Manual Coiled Tubing 2010

C APÍTULO

15

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T UBERÍA F LEXIBLE L

 A medida que se expande el uso para la tubería flexible (coiled tubing) deben atenderse aplicaciones crecientes a varias operaciones de control de pozos.

a unidad de tubería flexible (tubería continua o coiled tubing) ha evolucionado hacia un tipo de unidad portátil compacta  y eficiente que elimina el problema problema de armar y desarmar conexiones que entran y salen del pozo. En la unidad de tubería flexible se usan longitudes continúas de tubería de tamaños variados que se almacenan en un carrete. La longitud es usualmente suficiente para alcanzar la total profundidad del pozo o profundidad de taponamiento. El carrete de tubería no mueve la cañería, como piensan comúnmente aquellos que no están familiarizados con una unidad de tubería flexible; Esto más bien lo hace un inyector/extractor. inyector/extractor.   Los orígenes de la tecnología de la tubería continua (tubería flexible) pueden trazarse a los trabajos pioneros de equipos de ingenieros de los Aliados durante la Segunda Guerra Mundial. El Proyecto Proyecto PLUTO (acrónimo de Pipe Lines Under The Ocean), fue un proyecto ultra - secreto de invasión de los  Aliados que comprendía comprendía el tendido de oleoductos oleoductos desde la costa de Inglaterra a varios puntos a lo largo de la costa de Francia. La cañería de longitud continúa de 3 pulgadas de diámetro interno, fue envuelta en extraños tambores huecos (carretes flotantes), los cuales fueron diseñados para tener

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T UBERÍA F LEXIBLE L

 A medida que se expande el uso para la tubería flexible (coiled tubing) deben atenderse aplicaciones crecientes a varias operaciones de control de pozos.

a unidad de tubería flexible (tubería continua o coiled tubing) ha evolucionado hacia un tipo de unidad portátil compacta  y eficiente que elimina el problema problema de armar y desarmar conexiones que entran y salen del pozo. En la unidad de tubería flexible se usan longitudes continúas de tubería de tamaños variados que se almacenan en un carrete. La longitud es usualmente suficiente para alcanzar la total profundidad del pozo o profundidad de taponamiento. El carrete de tubería no mueve la cañería, como piensan comúnmente aquellos que no están familiarizados con una unidad de tubería flexible; Esto más bien lo hace un inyector/extractor. inyector/extractor.   Los orígenes de la tecnología de la tubería continua (tubería flexible) pueden trazarse a los trabajos pioneros de equipos de ingenieros de los Aliados durante la Segunda Guerra Mundial. El Proyecto Proyecto PLUTO (acrónimo de Pipe Lines Under The Ocean), fue un proyecto ultra - secreto de invasión de los  Aliados que comprendía comprendía el tendido de oleoductos oleoductos desde la costa de Inglaterra a varios puntos a lo largo de la costa de Francia. La cañería de longitud continúa de 3 pulgadas de diámetro interno, fue envuelta en extraños tambores huecos (carretes flotantes), los cuales fueron diseñados para tener

C APÍTULO 15 15-2

La tubería flexible tiene muchos usos y está ganando popularidad.

suficiente flotabilidad estando con el carrete lleno de línea de tubería a ser arrastrada detrás de barcos colocadores de cable. Al completarse el Proyecto PLUTO, las fuerzas Aliadas habían tendido un total de 23 oleoductos, de los cuales 17 oleoductos fueron tendidos cruzando el Canal Inglés, para proveer un abastecimiento continuo de combustible y así sostener la invasión aliada durante la liberación de Europa. Europa. Alrededor de 17000.000 de galones (651088.8 m³) de combustible fueron enviados a los ejércitos aliados a través de los oleoductos de PLUTO a un ritmo de más de un millón de galones (3785.4 m³) por día. El desarrollo del inyector más común de tubería flexible en uso hoy en día, se remonta en el pasado a los trabajos de G.H. Calhoun, y otros (patente de los Estados Unidos No. No. 2567.009). 2567.009). Este aparato proveía la capacidad de insertar, suspender y extraer sartas de elementos cilíndricos alargados (tales como la tubería, cables, etc.) para servicios de pozos de alta presión Una versión modificada del dispositivo fue desarrollada para usarlo en la flota de submarinos de los Estados Unidos para permitir que las naves tendieran antenas de radio - comunicaciones en la superficie del océano, mientras éstos permanecían sumergidos. Usando el concepto de Calhoun y sus colegas, Bowen Tools desarrollo un dispositivo  vertical, de rotación inversa inversa con tracción de cadena, llamado el Sistema de Transferencia de Antena A/N Bra- 18, diseñado para tender una antena de bronce de 5/8 de pulgada (15.88 mm de diámetro externo) encapsulada en polietileno, desde una profundidad de hasta 600 pies (182.9 m) debajo del agua. Se instalaron debajo de la sección media bloques montantes fenólicos reforzados con tela en la sección media de ambos juegos de cadenas y con ellas se aseguraron las antenas dentro de bloques, que tenían ranuras donde se ajustaban los diámetros externos del tubo. La antena se almacenaba en un carrete debajo del sistema de transferencia de antenas para la facilidad del tendido y la recuperación. El sello contra la presión, estaba previsto por un elemento tipo stripper, que per-

mitía que la antena penetrara al casco de la nave. Los principios básicos de este diseño conceptual, ayudaron en el desarrollo del prototipo de los sistemas inyectores de tubería flexible que se usan hoy en día

USOS DE LA TUBERÍA FLEXIBLE w Lavado

de Arena y Sólidos

w

Limpiezas de Parafina y Asfaltenos

w

Descargado del Pozo Pozo e inicio de la Producción

w

Estimulación de Formaciones (Acidificación)

w  Cementación w

Consolidación de Arenas

w

Servicios Servici os de Fresado a Través de la tubería

w 

Perforación

w

Circulación de Fluidos con Densidad Densidad de Ahogo

w

Colocación de Herramientas de Ensayo y Punzado

w

Pesca y Herramientas de Colocación

w

Sartas de Inyección Inyección de Productos Químicos

w

Tubería de Producción

 T UBERÍA FLEXIBLE 15-3

Unidad de tubería flexible montada sobre un camión.

Inyector y Preventores de Reventones armados encima de un pozo.

w

Terminaciones sin Tubería (Tubing (Tubing less)

w

Sartas de Sifonado para Producción Secundaria

VENTAJAS DE LA TUBERÍA FLEXIBLE w

w

El daño a la formación se minimiza cuando la terminación o reparación se realiza sin matar el pozo.

w

La ausencia de conexiones de tubería o uniones, provee mayor holgura en el espacio anular  y permite correr correr tamaños mayores mayores de tubería flexible.

w

Los tubulares existentes para terminación se mantienen en el lugar, minimizando los gastos de reemplazo del tubing y sus componentes.

w

Habilidad para efectuar operaciones de control continuo de pozo, especialmente con la cañería en movimiento.

DESVENTAJAS DE LA TUBERÍA FLEXIBLE

La tubería flexible puede ser bajada y recuperada mientras se están circulando los fluidos en forma continua.

w

Habilidad para trabajar con presión de superficie presente. No se necesita matar el pozo.

w

El cuerpo de la tubería flexible no necesita que se hagan o deshagan conexiones.

w

Se aumenta la seguridad del personal debido a las necesidades reducidas de manipulación de la cañería.

w

Tiempo de servicio servic io reducido comparado con los equipos de tubería por tramos.

w

Las unidades son altamente móviles y compactas. Se necesitan cuadrillas menos numerosas.

w

La tubería flexible flexi ble es susceptible a torcerse torcerse enroscándose, lo cual causa la fatiga de la tubería, (debilitamiento) y requiere frecuente reemplazo de la cañería.

w

La tubería flexible flexi ble típicamente tendrá un espesor de pared más delgado comparado con la tubería por tramos (con la excepción de la tubería “macaroni” o tubería pequeña). Esto limita la resistencia a la carga de tensión de la tubería.

w

Debido a los efectos de la fatiga cíclica por doblado, la resistencia especifica a la fluencia del material de la tubería flexible se reducirá; esto

La tubería flexible puede bajarse y recuperarse mientras se circulan los fluidos continuamente.

