Análisis de Tensiones Axiales en una Instalación Selectiva de pozo

Análisis de Tensiones Axiales en una Instalación Selectiva de pozo
Inyector
Foro IAPG 2014
Pablo Martin Pedernera (PAE)/Constantino Espinosa (TENARIS)
Agosto 2014
INTRODUCCION
Emplazamiento Geográfico
INTRODUCCION
Información Producción
• Pozos Productores: 3048
• Pozos Inyectores: 584
• Prod Neta: 14.6 Mm3pd
• Prod Gas: 8 MMm3pd
• Prod Bruta: 180 Mm3pd
• Inyección Agua: 165 Mm3pd
• Proyectos WF : 64
ANALISIS TENSIONAL DE SELECTIVA
Objetivo:
Presentar un caso de análisis de tensiones axiales en una instalación selectiva
de un pozo inyector, mostrar sus resultados y discutir sobre los efectos
producidos. Reflexionar sobre la integridad de una instalación selectiva.
Proponer recomendaciones en función de las conclusiones. Visión a futuro
Cuestionamientos:
• ¿Cuál es la distribución de esfuerzos es la cañería de una instalación
selectiva?
• ¿Cuáles efectos son los más significativos?
• ¿A que esfuerzos están sometidos los packers y tándems durante su vida?
• ¿Que es el pandeo? ¿Qué riesgos me trae y que puedo hacer para hacerle
frente?
ANALISIS TENSIONAL DE SELECTIVA
Tipos de cargas que producen esfuerzos axiales en una instalación selectiva.
Tipo
Descripción
Tracción/Compresión
Peso propio, fuerza de colgado,
flotación.
Presión Interna/Externa
Inyección, fijación, parada de
plantas, operación de WL, presión
de reservorios.
Temperatura
Gradiente geotérmico, Inyección
Diferencial de presión en capas
Capas depletadas/presurizadas
CARGAS EN UNA SELECTIVA
Peso propio y Flotación
Temperatura
CARGAS EN UNA SELECTIVA
Balloning
Diferencial de presión en capas
PCG-950 (SIMULACION EXCEL/SIMULADOR)
Hipótesis.
Se llevaron a cabo todos los pasos (estados) para
la fijación según procedimiento de PAE:
1. Baja selectiva con válvula de fondo abierta.
2. Se arroja la bolilla lentamente para cerrar
válvula de fondo, Sube la Presión a 1500psi y
fija pkr 1.
3. Se aplica pretensión 6000lbs sobre peso.
4. Sube presión a 2800psi para fijar demás
packers.
5. Se aplica segunda pretensión 6000lbs. Fijación
Completa.
6. Despresurización a cero.
7. Operación normal. Se inyecta con 150kg/cm2 y
a 55°C.
El gradiente geotérmico es de 4 °C/100m.
Los 4 packers son de accionamiento hidráulico.
PROCESO DE FIJADO:
1. Baja selectiva con válvula de fondo abierta.
Excel
Output software
Fuerza BDP: 16200 Kg
Fuerzas
-5000.00
0.00
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
5000.00
10000.00
15000.00
20000.00
PROCESO DE FIJADO
2. Se arroja la bolilla lentamente para cerrar válvula de
fondo, Sube la Presión a 1500psi y fija pkr 1.
.
Fuerza BDP: 19500 Kg
Fuerzas
0.00
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
5000.00
10000.00
Temario
15000.00
20000.00
Efecto pistón en
el tapón
Carga puntual en
el cambio de
sección.
