Ppc-pe0-009 Rev 0 Cruce de Rios Con Prf. Dir. Controlada

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ESPECIFICACIÓN TÉCNICA CRUCE DE RÍOS CON PERFORACIÓN DIRECCIONAL CONTROLADA

TABLA TABL A DE CONTENIDO CONTENIDO Pág. CAPÍ CAP ÍTULO TULO I

ALCANCE ................................................................................ 1

CAPÍTULO II

REFERENCIAS ........................................................................ 2

CAPÍTULO III

DIS DIS EÑO - DETERM DETER MINACIÓN NACIÓN DE ES E S FUERZOS FUER ZOS ...................... 3

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN LA TUBERÍA........................ TUBERÍA ........................ 5

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

DISEÑO DE LA RUTA DE LA PERFORACIÓN .......................... ........................ 3 DEFINICIÓN DE LAS CURVAS ............................ ............................. ................. 3 PUNTOS DE ENTRADA Y SALIDA............................. SALIDA ............................. ............................ ............ 3  ÁNGULOS DE ENTRADA ENTRADA Y DE SALIDA SALIDA ......................... ............................. ...... 3  ALTURA DEL RECUBRIMIENTO RECUBRIMIENTO.......................... .......................... ............................. ................. 4 RADIO DE CURVATURA ........................... ............................. ............................ 4 EXACTITUD DE DIRECCIÓN Y TOLERANCIAS.............................. TOLERANCIAS.............................. .................. 4

4.1 CARGAS Y ESFUERZOS DE INSTALACIÓN............................. INSTALACIÓN............................. ........................ 5 4.1.2 Tensión ........................................................................................................ 5 4.1.3 Flexión.......................................................................................................... Flexión.......................................................................................................... 5 4.1.4 Esfuerzo Anular Exterior  Exterior ........................... ........................................................ ................................................... ...................... 5 4.2 MÉTODO DE CÁLCULO DE LA CARGA DE TENSADO (PULLING LOAD) ...... 6 4.2.1 Análisis de la Trayectoria de Perforación ............................. ..................................................... ........................ 6 4.2.2 Cargas de Tensado (Pulling Loads) .......................... ....................................................... ................................... ...... 8 4.2.3 Análisis de los esfuerzos de Instalación ......................... .................................................... ........................... 14 14 4.2.4 Cargas individuales ............................. .......................................................... ....................................................... .......................... 14

CAPÍ CAP ÍTULO TULO V

S ECUENCIA ECUENCIA DE DE TRABAJ O .................................................. 19

5.1 PREPARACIÓN EN CAMPO............................ CAMPO............................ ............................ ..................... 19 5.2 MOVILIZACIÓN AL CAMPO............................ CAMPO............................ ............................. ..................... 19 5.3 EQUIPO MÍNIMO A UTILIZARSE .......................... ............................ ............... 19 5.4 RECONOCIMIENTO DE CAMPO.......................... CAMPO.......................... ............................. ............... 20 5.5 PERFORACIÓN................................................................................................. PERFORACIÓN................................................................................................. 20 5.6 ORIFICIO GUÍA ................................................................................................. 20 5.6.1 Orificio Guía en Suelo Normal ............................ ......................................................... ....................................... .......... 21 5.6.2 Orificio Guía En Roca .......................... ...................................................... ...................................................... .......................... 21 5.7 ESCARIADO Y HALADO DE TUBERIA ........................... ............................. .... 21 5.7.1 Preparación de La Columna de Tubería ......................... .................................................... ........................... 21 21 5.7.2 Escariado ................................................................................................... 22 5.7.3 Halado ........................................................................................................ 22

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5.8

ENSAYO HIDRÁULICO FINAL.......................................................................... 22

CAP ÍTULO VI

PROTEC CIÓN AMBIENTAL.................................................. 23

CAPÍTULO VII

SEGURIDAD .......................................................................... 23

CAPÍTULO VIII

REVES TIMIENTO DE LA TUBERÍA Y J UNTAS EN CAMPO 23

8.1 8.2

RECUBRIMIENTO DE LA TUBERIA – .............................................................. 23 RECUBRIMIENTO DE LAS JUNTAS ................................................................ 24

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CAPÍTULO I

ALCANCE

Esta especificación establece los criterios para la ejecución del procedimiento a seguir en la perforación con dirección controlada ( HDD ) para los cruces de los ríos Daule, Babahoyo y Boliche en la ruta del poliducto Pascuales - El Chorrillo - La Troncal Cuenca. El material seleccionado a utilizarse en los Cruces Subfluviales, consiste de una tubería de acero al carbono de 10,75 pulgadas de diámetro exterior y de espesor mínimo de 0,307 pulgadas, revestida con material anticorrosivo FBE. Las longitudes aproximadas a cruzar en los diferentes ríos son: 200 m. en el río Daule; 660 m. en el río Babahoyo y de 120 m. en el río Boliche. La línea irá dispuesta dentro de una camisa para su protección. El material de esta camisa será anticorrosivo de alta resistencia. La tubería está diseñada para transportar hasta 46 500 barriles de productos blancos por día. Los Cruces Direccionales en su ejecución tienen menos impacto ambiental que cualquier otro método. Esta tecnología también permite alcanzar la suficiente profundidad en el marco del obstáculo, permitiendo darle la cobertura necesaria al poliducto, por lo tanto, ofrece la máxima protección minimizando los costos de mantenimiento. Durante la construcción y en la vida útil del cruce, el tráfico fluvial no necesita interrumpirse, ya que la mayor parte del trabajo se limitará a las orillas.