C APÍTULO 15 15-4

afecta adversamente a la resistencia de la tubería contra los reventones y el colapso. w

Debido a las características del transporte en carretes (altura y peso), se tiene una longitud limitada de tubería flexible que puede envolverse en un carrete.

w

Los tamaños de tubería flexible disponibles para servicios son limitados, sin embargo son comunes los de 2 3/8” (60.33 mm) y los de 2 7/8 (73.03 mm).

w

w

Los caudales de circulación a través de la tubería flexible son típicamente menores que los de la tubería por tramos de tamaños similares.

Unidad de tubería flexible armada y lista para bombear nitrógeno

Debido a los pequeños diámetros y longitudes considerables de sarta, las pérdidas de presión son típicamente muy altas cuando se están bombeando fluidos a través de la tubería flexible. flexib le. Los caudales de circulación a través de la tubería flexible son típicamente bajos, comparados con tamaños similares de tubería por tramos. La mayor desventaja de no poder rotar la tubería ha sido parcialmente superada por el desarrollo de herramientas rotatorias en el fondo del pozo, que pueden utilizarse para perforación liviana o para fresado. Sin embargo, la tubería flexible flexi ble no puede rotarse en la superficie.

DESCRIPCION DE LA TUBERÍA FLEXIBLE La tubería flexible es una tubería electro soldada, fabricada con una costura longitudinal única, formada por soldadura de inducción de alta frecuencia, sin adición de metal de relleno. El primer paso en el proceso de fabricación típica de tubería flexible, involucra la adquisición de materia prima de acero abastecido en planchas de 48” (1219 mm) de ancho, las cuales vienen envueltas en rollos de aproximadamente 3500’ (1066.7 m). Cuando el diámetro de la tubería flexible a fabricarse se selecciona, la plancha de acero se corta en una

tira continúa de un ancho dado, para formar la circunferencia del tubo especificado. La faja plana de acero es luego soldada en sesgo a otro segmento de tira para formar un rollo continuo de lámina de acero. El área soldada se desbasta hasta que que quede suave, se la limpia y luego se inspecciona con rayos  X, para asegurarse asegurarse que la soldadura soldadura esté libre de defectos. Una vez que se ha enrollado una suficiente longitud de tira continúa de acero en la bobina maestra, el proceso de fresado del tubo puede comenzar. El acero en tiras es luego corrido a través de una serie de cuños de rodillo, que trabajan mecánicamente la faja plana, dándole la forma de tubo, puesto que los bordes de la tira de acero se prensan juntas mecánicamente, el proceso de soldadura longitudinal se provee con una bobina de inducción de alta frecuencia que se coloca unas cuantas pulgadas al frente del último juego de rodillos formadores. formadores. La bobina de inducción de alta frecuencia genera el calor para soldar por la resistencia resistencia al flujo de la corriente corriente eléctrica. eléctrica. El flash de soldadura expuesto en el exterior del tubo se retira  y la costura soldada es anillada a temperaturas temperaturas de aproximadamente. 1650 ºF (899 ºC). Se deja enfriar el tubo y luego se corren pruebas no destructivas de estación, para inspeccionar el cuerpo del tubo.

 T UBERÍA FLEXIBLE 15-5

El proceso de fresado continúa a medida que se corre el tubo a través de una fresa que le da tamaño, la misma que reduce ligeramente el diámetro después de la soldadura y trabaja la cañería, desbastándola al diámetro exterior requerido  y llevándola a las tolerancias de redondez. En este momento, la tubería pasa por un tratamiento de calor sobre el cuerpo entero, utilizando bobinas de inducción. El propósito del tratamiento de calor es el de aliviar los esfuerzos de tensión interna de todo el tubo a temperaturas entre los 1.100 ºF (593 ºC)  y 1.400 ºF (760 ºC), con lo cual se logra aumentar la ductilidad del acero. Se deja que la tubería se enfríe, primero gradualmente en el aire y después dentro de un baño líquido. Este proceso da por resultado el desarrollo de los tamaños adecuados de grano de perlita y ferrita dentro de la micro estructura del acero. El tubo nuevo se envuelve en un carrete de servicio o un tambor de madera para su transporte y se prueba a presión. Hay procesos alternativos de fabricación de tubería flexible que pueden requerir que se construya una sarta soldando tope a tope las secciones de tubo. La técnica de soldado a tope puede ser efectuada utilizando prácticas de soldadura TIG o MIG y cada soldadura de extremo debe ser inspeccionada con rayos X para evaluar la calidad de la soldadura. Nótese que la superficie exterior de la soldadura a tope, no se desbasta o perturba de ninguna manera, lo cual pudiera reducir el ciclo de vida y la resistencia a la afluencia en tramos de varios pies (metros) anteriores y posteriores a la soldadura. La sarta de tubería se envuelve luego sobre un carrete de servicio o tambor de transporte según se requiera. Pueden fabricarse sartas escalonadas de tubería flexible, cambiando el espesor de la tubería dentro

de la longitud de un carrete individual, mientras que se mantiene un diámetro exterior constante. Esto se hace para aumentar las propiedades de rendimiento de la tubería flexible en secciones seleccionadas, al mismo tiempo que se minimiza el peso total de la sarta. Todos los carretes fabricados para tubería f lexible reciben un número único de identificación que se asigna a tiempo de su fabricación. La documentación de cada carrete de tubería flexible debe incluir su número de Identificación, diámetro exterior de la tubería, grado (dureza del acero) del material, espesor de pared, posiciones de las soldaduras y longitud total. Un carrete de tubería flexible puede ser fabricado con un valor calórico determinado, o con una combinación de valores de calor que se seleccionan de acuerdo a un procedimiento documentado provisto por el fabricante. La maleabilidad del producto de tubería flexible, debe ser mantenida por el fabricante durante todos los procesos de fabricación y pruebas. Los requerimientos del comprador a menudo incluyen la maleabilidad producida por el calor en el acero. El concepto de las operaciones de servicios en pozos con tubería flexible, requiere que la longitud continua de tubería se sujete a ciclos repetidos de tendido y envoltura durante su vida útil. La tubería almacenada en un carrete de servicio se desenvuelve dentro del pozo a la profundidad designada y luego se recupera de regreso al carrete de servicio, para su almacenamiento y transporte a la próxima ubicación de trabajo. La vida útil de trabajo de la tubería flexible puede ser definida como la duración del servicio que puede brindar una sarta de tubería continua cuando es sometida a los siguientes factores: w Ciclo de Fatiga por Doblado w Carga de Presión Interna w Carga Axial Aplicada Esquema simplificado de los componentes de un carrete de tubería flexible w  Corrosión Guía Niveladora de Envoltura w Daños Mecánicos Tubería Flexible con Lubricador de Tubería Todos estos ítem actúan sobre la Brida del Carrete tubería flexible de una u otra manera Conjunto del Guía durante algún tipo de servicio con Niveladora de tubería flexible y contribuyen a la Envoltura eventual falla mecánica del tubo. Para asegurar operaciones seguras  y confiables en el sitio del pozo, Cadena Articulación el usuario debe entender el Motriz Giratoria comportamiento único de la tubería Para Entrada  de Fluido de flexible para minimizar las posibAlta Presión ilidades de falla del tubo. Debe tomarse numerosas decisiones durante Motor del  Sistema Motriz la vida útil de una sarta de tubería  del Carrete

La tubería de longitud continua es sometida a ciclos repetidos de tendido y envoltura (recuperación) durante su vida útil.

