Guía de selección de tuberías de perforación geológica

Guía de selección de tuberías de perforación geológica: Cómo elegir la tubería de perforación más adecuada según las condiciones de trabajo?

En la exploración geológica y la ingeniería de perforación, la tubería de perforación geológica es un componente clave que conecta la plataforma de perforación con la broca. Su rendimiento afecta directamente la eficiencia de la perforación, la calidad del testigo y la seguridad de la construcción. La selección correcta de la tubería de perforación requiere una consideración sistemática de factores clave como los materiales, las especificaciones, las conexiones y el mantenimiento. Este artículo pretende proporcionar una guía de selección concisa y práctica.

Introducción a las tuberías de perforación geológica:
Aplicaciones: Se utilizan principalmente para la exploración de minerales sólidos, estudios hidrogeológicos, estudios geológicos de ingeniería y perforación científica.
Requisitos del núcleo: Calidad del muestreo de núcleos, portabilidad y adaptabilidad a terrenos complejos.
Características: Disponible en especificaciones independientes (p. ej., AQ/BQ/NQ/HQ/PQ), se utiliza frecuentemente con sistemas de extracción de núcleos con cable, con altos requisitos de peso y tasa de recuperación de núcleos.

Cómo elegir la tubería de perforación geológica adecuada?

1. Selección del material de la tubería de perforación

El material de la tubería de perforación afecta directamente su resistencia, rigidez, tenacidad y resistencia al desgaste. Actualmente, los materiales más utilizados para tuberías de perforación geológica incluyen acero al carbono, acero aleado y materiales compuestos.

El acero al carbono es el material más común para tuberías de perforación, con ventajas como alta resistencia y bajo precio, pero también presenta desventajas como su propensión a la oxidación y el desgaste. El acero aleado tiene propiedades de material relativamente mejores, pero su precio también es relativamente alto. Las tuberías de perforación de material compuesto son un nuevo tipo de material que ha surgido en los últimos años, con ventajas como ligereza, alta resistencia y buena resistencia al desgaste, pero su precio también es relativamente alto. 

Específicamente:

a. Acero al carbono/Acero de baja aleación: El acero al carbono ofrece alta resistencia, bajo costo y procesos de fabricación avanzados, pero su resistencia a la corrosión y al desgaste es generalmente baja y es propenso a oxidarse en ambientes húmedos o corrosivos. Es adecuado para formaciones convencionales, pozos de profundidad media a baja y proyectos con costos ajustados.

b. Acero aleado de alta resistencia: Ofrece mejores propiedades mecánicas generales (p. ej., resistencia y tenacidad superiores) y durabilidad, pero tiene un mayor costo de adquisición. Es adecuado para perforación de pozos profundos, perforación de roca dura y proyectos con altos requisitos de vida útil de las tuberías de perforación.

c. Materiales compuestos (p. ej., aleaciones de aluminio): Los materiales compuestos son ligeros, lo que facilita la reubicación, reduce la carga de la plataforma de perforación y presenta una excelente resistencia a la corrosión. Sin embargo, la inversión inicial es alta y la rigidez a la flexión suele ser menor que la de las varillas de acero. Adecuado para zonas con difícil reubicación, como montañas y pantanos; perforación submarina; y escenarios con requisitos estrictos de equipo ligero.

Recomendaciones para la selección de materiales: 

Para la mayoría de las exploraciones de minerales sólidos en tierra, el acero aleado de alta resistencia es la opción principal debido a su excelente relación calidad-precio. Cuando la eficiencia de la reubicación es fundamental o existen requisitos especiales de resistencia a la corrosión, se puede evaluar el valor a largo plazo de las tuberías de perforación de material compuesto.

2. Selección del tamaño de la tubería de perforación

El tamaño de la tubería de perforación debe considerarse exhaustivamente en función del entorno geológico y los requisitos de perforación.

