Materiales y especificaciones de la tubería de perforación G105

Qué es la tubería de perforación G105?

La tubería de perforación G105 es una tubería de perforación con acabado de acero estructural de aleación de alta resistencia, fabricada según las normas API SPEC 5DP. Se utiliza principalmente en sistemas de sartas de perforación para operaciones de perforación de petróleo y gas. El número "105" representa una tubería de perforación sin costura con un límite elástico mínimo de 105.000 psi (aproximadamente 724 MPa). Es uno de los grados de acero principales más utilizados y rentables en la perforación de pozos petroleros de profundidad media, transmitiendo la potencia superficial a la broca y suministrando fluido de perforación a través de la sarta de tubería.

Características y ventajas de la tubería de perforación G105:

1. Alta resistencia y excelente tenacidad

La tubería de perforación G105 tiene un límite elástico mínimo de 105.000 psi, lo que la hace resistente a las fuerzas de tracción, torsión y presión de pozos de profundidad media. Mediante un tratamiento térmico de aleación y revenido, mantiene una buena elongación y resistencia al impacto, presentando una alta resistencia a la fatiga y a la sobrecarga.

2. Estructura madura por tratamiento térmico

Mediante un proceso de temple y revenido a alta temperatura, se obtiene una estructura de sorbita revenida uniforme. Esto resulta en un material con alta resistencia, excelente plasticidad y tenacidad, y propiedades mecánicas generales estables.

3. Rentabilidad

Para el mercado general de pozos de profundidad media, de 3000 a 5000 metros, el G105 proporciona suficiente resistencia de seguridad a un costo significativamente menor que los aceros de mayor calidad (como el S135), lo que lo convierte en una excelente opción para el control de costos del proyecto.

4. Amplia aplicabilidad y garantía de suministro

La tubería de perforación de grado G105 es la opción preferida para pozos convencionales y direccionales en tierra. Las acerías globales y los fabricantes de tuberías OCTG especializados la producen a gran escala, ofreciendo una gama completa de especificaciones, un proceso de adquisición conveniente y fácil acceso a repuestos.

5. Excelente eficiencia general de perforación

En comparación con aceros de menor calidad, su mayor resistencia permite el uso de sartas de perforación más largas con la misma carga o una reducción en las operaciones de perforación.

En comparación con aceros de mayor calidad, su peso moderado ayuda a controlar el peso total de la sarta de perforación, optimizando la carga de la plataforma y el consumo de energía.

Especificaciones comunes de la tubería de perforación G105:

Las especificaciones de la tubería de perforación se expresan típicamente como "diámetro exterior × peso unitario".
Diámetros exteriores comunes: 2-7/8″, 3-1/2″, 4-1/2″ (especificaciones principales para pozos de profundidad media a profunda), 5″ (comúnmente utilizado para pozos profundos).
Peso unitario: Por ejemplo, una tubería de perforación de 4-1/2″ suele pesar 16,60 lb/ft o 20,00 lb/ft.

Longitud:
Rango 2: Aproximadamente 9,5 metros (aproximadamente 31 pies). Esta es la longitud más común y estándar de la tubería de perforación.
Rango 3: Aproximadamente 13,5 metros (aprox. 44 pies). Se utiliza para mejorar la eficiencia de los viajes, pero presenta mayores requisitos operativos y de transporte.

Conexiones para herramientas de tubería de perforación: Generalmente equipadas con conexiones API de la serie NC (como la NC46 para tubería de perforación de 4-1/2″).

Tipo de extremo: Generalmente engrosado interna y externamente (IEU) para mejorar la resistencia de la conexión.

Rendimiento de la tubería de perforación G105: 

La tubería de perforación de grado G105 es una tubería de perforación de acero estructural de aleación de alta resistencia, fabricada según las normas API SPEC 5DP, y se utiliza principalmente en sistemas de sartas de perforación para operaciones de perforación de petróleo y gas. Este grado de acero tiene un rango de límite elástico de 724-931 MPa, cumpliendo con los requisitos de la norma API 5DP para G105. Puede soportar cargas complejas como tensión, compresión y torsión en la perforación de pozos profundos, manteniendo la estabilidad estructural bajo cargas complejas dentro de un rango determinado de temperatura y presión. Tenga en cuenta que no es apto para entornos ácidos y corrosivos que contienen sulfuro de hidrógeno, y su resistencia disminuye a altas temperaturas.

En comparación con el acero al carbono convencional, la tubería de perforación de grado G105, mediante la adición de elementos de aleación como cromo, molibdeno y manganeso, mejora significativamente la templabilidad y la estabilidad del revenido del material, proporcionando un soporte fiable para el desarrollo de energía en profundidad.

Propiedades mecánicas del material G105:

Límite elástico: 724-931 MPa (105 000-135 000 psi)
Resistencia a la tracción: ≥ 793 MPa (115 000 psi)
Dureza: ≤ HB 285 (aproximadamente HRC 30), generalmente más rigurosa (HRC 26 o inferior) para mantener cierta tenacidad y controlar el riesgo de Agrietamiento por tensión por sulfuro.
Elongación: ≥ 13 %.
Energía de impacto Charpy con entalla en V: ≥ 40 ft-lb (54 J).