FIJADO
1. BAJADA DE SELECTIVA, COLGANDO.
1
Pkr 4
Pkr 3
Pkr 2
Pkr 1
FIJADO
2. LEVANTO PRESION A 1500psi Y FIJO PKR 1.
1
2
FIJADO
3. PRETENSION CON 6000 lbs SOBRE PESO.
2
Temario
1
3
FIJADO
4. LEVANTO LA PRESIÓN A 2800psi.
2
1
3
4
FIJADO
5. PRETENSION CAÑERÍA 2 7/8 CON 6000lbs.
2
1
3
4
5
FIJADO
6. DESPRESURIZACIÓN.
6
5
OPERACIÓN
EFECTO DE LA TEMPERATURA,
Consideraciones: el pozo pasa del gradiente geotérmico al perfil de
temperatura del agua de inyección
Resultante de Temperaturas
0.00
0
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
DL = a.DT.L
Perfil temperatura
dinámico
200
400
PCG-834
G.D.P. (Temperatura vs. Depth)
600
75
800
65
1000
1200
T (ºC)
Temp inicial
gradiente
térmico
55
45
1400
35
1600
25
1800
0
200
400
600
800
1000
1200
Depth ( m ts)
Temperatura
2000
1400
1600
1800
2000
2200
OPERACIÓN
EFECTO DE LA TEMPERATURA
TENSIONES
Cambio de temperatura
0.00
0
Temp inicial
gradiente
térmico
20.00
40.00
60.00
80.00
Resultante
de
Fuerzas
selectiva colgando
100.00
Fuerzas por Temperatura Inyeccion
Perfil temperatura
dinámico
-4000,00
-2000,00
0,00
0
200
200
400
400
600
600
800
800
1000
1000
1200
1200
1400
6980 kgs
1600
1800
1400
1600
1800
2000
2000
2000,00
4000,00
6000,00
OPERACIÓN
PUESTA EN INYECCIÓN CON 2100psi Y EFECTO DE LA
TEMPERATURA.
7
ESTADOS: FIJACIÓN (5), DESPRESURIZACIÓN (6), PUESTA EN
INYECCIÓN (7).
6
5
7
ESFUERZOS EN LOS PACKERS.
Efecto
Pistón.
Diferencial
de presión
en capas.
Cambio de
sección.
Fuerza de
colgado
(Pick up).
(efecto pistón en
cambio de
diámetro).
Balloning
Temperatura
DT+
DIFERENCIAL DE PRESIÓN EN CAPAS.
EFECTO EN LOS PACKERS.
P inicial sup (Kgs)
P parada (Kgs)
144
0
Esquema
Herr
GUIA
Perdida
Modelo
Nro
GUIA - Diametro: 9.63
1
TOPE CEM.
ONOFF
REDUCCION
PACKER
Prof
Pzd
Pzd
Tope
Base
Esp
[m]
Tope
Base
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
Diseño
599.23
1
1200
1
1500.2
CROSS-OVER, TUBING, 2.875 X 2.375 1
1503.3
ON/OFF TOOL, 2.875
PACKER, PERM, 2.375 X 5.5
4
Prof
(m)
Presión
Presion
Presion
según Capa gráfico,
Aguas
pescas Aguas Abajo Arriba
1500.8
1503
1503.6
Delta de
capas
(Kg/cm2)
Fuerza (Kgs)
150,3
1503.6
54,7
7399,58
Hacia arriba
7
690,97
Hacia arriba
6,7
661,35
Hacia arriba
-41,7
-4116,2
Hacia abajo
1505.1
1533
1523
133 Kg
1528
205
297,3
5
MANDRIL
MANDREL "MC MURRY" 2.375 / 1.5"
4
1533.9
1538.3
PACKER
PACKER, PERM, 2.375 X 5.5
3
1586.3
1587.7
MANDRIL
MANDREL "MC MURRY" 2.375 / 1.5"
3
1693.2
1697.6
1700.5
1707
1693
150 Kg
PACKER
PACKER, PERM, 2.375 X 5.5
2
1714.5
1715.9
MANDRIL
MANDREL "MC MURRY" 2.375 / 1.5"
2
1736.4
1740.8
1742
1746.5
129 Kg
PACKER
PACKER, PERM, 2.375 X 5.5
1
1760
1761.5
MANDRIL
MANDREL "MC MURRY" 2.375 / 1.5"
1
1771.1
1775.5
TAPON
PLUG: 2.875
1
1785.2
1771
1799
6
313,3
4
1736
1793
212
120 Kg
1785.6
218,7
177
6
1803.5 1809.5
6
1812.5 1814.5
2
1818.5 1822.5
4
317,6
321,1
ESFUERZOS EN LOS PACKERS.
EFECTOS Y ESTADOS.
