Cómo garantizar la resistencia de la unión de la tubería de revestimiento?

Definición de resistencia de la unión de la tubería de revestimiento:

La resistencia de la unión de la tubería de revestimiento se refiere a la capacidad de una unión roscada para soportar diversas cargas mecánicas. No es un indicador único, sino un reflejo de su rendimiento integral. La resistencia de la unión de la tubería de revestimiento para petróleo se refiere a la capacidad de carga máxima de la unión roscada bajo cargas complejas en el fondo del pozo (como tensión, compresión, flexión y presión interna y externa).

La resistencia de la unión de la tubería de revestimiento incluye principalmente las siguientes tres resistencias:

1. Resistencia a la tracción
Definición: La fuerza máxima de tracción axial que una unión puede soportar.

Importancia: La sarta de revestimiento está suspendida en el pozo y su propio peso genera cargas de tracción significativas. La unión debe ser lo suficientemente resistente como para soportar el peso de toda la tubería de revestimiento que se encuentra debajo.

2. Resistencia a la presión interna
Definición: La presión interna máxima que una unión puede soportar para evitar su expansión desde el interior. Importancia: Durante la producción, las pruebas o la fracturación, pueden existir presiones extremadamente altas dentro del pozo, por lo que la unión debe ser estanca.

3. Resistencia al Colapso Externo
Definición: La presión externa máxima que una unión puede soportar para evitar la deformación causada por la presión de la formación.
Importancia: En formaciones débiles o con flujo plástico (como capas de sal y yeso), la tubería de revestimiento está sometida a una tensión externa significativa, y las juntas deben tener suficiente resistencia al colapso.

Nota: La resistencia de una sarta de revestimiento depende de su eslabón más débil, y las juntas suelen ser puntos débiles potenciales. Por lo tanto, garantizar la resistencia de la unión es tan importante como garantizar la resistencia del cuerpo de la tubería de revestimiento.

Cómo garantizar la resistencia de la unión de la tubería de revestimiento?

Garantizar la resistencia de la unión de la tubería de revestimiento es un proyecto sistemático que abarca el diseño, la fabricación y la operación en campo.

1. Diseño y Fabricación

Cumplimiento con las Normas API y las Especificaciones Internacionales:
API 5CT establece estándares reconocidos mundialmente para uniones de tubería de revestimiento, como:

- Roscas Redondas API (STC/LTC):
Rosca redonda corta: Estructura simple, pero menor resistencia.
Rosca redonda larga: Más larga que la rosca redonda corta, lo que proporciona una mayor resistencia de conexión.

La resistencia a la tracción suele ser del 60 % al 80 % de la resistencia del cuerpo de la tubería de revestimiento (por ejemplo, una tubería de revestimiento de 244,5 mm de diámetro puede alcanzar de 1200 a 1500 kN).

- Rosca Trapezoidal (BTC):
Ofrece mayor resistencia, alcanzando del 80 % al 95 % de la resistencia del cuerpo de la tubería de revestimiento (aproximadamente de 1800 a 2200 kN para las mismas especificaciones), lo que la convierte en una opción común para pozos modernos profundos y ultraprofundos.

Uniones especiales: Para condiciones exigentes como pozos ultraprofundos, pozos de gas de alta presión y pozos de alcance extendido, las uniones estándar API pueden no ser suficientes. En estos casos, se utilizan uniones roscadas especiales con un rendimiento superior.

Resistencia de la conexión de la tubería de revestimiento de petróleo:
El límite elástico mínimo de los grados de acero para tubería de revestimiento estándar API (como H40, J55 y N80) se indica mediante el valor numérico que sigue al código del grado. Por ejemplo, en la especificación API 5A, el grado C75 corresponde a un límite elástico de ≥75 kpsi (aproximadamente 517 MPa).