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CAPÍTULO II  API* Specification ( Am eri can Petr ol eum API Bulletin D11

REFERENCIAS

Ins ti tu te)

December, 1965. First Edition.

API Bulletin D20

Directional Drilling Survey Calculation Methods and Terminology, First Edition.

API Recommended Practice 2A-WSD

Recommended Practice for Panning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms - Working Stress Design.

 ASME/ANSI B31.4-2006 Pipeline Transportation System for Liquid Hydrocarbons and Other Lquids  ASTM Standard D 2487

Classification of soil for Engineerinf Purposes

IADC Drilling Manual

International Association of Drilling Cotractors, Houston Texas.

OTC 6757

Performance Limits for Deepwater Pipelines

SPE 19532 Beasley, and S.F. Dear

A Process Engineering Approach to Drilling Fluids Management

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CAPÍTULO III 3.1

DISEÑO - DETERMINACIÓN DE ESFUERZOS

DISEÑO DE LA RUTA DE LA PERFORACIÓN

El trazado de la perforación constará de una serie de líneas rectas y curvas. A las líneas rectas nos referiremos como tangentes y a las curvas como curvaturas laterales, dependiendo de su plano axial. La ubicación y configuración de la perforación direccional se la definirá por sus puntos de entrada y de salida, así como por sus ángulos de entrada y de salida, radios de curvatura, puntos de inicio y finalización de las curvaturas y las tangentes. La relación de estos parámetros y sus limitaciones se muestran en los planos planta perfil del proyecto. 3.2

DEFINICIÓN DE LAS CURVAS

El diseñó de las curvaturas de los diferentes segmentos, sean estas longitudinales o transversales, se los debe realizar como arcos de curvas circulares simples, usando las relaciones que se utilizan para su solución. 3.3

PUNTOS DE ENTRADA Y SALIDA

Los puntos de entrada y salida son los puntos extremos del perfil. El equipo de perforación se posiciona en el punto de entrada. La tubería es introducida en el punto de salida y halada hacia el punto de entrada. La ubicación relativa de los puntos de entrada y salida y por consiguiente la dirección del orificio piloto y el túnel ampliado se establecerán por las características geotécnicas del sitio y sus condiciones topográficas. Al escoger la ubicación de los puntos de la entrada y salida, es importante notar que la precisión al escoger la dirección de la alineación, es muy importante para el buen desempeño del equipo. Una consideración adicional es la disponibilidad de área de trabajo para la prefabricación de las lingadas. Es conveniente tener un área de trabajo en línea con la perforación adicional al área de salida, en una longitud de al menos 60 m. Esto permitirá prefabricar con anticipación la suficiente longitud de tubería para su instalación. Si no es posible disponer de este espacio, los tramos a instalar se fabricarán en dos o más secciones que se soldarán durante el proceso de instalación. De cualquier modo la soldadura durante la instalación retarda el proceso y aumentará los costos. 3.4

ÁNGULOS DE ENTRADA Y DE SALIDA

El ángulo de entrada deberá estar entre 8º y 20º con la horizontal. Estos límites variarán principalmente con las características del equipo. Los equipos de perforación horizontal dirigida generalmente se fabrican para que operen entre 10º y 12º. El ángulo de salida se debe diseñar de forma de permitir una fácil evacuación hacia el exterior de la tubería. In375-PPC-PE0-009 -Lbe 17/10/2012

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Esto es, el ángulo de salida debe ser tal que la variación de dirección no varíe bruscamente a fin de guiarlo hacia el orificio de salida. En diámetros grandes, este valor generalmente está alrededor de 10º. 3.5

ALTURA DEL RECUBRIMIENTO

La altura del recubrimiento debe ser gobernada por la definición del obstáculo. Se deberá dar un recubrimiento adecuado de forma de mantener la integridad del cruce por un periodo mayor al de diseño. Al seleccionar la posición vertical del ducto, se deben consideran factores geotécnicos de facilidad de perforación, así como del perfil de socavación. Se debe mantener una profundidad mínima de recubrimiento de 15 pies (4,6m). 3.6

RADIO DE CURVATURA

El radio de curvatura en pies para curvaturas circulares usadas en instalaciones HDD se determina por la fórmula siguiente. R= [lOO]* Dnom (2.1) donde, R

=

Dnom =

Radio de curvatura de curvas circulares en pies. Diámetro nominal de la tubería en pulgadas.

Esta relación se la ha desarrollado a través de los años en el sistema de perforación horizontal y se basa en experiencia basada en la trabajabilidad como opuesto a cualquier análisis teórico. 3.7

EXACTITUD DE DIRECCIÓN Y TOLERANCIAS.

