Es un proceso esencial para garantizar la integridad del pozo, tanto en términos de seguridad como de rendimiento. Las tuberías de revestimiento se utilizan para aislar las formaciones geológicas y proteger las zonas productivas, además de proporcionar estabilidad estructural. El diseño bajo criterios uniaxiales y biaxiales implica evaluar los esfuerzos a los que estará sometido el revestimiento durante las distintas fases del ciclo de vida del pozo (perforación, producción, cierre).
1. Criterios de diseño de tuberías de revestimiento
El diseño de las tuberías de revestimiento sigue ciertos criterios para soportar las condiciones a las que estarán expuestas. Estos criterios deben considerar:
Presión interna y externa: El revestimiento debe resistir las presiones de fluidos del pozo y la formación.
Cargas axiales: Estas son las fuerzas longitudinales que actúan a lo largo de la tubería debido al peso propio, las condiciones de perforación y producción.
Esfuerzos de colapso: Deben resistir el colapso debido a la presión externa, especialmente en zonas con formaciones inestables.
Esfuerzos de tracción: Ocurre cuando el revestimiento es jalado por encima o por debajo del lecho del pozo, especialmente durante la cementación y las operaciones de terminación.
2. Diseño bajo criterio uniaxial
El criterio uniaxial se enfoca en la resistencia de las tuberías a esfuerzos axiales (tracción o compresión) bajo la suposición de que no hay fuerzas laterales o de torsión significativas. Para un diseño uniaxial, las tuberías se deben seleccionar y dimensionar de acuerdo con:
Esfuerzo axial: Se calculan las cargas axiales máximas que soportará el revestimiento durante las etapas de perforación, completación y producción.
Criterios de selección: Las tuberías se seleccionan para soportar la máxima fuerza axial. Se comparan los esfuerzos calculados con la resistencia nominal del material, verificando un factor de seguridad adecuado.
3. Diseño bajo criterio biaxial
El diseño biaxial considera tanto los esfuerzos axiales como los esfuerzos radiales y circunferenciales, especialmente cuando las tuberías están sometidas a presiones internas y externas. El esfuerzo biaxial es fundamental en el diseño de revestimientos porque en la mayoría de los casos, el revestimiento está sometido a una combinación de cargas. Se debe calcular:
Esfuerzo radial: Causado por la presión interna y externa
Esfuerzo circunferencial o esfuerzo de hoop: Calculado usando la ley de Lame para cilindros gruesos, que toma en cuenta la presión interna y externa.
Esfuerzo combinado: Se utiliza el criterio de von Mises para determinar si la combinación de esfuerzos axiales, radiales y circunferenciales sobrepasa la resistencia del material.
4. Viabilidad del diseño
Para comprobar la viabilidad del diseño se deben verificar:
Resistencia al colapso: Se debe comprobar que la presión externa no cause el colapso de la tubería. Los fabricantes de revestimientos suelen proporcionar tablas de resistencia al colapso para diferentes clases de tuberías. Si el esfuerzo calculado excede el valor de colapso, se debe aumentar el espesor o seleccionar un material con mayor resistencia.
Presión de estallido: Es fundamental asegurarse de que la presión interna no cause el estallido de la tubería. De nuevo, los valores de presión de estallido deben estar dentro del rango permitido por el material seleccionado.
Esfuerzo axial: El esfuerzo axial combinado con los esfuerzos circunferenciales y radiales debe estar dentro de los límites de resistencia del material.
Factores de seguridad: Todos los esfuerzos deben estar dentro de los límites definidos por un factor de seguridad adecuado, que puede depender de las normativas locales, el tipo de operación, y las condiciones geológicas y de perforación.
El diseño de las tuberías de revestimiento requiere una evaluación cuidadosa de las condiciones del pozo y una selección adecuada de los materiales, diámetros y espesores de las tuberías. El uso de los criterios uniaxial y biaxial garantiza que las tuberías puedan resistir las cargas y presiones internas y externas, y que se mantengan dentro de los límites de seguridad durante todo el ciclo de vida del pozo.
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