Les flotabilidad de la tubería durante una instalación mediante HDD se controla calculando el peso efectivo de la conducción dentro del sondeo lleno de lodo, comparando el peso propio con el empuje ascensional del fluido y aplicando medidas como llenado parcial con agua, control de densidad del lodo, lastres temporales, selección adecuada de SDR/espesor, control de radios de curvatura, limpieza del sondeo y monitorización de fuerzas de tiro durante el pullback.
Dans les projets de forage horizontal directionnel, traversées de rivières et de cours d'eau o Traversées d'infrastructures, la flotabilidad debe estudiarse antes de ejecutar el pullback, especialmente en tuberías de PEAD, grandes diámetros, cruces largos, lodos densos, sondeos con gran diámetro de ensanche o trazados con radios exigentes.
Por qué la tubería puede flotar en HDD
Durante el pullback, la tubería se introduce en un sondeo lleno de lodo de perforación. Ese fluido ejerce un empuje hacia arriba proporcional al volumen desplazado por la tubería. Si el empuje del lodo es mayor que el peso de la tubería, la conducción tiende a flotar y a apoyarse contra la parte superior del sondeo.
| Situation | Efecto probable |
|---|---|
| Tubería ligera y sondeo lleno de lodo denso | Mayor tendencia a flotación |
| Tubería vacía | Menor peso efectivo y mayor riesgo de flotación |
| Tubería parcialmente llena de agua | Aumenta peso y puede mejorar control |
| Lodo muy denso | Incrementa empuje ascensional |
| Diámetro de sondeo excesivo | Mayor volumen de fluido y posible inestabilidad |
| Long croisement | Aumenta longitud afectada por flotabilidad y rozamiento |
| Curvas exigentes | Puede aumentar contacto y tensiones locales |
La flotabilidad no siempre es negativa. En ciertos casos puede reducir peso efectivo y rozamiento; pero si no se controla, puede provocar contacto en la clave del sondeo, aumento de fricción, inestabilidad, desviaciones o dificultades durante el pullback.
Cómo se calcula el peso efectivo
El cálculo compara el peso de la tubería con el empuje del fluido de perforación.
D'un point de vue conceptuel :
Peso efectivo = peso de la tubería + peso del fluido interior − empuje del lodo exterior
Para calcularlo se revisan:
- Diamètre extérieur du tuyau.
- Diamètre intérieur.
- Espesor o SDR.
- Material y densidad de la tubería.
- Peso lineal.
- Densidad del lodo de perforación.
- Si la tubería va vacía, llena o parcialmente llena.
- Longueur installée.
- Pression extérieure.
- Profundidad del sondeo.
- Diámetro del hueco ensanchado.
- Condiciones de curvatura y apoyo.
Si el peso efectivo es negativo, la tubería tiende a flotar. Si es positivo, tiende a apoyar en la parte inferior del sondeo. En ambos casos se debe valorar cómo afecta a las forces de traction et contraintes pendant la phase de retour en arrière dans le forage horizontal dirigé (HDD).
Medidas para controlar la flotabilidad
1. Llenado parcial o total de la tubería
Una de las medidas más habituales es introducir agua en la tubería durante el pullback para aumentar su peso efectivo y reducir la tendencia a flotar. El llenado debe calcularse para no generar cargas excesivas, problemas de maniobra, sobrepresiones, inestabilidad o esfuerzos adicionales.
Se debe definir:
- Porcentaje de llenado.
- Secuencia de llenado.
- Control de presión interior.
- Evacuación o vaciado posterior.
- Compatibilidad con pruebas hidráulicas.
- Riesgo de movimientos bruscos del fluido interior.
- Capacidad de la tubería durante instalación.
2. Control de densidad del lodo
El lodo debe tener densidad y viscosidad suficientes para estabilizar el sondeo y transportar detritus, pero una densidad excesiva incrementa el empuje ascensional. Por eso, la formulación debe equilibrar estabilidad, limpieza, lubricación y flotabilidad.
El control de lodos debe coordinarse con la prevención de frac-out o retorno inadvertido y con las etapas de ensanche.