Los instrumentos para inspección topográfica son típicamente magnéticos y por tanto sujetos a alguna inexactitud. Adicionalmente, algunas desviaciones del agujero piloto respecto a las alineaciones de diseño se pueden experimentar, debido a la reacción del suelo. Por eso, se debe considerar cierta tolerancia entre la perforación real y la diseñada. Para instrumentos magnéticos, un error en alineación del 1 % del taladro en longitud no es raro. Se puede reducir el error mediante el uso de un sistema de monitoreo superficial, pero esto aumentará el costo de la instalación. El error magnético también puede eliminarse con el uso de un sistema en base al giroscopio. De cualquier modo el giroscopio es susceptible a falla mecánica en aplicaciones de HDD y se ha usado sólo en forma limitada en América del Norte. Por eso, se deben considerar tolerancias cuando se localiza un segmento de perforación cerca de instalaciones existentes o en servidumbres. In375-PPC-PE0-009 -Lbe 17/10/2012

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CAPÍTULO IV

ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN LA TUBERÍA

Los análisis de carga y de esfuerzos para la aplicación del método HDD es diferente de análisis similares realizados en métodos convencionales de tuberías enterradas, a causa de los relativamente altos esfuerzos de tensión, a veces severas flexiones y presiones externas durante el proceso de instalación. En algunos casos estas cargas pueden ser más altas que las cargas de servicio de diseño. Las propiedades de los poliductos (espesor de la pared, calidad del material) y el agujero piloto se deben seleccionar de tal forma que el poliducto se puede instalar y operar sin ningún riesgo de daño. Un poliducto instalado por el método HDD se debe examinar para estados de carga y esfuerzos en los dos eventos: instalación y operación. 4.1

CARGAS Y ES FUERZOS DE INSTALACIÓN

El enfoque aquí es examinar las cargas experimentadas durante la instalación del poliducto cuando este es instalado y halado dentro del agujero piloto prebarrenado. Durante la instalación el poliducto está sujeto a: 4.1.2 Tensión

Requerida para halar la tubería dentro del agujero piloto y a través de las secciones curvadas, causadas por: •

•

•

4.1.3

fricción debido al rozamiento entre la tubería y la pared del agujero resistencia de los lodos al arrastre de la tubería, entrampada en el fluido viscoso ubicado en forma anular efectos del desequilibrio gravitacional (peso) al tirar la tubería dentro y fuera del agujero a elevaciones diferentes, Flexión

Al atravesar la tubería las curvaturas en el agujero. 4.1.4 Es fue rzo Anu lar Exterior

A causa de la presión externa ejercida por la presencia del lodo bentonítico alrededor de la tubería (a menos que se inunde la tubería con un fluido a una presión similar). Los esfuerzos y potenciales fallas de la tubería son el resultado de la interacción de estas cargas; por eso, el calculo de los efectos individuales nos da un cuadro exacto de los limites de los esfuerzos (Fowler y Langer) (Loh).

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El propósito de esta sección es calcular los esfuerzos resultantes y determinar si el diseño HDD adoptado es adecuado. Cargas y esfuerzos experimentados durante la instalación del poliducto son distintos de las cargas y esfuerzos experimentados durante la vida útil del mismo, por lo que exige cálculos específicos y chequeos del diseño. El agujero piloto deberá ser perforado aproximadamente 12 pulgadas mas grande que el diámetro del poliducto y el área anular entre el tubo y las paredes del agujero será llenado con lodo de perforación de densidad conocida. 4.2

MÉTODO DE CÁLCULO DE LA CARGA DE TENSADO (PULLING LOAD)

4.2.1 Aná lis is de la Trayec toria de Pe rforac ión

El primer paso en el cálculo de las fuerzas de tensado, es analizar la trayectoria de la perforación. Este análisis se basa en la trayectoria diseñada en los planos correspondientes. El eje de la trayectoria de la perforación se la grafica en un plano en dos dimensiones: vertical y horizontal con la longitud de la tubería a lo largo del eje de las x y distancia a una línea referencial en el de las y. La trayectoria completa de la perforación se la dividirá en secciones: rectas y curvas. Se dividirá en tantas secciones como sean necesarias y no hay ningún límite superior o inferior en cuanto a longitud o longitud de arco, de cualquier sección escogida. Secciones rectas son aquellas en las que la curvatura del agujero es cero idealmente pero en la realidad pueden tener una curvatura muy ligera. Cualquier sección de la tubería con una curvatura neta menor que la necesaria que haga que la tubería al desviarse se mantenga dentro del límite de las 12 pulgadas de perforación adicionales se puede considerar una sección recta. Las secciones curvas deberán ser lo suficientemente cortas y asumir un radio constante en todo su recorrido. Si el radio de curvatura en una sección curva en particular es variable, se deberá dividir esa longitud de curva en pequeñas secciones que  justifiquen la asunción de un radio constante de curvatura en cada sección más pequeña. Un gráfico del diseñó de un perfil simple se muestra en la Figura 4 -1. Tan pocas secciones como sea posible se diseñaran en la trayectoria completa de la perforación pero tantas cuantas sean necesarias para definir su forma. Se asumen que las uniones entre secciones son continuas (no habrá ningún desalineamiento súbito en la forma de la tubería) y libre de la aplicación de momentos externos. La unión entre secciones rectas y curvas constituirá el principio de la curvatura de la sección curva. Posteriormente en el análisis se planteara este punto como el extremo de una viga simplemente apoyada. Las secciones curvas se pueden unir a través de secciones rectas u otra sección curva, pero las secciones rectas se unirán siempre en sus extremos a secciones curvas ya que no hay razón para subdividir secciones rectas largas.

