Revestimiento N80, Tubería de acero N80

En la perforación petrolera, el acero N80 es un grado común de acero para revestimiento y producción. El revestimiento N80 es un material clave para la construcción de la estructura del pozo (cementación), mientras que la producción N80 sirve como canal para el flujo de petróleo y gas. Otros tipos de tubería de acero utilizados en operaciones de fondo de pozo incluyen tubería de perforación para transmitir energía, collares de perforación para proporcionar presión a la broca y tubos de extracción de núcleos para obtener muestras de la formación.

Qué es la tubería de revestimiento N80?

La tubería de revestimiento N80 es una tubería sin costura para yacimientos petrolíferos que cumple con la norma API SPEC 5CT, con una resistencia mínima a la fluencia de 80 000 psi. Donde:

"N": Indica que este grado de acero se somete a un proceso de tratamiento térmico de normalización. Esto da como resultado una microestructura y propiedades mecánicas uniformes y estables.

"80": Indica su resistencia mínima a la fluencia de 80 000 psi (aproximadamente 552 MPa).

Aplicaciones: Se utiliza en la perforación de pozos petrolíferos, principalmente para sostener el pozo durante y después de la perforación, asegurando así su correcto funcionamiento y su vida útil tras la terminación. La tubería N80 es una tubería especializada que se instala dentro del revestimiento durante la etapa de producción de pozos de petróleo y gas para transportar productos de petróleo y gas.

Especificaciones de tamaño de la tubería de revestimiento N80:

La tubería de revestimiento N80 abarca una variedad de tamaños, desde diámetros pequeños hasta grandes. 

Los diámetros exteriores comunes para la tubería de revestimiento N80 son: 4-1/2", 5-1/2", 6-5/8", 7", 9-5/8" y 13-3/8".
Los diámetros exteriores comunes para la tubería de producción N80 son: 2-3/8", 2-7/8", 3-1/2", 4" y 4-1/2".

Diferencias entre la tubería de revestimiento y la tubería de producción N80: 

Tubería de revestimiento N80: Construye la estructura del pozo, aísla la formación y previene el colapso del pozo. Actúa como la pared de soporte del pozo y tiene un diámetro mayor. Se instala durante las fases de perforación y terminación, y es una estructura permanente.

Tubería de producción N80: Transporta los productos de petróleo y gas; es la tubería interna de producción y tiene un diámetro menor. Se instala durante las fases de terminación y producción, y sirve a lo largo de todo el ciclo de producción.

Longitud de la tubería de revestimiento N80:

La API clasifica las longitudes de tubería de revestimiento en tres rangos:
R1: 16 - 25 pies (4,88 - 7,62 metros), actualmente menos común, principalmente para aplicaciones confinadas específicas.
R2: 25 - 34 pies (7,62 - 10,36 metros), el rango más común y extendido. Ofrece un buen equilibrio entre facilidad de transporte y eficiencia de perforación.
R3: 34 - 48 pies (10,36 - 14,63 metros), utilizado para aplicaciones que requieren alta eficiencia de perforación y reducen las conexiones de fondo de pozo, pero con mayores requisitos de transporte y manipulación.

Roscas comunes: La tubería de revestimiento N80 utiliza principalmente roscas API estándar (STC, LTC, BTC) y roscas especiales (como VAM, FOX).

Propiedades mecánicas:

Según la norma API 5CT, los parámetros de rendimiento de la tubería de revestimiento N80 son los siguientes:

Límite elástico: 80 000 - 110 000 psi (552 - 758 MPa)
Resistencia a la tracción: ≥ 100 000 psi (689 MPa)
Alargamiento: ≥ 19 % (el valor específico depende de la longitud de la sección calibrada y el diámetro de la tubería)
Dureza: ≤ 24,0 HRC

Significado de los parámetros de rendimiento:

Rango de límite elástico: Garantiza que la tubería de revestimiento pueda sufrir una ligera deformación bajo alta presión sin fallar inmediatamente, lo cual es crucial para el diseño de soporte de presión.
Resistencia a la tracción: Garantiza que la carcasa pueda soportar su propio peso considerable y resistir la fractura por tracción.
Alargamiento: Representa la tenacidad de la carcasa; un valor mayor indica una mayor capacidad del material para deformarse plásticamente antes de la fractura, lo que la hace menos propensa a la fractura frágil.
Dureza: Controla la dureza de la carcasa para prevenir el agrietamiento bajo condiciones específicas.

Características de la carcasa N80:

La característica principal de la carcasa N80 reside en su rendimiento general equilibrado:

1. Resistencia moderada: Su resistencia es mayor que la de aceros de baja calidad como el J55 y el K55, pero menor que la de aceros de alta calidad como el P110 y el Q125, logrando uno de los mejores equilibrios entre resistencia, tenacidad y costo.
2. Buena tenacidad y maquinabilidad: Gracias al tratamiento de normalización, se elimina la tensión interna, lo que resulta en una estructura interna uniforme y una buena tenacidad al impacto y soldabilidad.
3. Buena eficiencia económica: Gracias a su amplia aplicación, producción a gran escala y un proceso de fabricación consolidado, la tubería de revestimiento N80 ofrece una alta rentabilidad y es la primera opción para muchas ubicaciones de pozos convencionales.
4. Gran versatilidad: Adecuada para diversas condiciones de pozo, desde revestimiento superficial hasta revestimiento de producción.

