Material y especificaciones de la tubería de perforación S135

Qué es la tubería de perforación S135?

La tubería de perforación S135 es una tubería de acero sin costura de alta resistencia, diseñada específicamente para la perforación petrolera, conforme a las normas API SPEC 5DP. Su principal ventaja reside en el equilibrio entre alta resistencia (límite elástico ≥ 135 ksi/931 MPa) y buena tenacidad, lo que la hace compatible con la presión extrema y los entornos corrosivos de la perforación de pozos profundos. Es la tubería de perforación de acero convencional más utilizada y representativa a nivel mundial en las operaciones modernas de perforación de pozos profundos, ultraprofundos y de estructuras complejas.

Características y ventajas de la tubería de perforación petrolera S135:

1. Ultraalta resistencia: Un límite elástico de 135 ksi le permite soportar las enormes fuerzas de tracción de los pozos profundos y el torque ultraalto de los pozos ultraprofundos.

2. Diseño de pared delgada de alta resistencia: Gracias a las excelentes propiedades de su material, la tubería de perforación petrolera S135 permite un espesor de pared optimizado, cumpliendo con los requisitos de resistencia, reduciendo el peso total de la sarta de perforación y, por lo tanto, mejorando la eficiencia de la perforación y reduciendo los costos operativos generales.

3. Tecnología y rendimiento avanzados: Su composición de aleación, tratamiento térmico (temple y revenido) y proceso de soldadura por fricción están altamente estandarizados, lo que garantiza una calidad estable en toda la cadena de suministro global.

4. Relación rendimiento-precio óptima: Al lograr el mejor equilibrio entre resistencia y costo, es una solución económica y eficiente para condiciones complejas de pozos profundos.

Especificaciones de la tubería de perforación petrolera S135:

Las especificaciones de la tubería de perforación petrolera S135 cumplen con la norma API SPEC 5DP, que abarca una variedad de tamaños, desde pozos estándar hasta pozos ultraprofundos.

Los diámetros exteriores más comunes incluyen: 3-1/2″, 4″, 4-1/2″, 5″, 5-1/2″ y 5-7/8″.

Peso y espesor de pared: Para el mismo diámetro exterior, la tubería de perforación S135 está disponible en varios espesores de pared para satisfacer diferentes requisitos de resistencia. Las paredes más gruesas ofrecen mayor resistencia a la tracción y a la compresión, pero reducen el diámetro interior. Los pesos teóricos comunes incluyen: 19,50 lb/ft (peso estándar), 22,32 lb/ft y 24,70 lb/ft.

Longitud: Cumple con las normas API, con tres rangos de longitud: R1, R2 (más común) y R3. La longitud individual más común en el campo es de aproximadamente 9,5 metros (cerca de 31 pies).

Ejemplo de especificaciones completas: 

Diámetro exterior × Peso × Grado de acero × Rango de longitud — Tipo de rosca

Propiedades del material de la tubería de perforación S135:

Composición química: Aleación principal con carbono (C), manganeso (Mn), cromo (Cr), molibdeno (Mo) y níquel (Ni). El diseño bajo en carbono garantiza soldabilidad y tenacidad.
Propiedades físicas: Combinación optimizada de alta resistencia y tenacidad mediante tratamiento térmico y tecnología de microaleación.
Ventajas de la aplicación: Resistente a la fatiga, resistente al desgaste, adecuado para la perforación de pozos profundos y ultraprofundos, y la fabricación de herramientas de fondo de pozo.

Indicadores clave de rendimiento de la tubería de perforación S135:

a. Propiedades mecánicas: Límite elástico: 135.000 - 165.000 psi; Resistencia a la tracción: ≥ 145.000 psi.
b. Alta tenacidad: Excelente resistencia al impacto, lo que previene la fractura frágil en el fondo del pozo.
c. Resistencia a la fatiga: Resistencia superior a la tensión alterna, capaz de soportar millones de ciclos de tensión, adecuada para altas cargas cíclicas en pozos de alcance extendido y pozos horizontales.
d. Soldabilidad: Perfectamente compatible con los procesos de soldadura por fricción, lo que garantiza que la resistencia de la conexión de la unión de la herramienta no sea inferior a la del cuerpo de la tubería.