Despresuriza iny
1500 a 0 (Kg)
Caso: fijación todos los pkrs mas 2 pretensiones
Estados
Efecto
Caso iny 0 a 2100
Tension en
1er pkr (kg)
Balloning
1500 a 2800
(kg)
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
0
0
0
2722
0
0
0
1427,83
0
0
0
-427
0
0
0
-1843
2722
0
0
0
-635,61
0
0
-1281,81
1060
0
0
0
-550,86
0
0
0,00
920
0
0
0
-1460
0
0
0
0
0
0
-2960
889,85
0
0
1794,53
-6978,65
-698,96
-549,97
5479,96
7400
690
661
-4100
Packer
4
3
2
1
Despresuriza iny
de 2800 a 1500
Carga
Reverse
Carga
Reverse Carga Carga
Piston
Piston de 1500 a Tension en 4to
Balloning Temp en Delta de
puntual 1500
balloning puntual balloning puntual puntual de 0 a
2800 (Kg)
pkr (Kg)
0 a 2100 inyección capas
a 2800 (Kg)
(Kg)
(Kg)
(Kg)
(Kg)
(Kg) 2100 (Kg)
Casos
Efecto
Packer
4
3
2
1
Fijación demas
Inyecto a
pkr +
Despresurizar
2100 + D
pretensión Pkr4 a 0 + D capas
capas+Temp
+ D Capas
A+B+C+D+E+N
10122
690
661
-2123,98
A+E+F+G+H+I A+E+J+K+L+
+N
M+N
10915,53
2573,20
690,00
-8,96
661,00
111,03
-2659,81
2936,48
Aumenta fuerza
cuando no inyecta
Criterio
Fuerzas hacia
abajo
Fuerza hacia
arriba
Negativo
Positivo
Cambio de sentido
RESPUESTAS A CUESTIONAMIENTOS INICIALES
•
¿Cuál es la distribución de esfuerzos en la cañería de una instalación
selectiva?
- Esta respondida en los gráficos.
•
¿Cuáles efectos son los más significativos?
•
En los packers los mas significativos son la Temperatura y el diferencial entre
capas. En otro orden de magnitud el balloning y la fuerza colgado.
•
¿A que esfuerzos están sometidos los packers y tándems durante su vida?
- Pudimos ver los valores en la tabla anterior y como se modifican en cada
condición operativa. Pueden existir condiciones operativas que produzcan la
falla de los packer (perdida de hermeticidad de las gomas o librado).
.
RESPUESTAS A CUESTIONAMIENTOS INICIALES
¿Que es el pandeo? ¿Qué riesgos me trae?
Una columna de tuberías tiene “Potencial de Pandeo” si la misma se encuentra en
equilibrio inestable.
Si no hay compresión no puede haber pandeo.
Feff = Ft + A0 P0 – Ai Pi < 0
(Potencial de pandeo)
Feff < Fcrít.
La fuerza crítica se puede calcular como:
Fcrít = - 3,5 (E.I.w2)1/3 (expresión de Lubinsky)
Se pudo apreciar que ante las diferentes condiciones operativas los esfuerzos de
compresión varían.
Acá podemos ver la importancia de la pretensión que debemos darle a la Selectiva.
Una columna pandeada limita el pasaje de una herramienta.
RESPUESTAS A CUESTIONAMIENTOS INICIALES
- ¿Que puedo hacer para minimizar que se produzca el pandeo?
- 1. Evaluar presión de capas con SFT, Falloff test.
- 2. En zonas con un marcado diferencial de presión NO colocar TDM.
- 3. Si esto no fuera suficiente, usar cañería 2 7/8 que aumenta el Momento de inercia
(alejar lo más posible el área transversal del centro de gravedad).
- 4. Ejercer la pretensión en la sarta para tener un esfuerzo contrapuesto a la
compresión.
- 5. En un caso ideal bajar todos packers de anclajes (que sean de fácil extracción). No
hay posibilidad de pandeo.
¿Siempre se puede tener pretensión?
No siempre. Diferencia entre ON/OFF de distintas contratistas.
CONCLUSIONES
- TRABAJOS PROPUESTOS.
Ensayo en taller para conocer las limitaciones de un packer y tandem.
Cargas a las que falla.
Simular en Software comercial más potente una instalación selectiva
completa
con packers y tandems y buscar patrones para mejorar el
diseño. Hacer mediciones de campo, correr perfiles de temperatura y
validar los cálculos.
FINAL
Muchas gracias por su atención !!
PREGUNTAS.