Guía de selección de tuberías de revestimiento para petróleo

En la extracción de petróleo y gas, la tubería de revestimiento es una barrera fundamental que garantiza la integridad del pozo y una producción segura a largo plazo. El principio fundamental para su selección es la adaptación a las cargas ambientales. Los diferentes entornos geológicos y de fluidos imponen exigencias muy diferentes a las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y la estabilidad a largo plazo de la tubería de revestimiento. Una selección incorrecta puede provocar fallos catastróficos y cuantiosas pérdidas económicas.

A continuación, se presenta una comparación de la selección desde la perspectiva de la adaptabilidad ambiental, ya que los diferentes entornos de extracción tienen requisitos significativamente diferentes para el rendimiento del revestimiento.

Cinco entornos de aplicación típicos para el revestimiento de petróleo son los siguientes:

1. Entorno Terrestre Convencional
En pozos petroleros terrestres convencionales, el revestimiento de petróleo de acero al carbono convencional suele cumplir los requisitos, caracterizándose por su bajo coste y tecnología de procesamiento avanzada. Este tipo de revestimiento funciona bien en entornos con temperatura y presión normales, sin medios corrosivos especiales.

Retos Ambientales: Relativamente leves. Soporta principalmente cargas de tracción provenientes de la extrusión de la formación, la presión interna del fluido y su propio peso. El entorno corrosivo suele ser débilmente corrosivo (contiene pequeñas cantidades de CO₂ o bacterias).

Estrategia de selección: Priorizar la optimización de costos, cumpliendo con los requisitos de diseño de resistencia.

Opciones recomendadas:
Grado de acero: J55/K55 (tubería de revestimiento de superficie), N80 (tubería de revestimiento principal técnica/de producción). Para pozos con mayor profundidad o presión, utilizar P110.
Material: Acero al carbono-manganeso estándar o acero de baja aleación.
Conexión: Las roscas estándar API (como BTC) son suficientes para la mayoría de las situaciones.

2. Entorno marino

En la ingeniería de pozos petrolíferos offshore, especialmente en entornos de aguas profundas, la alta corrosividad del agua de mar y las complejas condiciones geológicas exigen la selección de tuberías de revestimiento de acero aleado con alta resistencia a la corrosión. Estas tuberías de revestimiento tienen un alto contenido de cromo y níquel, lo que las hace resistentes a la erosión del agua de mar.

Retos ambientales: Entornos extremos complejos.
a. Corrosión externa: Corrosión de la pared exterior de la tubería de revestimiento por agua de mar (iones de cloruro) y corrosión mixta por agua de mar y agua de formación.
b. Cargas complejas: Resistencia a la fatiga y cargas de flexión causadas por el movimiento de la plataforma, las olas y las corrientes oceánicas.
c. Bajas temperaturas: Las altas temperaturas en el lecho marino requieren una alta tenacidad del material.
d. Altos costos diarios: Los costos por tiempo improductivo resultantes de cualquier falla son extremadamente altos.

Estrategia de selección: Diseño preventivo, aplicando los más altos estándares de confiabilidad, priorizando la seguridad durante el ciclo de vida sobre el costo inicial.

Solución recomendada: 

Grado y resistencia del acero: Generalmente, utilice grados de acero más altos (p. ej., P110, Q125) para lograr alta resistencia y paredes delgadas, reduciendo el peso y garantizando la resistencia.

Control de la corrosión: Aplique un recubrimiento interno anticorrosivo de cuerpo completo. Utilice aleaciones resistentes a la corrosión, como acero inoxidable dúplex 22Cr, en secciones críticas del pozo (p. ej., zona de salpicadura, tubería de revestimiento de producción).
Conexiones: Uso obligatorio de roscas especiales de alto rendimiento, que requieren un excelente sellado a gas, alta resistencia a la flexión y a la fatiga.
Control de calidad: Requiere pruebas no destructivas y un control de tolerancia dimensional que supere las normas API.

3. Entorno de pozos profundos de alta temperatura y alta presión

En entornos de pozos profundos de alta temperatura y alta presión, la tubería de revestimiento debe poseer buena resistencia a altas temperaturas y a la fluencia. Generalmente, se selecciona una tubería de revestimiento de alta resistencia con tratamiento térmico especial para garantizar la estabilidad estructural en condiciones extremas.

