Con la disminución de las reservas de petróleo en yacimientos someros, los pozos ultraprofundos, los pozos con alta desviación y los pozos de alcance extendido han reemplazado gradualmente a los pozos someros y de corto alcance tradicionales, convirtiéndose en la principal estrategia de perforación petrolera actual. Asimismo, se generaliza el uso de plataformas petrolíferas marinas. Este cambio ha conllevado un aumento significativo en los ciclos de perforación, y la fuerza lateral ejercida sobre la tubería de revestimiento por la tubería de perforación ranurada sigue incrementándose, lo que agudiza el problema del desgaste entre la tubería de perforación y la tubería de revestimiento.
Las juntas de las tuberías de perforación ranuradas son componentes clave en las operaciones de perforación. Con el continuo desarrollo de la tecnología de perforación, se exigen mayores niveles de resistencia al desgaste. Por lo tanto, cómo mejorar eficazmente la resistencia al desgaste de las juntas, prolongar su vida útil y aumentar la eficiencia de la perforación se ha convertido en un problema de ingeniería urgente que debe resolverse.
Descripción general de las zonas resistentes al desgaste en juntas de tuberías de perforación ranuradas:
Las juntas de las tuberías de perforación ranuradas no solo soportan un desgaste severo en el fondo del pozo, sino que también se enfrentan al desgaste por erosión, lo que resulta en una rápida tasa de desgaste. Para mejorar la resistencia al desgaste, se suelen utilizar procesos de soldadura o soldadura por proyección térmica para revestir la circunferencia de la junta con una banda anular resistente al desgaste, de aproximadamente 30-50 mm de ancho y 2-3 mm de espesor; esta banda se conoce como "banda resistente al desgaste para juntas de tubería de perforación ranuradas". Dicha banda presenta una resistencia al desgaste superior a la del sustrato y reduce el desgaste de la tubería de revestimiento, desempeñando así un papel crucial en la solución de los problemas de desgaste de la tubería de perforación y la tubería de revestimiento.
La soldadura y la soldadura por proyección térmica, procesos importantes en el procesamiento y la fabricación de materiales modernos, se utilizan ampliamente para mejorar la vida útil de las juntas y reducir los costos de fabricación. Actualmente, se han desarrollado diversos polvos de aleación y alambres de soldadura con núcleo de fundente, lo que permite que la banda resistente al desgaste posea una excelente resistencia tanto al desgaste como a la corrosión. Asimismo, el recubrimiento de soldadura de aleación resistente al desgaste de alta dureza resultante también se puede utilizar para la reparación y fabricación de piezas resistentes al desgaste en otros sectores industriales.
A continuación se presenta una breve introducción a las técnicas de recubrimiento más comunes y sus características de dureza para bandas resistentes al desgaste en juntas ranuradas de tubería de perforación:
1. Recubrimiento por arco abierto con alambre tubular
La tecnología de recubrimiento por arco abierto ofrece las siguientes ventajas:
Equipo sencillo y operación práctica; no requiere precalentamiento antes de soldar ni tratamiento térmico posterior, alta eficiencia de soldadura y ahorro de energía; cuenta con un sistema de extracción de polvo, lo que reduce los humos de soldadura y crea un entorno de trabajo óptimo; baja dilución de la soldadura, lo que resulta en una buena resistencia a la corrosión y al desgaste.
Este proceso es adecuado para reparaciones en campo en perforación, minería de carbón y maquinaria minera. Las juntas ranuradas de tubería de perforación suelen utilizar recubrimiento de una sola capa, con estrictos requisitos en cuanto a las dimensiones de la soldadura. Por ejemplo, el alambre tubular YD-100 produce una buena formación de soldadura y mínimas salpicaduras durante el proceso, y su soldadura de recubrimiento de una sola capa presenta una dureza Rockwell uniforme de aproximadamente HRC60.