2. Fase de operación en sitio

Este es el paso más crítico para garantizar la resistencia de la conexión. Incluso las mejores uniones pueden dañarse si se manipulan incorrectamente en sitio.

a. Limpieza e inspección de roscas: Antes de realizar la perforación, limpie a fondo las roscas macho y hembra con un producto de limpieza específico y un cepillo para eliminar el polvo, la arena o la suciedad. Inspeccione cuidadosamente las roscas para detectar cualquier daño.
b. Aplicación correcta del compuesto para roscas: Utilice un compuesto para roscas de alta calidad que cumpla con las normas API.

c. Control preciso del par y la velocidad de apriete
Un par insuficiente puede provocar un par insuficiente en la unión, lo que resulta en una conexión suelta y una resistencia a la tracción y un sellado insuficientes.
Un par excesivo puede provocar un par excesivo, lo que provoca deformación de la rosca, desgaste por rozamiento e incluso grietas en el acoplamiento, lo que también compromete la resistencia y el sellado.

Registro y monitoreo:
El par de apriete y el número de vueltas de cada tubería de revestimiento se registran para crear una curva de apriete. Compárela con una curva estándar para identificar cualquier anomalía rápidamente.

Estándares de prueba:
API 5B exige pruebas a gran escala (como pruebas de tracción hasta la rotura y de hermeticidad) para verificar el rendimiento de la unión. Por ejemplo, los pozos de gas de alta presión requieren una presión de sellado ≥70 MPa.

Medidas clave para garantizar la resistencia de la conexión de la tubería de revestimiento:

1. Optimización de materiales y procesos de fabricación
- Seleccionar acero de aleación de alta resistencia (como los grados P110 y Q125) con un límite elástico ≥758 MPa (norma API 5CT).
- Utilizar procesos de tratamiento térmico (como temple y revenido) para mejorar la tenacidad de la rosca y evitar el agrietamiento por concentración de tensiones.

2. Diseño de roscas y tecnología de sellado
- Mejorar los perfiles de la rosca: Por ejemplo, la rosca de doble hombro VAM TOP aumenta la eficiencia de tracción a más del 95 % (según Vallourec).
- Sellado compuesto de metal/no metálico: Añadir un anillo de sellado elástico (como PTFE) a la base de la rosca para soportar temperaturas de 140 °C y entornos ácidos (caso Schlumberger FieldFlex).

3. Control de calidad de la instalación
- Método de control de par de apriete: Según API RP 5C1, el par de apriete recomendado para tuberías de revestimiento de φ177,8 mm es de 8-12 kN·m, y el compuesto para roscas debe aplicarse uniformemente. - Pruebas no destructivas: Se utiliza inspección ultrasónica o por partículas magnéticas para detectar microfisuras en las roscas. Los defectos que superen los 0,2 mm de profundidad se consideran chatarra (ISO 10893-8).

4. Diseño adaptable al medio ambiente
- Para pozos de petróleo y gas agrios, se deben utilizar materiales resistentes al azufre de grado SM, con una dureza inferior a HRC22 (requisitos de NACE MR0175).
- Para aplicaciones en aguas profundas, se debe añadir un recubrimiento anticorrosivo (como una aleación de zinc-aluminio) para aumentar la resistencia a la fatiga de 3 a 5 veces.

Conclusión:
Asegurar la resistencia de la conexión de la tubería de revestimiento implica esencialmente seleccionar el tipo de conexión adecuado (desde conexiones estándar API hasta conexiones especiales de alto rendimiento) para las condiciones de operación y seguir estrictamente los procedimientos estandarizados de armado in situ.

La negligencia en cualquier paso puede provocar fallas en la conexión, lo que, en el mejor de los casos, puede resultar en fugas e incluso la rotura de la sarta de revestimiento en el pozo, lo que ocasiona importantes pérdidas económicas y riesgos de seguridad. Por lo tanto, esta tarea se considera fundamental en la ingeniería de perforación y requiere una mejora continua.