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

• Pozos Productores: 3048

• Pozos Inyectores: 584

• Prod Neta: 14.6 Mm3pd

• Inyección Agua: 165 Mm3pd

• Proyectos WF : 64

• Prod Gas: 8 MMm3pd

• Prod Bruta: 180 Mm3pd

INTRODUCCION

Información Producción

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?

-

Tipos de cargas que producen esfuerzos axiales en una instalación selectiva.

ANALISIS TENSIONAL DE 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

-

Peso propio y Flotación Temperatura

CARGAS EN UNA SELECTIVA

-

Balloning Diferencial de presión en capas

CARGAS EN UNA SELECTIVA

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

-

Fuerzas

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

-5000.00 0.00 5000.00 10000.00 15000.00 20000.00

Fuerza BDP: 16200 Kg

-

Temario

Efecto pistón en

el tapón

Carga puntual en

el cambio de

sección.

Fuerzas

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0.00 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

FIJADO

1. BAJADA DE SELECTIVA, COLGANDO.

-

1

Pkr 1

Pkr 4

Pkr 2

Pkr 3

FIJADO

2. LEVANTO PRESION A 1500psi Y FIJO PKR 1.

-

1 2

FIJADO

3. PRETENSION CON 6000 lbs SOBRE PESO.

-

Temario

1 2

3

FIJADO

4. LEVANTO LA PRESIÓN A 2800psi.

-

1 2

3

4

FIJADO

5. PRETENSION CAÑERÍA 2 7/8 CON 6000lbs.

-

1 2

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

-

Temp inicial gradiente térmico

Perfil temperatura dinámico

Resultante de Temperaturas

25

35

45

55

65

75

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Depth ( mts)

T (

ºC)

Temperatura

PCG-834

G.D.P. (Temperatura vs. Depth)

DL = a.DT.L 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

OPERACIÓN

EFECTO DE LA TEMPERATURA

TENSIONES

-

Temp inicial gradiente térmico

Perfil temperatura dinámico

Resultante de Fuerzas selectiva colgando

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Cambio de temperatura

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

-4000,00 -2000,00 0,00 2000,00 4000,00 6000,00

Fuerzas por Temperatura Inyeccion

6980 kgs

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.

Cambio de

sección. (efecto pistón en

cambio de

diámetro).

Diferencial

de presión

en capas.

Fuerza de

colgado

(Pick up).

Balloning

DT+

Temperatura

DIFERENCIAL DE PRESIÓN EN CAPAS.

EFECTO EN LOS PACKERS.

-

P inicial sup (Kgs) 144

P parada (Kgs) 0

150,3

1503 54,7 7399,58 Hacia arriba

1533 133 Kg 205 297,3

7 690,97 Hacia arriba

1693 150 Kg 212 313,3

6,7 661,35 Hacia arriba

1736 129 Kg 218,7 317,6

-41,7 -4116,2 Hacia abajo

1771 120 Kg 177 321,1

Fuerza (Kgs)

Presión

según

pescas

Prof

(m)

Presion

gráfico,

Aguas Abajo

Presion

Aguas

Arriba

Delta de

capas

(Kg/cm2)

Prof Pzd Pzd Tope Base Esp

[m] Tope Base [m] [m] [m]

Herr Perdida Modelo [m] [m]

GUIA GUIA - Diametro: 9.63 1 599.23

TOPE CEM. 1 1200

ONOFF ON/OFF TOOL, 2.875 1 1500.2 1500.8

REDUCCION CROSS-OVER, TUBING, 2.875 X 2.375 1 1503.3 1503.6

PACKER PACKER, PERM, 2.375 X 5.5 4 1503.6 1505.1

1523 1528 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 6

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 4

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 1785.6

1793 1799 6

1803.5 1809.5 6

1812.5 1814.5 2

1818.5 1822.5 4

1841 1846.5 5

1989.5 1994.5 5

2022.5 2026.5 4

2031 2041 10

2055 2063 8

2099 2107 8

2149.5 2159 9

2180.5 2190 9

2210 2217 7

2231.5 2238.5 7

2242.5 2248.5 6

2296.5 2299 2

PBD 1 2346

AISLACION AISLACION - Diametro: 5.5 1 2359.21

Esquema

Nro Diseño Capa

Casos

Fijación demas

pkr +

pretensión Pkr4

+ D Capas

Despresurizar

a 0 + D capas

Inyecto a

2100 + D

capas+Temp

Efecto Criterio

Packer

4 10122 10915,53 2573,20

3 690 690,00 -8,96

2 661 661,00 111,03

1 -2123,98 -2659,81 2936,48

Positivo

A+B+C+D+E+NA+E+F+G+H+I

+N

A+E+J+K+L+

M+N Fuerzas hacia

abajoNegativo

Fuerza hacia

arriba

Estados

Efecto

Packer

A B C D E F G H I J K L M N

4 0 0 0 0 2722 -635,61 1060 -550,86 920 -1460 0 889,85 -6978,65 7400

3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -698,96 690

2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -549,97 661

1 2722 1427,83 -427 -1843 0 -1281,81 0 0,00 0 0 -2960 1794,53 5479,96 -4100

Tension en

1er pkr (kg)

Balloning

1500 a 2800

(kg)

Carga

puntual 1500

a 2800 (Kg)

Piston de 1500 a

2800 (Kg)

Carga

puntual

(Kg)

Tension en 4to

pkr (Kg)

Temp en

inyección

Delta de

capas

Reverse

balloning

(Kg)

Balloning

0 a 2100

Reverse

balloning

(Kg)

Carga

puntual

(Kg)

Piston

de 0 a

2100 (Kg)

Caso iny 0 a 2100

Carga

puntual

(Kg)

Despresuriza iny

de 2800 a 1500Caso: fijación todos los pkrs mas 2 pretensiones

Despresuriza iny

1500 a 0 (Kg)

ESFUERZOS EN LOS PACKERS.

EFECTOS Y ESTADOS.

-

Cambio de sentido

Aumenta fuerza

cuando no inyecta

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.