2. Proyección de plasma con alambre de aleación
La mayoría de los campos petrolíferos en China utilizan la proyección de plasma para preparar bandas resistentes al desgaste para juntas de tubería de perforación ranuradas, logrando una dureza de aproximadamente 55 HRC tras la proyección. Al utilizar alambre de soldadura de aleación D100, no se requiere precalentamiento antes de la soldadura ni mantenimiento del calor después. Además, presenta una excelente repetibilidad. Este proceso es económico y fácil de operar. Los experimentos y las aplicaciones demuestran que, en comparación con las juntas de acero convencionales, esta banda resistente al desgaste puede reducir el desgaste de la tubería de revestimiento en un 86%; en comparación con las juntas tratadas con carburo de tungsteno, el desgaste de la tubería de revestimiento se reduce en un 76%. En pozos con alta desviación, debido al menor coeficiente de fricción, la resistencia a la rotación de la sarta de perforación disminuye significativamente, el torque aumenta en un 30% y el consumo de combustible se reduce en un 10%. En condiciones de perforación a cielo abierto, protege de manera más eficaz las juntas de la tubería de perforación y reduce el desgaste.
El material D100 también permite la soldadura repetida en bandas resistentes al desgaste desgastadas. Los experimentos han demostrado que las bandas resistentes al desgaste resoldadas no presentaron desprendimiento ni descamación, mostraron un desgaste uniforme y una buena repetibilidad.
3. Tecnología de proyección térmica oxiacetilénica
La tecnología de proyección térmica oxiacetilénica se caracteriza por su equipo sencillo, su operación flexible y su bajo costo. Al utilizar polvo de aleación autofundente a base de níquel para la soldadura por proyección, se deben tener en cuenta los siguientes puntos del proceso; de lo contrario, es probable que se produzcan porosidad o fisuras en los bordes:
La pieza de trabajo debe precalentarse y el polvo de soldadura debe mantenerse seco.
La superficie del sustrato debe tener la rugosidad adecuada para mejorar la resistencia de la unión, pero una mayor rugosidad no necesariamente implica mejores resultados.
Los operarios deben dominar las técnicas de soldadura por proyección.
Cumplir con los requisitos del proceso mencionados puede reducir eficazmente la porosidad y las microfisuras, prolongando la vida útil de la unión.
4. Mecanizado de la banda resistente al desgaste tras soldadura por recubrimiento/proyección
La dureza de la junta ranurada de la tubería de perforación tras la soldadura por recubrimiento o proyección suele alcanzar HRC50 o superior, lo que la clasifica como un material de alta dureza y difícil mecanizado. Actualmente, las herramientas adecuadas para estos materiales incluyen principalmente herramientas de carburo, herramientas cerámicas y herramientas de nitruro de boro cúbico con aglomerante no metálico (como el grado BN-S20).
Herramientas de carburo: Con una dureza aproximada de HRC71-76, son adecuadas para mecanizar materiales con una dureza inferior a HRC45. Al utilizarlas en bandas resistentes al desgaste de mayor dureza, la herramienta se desgasta rápidamente, el resultado del mecanizado es insatisfactorio y la rentabilidad es baja.
Herramientas de corte cerámicas: Alcanzan una dureza de HRC95-100, pero son frágiles y tienen poca resistencia al impacto. Son adecuadas para condiciones de mecanizado con una dureza inferior a HRC55 y velocidades de avance bajas.
Herramientas de corte de nitruro de boro cúbico, grado BN-S20: Estas herramientas están diseñadas específicamente para las zonas resistentes al desgaste de las tuberías de perforación ranuradas. Mantienen una alta dureza a la vez que mejoran la tenacidad, combinando resistencia al desgaste y al impacto. Permiten grandes profundidades de corte y amplios márgenes de corte, y no se astillan al mecanizar zonas resistentes al desgaste de alta dureza (HRC45 y superior). Mejoran eficazmente la eficiencia del mecanizado y reducen los costos, lo que las hace idóneas para la producción en masa.
Conclusión:
Con el avance de la tecnología de perforación y la profundización de la exploración y el desarrollo, se exigen mayores requisitos al rendimiento de la sarta de perforación. La aplicación de las tecnologías de soldadura y soldadura por proyección ha impulsado notablemente el desarrollo de la industria de la perforación; sin embargo, las capas resultantes, de alta dureza y difícil mecanizado, han limitado la eficiencia del mecanizado y el control de costos. Gracias a la continua innovación en materiales para herramientas y nuevos procesos, como la aplicación de herramientas de nitruro de boro cúbico de alto rendimiento, el nivel de mecanizado de las tuberías de perforación ranuradas ha mejorado significativamente, lo que proporciona un sólido respaldo al desarrollo sostenible de la industria.
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