Principales escenarios de aplicación:

La tubería de perforación S135 es la herramienta preferida para afrontar los retos de la perforación moderna:

1. Pozos profundos y ultraprofundos: Utilizada para perforar a profundidades superiores a 4500 metros, es la configuración de referencia para soportar enormes fuerzas de tracción y torsión.
2. Pozos de alcance extendido y pozos horizontales: Su alta resistencia a la torsión y a la fatiga soporta eficazmente las tensiones de fricción y flexión generadas por las secciones horizontales largas.
3. Perforación offshore de alta dificultad: Las operaciones en plataformas offshore son extremadamente costosas; La confiabilidad y alta resistencia del acero S135 son clave para garantizar la seguridad y la eficiencia.
4. Entornos de fluidos de perforación de alta densidad: Ofrece un mayor margen de seguridad en formaciones de alta presión que requieren fluidos de perforación pesados.

Limitaciones: 

La tubería de perforación S135 no resiste la corrosión bajo tensión por sulfuro de hidrógeno. Su uso está estrictamente prohibido en entornos ácidos que contienen sulfuro de hidrógeno; en su lugar, se deben utilizar sus variantes resistentes al azufre, S135G (dureza limitada) o S135S (resistencia especial al azufre).

Comparación de grados de acero G105 vs. S135:

G105 y S135 son dos de los grados de acero de alta resistencia más utilizados para tuberías de perforación petrolera. Sus principales diferencias radican en la resistencia, el costo y los escenarios de aplicación.

Tubería de perforación G105: Límite elástico mínimo de 105,000 psi. Presenta alta resistencia y es la opción más rentable para pozos de profundidad media (aproximadamente 3000-5000 metros), como pozos profundos convencionales en tierra y la mayoría de las secciones de pozos direccionales. Este grado de acero no presenta resistencia al azufre y requiere grados con tratamiento especial para resistirlo.

Tubería de perforación S135: Límite elástico mínimo de 135 000 psi. Presenta una resistencia ultraalta, lo que permite espesores de pared más delgados con la misma resistencia. Es la opción principal para cumplir con los requisitos de rendimiento en pozos profundos y ultraprofundos (>4500 metros). Si bien el costo de adquisición es mayor, el costo total del ciclo de vida es mejor en pozos profundos debido al menor peso de la sarta de perforación y a la mayor eficiencia de perforación. Este grado de acero también carece de resistencia al azufre; se deben utilizar variantes resistentes al azufre en entornos con contenido de azufre.

Cómo elegir?

La elección entre G105 y S135 depende principalmente de la profundidad del pozo y el costo.

1. Decisión basada en la profundidad del pozo
Si la profundidad de diseño y los cálculos de carga de un pozo indican que la tubería de perforación G105 (que puede requerir un mayor espesor de pared) es suficiente para cumplir con todos los requisitos de seguridad, entonces la G-105 es la opción más económica.

Cuando la profundidad del pozo alcanza cierto nivel, el uso de G105 resultará en una sarta de perforación excesivamente pesada (mayor espesor de pared), lo que generará una carga excesiva en la tubería de perforación superior o superará la capacidad de carga de la plataforma de perforación. En este caso, cambiar a S-135, aprovechando su mayor resistencia para reducir el espesor de pared y el peso total, se convierte en la solución técnicamente necesaria y económicamente superior.

2. Decisión basada en las condiciones de operación
Pozos de alcance extendido y pozos horizontales: Debido a la enorme fricción entre la sarta de perforación y el pozo, se requiere un alto torque y una alta resistencia a la tracción, lo que hace que la S135 sea significativamente ventajosa.

Entornos con sulfuro de hidrógeno: Ninguno de los grados estándar es adecuado. Se deben seleccionar variantes resistentes al azufre (como G-105S, S135G/S135S).

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