C APÍTULO 15 15-6

flexible para lograr la máxima vida útil remanente. Desde este enfoque, la decisión de retirar de servicio la tubería, debe tomarse sobre la base de las condiciones reales de la tubería y su historial de servicios. Una carga de comprensión sobre la tubería flexible puede ocurrir durante muchas operaciones de servicio donde los efectos continuados de la presión del cabezal de pozo, la presión en el elemento stripper y otras fuerzas relativas pueden suceder simultáneamente. Con la necesidad de aplicar cargas de compresión en aumento sobre la tubería flexible, el pandeo en la superficie se ha convertido en un problema importante. Debido a los efectos de la fatiga del ciclo de dobladura y las fallas de alineamiento de las fuerzas axiales que cargan el tubo, la resistencia al pandeo de la tubería flexible, debería disminuirse con relación a los  valores calculados cuando se usan las ecuaciones de pandeo para calcular las fuerzas de pandeo convencionales en la tubería por tramos. La fuerza requerida para inducir el pandeo en la tubería flexible, depende de las características del material, la geometría del tubo flexible, (tales como el diámetro exterior, espesor de pared, y ovalidad), y los esfuerzos residuales dentro del tubo. Cada diseño de inyector de tubo flexible tiene una longitud mínima de tubo no apoyado, que es la porción del tubo entre el último bloque de sujeción completamente enganchado y la parte de superior del stripper energizado. Al efectuar servicios donde se anticipan cargas mínimas de inserción, la longitud de tubo no apoyada es generalmente un problema menor. Sin embargo, donde se espera grandes

La fatiga generalmente es el principal factor individual que determina la vida útil de trabajo de la tubería flexible.

Varios factores afectan los límites operativos de la tubería flexible.

DESCRIPCION DE LA FATIGA Generalmente se considera a la fatiga como el principal factor individual para determinar la vida útil de trabajo de la tubería flexible. El despliegue  y la recuperación de la sarta de tubería de longitud continua, requiere que el tubo sea sujeto a repetidos eventos de dobladura y enderezamiento, a los que comúnmente se hace referencia como el ciclo del doblado. La magnitud de la tensión impuestasobre el cuerpo de la tubería durante el ciclo de dobladura se considera enorme, en unos casos en el orden del 2 y el 3 por ciento. Al someter la tubería flexible a este tipo de ciclos de fatiga, las fallas por fluctuaciones de tensión y/o estiramiento, podrían ser calculadas adecuadamente usando los enfoques de fatigas multiaxiales para la predicción de la vida útil.

Un carrete de tubería flexible

Tubería Cargada en Compresión 10    )    i    s    p Cuadrante    k    (    l    a    i    c    n    e    r    e    f    i    D -10 -5    n    ó    i    s    e    r    P

cargas de inserción, deberá incorporarse una guía anti- pandeo dentro del mecanismo del inyector para proveer apoyo lateral adicional al cuerpo del tubo. La guía anti- pandeo restringe las tendencias al pandeo del segmento de la tubería flexible ubicado entre el bloque de sujeción del inyector completamente enganchado que se encuentre más abajo, y la parte superior del stripper, aumentando significativamente los límites de carga de inserción. El análisis de cargas de compresión sobre la tubería flexible, así como los límites operativos asignados, son componentes principales de un diseño de servicios de pozos apropiado.

Tubería Cargada en Tracción

8 2

Cuadrante 3

6

Cuadrante 1

4 2 0

5

10

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-2 -4 -6

Cuadrante 4 Carga Axial Aplicada (klbs)

20

25

 T UBERÍA FLEXIBLE 15-7

       ε

   l    e    t    e    r    r    a    C

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   l    e    t    e    r    r    a    C

   a    r    u    A    A    d 1 6    a    l    b 2 3 4 5    o    d    e 0    d Un Viaje    n    ó    i    s    n Eventos de Doblado    e    T 1y6

Eventos de Doblado 2y5

t´  t

2 5

Tiempo 4

Eventos de Doblado 3 3y4

db

Dc

t Eje Neutro

Eje de Doblado Dx

Geometría del Tubo antes del Ciclo de Doblado

1

dbi

Dy

Geometría del Tubo después del Ciclo de Doblado

6

Cambios en la geometría del diámetro del tubo como resultado de la ovalidad. Eventos de doblado que ocurren durante las operaciones con tubería flexible.

Sin embargo cuando el proceso del ciclo de la dobladura está combinado con cargas internas de presión en el tubo, la predicción de la vida útil por fatiga, se hace muy difícil de calcular con precisión. Numerosas pruebas efectuadas, han confirmado el hecho de que el ciclo de dobladura de la tubería flexible con la presencia de cargas de presión interna, reducen grandemente la vida útil por fatiga de la cañería cuando se compara con el ciclo de vida de la tubería no presurizado. Fuera de la industria de la tubería flexible, esencialmente no hay otras aplicaciones que involucren la ingeniería estructural de las aleaciones, donde se somete intencionalmente a la tubería a repetidos ciclos de carga de esta magnitud y se espera que el material sobreviva el servicio prescrito. El análisis de tendencias registrado de numerosas pruebas de fatiga de tubería flexible, sugiere que los eventos del ciclo de dobladura impuestos a una muestra dada de tubería flexible con alta carga de presión interna, acumulan el daño por fatiga a una velocidad mucho mayor que los ciclos de dobladura impuestos con baja carga de presión interna. Además de esto, la magnitud del daño por fatiga alcanzado de un evento dado de ciclos de doblado, no puede aplicarse a la vida útil de trabajo de forma lineal. A partir de un gran volumen de pruebas y ensayos efectuados, se ha acumulado evidencia que sugiere que una carga dada de ciclos de doblado, aplicada en la etapa tardía de la vida de trabajo del tubo, causa mayor daño de fatiga que la carga equivalente de ciclos de doblado aplicada mas tempranamente en la vida de trabajo del tubo.

Cuando la tubería flexible se somete a la deformación plástica causada por los ciclos de doblado con carga interna de presión, el diámetro del tubo flexible tiende a crecer o a tomar forma de globo. Aún cuando la carga de presión interna se encuentre bastante por debajo de las tensiones de fluencia del material, el cuerpo del tubo queda sometido a tensiones de anulares y radiales que provocan que el material se distorsione en un fenómeno descrito como crecimiento diametral. Los principales factores que influyen en el crecimiento diametral son las propiedades del material, el radio de dobladura, la carga de presión interna y la geometría de la tubería flexible (diámetro exterior  y espesor de pared). Un problema fundamental con el crecimiento diametral es la interacción con el equipo de manipulación de superficie y de control de presión. La carga del bloque de sujeción del inyector del tubo inflexible, usualmente tiene un impacto sobre la geometría del tubo y el efecto tiende a variar de acuerdo con la magnitud de la fuerza normal de sujeción, la geometría y desgaste del bloque, y la geometría, presión interna y tipo de material del tubo flexible.   La mayor parte de los inyectores de contra rotación convencionales, tienen bloques de sujeción que se han fabricado para ajustarse al diámetro externo del tamaño especificado de la tubería flexible. Cuando la tubería flexible experimenta el crecimiento diametral, el aumento en el tamaño del tubo crea una condición de carga no simétrica, concentrando la carga de la fuerza normal en los puntos de contacto en los bordes del bloque

Los factores principales que influyen en el crecimiento diametral, incluyen el material, radio de dobladura, presión interna y geometría del tubo.

C APÍTULO 15 15-8 0% Ovalización

2% Ovalización

Dmax = 1.25

Dmax = 1.2625

Dmin = 1.25

Dmin = 1.2375

Arriba: Crecimiento diametral inducido por la presión. Derecha: Ejemplos de cambio geométrico en el diámetro del tubo como un resultado de la ovalización.

La tubería flexible con material de mayor resistencia a la fluencia sufre un crecimiento diametral menor.

