apuntes del profesor manjarres de perforaciones 2

1. Diseño de una cañería
Los fundamentos del diseño de sarta de cañería se orientan a utilizar
las calidades y pesos mínimos factibles de la entubación para todo el
largo de la sarta y así obtener el menor peso total posible y el menor
costo posible de la sarta.
El cálculo de una cañería de revestimiento para un pozo se comienza
siempre por la parte inferior. Los esfuerzos a que estará sometido el
revestimiento son diversos, algunos de ellos solo temporarios y otros
permanentes. Tomaremos en cuenta básicamente tres esfuerzos
principales que son:
APLASTAMIENTO (Presión Externa),
TRACCION y
PRESION INTERNA.
El esfuerzo de aplastamiento será máximo en el fondo y disminuirá
hasta cero en la superficie. Por el contrario el esfuerzo de tracción que
se origina en el peso propio de la cañería, será máximo en la superficie
y nulo en el fondo. El esfuerzo por presión interna dependerá del caso a
considerar.

2. El mas importante en el fondo del pozo es el aplastamiento o
colapso y la peor condición es suponer que la cañería está
vacía interiormente y el espacio anular entre cañería y pozo,
lleno. El fluido que llena este espacio anular es normalmente
el mismo lodo con que se perforo el pozo, con lo cual la
presión externa que ejerce es:
Pe1 = K x ρ x Long cañería (Pe1: presión externa 1)
Este valor determina el primer tramo de cañería a colocar, ya que
debemos elegirlo de modo que:
Pe1 < σc1 x FSa
Donde: σc1 = tensión de fluencia al colapso del casing
FSa = factor de seguridad al colapso

3. Dado que el esfuerzo de aplastamiento disminuye de abajo hacia
arriba en el pozo debido a que disminuye la columna
hidrostática, será mas económico colocar otro tramo de
cañería de menor resistencia cuando ya sea excesiva la de la
primera.
Para determinar el punto de cambio, buscamos en las tablas la
siguiente cañería del mismo diámetro que tenga una
resistencia al aplastamiento menor que la anterior.
Supongamos que esa resistencia es σc2 , entonces debe
cumplirse que:
pe2 = K x ρ x L1 y pe2 < σc2 * FS
El valor de L1 podría obtenerse como: L1 = σc1 / (k x ρ x FS)

4. Sin embargo debido al estado de tensiones existente, este
resultado no es correcto. Si suponemos un estado biaxial de
tensiones, la tracción ejercida por el peso del tramo inferior
de cañería disminuye su resistencia al aplastamiento y por lo
tanto resulta evidente que el cambio de cañería solo podrá
efectuarse a una profundidad menor.
Esta profundidad se puede determinar en forma iterativa,
asignándole a L2 valores L’2 tales que: L’2 < L2 y
verificando el factor de seguridad resultante hasta obtener el
requerido o lo mas próximo a el.
Sin embargo, no se está considerando la influencia de la presión
interior y su incidencia en los otros esfuerzos.
Para el estado biaxial la reducción de la resistencia al
aplastamiento por tracción se puede determinar mediante la
elipse representativa del sistema biaxial de tensiones.

5. Una vez determinado L2 se debe verificar esa sección a la
tracción, determinando la carga total sobre la misma Pt2 y
debiéndose cumplir que:
Pt2 < σt2 x A2 x FSt Donde: σt2 = tensión de fluencia a la tracción
A2= sección transversal de la cañería
FSt = factor de seguridad a la tracción
Los nuevos puntos de cambio de la cañería se determina en
forma análoga, eligiendo la cañería menos resistente que
sigue y calculando L3 < σc3 / ( k x ρ x FSa) y luego
verificando a la tracción.
Este cálculo es repetitivo a medida que se van calculando tramos
de abajo hacia arriba. Sin embargo debe tenerse en cuenta
que los esfuerzos de aplastamiento van siendo cada vez
menores, en tanto que se van incrementando los de tracción.
De esta forma, en los tramos superiores la tracción se vuelve
determinante y se convierte en el esfuerzo principal. El
aplastamiento en cambio carece de relevancia.

6. El cálculo de los esfuerzos por presión interna debe ser estudiado
para cada caso en función de la calidad y distribución de los
fluidos prevista y de las presiones máximas esperadas.

7. Ejemplo de una hipótesis de carga
para el caso de presión interna:
Se supuso que, durante algún
momento de la vida productiva del
pozo, puede migrar una burbuja de
gas hasta la superficie, poniendo la
presión de formación en la parte
superior de la cañería,
manteniéndose una columna de
líquido por debajo de ella y con una
columna de lodo en el espacio anular
cañería pozo. La zona gris
muestra el esfuerzo resultante,
máximo en la superficie y en el
fondo para este caso.