Limitación importante: La tubería de revestimiento N80 no es resistente al agrietamiento por tensión inducido por sulfuro de hidrógeno; por lo tanto, no se puede utilizar en entornos de petróleo y gas ácidos que contengan sulfuro de hidrógeno.

Aplicaciones principales:

La tubería de acero N80 se utiliza principalmente como revestimiento y tubería de producción en las siguientes aplicaciones:

1. Revestimiento técnico (Aplicación principal): Esta es la aplicación más clásica de la tubería de revestimiento N80. Durante la perforación, se utiliza para aislar formaciones complejas (como zonas de alta presión y zonas de pérdida de circulación), creando condiciones seguras para la perforación de capas objetivo más profundas.
2. Tubería de producción: En muchos pozos de profundidad media y formaciones productoras con presión normal, la tubería N80 puede servir como capa final de producción, creando un canal para la extracción de petróleo y gas.

3. Tubería de superficie: En áreas con condiciones geológicas favorables, la tubería N80 también puede utilizarse como tubería de superficie.

Comparación de los aceros N80, L80 y P110:

Tubería N80: Sin resistencia al azufre. Límite elástico mínimo: 80 000 psi. Tratamiento térmico: Normalizado. Dureza máxima: 24,0 HRC. Aplicaciones principales: Tubería técnica/de producción para pozos convencionales, a menor precio.

Tubería L80: Resistente al azufre.
Límite elástico mínimo: 80 000 psi.
Tratamiento térmico: Temple y revenido.
Dureza máxima: 23,0 HRC.
Aplicaciones principales: Ambientes ácidos con sulfuro de hidrógeno; mayor precio.

Tubería de revestimiento P110: Sin resistencia al azufre
Límite elástico mínimo: 110 000 psi
Tratamiento térmico: Temple + Revenido
Aplicaciones principales: Mayor resistencia que la N80; se utiliza en pozos profundos y ultraprofundos; secciones de alta resistencia; mayor costo

Conclusión comparativa:
a. N80 vs. L80: Ambas tienen la misma resistencia, pero la diferencia fundamental radica en la resistencia al azufre. La L80 logra la resistencia al azufre mediante un tratamiento térmico y un control de composición más rigurosos, lo que incrementa su costo. La N80 nunca debe utilizarse como sustituto de la L80 en pozos que contienen sulfuro de hidrógeno.

b. N80 vs. P110: La P-110 tiene mayor resistencia y se utiliza en entornos mecánicos más exigentes, pero su tenacidad y resistencia al azufre son generalmente inferiores a las de la N80, y su costo también es mayor.

N80-1 y N80Q:
El acero N80 se divide en N80-1 y N80Q. Comparten las mismas propiedades de tracción, pero difieren en sus condiciones de entrega y resistencia al impacto.

N80-1: El "-1" se refiere al "Requisito Suplementario SR2" de la norma API SPEC 5CT. SR2 significa "Requisito de la Prueba de Impacto Charpy con Entalla en V". N80-1 significa que, además de cumplir con todos los requisitos básicos del acero N80, debe superar la prueba de impacto Charpy para demostrar la tenacidad suficiente.

N80Q: En la norma API SPEC 5CT, el acero N80 puede tener dos estados de tratamiento térmico:

Tipo 1: Normalizado o normalizado y revenido. Este es el acero que solemos denominar N80 estándar.
Tipo 2: Templado y revenido. Este es el acero N80Q. La energía de impacto debe cumplir con los requisitos de la norma API 5CT y debe someterse a ensayos no destructivos.

En las especificaciones técnicas o de adquisición, encontrará anotaciones como las siguientes:
Carcasa N80, Tipo 2 (es decir, N80 Q)
Carcasa N80, con SR2 (es decir, N80-1)
Carcasa N80, Tipo 2 con SR2 (es decir, que cumple ambas condiciones)

Introducción al producto de tubería de revestimiento:

El acero para tubería de revestimiento geológica de fabricación nacional se produce mediante procesos de laminación en caliente o estirado en frío. Los aceros para tubería de revestimiento de uso común que incluyen la designación "geológica" (DZ) en su nombre son DZ40, DZ55 y DZ753.

(1) Los principales países importadores de tubería de revestimiento para yacimientos petrolíferos son: Alemania, Japón, Rumania, República Checa, Italia, Reino Unido, Austria, Suiza, Estados Unidos, Argentina y Singapur.
(2) La norma API especifica tres longitudes: R-1 (4,88–7,62 m), R-2 (7,62–10,36 m) y R-3 (10,36 m o más).
(3) Algunos productos importados llevan la marca «LTC», que indica tubería de revestimiento de rosca larga.
(4) Además de las normas API, una pequeña parte de la tubería de revestimiento importada de Japón cumple con las normas de los fabricantes japoneses.
(5) En los casos de reclamaciones, los problemas han incluido defectos externos como roscas ennegrecidas o dañadas, cuerpo de la tubería plegado o roto, apriete de roscas fuera de tolerancia y valores J de acoplamientos fuera de tolerancia, así como problemas de calidad internos como tubería de revestimiento frágil y baja resistencia a la fluencia.

Conclusión: 

La tubería de revestimiento N80 es una opción versátil y rentable. Su equilibrio perfecto entre resistencia, tenacidad y costo lo ha convertido en uno de los materiales para tuberías de yacimientos petrolíferos más utilizados a nivel mundial. Siempre que el entorno del fondo del pozo esté libre de sulfuro de hidrógeno y la presión y la profundidad se encuentren dentro de los límites aceptables, la tubería de revestimiento N80 es casi siempre una de las mejores opciones para los ingenieros.

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