Por qué se eligen tubos de acero sin costura de pared gruesa para la perforación petrolera?

El petróleo es actualmente la fuente de energía más importante del mundo y su uso es muy amplio, por lo que muchos equipos que lo utilizan pueden funcionar con normalidad. Por ejemplo, a menudo utilizamos automóviles, aviones, generadores, etc. Sin petróleo, nuestra vida cambiaría drásticamente. Por ello, la extracción de petróleo se ha llevado a cabo ininterrumpidamente. En la actualidad, se utilizan ampliamente tubos de acero sin costura de pared gruesa fabricados con este material.

Por qué se eligen tubos de acero sin costura de pared gruesa para la perforación petrolera?

En la perforación petrolera, la elección de tubos de acero sin costura de pared gruesa para fabricar tuberías de perforación y algunos revestimientos críticos es inevitable para hacer frente a condiciones de trabajo extremas.

Razón principal: 

Durante la perforación, la sarta de perforación, de miles de metros de longitud, actúa como un látigo de acero suspendido y giratorio a alta velocidad, soportando la superposición y la acción cíclica de cinco cargas básicas: tensión, compresión, torsión, flexión y presión interna y externa. Los tubos de acero sin costura de pared gruesa son la única solución que puede soportar de forma estable esta compleja carga.

Ventajas del uso de tubos sin costura de pared gruesa en la ingeniería de perforación petrolera:

1. Irreemplazabilidad de la tecnología sin costura

Los tubos de acero sin costura tienen una estructura general uniforme y completa, con resistencia y tenacidad constantes a lo largo de la circunferencia, resistencia estable a la presión externa y ausencia de puntos débiles en las soldaduras, lo que evita el riesgo fatal de que las soldaduras se conviertan en el punto de partida de la formación de grietas bajo tensiones de torsión extremadamente altas.

2. Ventajas del diseño de pared gruesa

a. Alta resistencia a la tracción: El mayor espesor de pared proporciona una mayor área transversal, capaz de soportar el peso de una sarta de perforación más larga (hasta cientos de toneladas), evitando la rotura de la tubería de perforación.
b. Alta resistencia a la torsión: Las paredes más gruesas de los tubos sin costura mejoran significativamente la resistencia al corte, lo que permite la transmisión de enormes pares (hasta decenas de miles de Newton-metros) aplicados por la mesa giratoria del equipo de perforación para impulsar la broca a través de la roca.

c. Resistencia al aplastamiento y a la presión externa: Los tubos sin costura de pared gruesa pueden soportar la enorme presión de confinamiento de formaciones a miles de metros de profundidad, evitando que la tubería de perforación se aplaste dentro del pozo.
d. Resistencia a la presión interna: Durante la circulación del fluido de perforación a alta presión, las paredes gruesas previenen el estallido interno.

e. Resistencia a la fatiga y a la flexión: Los tubos sin costura de pared gruesa proporcionan mayor rigidez, reduciendo la deformación en pozos curvos. El material más grueso también retrasa la iniciación y propagación de grietas por fatiga causadas por tensiones alternas.

Por supuesto, en el caso de las tuberías de perforación, un mayor grosor no siempre es mejor; se debe tomar una decisión racional considerando los costos.

Si bien se cumplen los requisitos de resistencia mencionados, el diseño de las tuberías de perforación también busca una alta resistencia y ligereza, ya que su propio peso es una fuente importante de carga. Los ingenieros deben encontrar la solución óptima entre la redundancia de resistencia y la rentabilidad. 

1. Selección del diseño: Al calcular la resistencia mínima segura requerida para una profundidad de pozo específica, un tipo de pozo y un torque esperado, se determina a la inversa la combinación mínima de grado de acero y espesor de pared que cumple con los requisitos.

2. Selección económica: Generalmente, un enfoque de "alto grado de acero + pared delgada" (por ejemplo, grado de acero S135) es más económico que uno de "bajo grado de acero + pared gruesa", ya que reemplaza un mayor peso del acero con mejores propiedades del material, lo que reduce el costo total y la carga de la plataforma. Sin embargo, cuando los grados de acero alcanzan sus límites (p. ej., V150), sigue siendo necesario aumentar el espesor de pared para cumplir con los requisitos de pozos ultraprofundos.

Por qué no elegir otros tipos de tubería de acero?

Tubería soldada: Presenta soldaduras longitudinales, que son zonas vulnerables a la fatiga y la fractura, incapaces de soportar las complejas cargas alternas de la perforación, lo que supone un riesgo muy elevado.
Tubería de pared delgada: Resistencia insuficiente al aplastamiento y la flexión, muy propensa a la inestabilidad en pozos profundos.
Barras sólidas fundidas o forjadas: Demasiado pesadas, carecen de la función de canal de flujo hueco para transportar el fluido de perforación y son antieconómicas.

Leer más: Fractura por fatiga por corrosión de tuberías de perforación y fractura por corrosión bajo tensión