La tubería de perforación petrolera, diseñada específicamente para la perforación de pozos petroleros, desempeña un papel vital en el proceso de perforación gracias a sus paredes delgadas y bajo peso por unidad de longitud. No solo proporciona un flujo uniforme para el lodo, sino que también soporta la importante responsabilidad de transmitir tensión y torque.
Los tubos de perforación petrolera se fabrican con tubos de acero sin costura de alta resistencia mediante un proceso especial. Para mejorar la resistencia de la conexión entre el cuerpo del tubo y las juntas, ambos extremos se someten a un recalcado. Según las normas API, el recalcado se puede clasificar en interno, externo o interno y externo. Los grados de acero más comunes son: E75, X95, G105 y S135.
Especificación de tubería de perforación API 5DP:
La tubería de perforación utilizada en plataformas petrolíferas viene en una variedad de tamaños estándar, clasificados principalmente por su diámetro exterior. El rango de diámetro exterior más común para la tubería de perforación utilizada en yacimientos petrolíferos es de 2-7/8 pulgadas a 6-5/8 pulgadas.
Los tamaños comunes de tubería de perforación incluyen: 2 3/8", 2 7/8", 3 1/2", 4", 4 1/2", 5", 5 1/2" y 6-5/8".
Estos tamaños se miden típicamente en pulgadas y unidades métricas, siendo las unidades imperiales las más comunes en la industria del petróleo y el gas. Por ejemplo, 2 3/8 pulgadas equivalen a 60,3 mm. Se seleccionan diferentes tamaños para adaptarse a las distintas profundidades de pozo y requisitos de perforación.
Los parámetros dimensionales de las tuberías de perforación petrolera influyen directamente en la eficiencia y la seguridad de la perforación. Sus especificaciones se definen por el diámetro exterior, el espesor de pared, la longitud y el tipo de unión. A continuación, se presenta una guía para la selección del tamaño de las tuberías de perforación según la norma API 5DP.
Tabla de tamaños de tuberías de perforación API 5DP:
Nota:
Tamaños comunes de tuberías principales: 3-1/2", 4-1/2" y 5" (representan más del 70% del uso global).
Cálculo del diámetro interior: DE - 2 × espesor de pared (p. ej., tubería de perforación de 5": 127,0 - 2 × 9,2 = 108,6 mm)
Análisis de los parámetros dimensionales clave:
Otras consideraciones importantes para la selección de la tubería de perforación:
1. Base para la selección del diámetro exterior (OD)
Tamaño del pozo: El diámetro exterior de la tubería de perforación debe ser entre un 20 % y un 30 % menor que el diámetro de la broca (p. ej., tubería de perforación de 5" para un pozo de 8-1/2").
2. Espesor de pared (WT)
El espesor de pared de la tubería de perforación varía, lo que afecta su resistencia y peso. La tubería de perforación de pared gruesa tiene entre un 15 % y un 20 % más de resistencia a la torsión que la tubería de perforación de pared delgada. Los pozos ultraprofundos requieren tubería de perforación de gran peso (HWDP), cuyo espesor de pared se incrementa en más del 50 %.
3. Grado de la tubería de perforación
Se utilizan diferentes grados de acero, designados con letras como X, G y S, que representan diferentes grados de resistencia y tenacidad.
Los grados de acero más comunes son: E75, X95, G105 y S135. Las series E/X/G son económicas y se utilizan para la perforación convencional. El acero S135 representa más del 60% del uso mundial, ofreciendo un equilibrio perfecto entre resistencia y tenacidad. Los aceros de mayor calidad, V150/UD-165, contienen microaleaciones de V y Nb y presentan granos más finos. Son adecuados para pozos ultraprofundos de alta presión que superan los 8000 metros y se utilizan comúnmente en pozos de gas de esquisto polares y ultraprofundos.
4. Uniones de herramienta
Las uniones de herramienta, que conectan secciones de tubería de perforación, también tienen tamaños y métodos de conexión específicos. Según el tipo de rosca, las uniones de tubería de perforación se dividen en cuatro tipos de conexión:
IF, FH, REG y NC.
5. Longitud
La tubería de perforación suele tener entre 9 y 10 metros de longitud.
Según la última edición del Instituto Americano del Petróleo (API Spec 5DP), las longitudes estándar de las tuberías de perforación se dividen en tres series:
1. Serie R1 (longitud simple): 5,49-6,71 metros (18-22 pies), utilizada principalmente en operaciones de pozos terrestres poco profundos, ofrece facilidad de manejo manual y una conexión rápida.
2. Serie R2 (longitud doble): 8,23-9,45 metros (27-31 pies), adecuada para plataformas de perforación de tamaño mediano, equilibrando eficiencia y maniobrabilidad.
3. Serie R3 (longitud triple): 11,58-13,72 metros (38-45 pies), comúnmente utilizada en plataformas de perforación en aguas profundas, lo que reduce el número de conexiones para mejorar la eficiencia.
Tipo y tamaño de conector:
Según el tipo de hebilla de rosca, las uniones de tuberías de perforación se dividen en cuatro tipos de conexión: conexión de descarga interna (IF), conexión de orificio completo (FH), conexión regular (REG) y conexión numerada (NC).
Coordinación de grado y tamaño de acero:
Steel Grade
|
Yield Strength (MPa)
|
Recommended Size
|
Typical Applications
|
E75
|
517-655
|
2-3/8"-3-1/2"
|
shallow wells, geological exploration
|
S135
|
931-1138
|
4-5-1/2"
|
deep wells, shale gas horizontal wells
|
V150
|
1034-1172
|
4-1/2"-6-5/8"
|
ultra-deep wells (>8,000 m)
|
UD-165
|
≥1172
|
5-1/2"-6-5/8"
|
polar/ultra-high-pressure wells
|
Ajustes de dimensión para condiciones operativas especiales:
1. Pozos horizontales/pozos de alcance extendido
Aumentar el diámetro exterior (p. ej., 5" en lugar de 4-1/2") para reducir la fricción
Utilizar juntas de alta torsión (NC50 o 6-5/8" REG)
2. Ambientes ácidos
Seleccionar tubería de perforación de pared gruesa para reducir el riesgo de corrosión bajo tensión
El grado de acero debe cumplir con la norma NACE MR0175 Normas
3. Perforación en aguas profundas
Utilice tubería de perforación de gran diámetro (6-5/8") para mejorar la eficiencia de circulación. El material debe ser resistente a bajas temperaturas (-20 °C, energía de impacto ≥ 54 J).
En resumen, la combinación precisa del tamaño de la tubería de perforación y el tipo de conector puede aumentar la eficiencia de perforación en más de un 30 %, a la vez que reduce el riesgo de accidentes como el atascamiento de la tubería. En el futuro, el gran tamaño, la alta resistencia y la tecnología inteligente serán las principales tendencias de desarrollo.
Read more: Casing pipe vs Drill pipe or Drill Pipe and Drill Collar