5% Ovalización

10% Ovalización

de sujeción. Estas concentraciones Dmax = 1.28125 Dmax = 1.3125 de esfuerzos en puntos focalizados, Dmin = 1.21875 Dmin = 1.1875 inducen daños adicionales dentro del cuerpo del tubo y dan por resultado una deformación adicional de tubo. Otro problema con respecto al crecimiento diametral, se relaciona w Las limitaciones de las tolerancias del equipo con el equipo de control de presión. En conjunto de superficie para el crecimiento diametral del stripper, contiene bujes de bronce que evitan permisible, restringen la vida útil efectiva de la extrusión de los elementos del elastómero. Estos la tubería flexible bajo condiciones de alta bujes tienen un diámetro interno que es ligeramente presión a solamente una fracción de la vida útil mayor que el diámetro exterior especificado de la proyectada. tubería flexible. Si el diámetro real de la tubería flexible sobre cualquier eje alcanza o excede el Como una consecuencia del crecimiento diámetro interno de los bujes de bronce, entonces diametral, la tubería flexible experimenta un la tubería flexible se atascará dentro de los bujes, adelgazamiento de sus paredes. Asumiendo que la dando por resultado un daño en la superficie del sección transversal del cuerpo del tubo permanezca tubo. Una vez que se alcanza esta condición, puede constante, a medida que el diámetro crece la ocurrir que la tubería flexible ya no pase a través del redistribución de material produce entonces que stripper o pudiera ser que dañe el buje de bronce. las paredes del tubo se adelgacen. A medida que Para prevenir esta situación indeseable, se debe el tubo sufre el ciclo de dobladura según el eje poner un límite al diámetro máximo permisible de neutro, los extremos superior e inferior del tubo, son la tubería flexible. sometidos a concentraciones más altas de esfuerzo y Observaciones de las pruebas de fatiga por ciclo subsecuentemente experimentan el mayor grado de de dobladuras, que se relacionan directamente al adelgazamiento. El cambio absoluto en el espesor crecimiento diametral en tubería flexible muestran: de pared en los extremos superior e inferior del tubo aparenta ser pequeño, y en este momento no se cree w La velocidad de crecimiento del diámetro exterior que tenga un impacto significativo sobre la vida útil de la tubería flexible aumenta con el aumento de por fatiga del ciclo de dobladuras de la tubería a la carga de presión interna. menos que el espesor de pared especificado haya w El crecimiento diametral de tubería flexible de sido inicialmente muy delgado. diámetros mayores, como un porcentaje de su  A medida que la tubería flexible se somete a diámetro especificado tiende a ser mayor que el los ciclos sobre radios de doblado pequeño, el tubo de la tubería flexible de diámetros menores. tiende a aplanarse y la sección transversal asume una forma elíptica. Después de que el tubo ha pasado w Las muestras de tubería flexible con mayor por el ciclo, la deformación plástica hace que la resistencia material a la fluencia tienen menor geometría elíptica se convierta en una característica crecimiento diametral que las muestras con dimensional permanente, aún cuando la cañería menor resistencia a la fluencia.

 T UBERÍA FLEXIBLE 15-9

retorne a la orientación enderezada. El término típico usado para describir la tubería con forma elíptica es ovalización. La ovalización del cuerpo del tubo reduce significativamente los valores de la presión de colapso de la tubería flexible, cuando se los compara con los  valores de presión de colapso de la tubería redonda de fabricación comercial. La ovalización de la tubería flexible puede también afectar adversamente la capacidad de sellado a la presión y la interacción con el equipo de sujeción. Para propósitos prácticos el límite prudente de operación para la ovalización de la tubería flexible es 5 %.

MÉTODOS USADOS COMUNMENTE PARA DISMINUIR LA FATIGA DEL CICLO DE DOBLADO Con el pasar de los años se han hecho intentos de hacer un seguimiento del historial de trabajo de las sartas de tubería flexible que se hallan en servicio, para permitir lograr una máxima utilidad con un mínimo de fallas por fatiga. El resultado de estos intentos ha brindado tres metodologías comúnmente usadas para predecir las condiciones de fatiga de la tubería flexible.

METODO DE L  AS L ONGITUDES CORRIDAS Desde el inyector hasta dentro del pozo, muchas fuerzas actúan sobre la tubería flexible.

Un método no obsoleto, pero relativamente simplista, usado para predecir la vida de trabajo o vida útil de la tubería flexible, se describe comúnmente como el método de los pies corridos, o longitudes corridas, en el cual la longitud de tubería flexible desplegada dentro de un pozo se registra en cada trabajo efectuado. Estas longitudes de tubería desplegada se suman luego al registro existente de longitudes desplegadas durante el servicio de cualquier sarta dada. Dependiendo del ambiente de servicio de los trabajos comúnmente efectuados,  y del historial del campo local, la sarta de la tubería flexible se retira de servicio cuando las longitudes corridas alcanzan una cifra predeterminada. Los  valores citados para algunas operaciones de servicio  van desde los 250.000 pies hasta 750.000 pies (76.196 hasta 228.589 m), dependiendo del tipo de servicio y condiciones de trabajo. El método de las longitudes corridas, ofrece a la compañía de servicios, una relativa simplicidad de uso, requiriendo solamente que se registren las profundidades máximas de tubería flexible desplegada dentro del pozo. Sin embargo, hay numerosas limitaciones al uso de este método de hacer el seguimiento a la fatiga, como un medio confiable de determinar finalmente la vida útil de una sarta de servicio de tubería flexible. Varias de estas limitaciones se describen abajo: w El

valor de la longitud máxima en uso para llegar a la etapa de retiro de servicio de cualquier sarta de tubería flexible, está basado en las experiencias previas de las compañías de servicios, efectuadas con el mismo tipo de tubería, operaciones de trabajo en determinados campos de pozo con similares profundidades de pozo y tipos de servicio. En general no se considera la duración del servicio efectuado en ambiente corrosivo.

Los daños al la tubería flexible, tales como la ovalización, pueden reducir significativmente la resistencia al colapso.

C APÍTULO 15 15-10

w El

Debe hacerse el seguimiento y registrar por escrito el número de viajes de la tubería sobre el carrete de servicio y el arco guiador de tubos (cuello de ganso).

método de las longitudes corridas, se enfoca típicamente en el diámetro exterior especificado de la tubería flexible de la sarta en servicio, con una mínima atención al espesor de la pared de la tubería, el material del tubo y su resistencia a la fluencia.

w El

método de la longitud corrida, no tiene forma de tomar en cuenta las variaciones del radio del arco guiador, radio del núcleo del carrete de servicio, la carga de la presión interna, o de identificar los segmentos específicos del tubo donde se aplican ciclos de doblado adicionales.

w El

método de descuento o reducción de la vida útil de trabajo que se aplica en el enfoque de la longitud corrida, no puede extenderse a diferentes tamaños de tubería, ni a diferentes condiciones de operación. Este método solamente puede usarse, en los casos en que se ha recogido la información sobre el historial de trabajo del material específico del tubo, sobre la geometría y el equipo de manipulación en superficie y se ha analizado dicha información para llegar a un valor máximo prescrito de longitud corrida.

METODO EMPÍRICO O D E L OS V IAJES Una extensión natural del enfoque de reducción o descuento de fatiga por longitud corrida, puede hallarse en lo que comúnmente se describe como el método de los viajes. En el método de los viajes se han incorporado numerosas mejoras al enfoque de la longitud corrida, proveyendo mayor confiabilidad a la predicción de la vida útil de trabajo de la sarta de la tubería flexible. Una de las principales mejoras comprende la evaluación de la sarta de tubería flexible como una serie de longitudes de segmentos separados que pueden ir desde los 100’ a 500’ (30.5 a 152.4 m) de longitud. Este enfoque aplica una mayor sensibilidad al análisis de vida útil, al identificarse secciones de la tubería flexible que están sujetas a mayor número de ciclos de doblado que otras, durante un servicio específico. El número de viajes sobre el carrete de servicio y el arco- guía de tubería para cada segmento descrito puede entonces seguirse y registrarse. Al emplear este método, una reducción de la longitud del incremento de sección aumenta la precisión del registro del ciclo de doblados. Este tipo de análisis hace posible identificar los segmentos de la sarta de tubería flexible que han experimentado mayor daño por la fatiga de los ciclos de doblado.