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Figura 4 – 1 Perfil Típico de Diseño para HDD

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4.2.2 Cargas de Ten s ad o (Pulling Loa ds )

El método de cálculo para determinar las cargas y esfuerzos se basa en un cálculo de diferencias finitas de la fuerza de halado requerida para instalar completamente la sección del poliducto desde la entrada hasta la salida del orificio piloto. El cálculo se lo realiza de forma de definir la máxima fuerza de tiro que se asume ocurrirá el momento en que la tubería emerja por el punto de entrada. La carga axial en la tubería durante el último momento del proceso de halado se distribuye a lo largo de toda la longitud desde la entrada hasta la salida. La carga axial acumulativa está compuesta de cargas axiales discretas que ocurren en cada sección del agujero debido a la fricción entre la tubería y la pared del agujero más la fricción dinámica del fluido requerido para hacer que la tubería se mueva a través del lodo de perforación. Calculo - Secciones Rectas. Se asume que la tubería se hala de derecha a izquierda (como se ve en la Figura 5-1) en todos los modelos y cálculos siguientes. La fuerza total de tiro requerida para instalar la tubería se determina por la suma de las fuerzas individuales necesarias para halar la tubería por cada una de las secciones rectas y curvas definidas en el perfil del agujero. Los procesos de modelaje y cálculo se harán secuencialmente de derecha a izquierda. Cada sección recta se modelará con variables como se muestra en la Figura 4 - 2. Figura 4 – 2 Modelo de Sección Recta

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Para cualquier sección recta, la tensión final a la izquierda, T2, se halla mediante el equilibrio de fuerzas estáticas, T2 = T1 + IfrictI + DRAG + Ws x L x sinθ  (4.l) El término ± se resuelve como sigue: • • •

(-) si T2 tiende hacia abajo del orificio, (+) si T2 tiende hacia arriba, si la sección del agujero es horizontal, θ = 0º.

donde, T2

= tensión al extremo izquierdo de la sección, en [lbs], requerido para superar el arrastra y la fricción.

T1

= tensión al extremo derecho de la sección en lbs. Este será igual a cero para la primera sección del agujero (Punto A en la Figura 5-1), o puede ser considerado como el arrastre de la tubería sobrante sobre los rodillos.

Frict = fricción entre la tubería y el suelo en lbs. DRAG

= arrastre entre la tubería y el fluido viscoso de perforación en lbs.

Ws = peso efectivo (sumergido) por pie de la tubería mas su contenido interior (si está llenó de agua) en lbs/ ft. L

= longitud de la sección en pies.

Θ

= Ángulo del eje de la sección recta del agujero respecto a la horizontal (cero horizontal, 90° vertical)

Relaciones que definen los términos de fricción y arrastre en fluidos, se presentan a continuación. El valor absoluto para frict se usa para asegurar que siempre actúe en la dirección de T2. Frict = Ws x L x cos θ x µ suelo (4.2) DRAG

= 12 x D x L x µ lodo (4.3)

donde, µsoil = coeficiente de fricción medio entre la tubería y el suelo; valor recomendado entre 0,21-0,30 (Maidla)

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D

= diámetro externo de tubería en pulgadas.

µlodo =

Coeficiente de arrastre de fluidos para tubería de acero arrastrado a través de lodo bentónitico; valor recomendado 0,05 psi. (NEN 3650).

Cálculo – Secciones Curvas. Cada sección curva seleccionada del perfil del agujero se modelará como se muestra en la Figura 5-3, con las mismas variables utilizadas en el cálculo de las secciones rectas, más variables adicionales que se definen a continuación, R

=

radio de curvatura (constante) de la sección en pies,

α

=

ángulo de curvatura de la sección en grados.

θ1

=

ángulo en grados de T1 con la horizontal, en el extremo derecho de la sección.

θ2

=

ángulo en grados de T2 con la horizontal en el extremo izquierdo de sección,

θ

= (θ1+ θ2)/2 ( en grados). (4.4)

L es reemplazada por Larc = R x θ x (π/180). (radianes) Figura 4 - 3 Sección Curva Típica

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N1, N & N2 = Fuerzas de contacto normales en puntos a la derecha, al centro & a la izquierda, respectivamente. frict1, frict, & frict2 = fuerzas de fricción asociadas con las fuerzas normales en puntos a la derecha, al centro y a la izquierda, respectivamente. El peso distribuido de la tubería sumergida y su contenido se considera que operan verticalmente al centro de la sección a pesar de la curvatura de la sección de la tubería. Para determinar las fuerzas de contacto normales al centro y en los extremos, cada sección curvada es modelada como una viga arqueada apoyada en 3 puntos como se muestra en la Figura 4-4. Las cargas sobre la viga son tensión axial T, más el peso sumergido distribuido, Ws. Una viga en 3-puntos, curvada simplemente apoyada no asumirá una constante radial. Su forma es circular. Para que la tubería se amolde a la trayectoria circular del agujero se deberá flejar lo suficiente a fin de poner su centro en un punto que coincida con el desplazamiento, h, de un arco circular con radio, R, donde, h = R x [ 1 – cos α/2] (3.5)