Diámetro de la tubería de perforación: 

Siguiendo la relación de gradación "tubería de perforación-pozo-tubería de revestimiento":

Las tuberías de perforación de diámetro pequeño (como las series AQ/BQ, con un diámetro exterior aproximado de 75 mm) son adecuadas para el muestreo de pozos poco profundos; las especificaciones estándar (como las series NQ/HQ, con un diámetro exterior aproximado de 96 mm) son la base para la mayoría de las perforaciones con núcleo; las de diámetro grande (como la serie PQ) se utilizan para pozos profundos o proyectos que requieren la extracción de núcleos de gran diámetro. Para formaciones de roca dura, se prefieren tubos de perforación de mayor diámetro y paredes más gruesas, con mayor rigidez, para mejorar la resistencia a la flexión y garantizar la estabilidad de la perforación.

Longitud de la tubería de perforación:

La longitud de la tubería de perforación se refiere a la longitud total de la tubería, incluyendo la longitud real de la tubería y la longitud del conector. La selección de la longitud de la tubería de perforación debe considerarse exhaustivamente en función de factores como el entorno geológico y la profundidad de perforación. La longitud estándar de la tubería de perforación suele ser de 3 metros, 4,5 metros o 6 metros. La longitud seleccionada debe coincidir con la altura del soporte de la plataforma de perforación. La longitud total se determina por la profundidad del pozo de diseño. Para operaciones de pozos profundos, se debe priorizar la resistencia a la tracción y a la fatiga del tubo de perforación.

Generalmente, cuanto más profundo sea el pozo, mayor será la longitud del tubo de perforación requerido. Las condiciones geológicas también influyen en la elección de la longitud del tubo de perforación; por ejemplo, en entornos de roca dura, se necesitan tubos de perforación más largos.

3. Selección de la rosca del tubo de perforación

La rosca es el punto más débil de la sarta de perforación, por lo que su selección es crucial. La rosca de la tubería de perforación se refiere a la parte de conexión de la tubería, incluyendo las roscas superior e inferior. La selección de la rosca de la tubería de perforación debe coincidir con el modelo de la plataforma de perforación y el modelo de la tubería de perforación.

Asimismo, el paso de la rosca y el perfil del diente también deben seleccionarse adecuadamente. La selección del paso debe considerarse exhaustivamente en función de las propiedades de la formación y la tecnología de perforación, mientras que el perfil del diente debe coincidir con el modelo de la plataforma de perforación y el modelo de la tubería de perforación.

Recomendaciones de selección:
Estandarización: Priorizar las roscas de tuberías de perforación estándar API o las roscas específicas de tuberías de perforación geológicas para garantizar la intercambiabilidad.
Compatibilidad de tipo: Debe ser totalmente compatible con las especificaciones del soporte de la plataforma de perforación y de la tubería de perforación.
Consideraciones del proceso: Si se utiliza la extracción de testigos con cable, se requieren tuberías de perforación de doble pared y su sistema específico de conexión roscada interna y externa.

4. Compatibilidad del proceso

Extracción de testigos con cable: Es esencial utilizar tuberías de perforación de doble pared para la extracción de testigos con cable con un diseño único de ensamblaje de tubo interno.
Perforación de Impacto: Se requieren tubos de perforación engrosados o especialmente reforzados para soportar cargas de impacto de alta frecuencia.
Perforación Direccional: Se requieren tubos de perforación con alta resistencia a la flexión y al desgaste, y podrían ser necesarios portamechas no magnéticos.

Almacenamiento y Mantenimiento de los Tubos de Perforación:

Un mantenimiento adecuado prolonga significativamente la vida útil de los tubos de perforación y garantiza la seguridad operativa. Se deben tener en cuenta los siguientes puntos al almacenar y mantener los tubos de perforación:

1. Almacenamiento: Almacenar vertical u horizontalmente en un lugar seco para evitar que se doblen y deformen. Las piezas roscadas deben cubrirse con fundas protectoras.
2. Limpieza y Prevención de la Oxidación: Limpiar inmediatamente después de usar, secar completamente y aplicar grasa antioxidante si es necesario.
3. Mantenimiento de las Roscas: Limpiar las roscas antes de cada conexión y aplicar uniformemente una grasa fijadora de roscas específica para reducir el desgaste, asegurar el sellado y facilitar el desmontaje.

