a estirarlo sufriendo deformaciones por efecto de su aplicación. Tubería de acero, diametro 3¨ y 6 con mayor capacidad de soporte a tracción. Identificar los modelos de tubos de completación de perforación de yacimientos petroleros, adecuados para uso de viviendas de interés social. Ensayo a tracción.Analizar con equipo de ensayo destructivo , los esfuerzos estructurales a tracción de las distintas tuberías de completación con el propósito de conocer la resistencia del material y generar la sección ideal como sistema estructural. Diccionario del arquitecto (1993) Equipo : ¨Conjunto de elementos de trabajo que cumple la función de apoyo a la construcción¨ Diccionario de arquitectura - construcción/tracción (2007) Equipo de ensayo: Máquina que actúan sobre un cuerpo y las deformaciones por alargamiento que producen (tracción) se suelen representar gráficamente mediante un diagrama de ejes cartesianos que ilustra el proceso y ofrece información sobre el comportamiento del cuerpo de que se trate. Tubería Acero. Definición Real (Dimensiones) Definición Operaciones (indicadores) Definición Nominal Tubería Larousee (2005) ¨serie o conjunto de tubos, canalizaciones o cañerías que sirven para conducir un fluido o producto pulvurento en una instalación Diccionario del arquitecto (1993) tubería Conducto de tubos por donde pasa un liquido. Fuente: Rondón, F (2007). DERECHOS RESERVADOS 45 45 C A P I T U L O I I I M A R C O M E T O D O L Ó G I C O Balestrini (2001), define como marco metodológico “la instancia referida a los métodos, las diversas reglas, registros, técnicas y protocolos con las cuales una teoría y su método calculan las magnitudes de lo real” (P. 104). Según el manual Universidad Pedagógica Experimental Libertador UPEL (2003) “consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organización o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos.” (P. 16) Tipo de investigación El tipo de investigación a presentarse es descriptiva. Según Arias (2004), plantea “La Investigación descriptiva, consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno o grupo con el fin de establecer una estructura o comportamiento” (P.48). Bavaresco (2006), afirma “los estudios de campo, se realizan en el propio sitio donde se encuentra DERECHOS RESERVADOS 46 46 el objeto de estudio. Ello permite el conocimiento más a fondo del problema por parte del (la) investigador (a) y puede manipular los datos con mas seguridad” (P.28). Así mismo, Bavaresco (2006), define la búsqueda aplicada “cuando la investigación es la que se debe tener presente en los países en vías desarrollo y son los gobiernos que deben prestar su apoyo financiero” arrojando con estas citas, el desarrollo y evolución de este proyecto se conocerá en forma Factible, descriptiva, transversal, de campo, experimental y aplicada, para el estudio del comportamiento de los tipos de secciones tubulares o tubo de desechos de completación de pozos perforados de yacimientos petroleros para uso de viviendas de interés social, cuyo uso adecuado de secciones revestidores y producción, permitirá demostrar en una prueba, las resistencia de estas muestras de tubos metálicos a esfuerzos estructurales: a la tracción del elemento. La proyección de una nueva alternativa constructiva, como elemento y sistema estructural para ser implementadas en construcciones habitacionales de interés social a fin de cambiar el uso industrial a uso residencial y generar un diseño viable constructivo. Diseño de la investigación En la investigación planteada se presentaron conceptos metodológicos a fin de indicar y aplicar el tipo de diseño investigativo en este estudio. Para ello, Arias (2004) “El diseño es la estrategia adoptada por el investigador para responder el problema planteado” (P.47). Según Balestrini (2001), un diseño de investigación se define como “un plan global de indagación, que integra coherentemente las técnicas de recopilación de datos, el análisis de la información; y los objetivos de la investigación.” DERECHOS RESERVADOS 47 47 Así mismo, Balestrini , (2006) asume que el diseño de la investigación puede ser de tipo experimental “en el se manipulan una o más variables independientes (supuestas causas) en una situación controlada por el experimentador , a fin de
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