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Figura 4 – 4 Flexión en 3-Puntos

Cabe indicar que esta aproximación de comportamiento como viga de cada sección curvada no se puede esperar que sea estrictamente exacta, puesto que probablemente existan más de tres puntos de contacto en cualquier combinación tubería/forma del agujero. Sin embargo, puesto que, el objetivo es determinar las fuerzas de contacto normales y luego calcular las fuerzas de fricción ejercidas sobre la tubería cuando esta es introducida a través de la sección curva, este método es una adecuada aproximación y relaciona la

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rigidez relativa de la tubería con el radio de curvatura. Las fuerzas de fricción serán componentes en un cálculo posterior de la tensión total, Ttot. Chequeo de la sensibilidad del efecto de Ttot sobre el análisis total de fuerzas del poliducto, muestra que pequeñas variaciones en el valor de Ttot no afectan groseramente el calculó de esfuerzos. Además, las cargas de fricción se afectan significativamente por los coeficientes de fricción, µsoil, y arrastre, µmud, asumidos. La solución al modelo de viga planteada para hallar N, usa el componente vertical del peso distribuido, Ws x cos θ , como la carga principal y la longitud del arco de la sección de la tubería Larc, en lugar de L. De la solución de Roark’s para deflexión de vigas elásticas, N = [ 12 x T x h- (ws/ 12) x cos θ x Y]/ X (4.6) donde, X = 3 x Larc- j/ 2 x tanh (U/ 2) (4.7) Y = 18 x (Larc)² - j² x [ 1-1/ cosh (U/ 2)] (4.8)  j = (E x I/ T)^1/ 2 (4.9) donde, E =

Módulo de Young (2.9 x 10^7 psi para acero)

I

=

Momento de Inercia a la Flexión en inch^4

U

=

12 x Larc/ j (4.10)

tanh =

tangente hiperbólica

cosh =

coseno hiperbólica

Un valor de T se debe usar para calcular N y j. El valor de T es el promedio de T1 y T2; por esa razón, se requiere un valor de T2 con exactitud. Esto se consigue mediante iteraciones. frict = N x µsoil (4.11) Por esa razón, las reacciones finales se asumen N/2 y las fuerzas finales de fricción se asumen como f/2. Donde N es un valor positivo (actuando en forma descendente como se muestra en la Figura 3-4) lo que muestra que la resistencia a la flexión y/o flotación de la tubería es suficiente para lograr una fuerza normal que actúe contra el extremo del agujero para hacer que la tubería se desplace en forma descendente por una cantidad igual a h. Donde N es negativo, el peso sumergido de la tubería es suficiente para llevarla al fondo de la sección curva donde una fuerza normal actuando hacia arriba se produce In375-PPC-PE0-009 -Lbe 17/10/2012

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en el punto de contacto. Si N es positivo o negativo en valor, se toman todo valores de la fricción como positivos, actuando en oposición a T2. Asumiendo que las fuerzas actúan a lo largo de la trayectoria de la curva del poliducto, se puede agregar como si actuaran en una línea (como si actuara a lo largo de un miembro muy flexible, tipo soga). Entonces, T2 = T1+ 2 x [frict] + DRAG ± Ws x Larc x sin θ  (4.12) El término ± se resuelve como sigue: (-) si T2 es descendente, (+) si T2 es ascendente, (0)

si la sección del agujero es horizontal, θ = 0.

Se usa el valor absoluto de [frict] porque siempre la fricción retarda el movimiento de la tubería causado por T2. Cálculo – Carga Total de Tiro . La fuerza total, Ttot, requerida para tirar la tubería completa dentro del agujero piloto es la suma de todos los valores AT, (T2-T1) de las secciones rectas y curvas. Ttot

=

Σi (T2- T1), para secciones i (4.13)

4.2.3 Anális is de los es fuerzos de Ins talación

La condición más desfavorable de esfuerzos sobre una tubería estará localizada donde esté la más seria combinación de esfuerzos de tensión, flexión y/o esfuerzo anular ocurriendo simultáneamente. Al mirar el perfil de un trazado, esto no siempre ocurre ya que la interacciones de las tres condiciones de cargas no necesariamente son simultáneas. Para asegurarse de que el punto con la condición más desfavorable esté aislado, será necesario realizar un análisis crítico de esfuerzos para varias localidades sospechosas. En general, los esfuerzos mas altos se sentirán en sitios donde los radios de curvatura sean mas estrechos, donde hayan altas tensiones (cerca del equipo de tensado) y alta presión hidrostática (punto más bajo). Lo que sigue, se tomará del API Recommended Practice 2A-WSD. El menor valor de f's representa los esfuerzos reales, mientras que el mayor valor de F’s representa los esfuerzos admisibles. 4.2.4 Cargas ind ividu ales

Para cualquier ubicación seleccionada en el perfil del trazado de la perforación, que se

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sospeche de ser un punto con esfuerzos críticos, primero se calcula los esfuerzos individuales para las condiciones de carga específicas (tensión, flexión, esfuerzo anular) y se compara con los niveles admisibles de esos esfuerzos. Si las condiciones individuales de esfuerzos aparentemente no causarán falla por sobreesfuerzo, el estado combinado de esfuerzos es comparado en dos ecuaciones de interacción presentadas como unidad de chequeo. Esto es, los esfuerzos combinados en la ecuación de interacción deben ser menores que 1,0 para que la tubería tenga seguridad a las fallas por flexión o tensión anular en todos los regímenes (plástico, elástico y transición). Esfuerzos de Tensión. ft = T/A (4.14) donde, T A

= =

tensión en el punto de interés en [lbs]. Área de la sección transversal de la tubería en pulgadas.

