Aplicaciones de la tubería de perforación en la exploración y el desarrollo petrolero

La tubería de perforación es una de las herramientas más importantes en las operaciones de perforación petrolera. Su función principal es conectar el equipo de superficie de la plataforma de perforación con la herramienta de perforación de fondo (como la broca), transmitir torque y fluido de perforación, y soportar cargas complejas. Por lo tanto, la tubería de perforación es indispensable para casi todas las operaciones de perforación rotatoria. La tubería de perforación tiene una amplia gama de aplicaciones en la exploración y el desarrollo petrolero. A continuación, se detalla una clasificación de sus principales aplicaciones:

1) Clasificación por Tipo de Perforación

1. Perforación Petrolera Convencional
Esta es la aplicación más común. La tubería de perforación se utiliza en la mayoría de las operaciones de perforación petrolera convencionales, transmitiendo torque y transportando fluido de perforación para profundizar el pozo. En plataformas terrestres o marinas, se perforan pozos de profundidad media a ultraprofunda para recuperar petróleo y gas natural. Esta es la aplicación más común y fundamental de la tubería de perforación.

Selección del Material: La tubería de perforación de acero se utiliza comúnmente en la perforación petrolera convencional. Este tipo de tubería de perforación está hecha de tubería de acero sin costura y ofrece alta resistencia y rigidez.

2. Perforación de Pozos Profundos y Ultraprofundos
Las operaciones de perforación que superan los 4500 metros (pozos profundos) o los 6000 metros (pozos ultraprofundos) exigen un alto nivel de exigencia para la tubería de perforación, lo que requiere el uso de aceros de alta resistencia (como S-135 y V-150) y tubería de perforación de pared gruesa para soportar las enormes cargas de tracción, el torque y la alta presión en el fondo del pozo.

3. Perforación Direccional, Horizontal y de Alcance Extendido
Estos pozos no verticales exigen un alto nivel de resistencia a la fatiga (especialmente a la flexión) y al torque de la tubería de perforación. La alta velocidad de rotación de la tubería de perforación en pozos curvos la expone a tensiones alternas, lo que la hace susceptible a fallas por fatiga. Esto a menudo requiere el uso de tubería de perforación de mayor rendimiento, con tubería lastrada en áreas críticas para aumentar el peso sobre la broca y reducir la fatiga.

4. Perforación Bajo Balance
En este tipo de perforación, la presión de fondo es menor que la presión de formación. La tubería de perforación no solo debe soportar cargas normales, sino también poseer excelentes propiedades de sellado para controlar la presión en boca de pozo. En ocasiones, se utiliza tubería de perforación de alto rendimiento con uniones roscadas especializadas.

5. Pozos de exploración geológica/perforación científica
Se utilizan para la exploración de recursos minerales o la investigación de la corteza terrestre. Estos pozos suelen ser muy profundos y los requisitos de la tubería de perforación son similares a los de los pozos ultraprofundos de petróleo y gas.

2) Clasificación según el entorno de perforación

1. Perforación terrestre
El entorno es relativamente templado, pero puede enfrentarse a climas variables, como temperaturas altas y bajas, desiertos y el desierto de Gobi. La tubería de perforación debe soportar la corrosión y el desgaste habituales.

2. Perforación marina
La perforación en aguas someras utiliza plataformas de perforación autoelevables. Las condiciones de operación son similares a las terrestres, pero el entorno corrosivo es más severo (atmósfera marina, agua de mar).

La perforación en aguas profundas/ultraprofundas utiliza plataformas semisumergibles o buques de perforación. Esta es la prueba definitiva del rendimiento de la tubería de perforación. Además de soportar el peso y la presión adicionales de inmensas profundidades (miles de metros), también debe soportar las duras condiciones marinas (olas, corrientes) y las bajas temperaturas. La resistencia, la tenacidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la corrosión de la tubería de perforación son requisitos de primer nivel.

3. Pozos en entornos hostiles y complejos
Operaciones en pozos profundos: En operaciones de pozos profundos donde la tubería de perforación requiere la adición y extracción frecuente, la tubería de perforación con barrena ofrece ventajas distintivas. La tubería de perforación con barrena se conecta mediante conexiones roscadas, lo que facilita su operación.

Entornos de alta temperatura y alta presión: Las altas temperaturas en el fondo del pozo reducen la resistencia del acero y las altas presiones dificultan el sellado. Es esencial contar con materiales especiales para tuberías de perforación que puedan soportar altas temperaturas manteniendo su resistencia.

Pozos de sulfuro de hidrógeno (H₂S): El H₂S puede causar agrietamiento inducido por hidrógeno y agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro en el acero de las tuberías de perforación, lo cual es extremadamente peligroso. Se debe utilizar tubería de perforación resistente al azufre (como los grados SM-SQ que cumplen con la especificación API 5DP). Su acero se somete a un tratamiento especial y tiene una dureza estrictamente controlada.

