SELECCIÓN de TUBERIAS en PVC Para la

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SELECCIÓN de TUBERIAS en PVC
Para la CONSTRUCCION de POZOS PROFUNDOS
CONSIDERACIONES.
El uso del PVC en la construcción de Pozos Profundos trae consigo una serie de beneficios,
entre otros se destaca su excelente comportamiento a la corrosión y su liviandad para
manipulación en la labor de entubado.
Sin embargo, existen limitaciones para su uso, especialmente cuando éste es utilizado como
casing de revestimiento.
Las presiones que debe soportar durante el entubado, especialmente las externas causadas por
los lodos de perforación , engravillada y posteriormente su “desarrollo”, obligan a considerar una
serie de esfuerzos combinados que dependerán de diversos factores, tales como:
-Tipo de formación atravesada
-Profundidad del Pozo
-Método de Desarrollo y Operación de los Pozos
Por lo tanto se recomienda, para obtener óptimos resultados, que el usuario conozca las
características y propiedades mas sobresalientes del casing de revestimiento.,
El tipo de PVC mas recomendado en la construcción de Pozos Profundos es el señalado por la
ASTM ( American Society for Testing and Material ) con la Norma F-480 y conocido como PVC
12454-B cuyas características son las siguientes:
1.
2.
4
5
4
B
Base Resina: Polivinilo
Resistencia al Impacto: 0.65 LB Pie/Pulg.
Resistencia a la Tensión: 7.000 PSI
Módulo de Elasticidad: 400.000 PSI
Distorsión al Calor: sobre 73.4 º F
Propiedades Químicas del PVC
Resistencia a la Compresión.
Dado que el tubo termoplástico tiende a deformarse cuando es sometido por las cargas de
tierra, hace que el tubo trasmita al suelo gran parte de los esfuerzos, Las cargas de Compresión
aún a grandes profundidades son muy bajas. A 300 pies de profundidad un pozo engravillado y
revestido en 15” produce una compresión menor de 12 Libras/Pie cuadrado o sea 0.08 PSI. Este
mismo pozo, revestido con arcilla trasmite al tubo 4.400 Libras/Por Pie Cuadrado o sea 23 PSI (
3.400x 0.0069 ). Si comparamos este valor con la capacidad de un tubo RDE 21 ( 140 PSI )
encontramos que este fenómeno mecánico no es tan importante en la construcción de un pozo.
Resistencia al Impacto.
La resistencia al impacto de un Tubo PVC es crítica con temperaturas de 0º C o menos. Para
nuestro medio el manejo o instalación brinda seguridad suficiente.
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Resistencia a la Tensión.
Lo liviano de la Tubería PVC comparada con otras como el acero, hace que este no sea un
factor limitante en su aplicación. Con factor de seguridad = 2 , el tubo superior podría soportar
una sarta de 1.500 metros de longitud. A haber lodo lodo en el hueco o pozo, hace que su peso
disminuya y si ademas se atornillan las campanas su margen de seguridad será mucho mayor.
Resistencia al Colapso Hiráulico.
El fenómeno mecánico más importante en la construcción de Pozos Profundos desde el punto
de vista de la tubería o casing es la capacidad de ésta para resistir el colapso hidráulico.
Cuando un tubo de cualquier material es sometido a Presión Hidráulica Externa ( por ejemplo la
ocasionada por los lodos de perforación en el espacio anular ) y se mantiene vacío
internamente, la presión resultante debe ser soportada exclusivamente por las paredes del tubo.
Según la Norma F- 480 de la ASTM un casing de material termo-plástico puede ser situado a
2.000 pies de profundidad (609 metros) pero para evitar su colapsamiento el nivel del fluido
debe llenar un espacio dentro del tubo (*). Para casos particulares, se puede utilizar el valor de
colapso para determinar el uso de tubería PVC en un pozo profundo.
(*) durante la entubada
La resistencia al colapso de una tubería depende de:
-
Propiedades Físicas del material de revestimiento
Relación Diámetro-Espesor de Pared ( RDE )
La Excentricidad de la Tubería
La magnitud de los efectos residuales a los que ha sido sometida la tubería.
En general la Presión Crítica de Colapso, para una tubería, se puede estimar con la relación:
2E
1
PC = --------- + -----------------------1 - M²
RDE ( RDE-1) ²
Donde:
PC = Presión Crítica de Colapso en PSI
E
= Módulo de Elasticidad en PSI
M
= Relación de Poissons que varía entre 0.33 y 0.45
RDE = Relación Diámetro Espesor
Es conveniente anotar que las secciones críticas para el colapso del revestimiento de un
pozo es la sección ciega inmediatamente encima de los filtros
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Calculo de Presión Hidráulica.