Esfuerzo de Flexión. fb = (E x D)/ (24 x R) (4.15) Esfuerzo Anul ar. fh = ( Δpx D)/ (2 x t) (4.16) donde, t

=

espesor de la pared de la tubería en pulgadas

y donde  Δp (psi) es igual a la diferencia entre la presión hidrostática ejercida por el lodo de perforación en el agujero, actuando sobre la parte exterior de la tubería y la presión del agua, lodo o aire actuando en el interior de la tubería, a la profundidad del punto de interés ( Δp produce un esfuerzo de compresión anular externo el cual es tomado como positivo) presión externa del lodo = wt del lodo (ppg) x profundidad (ft)/ 19,25 (4.17) Comparar cada fuerza real, f, con su esfuerzo admisible, F, como sigue: Tensión. Ft = 0,9 x SMYS (4.18) donde,

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SMYS = Mínimo Esfuerzo a la Fluencia en psi

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Flexión. Fb = 0,75 x SMYS (4.19) para D/ t ≤ 1,5OO, OOO/ SMYS Fb = [0.84-{1,74 x SMYS x D/ (E x t)}] x SMYS (4.20) para 1,5OO OOO/ SMYS< D/ t ≤ 3,OOO,OOO/SMYS Fb = [0.72- (0.58 x SMYS x D/(E x t)}] x SMYS (4.21) para 3,OOO,OOO/ SMYS< D/t ≤ 300.000 Esfuerzo anular. fh < Fhc/ l.5 (4.22) donde Fhc, esfuerzo anular crítico. Es una función de Fhe, esfuerzo elástico anular: Fhe = 0,88 x E x (t/ D)² (para cilindros largos no rigidizados) (4.23) y, Fhc= Fhe para Fhe Ij 0,55 x SMYS (4.24) Para pandeo anular inelástico, Fhc= 0,45 x SMYS + 0,18 x Fhe (4.25) para 0,55 x SMYS< Fhe ≤ 1,6 x SMYS Fhc= 1,31 x SMYS/[l.15+ (SMYS/ Fhe)] (4.26) para 1,6 x SMYS< Fhe ≤ 6,2 x SMYS Fhc= SMYS (4.27) para Fhe> 6,2 X SMYS Cargas Combinadas Si todos los chequeos preliminares indican que las cargas sobre la tubería no causarán fallas (sobrecargas o pandeos) debido a una condición simple de carga, las ubicaciones

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sospechosas deben ser verificadas por seguridad bajo una combinación interactiva de cargas; primero una condición de cargas dual (tensión mas flexión) y finalmente una unidad de chequeo de cargas interactivas total la cual debe satisfacer la combinación de tensión, flexión y esfuerzo anular. La unidad de chequeo para esfuerzos combinados, tensión y flexión, es: ft/(0.9 x SMYS) + fb/ Fb ≤ 1,0 (4.28) La unidad de chequeo para la interacción de todos los esfuerzos: tensión, flexión y anular es: A² + B²+ 2v x[A] x B ≤ 1 (4.29) donde, A = (ft + fb - 0,5 x fh) x 1.25/SMYS (4.30) B = 1,5 x fh/Fhc (4.31) v = módulo de Poisson’s (0,3 para el acero) Satisfacer las ecuaciones de chequeo para la combinación de cargas para todos los sitios particulares sospechosos de esfuerzos críticos, después de satisfacer primero todos los casos de condiciones de esfuerzo por carga simple, en esas ubicaciones, es suficiente para calificar el diseño positivamente para una instalación HDD. Si la unidad de chequeo da por resultado un valor más grande que uno, no significa que el poliducto necesariamente va a fallar (por sobreesfuerzo o pandeo) pero esto nos indica que la combinación de esfuerzos en ese lugar, se encuentra en un rango donde se ha hallado que probetas de prueba bajo estados de carga similares han fallado. El análisis de la interacción de la combinación de esfuerzos descrito arriba, se lo usa para encontrar solución a problemas de campo donde las condiciones difieren de las esperadas en el diseño original. Un caso típico puede ser si el orificio piloto tiene unos pocos sitios donde el radio es más cerrado que el de diseñó y, así, el valor de chequeo excede el de diseño. En este caso es posible hallar una solución al problema de la instalación variando un parámetro de carga y verificando su efecto sobre la interacción de esfuerzos. Por ejemplo, si un cierto perfil de diseño de HDD falla a la unidad de chequeo con la tubería instalada vacía, esta podría pasar la unidad verificadora cuando se la llene con agua, pues de esta forma se reduce el esfuerzo anular y disminuye la flotabilidad.