Normas para tubos de perforación sin costura G105:

La producción, inspección y control de calidad de los tubos de perforación sin costura G105 se ajustan estrictamente a la norma 5DP "Especificación de tubos de perforación" del Instituto Americano del Petróleo (API). Esta norma especifica claramente el rango de composición química, las propiedades mecánicas, los requisitos de pruebas no destructivas y las tolerancias dimensionales del acero G105. En comparación con las normas API 5CT para tuberías de revestimiento o las normas ASTM para acero estructural, la API 5DP impone requisitos más estrictos en cuanto a la resistencia a la fatiga, la precisión de la rosca y la resistencia al azufre del acero para tubos de perforación, lo que garantiza la seguridad de servicio a largo plazo de los tubos de perforación sin costura G105 bajo cargas cíclicas.

Aplicaciones de la tubería de perforación G105:

1. Pozos convencionales de profundidad media en tierra: La tubería de perforación G105 se utiliza comúnmente en pozos verticales o pozos direccionales convencionales con profundidades entre 3000 y 5000 metros. 

2. Secciones de perforación por debajo de la tubería de revestimiento técnica: En procedimientos de revestimiento múltiple, la tubería de perforación G105 se utiliza para perforar a través de la tubería de revestimiento técnica hasta la profundidad objetivo.

3. Pozos de exploración o desarrollo con costos ajustados: La tubería de perforación G105 es adecuada para proyectos con un control estricto de los costos de los materiales de perforación, siempre que se garantice la seguridad.
4. Como componente superior de las sartas de perforación de pozos profundos: En pozos ultraprofundos, la tubería de perforación S135 se utiliza en las secciones inferiores de alta carga, mientras que la G105 se puede utilizar en las secciones superiores de menor carga para ahorrar costos generales.

Limitaciones:
Las ventajas de la tubería de perforación G105 dependen de las condiciones de operación adecuadas:

a. Estrictamente prohibida en ambientes ácidos que contengan sulfuro de hidrógeno; Se requieren grados de acero resistentes al azufre, como el G105S.
b. En pozos ultraprofundos (>5500 metros) o de alcance ultraextendido, su resistencia puede ser insuficiente, lo que requiere una mejora al grado de acero S135.

c. A temperaturas extremadamente altas (normalmente >180 °C), se requieren cálculos de reducción de la resistencia. 

Preguntas frecuentes (FAQ):

Cuáles son las ventajas de la tubería de perforación G105 en comparación con grados superiores (como el S135) o inferiores?

R: La principal ventaja del G105 reside en su excelente relación calidad-precio y fiabilidad.
En comparación con la tubería de perforación de grado inferior (como el E75, X95): Mayor resistencia, utilizable en pozos más profundos y con mayor carga, lo que reduce el riesgo de rotura de la sarta de perforación.
En comparación con tuberías de perforación de mayor calidad (como S135, V150): Aunque su resistencia es menor, generalmente presenta mayor tenacidad, es menos sensible a las grietas, presenta mayor resistencia a la fatiga y también es más económica.

Para la mayoría de los pozos de profundidad media, la tubería G105 ofrece suficiente resistencia, lo que evita los riesgos de fragilidad y los altos costos asociados con el uso de tuberías de perforación de mayor resistencia.

Cuáles son los principales modos de falla de la tubería de perforación G105? Cómo se pueden prevenir?

1. Falla por fatiga: Se produce en la zona de transición engrosada o en la base de las roscas de la unión, causada por cargas cíclicas.
Prevención: Controlar el dogleg, utilizar un fluido de perforación adecuado para la lubricación y realizar pruebas no destructivas periódicas (por ejemplo, ultrasonidos o pruebas de partículas magnéticas).

2. Desgaste: Desgaste en la pared exterior de la tubería y las juntas.
Prevención: Utilizar abrazaderas para tuberías de perforación para controlar la trayectoria del pozo.

3. Fugas: Falla en los sellos de las conexiones roscadas.
Prevención: Siga estrictamente la tabla de torque para el ajuste de las roscas, utilice grasa para roscas calificada y verifique si hay daños en las roscas.

4. Deformación o fractura excesiva: Causada por sobrecarga.
Prevención: Diseñe mecánicamente la sarta de perforación con precisión para evitar exceder sus límites de tensión/torsión.

Cómo aceptar y almacenar correctamente la tubería de perforación G105?

a. Aceptación: Verifique el certificado API 5DP (incluyendo análisis químico, propiedades mecánicas e informe de pruebas no destructivas), revise las marcas físicas (grado de acero, especificaciones, fabricante, fecha de producción), mida las dimensiones clave y realice una inspección visual (sin corrosión severa, abolladuras ni grietas).

b. Almacenamiento: Debe colocarse horizontalmente sobre un soporte para tuberías con al menos dos puntos de apoyo; evite la colocación prolongada en posición vertical. Las roscas y los hombros deben estar cubiertos con grasa protectora y equipados con protectores de rosca. Las áreas de almacenamiento deben estar secas y los diferentes grados y especificaciones de acero deben apilarse por separado.

Se puede soldar o reparar la tubería de perforación G105?

Queda estrictamente prohibida la soldadura o cualquier tipo de reparación en el cuerpo de la tubería de perforación. Esto altera la microestructura y las propiedades locales del material, creando puntos duros y concentraciones de tensiones, convirtiéndose en puntos de inicio de grietas por fatiga y aumentando considerablemente el riesgo de accidentes por fracturas en el fondo del pozo. La única soldadura permitida es la soldadura a tope del cuerpo de la tubería a la unión, realizada en la planta de fabricación por profesionales cualificados.

Cuál es la vida útil de la tubería de perforación G105?

La tubería de perforación no tiene una vida útil fija; su vida útil depende del tiempo acumulado de perforación, el historial de carga, los entornos corrosivos y las condiciones de mantenimiento.

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