El método para calcular la presión hidráulica creada por una columna de fluido consiste en
multiplicar el Peso por Galón de fluido x 0.52 x profundidad del fluido en pies = PSI
Una columna de agua pesa 8.3453 lbs. Por galón y crea .4335 PSI de presión por pie de
profundidad . Cada libra de fluido creará entonces 0.52 Psi por Pie
Cálculo: .4335 / 8.3453 = .0519 (0.52) PSI por Pie
Para calcular la presión hidráulica creada en la base de una columna de fluido que pesa 12
libras/galón a 130’ pies de profundidad, multiplicamos 12 x .052 x 130 = 81.12 Psi
Tabla № 1
RESISTENCIA A LA PRESION DE COLAPSAMIENTO HIDRAULICO
EN PSI Y PIES DE AGUA
PVC 1120 (12454) a 73.4 º F
RDE
SCHEDULE 40
PRESION de COLAPSAMIENTO
PRESION de COLAPSAMIENTO
RDE
PSI
PIES
Ø
PSI
PIES
41
32.5
26
21
17
13.5
14
29
59
115
224
470
32
67
136
265
517
1.085
4”
5”
6”
8”
10”
12”
158
105
78
54
40
33
365
242
180
125
92
76
TABLA 2.TEMPERATURA DEL CASING Vs. COLAPSAAMIENTO HIDRAULICO del CASING
Temp
74º
76º
78º
80º
85º
Mult.
1.0
.99
.98
.97
.945
Temp
90º
95º
100º
105º
110º
Mult.
.92
.895
.87
.845
.82
Temp
115º
120º
125º
130º
140º
Mult.
.795
.77
.745
.72
.67
Nota: La reducción por cada grado º F es aproximadamente .45% . Un dato más conservador se aproxima al .5%
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TABLA 3.- PESO EN LIBRAS POR GALON DE FLUIDO
Peso en
Libras
8.3453 (*)
9
10
11
12
13
14
15
16
(*) Peso Agua
PSI por
Pie
.4334
.4675
.5194
.5713
.6223
.6752
.7271
.7761
.8310
Gravedad
Específica
1.0
1.08
1.20
1.32
1.44
1.56
1.68
1.80
1.92
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EVALUACION DE ACTIVIDADES QUE DEBEN CONSIDERARSE EN LA CONSTRUCCION
DE UN POZO PROFUNDO ENTUBADO EN PVC .
Engravillada y Desarrollo.
Teniendo en cuenta las limitaciones de la tubería PVC en cuanto a la resistencia al colapso por
aplastamiento es conveniente hacer algunos comentarios sobre las actividades de engravillado y
desarrollo de los pozos construídos con este material.
Después de entubar un pozo de acuerdo al diseño, el espacio anular resultante entre la tubería y
la perforación se rellena con grava debidamente seleccionada.
Durante este proceso la presión en la parte inferior del pozo aumenta debido al peso adicional
del material de relleno que se está sedimentando en la columna de lodo.
La magnitud de la subida de presión depende de la cantidad total del material que se esté
sedimentando en el punto que se considera. Las subidas de presión más grandes se producirán
inmediatamente encima del relleno. Si la velocidad de vertimiento es constante se establecerá
con el tiempo, una condición de equilibrio en que la cantidad de grava añadida por unidad de
tiempo es igual a la cantidad por unidad de tiempo que baja al fondo.
Puede decirse que en la práctica los cambios de presión en el pozo que conducen a sobre
cargas del tubo de ascensión son de dos tipos: primero las subidas de presión en el espacio
anular causadas por la sedimentación del material de relleno, y segundo las disminuciones de
presión dentro del tubo de ascensión causadas por bajar el fluido en el.
Las subidas de presión en el espacio anular depende de la cantidad total de material de
sedimentación, de las masas específicas del lodo de perforación y del material en
sedimentación. La cantidad total del material en sedimentación (grava o arena) a su vez la
determinan la velocidad de relleno (Kg/min.), la velocidad de sedimentación (Mts/min.), y la
profundidad del punto en consideración.
Las disminuciones de la presión en el tubo de revestimiento la determina la profundidad a la
que baja el fluido dentro de el. Aquí desempeña un papel importante la presión y la profundidad
de capa acuífera, así como la densidad del fluido en el tubo.
No es posible evitar las subidas de presión durante la engravillada, pero sí pueden ser
disminuidas bien, engravillando mas lentamente, disminuyendo la viscosidad del lodo y eligiendo
un material de relleno grueso y homogéneo.
Para evitar la caída de presión en el tubo de ascensión se debe mantener el nivel dentro del
pozo llenándolo constantemente de agua .
Durante el desarrollo del pozo, una rápida inyección de aire podría crear un exceso de presión
dentro del tubo elevando el fluido, ocasionando por consiguiente una presión negativa dentro de
el (vacío). El uso del pistón si se decide utilizar, debe ser lento y moderado.
El confinamiento de acuíferos no deseados con cemento en el espacio anular afecta la
temperatura del agua incrementándola en corto tiempo, afectando la resistencia del material
de revestimiento.
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GRAFICA QUE MUESTRA COLAPSAMIENTO DE LA TUBERIA POR
PUENTEO DEL ENGRAVILLADO
Tubería
PVC
Puenteo
De gravas
Colapsamiento de una Tubería PVC de 6”