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CAPÍTULO V o o o o

 

o o o o o o

5.1

SECUENCIA DE TRABAJO

Preparación en Campo Movilización al Campo Equipo mínimo a utilizar Reconocimiento del Campo Perforación Orificio Guía Escariado y Halado de Tubería Ensayo Hidráulico Rig Down Traslado a nuevo sitio

PREP ARACIÓN EN CAMPO

En el lugar de la perforación, el Contratista deberá proveer un área nivelada, limpia, libre de obstrucciones y firme, de al menos 40 metros x 40 metros, para distribuir el equipo de perforación, la tubería de perforación, bomba y piscina de lodos, cuarto de control, generador de energía eléctrica y el equipo auxiliar. (Figura Nº 6) En el área opuesta a cada cruce, se deberá proveer así mismo un área suficiente y de las mismas características de la anterior, para contener la tubería de perforación de retorno, la bomba de reciclado de lodo así como espacio para prefabricación de lingadas, y para el equipo caminero. (Figura Nº 3) 5.2

MOVILIZACIÓN AL CAMPO

El Contratista de perforación deberá preparar el Plan de Aseguramiento de Calidad, el Plan de Seguridad y el Reconocimiento del Campo. Una vez completadas las tareas de reconocimiento, diseñará y dibujará en planos un perfil de los cruces, incorporando información respecto al registro de perforación. Durante este período, el equipo de perforación direccional controlada será chequeado y puesto a punto para ser transportado al campo. 5.3

EQUIPO MÍNIMO A UTILIZARSE

El equipo mínimo a utilizarse deberá constar de lo siguiente:

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• • • • • • •

 

• •

 

•

Perforadora Fuente de Energía Tubería de Perforación Bomba de Lodo Planta de reciclaje de lodo Contenedor para Bodega Oficina Móvil Bentonita Equipo tiende tubos Generador

Adicionalmente se deberá disponer en la obra del siguiente equipo de construcción: •

 

• •

  •  •

5.4

Grúa de 40 tons. de capacidad Excavadora Montacargas con brazo extensible Retroexcavadora Volqueta

RECONOCIMIENTO DE CAMPO

El Contratista deberá realizar el reconocimiento topográfico para determinar la correcta ubicación de los puntos de entrada y salida de la perforadora y para marcar las áreas de trabajo. Se asume que el contratista habrá previamente ubicado y marcado los puntos e informado al operador de la perforadora acerca de cualquier estructura (alcantarillado, servicios, etc.) a nivel o subterráneos. 5.5

PERFORACIÓN

Después de la llegada de la perforadora y de los equipos auxiliares al área previamente preparada para tal fin, los elementos serán situados en sus posiciones de trabajo y se realizarán todas las conexiones necesarias. Se establecerá la provisión de agua del mismo río, por medio de bombeo y filtrado a través de un tanque colador. El agua no deberá contener sal. Para permitir el reciclaje de lodo bentonítico, será necesario retornar el material producto de la perforación a la planta de reciclaje. Esto se logrará mediante la colocación de una tubería tipo camisa que vaya desde el punto de salida de vuelta a la planta de reciclaje de lodo. El equipo de perforación será calibrado para el punto de entrada y salida, una vez que la trayectoria de perforación haya sido marcada. 5.6

ORIFICIO GUÍA

El orificio guía será perforado a lo largo de la trayectoria indicada en el perfil de diseño, el

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cual indicará el ángulo de entrada, los radios de curvatura y el ángulo de salida. Estos ángulos estarán referenciados a la horizontal. 5.6.1 Orificio Guía en Sue lo Norm al

El orificio guía es perforado utilizando tubería de perforación. Las tuberías de perforación son acopladas a medida que la perforación avanza formando el “drill string”. El proceso de perforación se realiza por medio de la acción hidráulica de corte de la cabeza de perforación. Esta cabeza está compuesta de 3 secciones y construida de acero inoxidable no-magnético. Se inyecta fluido a través del “drill string” y de la cabeza creando una vía por delante de la cabeza y del “drill string” a través de la cual empujan para avanzar. La dirección es controlada rotando la cabeza perforadora hacia la dirección requerida. Para este propósito se utiliza un sistema magnético de guía que será controlado por el Ingeniero del Sistema Magnético de Guía desde la oficina de control. El orificio guía es continuamente monitoreado desde la oficina de control tomando lecturas continuas de la dirección. Estas lecturas, unidas al número de varillas perforadoras entrando en el orificio, son usados para calcular de forma precisa la posición de la cabeza de la perforadora en cualquier momento y poder dibujar la trayectoria real del drill string y, posteriormente, permiten la ejecución precisa de los documentos “as built” (conformes a obra). 5.6.2 Orificio Guía En Roc a

En el caso de encontrar roca en el trazado de da la perforación, el procedimiento es el mismo, con las siguientes excepciones: El proceso de perforación se realizará por medio de una acción perforadora rotativa producida por un “motor de lodo” instalado entre la cabeza de perforación y el trépano. El fluido es inyectado de la misma manera pero potencia la rotación del motor de lodo, el cual impulsa el trépano, que puede ser de dientes triangulados o tungsten tipped, dependiendo de la dureza de la roca. 5.7

