Corrosión en tuberías de perforación

Cuál es la principal diferencia entre la fractura por fatiga por corrosión y la fractura por corrosión bajo tensión de las tuberías de perforación petrolera?

1. Regiones de Iniciación de Grietas
Agrietamiento por corrosión bajo tensión: Puede iniciarse en superficies lisas, siempre que el material esté sometido a un medio corrosivo específico (p. ej., acero al carbono en H₂S) y a una tensión de tracción constante que supere un umbral.

Agrietamiento por fatiga por corrosión: Las grietas casi siempre se inician en zonas de concentración de tensiones superficiales, como picaduras de corrosión, daños mecánicos o entalladuras geométricas. La tensión alterna reduce significativamente la tensión nominal necesaria para el inicio de la grieta.

2. Dinámica de Propagación de Grietas
Agrietamiento por fatiga por corrosión: La velocidad de propagación de grietas subcríticas depende principalmente del rango del factor de intensidad de la tensión y se ve significativamente afectada por la frecuencia del ciclo de carga (menor frecuencia, mayor duración de la corrosión, propagación más rápida).

Agrietamiento por corrosión bajo tensión: La propagación de grietas está principalmente controlada por el tiempo. Cuando el factor de intensidad de la tensión supera el umbral del material en un entorno específico, la grieta se propaga rápidamente a una velocidad relativamente constante, extremadamente sensible a la duración de la carga estática.

3. Morfología macroscópica y microscópica
Agrietamiento por corrosión bajo tensión: La superficie de la fractura es macroscópicamente rugosa y la bifurcación de grietas es común. Microscópicamente, las fracturas frágiles inducidas por corrosión son principalmente intergranulares o relacionadas con clivajes, presentando patrones similares a "caramelo de roca" o "patrones de río", con la superficie de la fractura a menudo cubierta por productos de corrosión.

Fractura por fatiga por corrosión: Macroscópicamente, la superficie de la fractura muestra "estrías de playa" similares a la fatiga. Microscópicamente, aunque la corrosión puede ocultar las estrías de fatiga típicas, las características de las bandas de fatiga aún son observables y, por lo general, carecen de la morfología puramente intergranular o de clivaje propia de la corrosión bajo tensión.

Situación donde las tuberías de perforación petrolera son más propensas a fracturarse:

a. Fractura por fatiga por corrosión

Cuando la tubería de perforación gira a alta velocidad en una sección curva del pozo.

Mecanismo de fracturación: Las picaduras de corrosión forman puntos de concentración de tensiones → iniciación y propagación de grietas bajo tensión cíclica. La corrosión acelera el proceso de fatiga. 

Características: El riesgo de fractura depende principalmente del número de ciclos de tensión y de la velocidad de corrosión; su desarrollo es relativamente lento.

b. Fractura por corrosión bajo tensión

Cuando la tubería de perforación se encuentra en un estado de tensión estática (p. ej., tubería atascada, suspendida) y en contacto con fluido de formación que contiene H₂S.

Mecanismo de fractura: Bajo tensión de tensión, un medio específico desencadena una reacción sinérgica electroquímica-mecánica en la superficie del material, lo que provoca agrietamiento frágil. 

Características: Una vez que se cumplen las condiciones, las grietas se propagan con extrema rapidez, lo que a menudo resulta en fracturas repentinas e impredecibles.

Medidas preventivas:

Métodos de prevención de fracturas por fatiga por corrosión:
1. Controlar la trayectoria del pozo para reducir la tensión alterna.
2. Utilizar tubería de perforación con revestimiento interno.
3. Optimizar las propiedades del fluido de perforación (desoxigenación, inhibición de la corrosión).

Métodos de prevención de fracturas por corrosión bajo tensión:
1. Prohibir estrictamente el contacto con H₂S con materiales no resistentes al azufre (como el acero P110).
2. Utilizar tubería de perforación de acero resistente al azufre (como S135G o S135S).
3. Controlar el pH del fluido de perforación (los entornos alcalinos pueden inhibir la corrosión).

La tubería de perforación es un componente esencial de la sarta de perforación. Su función principal es transmitir torque y transportar fluido de perforación, y el pozo se profundiza mediante el alargamiento gradual de la tubería. Por lo tanto, la tubería de perforación desempeña un papel importante en la perforación petrolera.

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