Otra mejora importante del método de los  viajes, es que incorpora el efecto de la carga de la presión interna. Para un arco  guía de tubería y un radio del carrete de servicio determinados, la vida útil por los ciclos de doblado de la tubería flexible disminuye significativamente con el aumento de la carga de presión interna. La evolución del método de los viajes, incorpora pruebas extensas de fatiga por ciclos de doblado de la tubería flexible, usando equipo de servicio real o de escala plena (inyector, arco guía de tubo y carrete de servicios) y magnitudes variables de carga de presión interna. Numerosas pruebas de fatiga se realizan en este escenario, para un tamaño dado de tubería flexible a magnitudes especificadas de presión interna. La información registrada en estas pruebas se usó inicialmente para crear una base de datos para generar una proyección estadística de la vida útil de la tubería flexible. A partir de estos tipos de prueba, puede identificarse un segmento de la sarta de tubería flexible que haya acumulado una cantidad considerable de daño por fatiga en los ciclos de doblado, proveyendo por lo tanto al usuario, la

opción de retirar del servicio el segmento de tubería que esté severamente dañado.  A medida que se fueron haciendo más pruebas de escala real con ciclos de fatiga las tendencias de la fatiga fueron identificadas para varios tamaños de tubería, geometría del tubo y las condiciones de carga de la presión interna. Los análisis de estas tendencias proveyeron a los fabricantes con la habilidad de ajustar las curvas de datos y derivar coeficientes empíricos que fueron incorporados en los enfoques de predicciones convencionales de la vida útil multiaxial, brindando así los primeros modelos de predicción de fatiga de la tubería flexible. Las mejoras en el seguimiento del daño por fatiga efectuadas por el método de los viajes, ofrecieron un registro mejorado de las condiciones de operación presentes cuando ocurren los eventos el ciclo de doblado, junto con una mayor sensibilidad en la identificación de los segmentos de sartas de tubería flexible sujetos a los ciclos de doblado. Las limitaciones del método de los  viajes o modelaje empírico incluyen la siguiente: w Los

coeficientes empíricos derivados del daño por fatiga, son generalmente diferentes para cada combinación de material de la tubería flexible, diámetro exterior, espesor de pared, y radios de doblado.

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w Las

Superficie

Tubería de Producción

Tubería flexible en tensión (-) Tubo de Producción en Tensión

variaciones de la carga de la presión interna en el punto del ciclo de doblado, requieren un registro complicado y un procedimiento de predicción para proveer un pronóstico realista de la vida útil. Esto requiere de inversión en instrumentación de registro en superficie y sistemas sofisticados de recolección de datos, tales como computadoras portátiles, así como el uso de sistemas de software complicados para el manejo de tubería, para el seguimiento y para el mantenimiento y puesta al día de los registros de la vida útil de la tubería que se compila.

METODO TEORICO Punto Neutro (+)Compresión

Puntos de Contacto en Fricción

(+) Tubo de Compresión  en Tensión

Tubería de Revestimiento

La tubería de producción puede pandearse debido al aflojamiento del peso de la columna complicando la corrida de la tubería flexible.

w Se

requieren las pruebas del ciclo de doblado utilizando equipos de escala plena, para obtener los coeficientes de fatiga experimentalmente, lo cual se hace caro y toma bastante tiempo. w El método de los viajes no incorpora el daño al cuerpo de la tubería que se ocasiona como resultado de las operaciones de servicio en el pozo. Este daño incluye el desgaste exterior del cuerpo del tubo, corrosión interna / externa (atmosférica e industrial), o melladuras, cortes o arañazos que resultan por el uso del equipo de manipulación en superficie. w Los datos de pruebas obtenidos de las máquinas de fatiga por ciclos de doblado, usualmente corresponderán a una presión interna constante. En las operaciones de servicio de pozo, donde se requiere el bombeo de fluidos, la magnitud de la presión interna presente en la tubería flexible  variará a lo largo de toda la longitud de la sarta. Por lo tanto, a medida que la tubería es desplegada y recuperada, cada sección de la columna tendrá una diferente presión interna en donde ocurre el ciclo de doblado.

Un tercer método para predecir los ciclos de fatiga por doblado en la tubería flexible, incorpora mucho del mismo enfoque que se desarrolló para el método de los viajes / empírico, brindando un modelo de predicción teórico basado en los principios fundamentales de la fatiga, con la sensibilidad enfocada en la geometría del tubo, los radios del doblado y las propiedades del material del tubo. El modelaje teórico de fatiga involucra típicamente el uso de algoritmos de plasticidad y algoritmos de daño. El algoritmo de plasticidad se usa para estimar el esfuerzo instantáneo y las condiciones de tensión del material de la tubería flexible para un radio de doblado especifico y una carga de presión interna especifica. El algoritmo de daño se usa para cuantificar la reducción en la vida útil del tubo (que comúnmente se la llama daño) causado por las condiciones especificas de esfuerzo  / estiramiento y finalmente suma el daño por cada ciclo de doblado para obtener un valor general para la vida útil. Este valor de daño por fatiga se expresa usualmente como un porcentaje de la  vida de trabajo útil pronosticada para un tubo y condiciones de prueba dadas. El algoritmo de plasticidad en el modelo teórico, requiere el aporte de las propiedades especificas del material. Parámetros tales como el Módulo de Elasticidad  y el Módulo de Poisson son bastante conocidos. Sin embargo las propiedades del material obtenidas bajo la carga de doblado cíclico, son diferentes de aquellas obtenidas con la carga simple monótona, tales como las usadas en las pruebas de tracción o tensión. Estas propiedades cíclicas del material se determinan por pruebas controladas en laboratorio de muestras tomadas de las sartas de servicio de tubería flexible. Aunque estos métodos están bien establecidos, la mayor parte de las pruebas de

Con el método teórico de descuento, la vida útil de un tubo se pronostica a través de una serie de cálculos.

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laboratorio se efectúan uniaxialmente, donde la muestra se carga a lo largo de un solo eje en contraste con la carga de la tubería flexible, que es multiaxial. Las ventajas de usar modelos teóricos, incluyen la gran precisión de la predicción de la vida útil reducida por la fatiga del ciclo de doblado, con la capacidad de predecir la vida útil para condiciones de cargas variables. Las limitaciones de usar modelos teóricos incluyen lo siguiente:

El pandeo de la tubería flexible es concéntrico a la cañería de producción o a la tubería de revestimiento