ES CARIADO Y HALADO DE TUBERIA

5.7.1 Prep arac ión de La Columna de Tube ría

En el lado opuesto del río, se procederá a preparar la columna de tubería de línea a ser colocada a través del cruce, debiendo estar soldada de acuerdo a los procedimientos de soldadura aprobados en el presente proyecto. Antes de pasar la tubería a través de del orificio, esta deberá ser probada Hidrostáticamente, ensayada por métodos no destructivos y chequeada con detector holiday. Para facilitar la halada de la tubería, el revestimiento deberá estar muy bien adherido a la misma, para resistir el esfuerzo de los suelos y tener una superficie lisa y dura para

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reducir la fricción y mantener la barrera contra la corrosión. Como en cualquier construcción de poliductos, el recubrimiento externo recomendado deberá ser compatible con las especificaciones para el revestimiento de campo común o de cualquier revestimiento interno. 5.7.2 Escariado

Una vez que el orificio piloto está completo, el agujero debe ser ampliado a un diámetro adecuado para la tubería que transportará el producto. En nuestro caso se ampliará a 20 pulgadas de diámetro o más grande de requerirlo el constructor. Esto se logrará mediante barrenados sucesivos, ampliando cada vez el diámetro. Generalmente, el escariador o taladro se adjunta a la cadena de perforación en la orilla opuesta, y es halada hacia el agujero piloto. Tramos de tubería de perforación se van añadiendo en su regreso a la plataforma de perforación. Grandes cantidades de lodo bentonítico se bombean en el agujero para mantener la integridad del agujero y para eliminar los cortes. 5.7.3 Halado

Una vez que el orificio a sido agrandado, la tubería de producto, instalada sobre rodillos de goma, flotando en una zanja con agua o suspendida con equipos tiende-tubos, puede ser introducida y halada a través de él. El escariador se adjunta a la broca cadena y a continuación, se conecta a la tubería de producto, a través de un eslabón giratorio. Este eslabón evita cualquier tipo de transferencia de rotación hacia la tubería de producto. Entonces se inicia la operación de halado, girando y tirando de la broca. Una vez más, circulan grandes volúmenes de lodos de perforación. Esta actividad continúa hasta que el escariador y la tubería de producto llegan a la plataforma de perforación. 5.8

ENS AYO HIDRÁULICO FINAL

Después de que el cruce de la cañería ha sido completado, el Contratista realizará un nuevo ensayo hidrostático de esa sección.

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CAP ÍTULO VI

PROTECCIÓN AMBIENTAL

La Perforación Direccional Controlada requiere un área de trabajo menor a la necesaria usando el método tradicional. Además evita daños al medioambiente en las márgenes del río y asegura una perturbación mínima al mismo. Todo el personal deberá cumplir con las medidas de protección ambiental impuestas por el Contratista en el Plan de Protección Ambiental. Todos los residuos remanentes de lodo y materiales de corte serán depositados en lugares designados a tal propósito, para desde ahí ser removidos hasta su desecho final.

CAPÍTULO VII

SEGURIDAD

De acuerdo a las tareas a ser realizadas, el personal deberá contar al menos con los siguientes elementos de seguridad personal: • • • • •

 

Casco Zapatos de Seguridad con punta de acero Guantes antideslizantes Protectores oculares Anteojos de Seguridad

Todo el personal deberá cumplir con las instrucciones de seguridad.

CAPÍTULO VIII

REVES TIMIENTO DE LA TUBERÍA Y J UNTAS EN CAMPO

Esta especificación establece los requerimientos para el recubrimiento de la tubería, así como para las juntas en campo, para cruces mediante perforación horizontal con dirección controlada, a ser utilizado para la prevención de corrosión y la protección de la tubería utilizada. 8.1

RECUBRIMIENTO DE LA TUBERIA –

El recubrimiento a utilizarse será FBE (Fusion Bonded Epoxy Coating 6233) de acuerdo a las Especificaciones PPC-PE0-003, el mismo que será aplicado en fábrica. El espesor a utilizarse es de 20 mils, el mismo que en su aplicación debe cumplir además con NAPCA Bulletin 12-78 National Association of Pipe Coating Aplicators External Aplication Procedures for Plant Applied Fusion bonded Epoxy (FBE) To Steel Pipe, así como el NACE RP0394 – Nacional Association of Corrosion Engineers Standadrd Recomendad Practice, Application, Performance, and Quality Control of Plant-Applied, Fusion Bonded Epoxy External Pipe Coating.

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8.2

RECUBRIMIENTO DE LAS J UNTAS

La aplicación del revestimiento en el sector de las juntas es una de las operaciones más críticas del campo, pues se debe mantener la suficiente resistencia a la abrasión y uniformidad en este sector. Se recomienda que la circunferencia de la soldadura sea recubierta con FBE en polvo utilizando un carrete de calentamiento por inducción y una máquina de aplicación de polvo que nos permita conseguir una película seca de 25 mils mínimo de espesor. Como alternativa, se puede utilizar dos componentes con catalizador epóxico líquido a aplicarse en la zona de la soldadura con un espesor mínimo de película seca de 25 mils utilizando brocha o rodillo. Sobre las juntas se colocará fibra de vidrio reforzada como protección adicional.

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Figura 5 Esquema General del Proceso

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Figura 6 Disposició n de los Equip os a la Entrada y Salida

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