3. Diámetro de ensanche adecuado
Un sobredimensionamiento del sondeo puede aumentar volumen de lodo, reducir confinamiento y favorecer movimientos no deseados de la tubería. Un diámetro insuficiente, en cambio, aumenta fricción y riesgo de atasco.
El diámetro final debe coordinarse con las étapes d'élargissement en HDD, el material de tubería, el revestimiento y la fuerza de tiro admisible.
4. Control de radios de curvatura
Los radios de curvatura condicionan tensiones por flexión y puntos de contacto de la tubería dentro del sondeo. Si la tubería flota, puede apoyar en zonas distintas a las previstas y aumentar las tensiones combinadas.
Se verifican:
- Radio mínimo admisible del material.
- Curvatura del sondeo piloto.
- Correcciones realizadas durante perforación.
- Compatibilidad con pullback.
- Riesgo de ovalización.
- Contactos en curva.
5. Limpieza del sondeo
La acumulación de detritus reduce sección útil, aumenta rozamiento y puede modificar el comportamiento de la tubería durante el pullback. Una tubería flotante puede encontrar zonas de contacto en la clave del sondeo si existen acumulaciones o estrechamientos.
Por eso, antes del pullback se revisan retornos de lodo, calidad de limpieza, pasadas de acondicionamiento y estabilidad del hueco.
6. Lastres o soluciones auxiliares
En casos específicos pueden valorarse lastres temporales, accesorios de control, llenado con fluido de densidad controlada o procedimientos especiales. Estas medidas deben comprobarse frente a seguridad, manipulación, integridad de la tubería, revestimiento, juntas y retirada posterior.
Qué se controla durante el pullback
Durante la instalación se registran:
- Force de traction instantanée et maximale.
- Velocidad de pullback.
- Longueur installée.
- Pression et débit des boues.
- Densité et viscosité des boues.
- Volumen de lodo recuperado.
- Porcentaje de llenado de la tubería.
- Presión interior de la tubería, si aplica.
- Comportement des rouleaux et des appuis.
- Arrêts et redémarrages.
- Incidencias de fricción o atasco.
- État du revêtement extérieur.
- Alineación y guiado previo del sondeo.
- Essais finaux d'étanchéité ou de pression.
Si las fuerzas de tiro aumentan de forma anómala, se revisa si existe flotación excesiva, mala limpieza, colapso parcial del sondeo, acumulación de detritus, exceso de densidad del lodo o curvatura superior a la prevista.
Riesgos de no controlar la flotabilidad
Una flotabilidad mal evaluada puede provocar:
- Aumento inesperado de fuerza de tiro.
- Contacto excesivo contra la clave del sondeo.
- Daño en revestimientos.
- Ovalización o deformación.
- Tensiones combinadas por tracción y flexión.
- Problemas en curvas.
- Encombrement pendant le pullback.
- Pérdida de control de pendiente o geometría.
- Mayor riesgo de frac-out por mala limpieza o presión elevada.
- Dificultad de instalar tuberías de gran diámetro.
- Échec aux examens finaux.
- Surcoûts et retards.
En cruces bajo ríos, carreteras, ferrocarriles o zonas urbanas, estos riesgos pueden afectar a permisos, continuidad de servicio y seguridad del entorno.
Informations nécessaires à l'étude du projet
Para evaluar la flotabilidad de una tubería durante HDD conviene aportar: diámetro exterior, diámetro interior, SDR o espesor, material, densidad y peso lineal de la tubería, longitud del cruce, trazado en planta y perfil, ángulo de entrada, ángulo de salida, radios de curvatura, profundidad, diámetro del sondeo piloto, diámetro de ensanche final, densidad y viscosidad del lodo, nivel freático, geotecnia, presión exterior, fluido interior previsto durante pullback, porcentaje de llenado, fuerza de tiro admisible, equipo HDD, rodillos y apoyos, revestimiento exterior, tipo de junta o soldadura, límites del fabricante, plan de limpieza, control de retornos y procedimiento de contingencia.
Appel à l'action : Demander un revisión técnica de flotabilidad, fuerzas de tiro y pullback en HDD antes de cerrar diámetro, SDR, lodos, ensanche o procedimiento de instalación.
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