Una porción del algoritmo de plasticidad implica la aplicación Sinusoidal Helicoidal  bi - dimensional tri - dimensional de propiedades uniaxiales del material a condiciones de carga multiaxial. Estos modelos dependen parcialmente de parámetros obtenidos De esta discusión sobre el comportamiento de empíricamente (con máquinas que simulan la la fatiga de la tubería flexible podemos concluir: fatigas a escala real) para brindar predicciones de w La vida útil de la tubería flexible puede la vida útil. extenderse aumentando el radio de doblado del w El método teórico no incorpora el daño al arco guía de la tubería y el núcleo del carrete cuerpo del tubo ocurrido como resultado de las para un tamaño de diámetro específico. operaciones de servicio de pozo. Este tipo de w La vida útil de un tamaño específico de tubería daño incluye el desgaste exterior del cuerpo del flexible, puede aumentarse seleccionando un tubo, la corrosión interna y externa (atmosférica tubo con pared más gruesa. e industrial), o ralladuras, cortes y raspones resultantes del contacto con el equipo de w La vida útil de la tubería flexible puede manipulación de superficie. extenderse aumentando la resistencia a la fluencia del material del tubo. w La información obtenida de pruebas en las máquinas de ciclo de fatiga por doblado, w En comparación, a medida que el diámetro usualmente se registra a una presión interna exterior de la tubería flexible aumenta, la vida constante. En las operaciones de servicio de útil (vida de la fatiga del ciclo del doblado) pozo, donde se requiere el bombeo de fluidos, disminuye. la magnitud de la presión interna presente en Las consecuencias de hacer trabajar la tubería la tubería flexible variara a lo largo de toda la flexible con cargas de presión interna, establecieron longitud de la sarta. Por lo tanto, a medida que una creencia en la industria de que los ciclos la tubería se despliega y recupera, cada sección repetidos sobre las sartas de tubería flexible a bajas de la sarta tendrá una presión interna diferente presiones, permiten un mayor grado de confiabilidad en el punto donde ocurre el ciclo de doblado.  y aumentan la vida útil de servicio de la tubería. w La carga de presión interna variable en el punto Comúnmente se efectúan servicios con sartas de del ciclo de doblado, requiere un registro y tubería flexible con presiones internas que exceden procedimientos de predicción complicados, para los 10.000 psi (689,5 bar). Se considera que proveer pronósticos realistas de la vida útil. Para estos servicios son específicos para cada trabajo y esto se requiere efectuar cuantiosas inversiones requieren sartas de tubería flexible especialmente en instrumentación de registro de superficie diseñadas para trabajo pesado. Dan por resultado  y sofisticados sistemas de recolección de datos el retiro de servicio temprano de la sarta debido tales como computadoras portátiles, así como a los dramáticos efectos del crecimiento diametral. complicados sistemas de software para el Puesto que la presión interna aplicada al tubería manejo de tubería con los cuales se hace  variará significativamente durante la vida de servicio el seguimiento; asimismo mantener registros de la tubería, una predicción precisa de la falla actualizados que se ha compilado sobre la vida por los ciclos de doblado requiere el uso de útil del tubería. modelos numéricos sofisticados, que se respaldan por w

A medida que aumenta el diámetro exterior de la tubería flexible debido al crecimiento diametral, la vida útil disminuye.

FUERZAS EN LA TUBERÍA

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programas detallados de monitoreo en sitio diseñados para evaluar todas las condiciones operativas de la tubería en servicio.

DISEÑO DEL EQUIPO En la actualidad existen en la industria varios fabricantes de equipos de tubería flexible que comercializan varios diseños de inyectores de tubería flexible, carretes de servicio para tubería y equipamiento conexo para control de pozos. Los diseños de inyectores disponibles dentro de la industria hoy en día, incluyen el sistema de bloque de cadena opuesta contra- rotatoria, equipo motriz de rodillos de cadena arqueada, sistema de transporte de agarre opuesto de cadena simple y el sistema motor de roldanas. El diseño predominante de equipo que se usa en la actualidad, incorpora el inyector vertical con sistema motor de cadenas contra- rotatorias para tubería flexible. Para propósitos de demostraciones prácticas, las siguientes descripciones de tubería flexible se enfocarán en los componentes específicos de la unidad que soportan el conjunto motor de inyector de tipo vertical contra- rotatorio. Sin embargo, los otros tipos de diseños de inyectores se discutirán donde las descripciones del desempeño de determinados inyectores específicos los ameriten.

La unidad de tubería flexible es un sistema de servicio portátil con fuerza motriz hidráulica, diseñado para inyectar y recuperar una sarta continúa de tubería concéntrica a la cañería de producción que tiene mayor diámetro interno, o en sartas de tubería de revestimiento. La tubería flexible diseñado para las aplicaciones de servicio de pozos, se halla disponible en tamaños de 0,750” de diámetro externo (19,05 mm) hasta 3,500” de diámetro externo (88,9 mm.). Existen tamaños mayores disponibles, dependiendo de las especificaciones del cliente. Los componentes básicos de la tubería flexible, incluyen: w  Inyector w Arco Guía de la tubería (cuello de ganso) w Carrete de Servicio w Fuente de Potencia / Energía Motriz w Consola de Control w Equipamiento de Control y Monitoreo w Conectores de Tubería flexible para Interior de Pozo w Equipos de Control de Pozos (Preventores de Reventones/ Empaques).

Tubería flexi ble Carrete de Tubería Operado Hidráulicamente

Eslinga múltiple Arco Guía de Tubería

Contador 

Guiador Horizontal Consola de Control

Inyector de Tubería de Potencia Hidráulica Conjunto del Stripper  Columna de Control de Pozo Patas de Apoyo  del Inyector  Te de Flujo

Fuente de  Energía Motriz

Válvula del Cabezal de Pozo

Las unidades de tubería flexible comprenden componentes diseñados para inyectar o recuperar una sarta continúa de tubería.

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INYECTOR DE TUBERÍA El conjunto inyector provee la fuerza requerida para insertar la tubería dentro del pozo contra la presión y para vencer la fricción del pozo.

Los Bloques de agarre son específicos para la tubería flexible en uso.

El inyector de tubería flexible es el componente usado para agarrar la tubería de longitud continúa  y proveer las fuerzas necesarias para desplegarlo y recuperar el tubo dentro y fuera del orificio del pozo. El conjunto del inyector está diseñado para efectuar tres funciones básicas. w Proveer el empuje requerido para insertar la tubería dentro del pozo contra la presión o para  vencer la fricción del pozo. La tubería puede ser insertada mientras se la corre a extremo abierto, o usada para llevar hacia el interior del pozo herramientas y dispositivos sujetos en el extremo de la tubería flexible. w Controlar la velocidad de descenso de la tubería dentro del pozo, bajo varias condiciones de pozo. w Soportar todo el peso de la tubería y acelerarlo a la velocidad de operación, cuando se este extrayéndolo fuera del pozo. La figura que se muestra debajo ilustra el armado simplificado de un inyector de tubería flexible y la columna de preventores de reventonessobre un cabezal de pozo. Existen varios tipos de inyectores con tracción de cadena contra- rotatoria en uso en

la industria de tubería flexible y la forma en la cual los bloques de agarre se cargan, varía de diseño a diseño. Una demostración simplificada de los componentes principales comunes a estos tipos de inyectores, se muestra en la figura que está debajo. Todos estos tipos de inyectores manipulan la sarta continua de tubería utilizando dos cadenas de tracción opuestas, con mando a piñón o rueda dentada, los que están movidos por motores hidráulicos contra- rotatorios. El concepto operativo fundamental del inyector de cadenas opuestas contra- rotatorias, es uno que usa cadenas de tracción fabricadas con bloques de agarre inter-trabantes montados entre los eslabones de la cadena. Estos bloques de agarre están diseñados para minimizar el daño a la tubería flexible y deben ser fabricados para ajustar la circunferencia de la sarta de tubería flexible, o acabados con una forma en V para acomodar tamaños variables de diámetros externos de tubería flexible. El conjunto de tracción de cadenas, opera bajo el principio de la fricción moderada. La tubería flexible está cargado por bloques de agarre opuestos con suficiente fuerza normal aplicada de manera que las fuerzas de fricción resultantes en los bloques de agarre, sean mayores que las cargas axiales de la tubería (tensión o compresión) y menores que la fuerza requerida para

Motores Hidráulicos Gemelos  Radiales a Pistón y Frenos Integrales a Prueba de Falla

Izquierda: Cabeza inyectora de tubería flexible. Derecha: Vista en corte de un inyector montado en un patín

Bloques de Agarre  de Precisión en Metal Fundido Cilindros de Tensión  de la Cadena

Engranajes de Sincronizado

Accesorios para Engrase de Rodillos

Patín Exterior Cadena con paso de 2"

