ANALISIS DE ESFUERZOS SOBRE VARILLAS
Páginas: 13 (3234 palabras)
Publicado: 3 de julio de 2013
Análisis de esfuerzos sobre la conexión de Varillas de Bombeo
Federico Camara Guillet - Technical Sales - Tenaris Rods fcamara@tenaris.com
Rodrigo Ruiz Saavedra - Technical Sales - Tenaris Rods roaruiz@tenaris.com
Abstract
Las varillas de bombeo con conexiones roscadas tipo API usadas tanto en el sistema
bombeo mecánico como en el bombeo de cavidades progresivas han sido ampliamenteestudiadas a lo largo del último siglo pasado. La necesidad de determinar el método de
cálculo más efectivo para analizar el estado de cargas, llevó a ingenieros y calculistas a
estudiar el comportamiento de la elástica de la sarta de varillas para poder predecir
situaciones operativas reales de campo.
Con el advenimiento de la informática, el trabajo manual de cálculo migró hacia sistemas
másrápidos y precisos llegando a nuestros días a una interesante variedad de programas
predictivos que permiten al ingeniero realizar simulaciones de funcionamiento con
asombrosa agilidad y ahorro de tiempo.
A pesar de los avances mencionados, los cálculos se concentraron en el estudio dinámico
del cuerpo de la varilla y no así de la conexión. Esta situación no representó un problema
importantehasta que la necesidad de alcanzar mayores caudales de producción, motivó a
las petroleras a construir pozos más profundos y con mayores solicitaciones de carga. En
este contexto, las fallas de conexión comenzaron a incrementarse evidenciando una
debilidad en los métodos convencionales de análisis.
Los avances de investigación de laboratorio permitieron conocer experimentalmente las
tensionesen cualquier parte de la varilla gracias al uso de dispositivos tales como el strain
gage. Adicionalmente, a lo largo de los años se fue compilando información importante de
campo acerca de la observación objetiva de pines y cuplas luego del armado (make-up) y
posterior funcionamiento en bombeo mecánico.
El presente trabajo busca compilar el caudal de información extraída del campo con losresultados de laboratorio y el análisis teórico a fin de estudiar las tensiones actuantes en la
conexión en bombeo mecánico. Los resultados obtenidos se trasladarán a pozos reales para
entender los motivos de deformaciones por estiramiento en pines de varillas y en la
superficie de contacto entre pin y cupla. Intentaremos por tanto definir criterios que
ayuden a reducir daños por situacionesoperativas.
www.oilproduction.net
Pagina 1
Desarrollo:
4.1 Ecuación para determinar la fuerza en el pin de la conexión.
Luego del armado de la Conexión, la cupla y el pin se comportan como un mismo cuerpo
siempre y cuando no se genere separación entre las caras de contacto.
La fuerza que “ve” el pin en la Conexión puede calcularse como:
FPin=CFext + Fpret
Donde
FPin = Fuerzaresultante en el pin de la Conexión
C= Constante, define que porción de fuerza exterior se aplica en la Conexión.
Fext= Fuerza exterior
Fpret= Fuerza de pretensión en el Pin.
La constante C puede calcularse como la relación geométrica entre las áreas de contacto
del pin y la cupla , sin embargo, utilizaremos *valores probados en laboratorio mediante el
uso de strain gage.
Cuando se genera eldespegue de las caras en contacto el pin toma toda la fuerza exterior
entonces:
Fpret = ( 1 - C) x Fext
4.2 Cálculo de tensiones en el pin
Determinaremos las tensiones en el pin a partir de un caso real.
·
Datos del pozo:
·
Sarta Tipo 86 (BM)
·
TBG: 3 ½”
·
Carrera en AIB y GPM: 120” @ 7.5 GPM
·
Diámetro y profundidad de bomba: 2” @ 1950 mts
Rod
Rod
Type
1. APID
2. API D
3. API D
Max
Diam in
(in)
1
0,875
0,75
Min
Load
(lbs)
27036
19332
13435
Max
Load
(lbs)
9504
4493
1108
Min
Stress
(psi)
34423
32150
30411
Rod
Stress
(psi)
12100
7473
2508
Load @ 0,9
%
112
111
113
En el caso expuesto, el cuerpo de las varillas de bombeo se encuentran sometidas a
esfuerzos que exceden el límite del diagrama de...