3) Clasificación según la función de la tubería de perforación y su posición en la sarta de perforación

Tubería Kelly: Ubicada en la parte superior de la sarta de perforación, interactúa directamente con la mesa giratoria del equipo de perforación, transmitiendo la rotación superficial y el torque a toda la sarta de perforación. Adecuada para todas las operaciones de perforación que requieren la rotación de la sarta de perforación.

Tubería de perforación convencional: Consiste en el cuerpo principal de la sarta de perforación y es la más numerosa. Adecuada para todas las aplicaciones que involucran transmisión de torque, suministro de fluido de perforación y ampliación de la profundidad del pozo.

Tubería de perforación pesada (HWDP): Su espesor de pared es de 2 a 3 veces mayor que el de la tubería de perforación convencional, lo que resulta en mayor peso y rigidez. Generalmente se coloca en el centro de la sarta de perforación (entre la tubería de perforación y el portamechas) para servir como transición, reduciendo eficazmente el daño por fatiga dentro de la sarta de perforación y proporcionando peso sobre la broca (WOB). Es especialmente adecuado para pozos direccionales, horizontales y profundos.

Cuello de Perforación: Su pared es la más gruesa y su peso la más elevado. Proporciona WOB y mantiene la estabilidad de la sarta de perforación inferior. Aunque no se denomina "tubería de perforación", es un componente clave de la sarta de perforación. Es adecuado para todas las operaciones de perforación que requieren WOB en la broca.

4) Operaciones de Perforación Especiales

Pozos Horizontales y Curvos: La Tubería de Perforación Wireline es más adecuada para operaciones en pozos horizontales y curvos. Está construida con múltiples hilos de alambre de acero, es ligera y ofrece una gran adaptabilidad.
Exploración Geológica: La Tubería de Perforación con Válvula de Aguja, con una válvula de aguja en el conector inferior, controla la presión y el flujo de gas en el fondo del pozo y es adecuada para pozos exploratorios y exploración geológica.

5) Aplicaciones del Ensamblaje de Tubería de Perforación

Componentes de la Sarta de Perforación: La tubería de perforación petrolera es un componente crucial de la sarta de perforación y se utiliza generalmente con una broca, un collar de perforación, un estabilizador, juntas especializadas y un kelly.

Orden de Conexión: Durante el proceso de perforación, el orden de conexión de las tuberías de perforación suele ser: una tubería Kelly + n tuberías de perforación (determinadas por la profundidad del pozo) + tubería de perforación ponderada (n, determinadas por el diseño del conjunto de perforación).

6) Investigación Científica y Construcción Subterránea

Investigación Científica: Los principios de funcionamiento de las tuberías de perforación también son cruciales en la investigación científica. Al utilizarlas para penetrar en el subsuelo, se pueden obtener muestras y datos, lo que facilita significativamente la investigación en campos como la geología y la climatología.

Construcción Subterránea: En la construcción de infraestructura urbana, el uso de tuberías de perforación puede evitar daños superficiales y permitir un diseño más preciso de las instalaciones subterráneas, como tuberías y túneles.

Cuál es la diferencia práctica entre la tubería de perforación y el revestimiento?

La tubería de perforación petrolera y el revestimiento son dos tipos de tubería completamente diferentes, con funciones y diseños completamente distintos.
La tubería de perforación es una herramienta, el eje impulsor y la vía principal del proceso de perforación, que se utiliza repetidamente durante el proceso.
La tubería de revestimiento es la estructura de cimentación, el esqueleto y la pared protectora del pozo, y permanece permanentemente en él una vez finalizada la perforación.

Escenarios de trabajo cooperativo:
Durante la construcción de un pozo, ambos trabajan juntos:

Primero, se perfora una sección del pozo utilizando la tubería de perforación y la broca.
Luego, se extraen la tubería de perforación y la broca, y se baja el revestimiento a la sección recién perforada. Se inyecta cemento en el revestimiento para asegurarlo.
Luego, se utiliza una broca más pequeña para continuar la perforación desde el interior del revestimiento, y se vuelve a poner en funcionamiento la tubería de perforación.
Este proceso se repite, como si fueran muñecas rusas, bajando capas de revestimiento más pequeñas hasta alcanzar la profundidad objetivo.

La tubería de perforación es una herramienta de perforación dinámica y recuperable, mientras que el revestimiento es un material estructural estático y permanente del pozo. Cumplen diferentes funciones en distintas etapas, garantizando el progreso fluido de las operaciones de perforación y la seguridad a largo plazo de los pozos de petróleo y gas. Haga clic aquí para obtener más información sobre las aplicaciones del revestimiento para petróleo.

Conclusión:

Las tuberías de perforación petrolera tienen una amplia gama de aplicaciones en la exploración y el desarrollo petrolero, desempeñando un papel importante en campos que abarcan desde la perforación convencional de yacimientos petrolíferos hasta operaciones de perforación especializadas en condiciones geológicas complejas, la investigación científica y la construcción subterránea. Su aplicación se puede clasificar según el tipo de perforación, la profundidad, el entorno y los requisitos técnicos.

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