Análisis de Tensiones Axiales en una Instalación Selectiva de pozo Inyector Foro IAPG 2014

Transcripción

1 Análisis de Tensiones Axiales en una Instalación Selectiva de pozo Inyector Foro IAPG 2014 Pablo Martin Pedernera (PAE)/Constantino Espinosa (TENARIS) Agosto 2014

2 INTRODUCCION Emplazamiento Geográfico

3 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

4 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?

5 ANALISIS TENSIONAL DE SELECTIVA Tipos de cargas que producen esfuerzos axiales en una instalación selectiva. Tipo Tracción/Compresión Presión Interna/Externa Temperatura Diferencial de presión en capas Descripción Peso propio, fuerza de colgado, flotación. Inyección, fijación, parada de plantas, operación de WL, presión de reservorios. Gradiente geotérmico, Inyección Capas depletadas/presurizadas

6 CARGAS EN UNA SELECTIVA Peso propio y Flotación Temperatura

7 CARGAS EN UNA SELECTIVA Balloning Diferencial de presión en capas

8 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 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/cm 2 y a 55 C. El gradiente geotérmico es de 4 C/100m. Los 4 packers son de accionamiento hidráulico.

9 PROCESO DE FIJADO: 1. Baja selectiva con válvula de fondo abierta. Excel Fuerzas Output software Fuerza BDP: Kg

10 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: Kg Fuerzas Temario Efecto pistón en el tapón Carga puntual en el cambio de sección

11 FIJADO 1. BAJADA DE SELECTIVA, COLGANDO. 1 Pkr 4 Pkr 3 Pkr 2 Pkr 1

12 FIJADO 2. LEVANTO PRESION A 1500psi Y FIJO PKR

13 FIJADO 3. PRETENSION CON 6000 lbs SOBRE PESO. Temario 1 2 3

14 FIJADO 4. LEVANTO LA PRESIÓN A 2800psi

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

16 FIJADO 6. DESPRESURIZACIÓN. 6 5

17 OPERACIÓN EFECTO DE LA TEMPERATURA, Consideraciones: el pozo pasa del gradiente geotérmico al perfil de temperatura del agua de inyección Resultante de Temperaturas Temp inicial gradiente térmico Perfil temperatura dinámico DL = a.dt.l PCG-834 G.D.P. (Temperatura vs. Depth) T (ºC) Depth ( mts) Temperatura 2000

18 OPERACIÓN EFECTO DE LA TEMPERATURA TENSIONES Cambio de temperatura Resultante de Fuerzas selectiva colgando Temp inicial gradiente térmico Perfil temperatura dinámico Fuerzas por Temperatura Inyeccion -4000, ,00 0, , , , kgs

19 OPERACIÓN PUESTA EN INYECCIÓN CON 2100psi Y EFECTO DE LA TEMPERATURA. 7

20 ESTADOS: FIJACIÓN (5), DESPRESURIZACIÓN (6), PUESTA EN INYECCIÓN (7)

21 ESFUERZOS EN LOS PACKERS. Efecto Pistón. Diferencial de presión en capas. Balloning Cambio de sección. (efecto pistón en cambio de diámetro). Fuerza de colgado (Pick up). DT+ Temperatura

22 DIFERENCIAL DE PRESIÓN EN CAPAS. EFECTO EN LOS PACKERS. P inicial sup (Kgs) 144 P parada (Kgs) 0 Esquema Prof Pzd Pzd Tope Base Esp [m] Tope Base [m] [m] [m] Presión Presion Prof Nro Diseño [m] [m] según Capa gráfico, (m) pescas Aguas Abajo Presion Aguas Arriba Delta de capas (Kg/cm2) Fuerza (Kgs) , ,7 7399,58 Hacia arriba Kg , ,97 Hacia arriba Kg , ,7 661,35 Hacia arriba Kg 218,7 317, ,7-4116,2 Hacia abajo Kg ,

23 ESFUERZOS EN LOS PACKERS. EFECTOS Y ESTADOS. Estados Efecto Packer Tension en 1er pkr (kg) Caso: fijación todos los pkrs mas 2 pretensiones Balloning 1500 a 2800 (kg) Carga puntual 1500 a 2800 (Kg) Piston de 1500 a 2800 (Kg) Tension en 4to pkr (Kg) Despresuriza iny 1500 a 0 (Kg) Reverse balloning (Kg) Carga puntual (Kg) Despresuriza iny de 2800 a 1500 Reverse balloning (Kg) Carga puntual (Kg) Carga puntual (Kg) Caso iny 0 a 2100 Piston de 0 a 2100 (Kg) Balloning 0 a 2100 Temp en inyección Delta de capas A B C D E F G H I J K L M N , , , , , , , ,81 0 0, , , Casos Fijación demas pkr + pretensión Pkr4 + D Capas Despresurizar a 0 + D capas Inyecto a D capas+temp Aumenta fuerza cuando no inyecta Efecto A+B+C+D+E+N A+E+F+G+H+I A+E+J+K+L+ Packer +N M+N , , ,00-8, ,00 111, , , ,48 Criterio Fuerzas hacia abajo Fuerza hacia arriba Negativo Positivo Cambio de sentido

24 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)..

25 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.w 2 )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.

26 RESPUESTAS A CUESTIONAMIENTOS INICIALES - Que puedo hacer para minimizar que se produzca el pandeo? - 1. Evaluar presión de capas con SFT, Falloff test En zonas con un marcado diferencial de presión NO colocar TDM 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) Ejercer la pretensión en la sarta para tener un esfuerzo contrapuesto a la compresión 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.

27 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.

28 FINAL Muchas gracias por su atención!! PREGUNTAS.