Federico Camara Guillet - Technical Sales - Tenaris Rods fcamara@tenaris.com
Rodrigo Ruiz Saavedra - Technical Sales - Tenaris Rods roaruiz@tenaris.com
Abstract
Las varillas de bombeo con conexiones roscadas tipo API usadas tanto en el sistema
bombeo mecánico como en el bombeo de cavidades progresivas han sido ampliamenteestudiadas a lo largo del último siglo pasado. La necesidad de determinar el método de
cálculo más efectivo para analizar el estado de cargas, llevó a ingenieros y calculistas a
estudiar el comportamiento de la elástica de la sarta de varillas para poder predecir
situaciones operativas reales de campo.
Con el advenimiento de la informática, el trabajo manual de cálculo migró hacia sistemas
másrápidos y precisos llegando a nuestros días a una interesante variedad de programas
predictivos que permiten al ingeniero realizar simulaciones de funcionamiento con
asombrosa agilidad y ahorro de tiempo.
A pesar de los avances mencionados, los cálculos se concentraron en el estudio dinámico
del cuerpo de la varilla y no así de la conexión. Esta situación no representó un problema
importantehasta que la necesidad de alcanzar mayores caudales de producción, motivó a
las petroleras a construir pozos más profundos y con mayores solicitaciones de carga. En
este contexto, las fallas de conexión comenzaron a incrementarse evidenciando una
debilidad en los métodos convencionales de análisis.
Los avances de investigación de laboratorio permitieron conocer experimentalmente las
tensionesen cualquier parte de la varilla gracias al uso de dispositivos tales como el strain
gage. Adicionalmente, a lo largo de los años se fue compilando información importante de
campo acerca de la observación objetiva de pines y cuplas luego del armado (make-up) y
posterior funcionamiento en bombeo mecánico.
El presente trabajo busca compilar el caudal de información extraída del campo con losresultados de laboratorio y el análisis teórico a fin de estudiar las tensiones actuantes en la
conexión en bombeo mecánico. Los resultados obtenidos se trasladarán a pozos reales para
entender los motivos de deformaciones por estiramiento en pines de varillas y en la
superficie de contacto entre pin y cupla. Intentaremos por tanto definir criterios que
ayuden a reducir daños por situacionesoperativas.
www.oilproduction.net
Pagina 1
Desarrollo:
4.1 Ecuación para determinar la fuerza en el pin de la conexión.
Luego del armado de la Conexión, la cupla y el pin se comportan como un mismo cuerpo
siempre y cuando no se genere separación entre las caras de contacto.
La fuerza que “ve” el pin en la Conexión puede calcularse como:
FPin=CFext + Fpret
Donde
FPin = Fuerzaresultante en el pin de la Conexión
C= Constante, define que porción de fuerza exterior se aplica en la Conexión.
Fext= Fuerza exterior
Fpret= Fuerza de pretensión en el Pin.
La constante C puede calcularse como la relación geométrica entre las áreas de contacto
del pin y la cupla , sin embargo, utilizaremos *valores probados en laboratorio mediante el
uso de strain gage.
Cuando se genera eldespegue de las caras en contacto el pin toma toda la fuerza exterior
entonces:
Fpret = ( 1 - C) x Fext
4.2 Cálculo de tensiones en el pin
Determinaremos las tensiones en el pin a partir de un caso real.
·
Datos del pozo:
·
Sarta Tipo 86 (BM)
·
TBG: 3 ½”
·
Carrera en AIB y GPM: 120” @ 7.5 GPM
·
Diámetro y profundidad de bomba: 2” @ 1950 mts
Rod
Rod
Type
1. APID
2. API D
3. API D
Max
Diam in
(in)
1
0,875
0,75
Min
Load
(lbs)
27036
19332
13435
Max
Load
(lbs)
9504
4493
1108
Min
Stress
(psi)
34423
32150
30411
Rod
Stress
(psi)
12100
7473
2508
Load @ 0,9
%
112
111
113
En el caso expuesto, el cuerpo de las varillas de bombeo se encuentran sometidas a
esfuerzos que exceden el límite del diagrama de...
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