Desafíos ambientales:
a. Degradación de la resistencia: El límite elástico y la resistencia a la fluencia del acero disminuyen a altas temperaturas.
b. Falla de sellado: Las altas temperaturas provocan fallas en el sellador de roscas, y la expansión térmica desigual de los materiales afecta el sellado de la conexión.
c. Alta extrusión externa y alta presión interna.

Estrategia de selección: Ciencia de los materiales basada en el diseño de acoplamientos de temperatura y presión.

Solución recomendada:
Selección del material: Utilizar una carcasa de acero resistente a altas temperaturas con un diseño especialmente formulado y tratado térmicamente, que presenta una menor reducción de la resistencia a las temperaturas nominales.
Grado de acero: Los grados Q125 y superiores (como VM140 y VM150) se han convertido en estándar para pozos profundos.
Conexión: Utilizar roscas especiales con elementos de sellado elásticos o sellos metal-metal para garantizar la integridad del sello a altas temperaturas.
Criterios de diseño: Se debe utilizar software de diseño de resistencia triaxial con acoplamiento temperatura-presión para la verificación, en lugar de fórmulas sin temperatura.

4. Entorno ácido

Para pozos petrolíferos que contienen gases ácidos, como el sulfuro de hidrógeno, se debe seleccionar una carcasa resistente a la corrosión por sulfuro de hidrógeno para evitar daños en la carcasa del pozo debido a la corrosión.

Desafíos ambientales: Bajo los efectos combinados del H₂S y la tensión de tracción, la carcasa del pozo petrolífero puede sufrir una fractura frágil sin previo aviso, lo que representa un riesgo extremadamente alto.

Estrategia de selección: La seguridad es primordial; cumplir estrictamente con las normas de la industria. 

Solución recomendada: 

Requisitos obligatorios del material: Se debe utilizar acero resistente al azufre.

Opción habitual: L80 (todos los tipos de tubería de revestimiento).
Requisitos de alta resistencia: C90, T95 (tenga en cuenta que sus restricciones de dureza son más estrictas).
Uso prohibido: P110 y otros aceros no resistentes al azufre, independientemente de su resistencia.

Control de dureza: Respete estrictamente los límites de dureza como "HRC 22" o "HRC 25", ya que la dureza es un indicador clave de la resistencia al SCC de H₂S.
Conexiones: Las zonas de conexión roscadas requieren un tratamiento especial para garantizar una dureza uniforme y eliminar los puntos de endurecimiento localizados.

5. Entorno con alto contenido de dióxido de carbono

Desafíos ambientales: En entornos con alto contenido de dióxido de carbono, es probable que se produzca corrosión por pérdida de peso electroquímica y corrosión por picaduras localizada, lo que provoca el adelgazamiento de las paredes de la tubería de revestimiento y la perforación.

Estrategia de selección: Selección del material según la gravedad de la corrosión.

Soluciones recomendadas:
Corrosión leve: Acero al carbono + inhibidor de corrosión o revestimiento interno.
Corrosión moderada a severa: Acero inoxidable martensítico 13Cr (opción económica y eficiente).
Corrosión severa (contiene Cl⁻): Acero inoxidable dúplex Super 13Cr, 22Cr/25Cr.
Corrosión extremadamente severa: Aleación a base de níquel.

Conclusión: 

La selección de tuberías de revestimiento para yacimientos petrolíferos es esencialmente un proceso de selección con ciertas restricciones. La adaptabilidad ambiental es una restricción estricta que debe cumplirse primero, seguida de la optimización de la resistencia y la selección económica dentro de dichas restricciones. Elegir la tubería de revestimiento adecuada para yacimientos petrolíferos en función de los diferentes entornos mineros puede mejorar significativamente la eficiencia de la minería, reducir costos y garantizar la seguridad de la producción.

Se recomienda mantener una comunicación estrecha con ingenieros de perforación y de materiales con experiencia antes de la adquisición, y utilizar software profesional de selección de materiales para garantizar la mejor toma de decisiones.

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