Cilindros de Agarre de la carga

Celda de Carga

Patín Interior Rueda Loca Dentada Engranaje de Sincronizado Punto de Apoyo de la Sección Motriz

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Arriba: El bombeo de nitrógeno es una operación común. Izquierda: Un tablero de control.

colapsar el tubo. Esta fuerza normal aplicada puede ser provista de tres maneras hacia los inyectores  verticales de tracción de cadenas contra- rotatorias En dos de los tres casos, los bloques de agarre son forzados sobre el tubo por una serie de rodillos hidráulicamente cargados, ya sea instalados como juegos de patines detrás de las cadenas, o integralmente con las cadenas. En el caso en que la cadena del bloque de agarre contiene rodillos excéntricos (levas), estos rodillos excéntricos están cargados por unas barras de apoyo planas activadas hidráulicamente, e instaladas directamente detrás de las cadenas. En caso de que la parte posterior de la cadena sea plana, los rodillos estarán contenidos en las barras de soporte o patines instalados detrás de las cadenas. Un tercer tipo de concepto de cargado de cadena, utiliza un sistema doble de cadenas, donde una cadena interna se utiliza para resistir la carga de fuerza normal de la cadena exterior. En todos estos sistemas de tracción de cargas, se usan cilindros hidráulicos para alimentar la presión de tracción y la consiguiente fuerza normal aplicada a la tubería flexible Adicionalmente estos diseños de cargado por cadena requieren de un sistema de emergencia para mantener la tracción, para el caso de una pérdida de presión hidráulica de la fuente. Típicamente esto consiste en un acumulador y una bomba hidráulica manual ubicada en la cabina de control. Con el transcurso del tiempo las inversiones de carga, provocarán que el sistema motor de cadena se desgaste y se estire. Además de cargar hidráulicamente los bloques de agarre que actúan

sobre la tubería flexible, el sistema motor de las cadenas, debe estar equipado para aplicar tensión que minimice el aflojamiento de las cadenas. Típicamente la tensión de la cadena debe ser aumentada cuando se está insertando, para evitar el pandeo de la cadena. Se usan cilindros hidráulicos para alimentar la presión tensionadora y debería tenerse disponible un sistema de emergencia para mantener la tensión de la cadena en el caso de que haya pérdida de presión hidráulica de la fuente. Usualmente este sistema consiste en un acumulador y una bomba hidráulica manual, ubicada en la cabina de control. Se usan motores hidráulicos como fuerza motriz sobre los bloques de la cadena de tracción. Un sistema de contrapeso hidráulico provee el frenado dinámico cuando la presión hidráulica de los motores hidráulicos cesa. Muchos motores tienen frenos actuados mecánicamente, que se sueltan hidráulicamente y vienen como componentes internos que traban automáticamente cuando la presión hidráulica cesa en el motor. En otros casos se utilizan frenos mecánicos externos separados. Es de importancia crítica que el inyector tenga un indicador de peso que mida la carga de tensión de la tubería flexible justamente por encima del stripper, con una pantalla de peso medido que pueda  ver el operador de la unidad durante el servicio con la tubería flexible. Deberá también tenerse un indicador que mida la fuerza de compresión en la tubería flexible, debajo del inyector cuando se está insertando la tubería flexible a presión dentro del pozo (a menudo se refiere a esto como un peso negativo).

Puede usarse un sistema de emergencia que incluya un acumulador y una bomba hidráulica manual, para mantener la tracción si es que se pierde la alimentación de presión.

C APÍTULO 15 15-16 La guía de tubería ayuda a prevenir el pandeo desde las cadenas de inyección hasta el stripper.

Un sensor de carga de célula para la indicación del peso.

Un soporte de gatos es una estructura de acero que soporta el inyector en un marco elevado.

En la base del inyector se halla un mecanismo de stripper hidráulicamente operado que se posiciona a lo largo del eje central de la tubería flexible cuando se asegura en el conjunto motor de la cadena. El stripper es el dispositivo de control de presión primario en el arreglo de los preventores de reventones de la unidad de tubo flexible. La presión de trabajo máxima estándar especificada para el conjunto del stripper es de 10000 psi (689.5 bar), pero alguno de los nuevos conjuntos de stripper están diseñados para presiones de trabajo hasta de 15000 psi (1034.25 bar). El inyector deberá de estabilizarse cuando se lo arma, para minimizar la posibilidad de aplicar cargas de doblado dañinas a la columna de preventores de reventones y al cabezal del pozo. El inyector podrá estabilizarse encima del cabezal del pozo usando patas telescópicas, un marco de carga elevado hidráulicamente (comúnmente llamado un soporte de gato), o usando un mástil o estructura de tipo torre. Las patas telescópicas generalmente se usan en sistemas donde la altura del inyector o el diseño del cabezal del pozo no permiten el uso de un soporte de gatos. Cuando se usan las patas telescópicas, las secciones superiores están dentro de 4 ranuras ubicadas en el perímetro del marco del inyector y luego aseguradas con pasadores a la altura requerida. Se utilizan zapatas debajo de cada pata telescópica, para distribuir el peso del inyector sobre la superficie del suelo. Se logra mayor rigidez de las patas ajustando tensores montados debajo de las secciones de las patas. Cabe hacer notar que el peso y las fuerzas de operación del inyector

del conjunto de la columna de preventores de reventones se transfieren directamente al cabezal cuando se utilizan las patas telescópicas. En los escenarios donde se tiene una superficie sin obstrucciones para armar el equipo, (por ejemplo plataformas marinas), se recomienda que se soporte o se apoye el inyector usando un soporte de gato. Un soporte de gato es una estructura de acero que soporta el inyector sobre un marco de elevación controlado hidráulicamente o mecánicamente. Una  vez que se alcanza la altura deseada, se ponen los pasadores a las cuatro patas y se fijan en el sitio. La base del soporte de gato, distribuye uniformemente el peso del inyector alrededor del perímetro del soporte. Entre los beneficios que da un soporte de gatos comparado con las patas telescópicas, se incluyen la mayor estabilidad, latitud al soltar el soporte de la grúa montante durante el servicio que no sea de importancia crítica, y la seguridad. En los escenarios de armado de equipo en que se requiera un mástil, deben tomarse precauciones para minimizar la carga axial ejercida sobre el cabezal del pozo por el inyector y la columna de preventores de reventones. Adicionalmente, el inyector deberá ser asegurado de alguna manera dentro del mástil para minimizar el movimiento de cabeceo y rotación del inyector durante el servicio. En todos los casos, el inyector debe ser asegurado al suelo o a la estructura, con por lo menos una cadena sujeta en el frente del marco (de frente al carrete) y dos cadenas desde la parte posterior del marco. Para poder minimizar el efecto de los momentos flectores creados en el cabezal del pozo, las cadenas usadas para estabilizar el inyector, nunca deben asegurarse al cabezal del pozo ni al árbol de producción.

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ARCO GUIDADOR DE TUBERÍA Los inyectores de cadena opuesta contrarotatoria, usan un arco guiador de tubería, que está ubicado directamente encima del inyector, como puede verse en la figura a la izquierda. El arco guiador de tubo soporta la tubería a lo largo de todo el radio de doblado (90+ grados) y guía la tubería flexible del carrete hacia las cadenas inyectoras. El conjunto del arco guía, incorpora una serie de rodillos o cojines a lo largo del arco para soportar

la tubería y deberá también incluir una serie de rodillos superiores para centrar la tubería flexible a medida que viaja sobre el arco guía. El número, tamaño, material y espaciamiento de los rodillos puede variar significativamente, según los diferentes diseños de arcos guía de tubería. El radio del arco guía de tubería se define como el radio de curvatura del eje central de los rodillos inferiores.