4. Inspección Regular: Establecer un sistema de inspección regular, centrándose en el desgaste de las roscas, la flexión de las tuberías y las grietas superficiales. Las tuberías de perforación gravemente dañadas deben desecharse de inmediato.

Preguntas frecuentes sobre la adquisición de tubos de perforación geológica:

1. Cuáles son las principales especificaciones de los tubos de perforación geológica? Cómo elegirlos?

Los tubos de perforación geológica utilizan la serie "especificación por letras". Las especificaciones del núcleo son:

AQ: Diámetro exterior aproximado de 48 mm, diámetro de núcleo pequeño, utilizado para pozos poco profundos en formaciones complejas.
BQ: Diámetro exterior aproximado de 60 mm, ampliamente utilizado.
NQ: Diámetro exterior aproximado de 75 mm, especificación general, equilibrio perfecto entre resistencia y tamaño del núcleo.
HQ: Diámetro exterior aproximado de 96 mm, utilizado para pozos más profundos o que requieren diámetros de núcleo mayores.
PQ: Diámetro exterior aproximado de 122 mm, utilizado para exploración de pozos profundos.

Criterios de selección: Priorice la selección de la serie en función del diámetro y la profundidad del núcleo requeridos por el diseño del pozo. Posteriormente, determine el material específico y el espesor de pared según el tipo de roca y la dureza.

2. Cuál es la diferencia fundamental entre las tuberías de perforación con cable y las tuberías de perforación convencionales?

La principal diferencia radica en la estructura y el proceso de fabricación. Las tuberías de perforación con cable son de doble pared. El tubo interior se utiliza para sujetar y elevar el testigo, mientras que el exterior se utiliza para transmitir el par y suministrar el fluido de lavado. Su ventaja es que la perforación con testigo se puede realizar sin levantar la perforadora, lo que resulta en una eficiencia extremadamente alta. Al comprar, es fundamental verificar si es compatible con la tecnología de perforación con cable.

3. Cómo afecta el material de la tubería de perforación (por ejemplo, acero, aleación de aluminio) al rendimiento y al precio?

Acero de aleación de alta resistencia: La opción más común, de alta resistencia, duradero y rentable.
Aleación de aluminio: Ligero (30%-50% de reducción de peso), resistente a la corrosión, pero de alto costo y baja rigidez a la flexión; adecuado para áreas con manejo extremadamente difícil.
Selección: El acero de aleación es el preferido para pozos profundos y roca dura; Para zonas de reubicación como altas montañas y pantanos, se pueden evaluar los beneficios integrales a largo plazo de la aleación de aluminio.

4. Existen normas unificadas internacionales o nacionales para tubos de perforación geológica?

Sí, pero difieren de la norma API para petróleo. A nivel internacional, se utilizan principalmente las normas ISO, mientras que China cuenta con normas industriales como la "DZ/T Geological Drilling Drill Pipe". Al comprar, se debe exigir a los proveedores que aclaren las normas en las que se basa el producto.

5. Qué documentos de certificación de calidad se deben proporcionar para los tubos de perforación recién adquiridos?

Requerido: Certificado de material (composición química, informe de pruebas de rendimiento mecánico). 

Informe de pruebas no destructivas (por ejemplo, pruebas ultrasónicas).
Informe de inspección de terceros (si corresponde).

Conclusión: 

La elección de las tuberías de perforación adecuadas es crucial para la perforación geológica. Es necesario considerar exhaustivamente factores como el material, el diámetro, la longitud, el tipo de rosca y la compatibilidad con las técnicas de perforación. También es fundamental prestar atención al detalle en el almacenamiento y el mantenimiento de las tuberías de perforación para garantizar su vida útil y rendimiento. Se recomienda mantener una estrecha comunicación con ingenieros de perforación experimentados o proveedores de confianza durante la fase inicial de diseño del proyecto para determinar la combinación óptima de tuberías de perforación en función de la profundidad del pozo, la litología, los requisitos de extracción de testigos y el presupuesto.

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