CARRETE DE SERVICIO El carrete de servicio sirve como un mecanismo de almacenamiento de la tubería flexible durante el transporte y como el dispositivo de bobinado durante las operaciones con tubería flexible. La fotografía que se ve debajo, a la izquierda, muestra una vista lateral de un carrete de servicio típico. El extremo interno de la unidad, está conectado a través del segmento hueco del núcleo del carrete, a una articulación giratoria de alta presión montada directamente en el núcleo. Esta articulación giratoria, esta asegurada a una sección estacionaria de la tubería que está luego conectada al sistema de bombeo de fluido o gas. En consecuencia pueden mantenerse el bombeo y la circulación continuos durante el trabajo. Típicamente, se provee una  válvula de cierre de alta presión entre la tubería  y el núcleo del carrete para usarla en caso de emergenciapara aislar la tubería de las líneas de bombas de superficie. El carrete debe tener un mecanismo para evitar el movimiento accidental de rotación de tambor, cuando se requiere esta

El carrete de servicio almacena la tubería flexible y sirve como un dispositivo de bobinado durante las operaciones.

Izquierda: La estabilización del inyector puede requerir soportes de gatos y grúas. Abajo izquierda: vista lateral de un carrete de servicio. Abajo derecha: componentes básicos del conjunto del inyector.

Multi-part Sling

Rodillos

Radio del Arco Guía- Tubería

Marco del Chassis

Motores de Inyector Ruedas Dentadas Inferiores

Contorno del Soporte del Sistema  Motriz de Cadenas Célula de Carga

Punto de Apoyo de la Sección Motriz Conjunto del Stripper (parcial)

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El carrete de servicio deberá tener un mecanismo para evitar el movimiento rotatorio accidental del tambor.

condición. En todo caso, la estructura de soporte del carrete deberá estar asegurada para prevenir su movimiento durante las operaciones de trabajo.  Además del servicio de bombeo de fluidos del carrete, existen sartas de tubería flexible que se usan específicamente para servicios de líneas eléctricas de cable. La línea de cable se corre por dentro de la tubería flexible y termina en el núcleo del carrete, saliendo por un compartimiento de entrada a presión. El cable multi- conductor, se corre de la entrada a presión a una conexión rotatoria (anillo colector) similar a aquellos que se encuentran en las unidades de líneas de cables eléctricos. En los carretes equipados para servicios de líneas eléctricas, éstas conexiones eléctricas están ubicadas en el núcleo del carrete, opuestas a la articulación giratoria. La rotación del carrete de servicio se controla mediante un motor hidráulico que puede estar montado en el bloque del carrete para dar tracción directa, o puede ser operado por el conjunto motor de cadena y rueda dentada. Este motor se usa para mantener una tracción constante en la tubería, manteniendo en consecuencia la tubería envuelta ajustadamente sobre el carrete. Durante la inyección de la tubería, se mantiene una ligera contra- presión en el motor del carrete para permitir que el inyector tire, desenvolviendo la tubería del carrete, al mismo tiempo que mantiene la tubería en tensión entre el inyector y el carrete. La tensión provista por el carrete sobre la tubería flexible entre el carrete y el inyector, se llama comúnmente la contra- tensión del carrete.

Un motor de tracción hidráulica instalado en un carrete.

Cuando se recupera tubería del pozo, la presión del motor del carrete se incrementa para permitir la rotación del carrete de manera que se mantenga a la par con la velocidad de extracción del inyector de tubería. El sistema motor del carrete debe producir suficiente tracción para proveer a la tubería flexible la tensión requerida para doblar la tubería sobre el arco guía y llevarlo hacia el carrete. Además de esto, el sistema motor del carrete debe tener suficiente tracción para acelerar el tambor del carrete desde la posición de detenido, hasta la máxima velocidad del inyector, a un ritmo aceptable. La tracción debe ser capaz de mover un tambor completamente cargado con la tubería llena de fluido. La tubería flexible almacenada en un carrete de servicio tiene tensiones residuales internas que crean una condición para la potencial desenvoltura  y salto hacia afuera como resorte de la tubería desde el carrete, si es que se afloja la contra-presión en la tubería. Para evitar que la tubería flexible se suelte con esta acción de resorte o látigo, el extremo libre de la tubería flexible debe ser siempre mantenido en tensión. Durante las operaciones, la contra- tensión del carrete evita que el mismo salte como resorte.

El cubo de circulación transmite fluidos desde las líneas de las bombas hacia el interior de la tubería.

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Izquierda y derecha: Dos ejemplos de mecanismos de guía niveladora de tubería y lubricador de tubería flexible.

Cuando no se halla en operación, el extremo de la tubería flexible debe sujetarse para evitarse que salte con golpe de látigo. Deberán también incluirse ítem adicionales de seguridad en el conjunto del carrete, para proveer un sistema de frenos activado hidráulicamente. La función principal del freno del carrete, es la de detener la rotación del tambor si es que la tubería se parte accidentalmente entre el carrete y el inyector, o si ocurre una condición de escape descontrolado. Este sistema de frenos no tiene la intención de detener la provisión de tubería descontrolada en el modo de escape, sino solamente ofrecer resistencia para disminuir la velocidad de la rotación del carrete. El freno puede también minimizar la tendencia de la tubería en el carrete, de saltar como resorte en el caso de pérdida de presión hidráulica y por lo tanto, pérdida de la contra- tensión del carrete. Cuando se transporta el carrete, el freno evita la rotación del carrete. Muchas unidades incorporan un dispositivo en sus sistemas de potencia hidráulica, para proveer contra- presión en el motor que disminuya la  velocidad del carrete. Otras unidades emplean un sistema de frenado mediante zapatas de fricción, que se aplican hidráulicamente o mecánicamente sobre el diámetro externo de la brida del carrete para ayudar a disminuir la velocidad de rotación del carrete. La tubería es guiada al carrete de servicio utilizando un mecanismo de servicio llamado el conjunto de guía niveladora de envoltura (devanador), que alinea apropiadamente la cañería a medida que se envuelve o se desenrolla en el carrete. El conjunto de guía niveladora, cruza a todo lo ancho del tambor del carrete de servicio y puede elevarse a cualquier altura, lo cual lo alineará la cañería entre el arco guía de tubería y el carrete. Generalmente un

contador de profundidad mecánico está montado en el conjunto de la guía niveladora de envoltura, que incorpora típicamente una serie de ruedas con rodillos colocados en contacto con la tubería flexible  y con una transmisión para medir mecánicamente la longitud de tubería que se está dispensando a través del mismo. La guía niveladora, debe ser suficientemente fuerte como para manejar las cargas de doblado y cargas laterales de la tubería flexible. Durante el transporte, el extremo libre de la tubería flexible está usualmente sujeto con una abrazadera o grampa a la guía niveladora para evitar el latigazo. La guía niveladora puede también estar equipada con una grampa operada hidráulicamente o neumáticamente, que puede ser manipulada para asegurar la tubería flexible en la barra longitudinal del marco de la guía niveladora de envoltura. En muchos casos el carrete de servicio está equipado con un sistema para lubricar el exterior de la tubería flexible evitando así la corrosión atmosférica y reduciendo las cargas de fricción que se generan al desplegar la tubería a través del dispositivo energizado del stripper. El sistema de lubricación debe conformarse a todas las regulaciones locales y gubernamentales. Por otra parte, no se recomienda rociadores que atomizan lubricantes sobre el carrete debido a que éstos usan materiales altamente inflamables. La articulación rotatoria de alta presión y la tubería deben tener una presión de trabajo especificada por lo menos con el mismo valor del de las especificaciones de presión estipuladas en RP 5C7, Párrafo 4.10.3 (b), de API, o a una presión especificada por lo menos al mismo valor de la presión interna de fluencia de la tubería flexible, cualquiera que cumpla con el criterio del trabajo especificado. Deberá darse consideración especial a

Típicamente se incluye un sistema de frenado activado hidráulicamente en el conjunto del carrete.