¿Por qué hay una falla en la tubería de perforación?

Una tubería de perforación es un sistema de tubería hueca de pared gruesa que transmite torsión a una broca. La tubería está fabricada para soportar presiones y distorsiones severas. Las tuberías de perforación modernas están hechas de tubería, una junta de herramienta de caja o una junta de herramienta de pasador, estas son herramientas esenciales para transferir energía y lodo en equipos de perforación petrolera. Se utiliza con frecuencia, a menudo en tensión alterna y en las duras condiciones de fricción y colisión con la pared del pozo, a menudo se convierte en el eslabón débil de toda la herramienta de perforación, a menudo se producen grietas, perforaciones e incluso fracturas. El análisis de fallas es un paso importante para determinar el tipo, la causa y el tratamiento de la falla de la tubería de perforación, a fin de mejorar el diseño de la tubería de perforación y la tecnología de procesamiento, reduciendo así el costo de la perforación petrolera. Por lo tanto, como un fabricante de tubos de perforación, debe estar familiarizado con los requisitos específicos de la tubería de perforación y cómo funcionará la alta resistencia y confiabilidad de la tubería de perforación para la industria petrolera. Este artículo analiza las principales causas de fallas en la sarta de perforación y los tipos de fallas más comunes. También explica por qué las fallas en las tuberías de perforación están tan extendidas. Además, describe cómo evitar el temido fracaso.

El análisis de las condiciones ambientales de servicio de la tubería de perforación muestra que la tubería de perforación tiene fuerzas complejas, incluidas cargas estáticas, de impacto y, en su mayoría, alternas, y se ve afectada por la corrosión, el desgaste, la temperatura y la presión. Los principales modos de falla se pueden dividir en deformación excesiva, fractura y daño superficial.

• Deformación excesiva. La deformación excesiva es causada por un esfuerzo de trabajo que excede el límite de elasticidad del material. Si la unión de la tubería de perforación está bajo carga, el alargamiento de la parte roscada, la flexión y torsión del cuerpo de la tubería de perforación. A diferencia de otros tipos de operaciones de perforación, donde a menudo se observa una gran deformación plástica, la tasa de propagación de una fractura por fatiga es extremadamente rápida. Además, no siempre es posible identificar el origen de la fractura hasta el final de la vida útil de la broca.
• Fractura. Las fracturas representan una gran proporción de los accidentes por fallas en las tuberías de perforación, y el daño es grave. Incluye principalmente fractura por sobrecarga, fragilización por bajo estrés, corrosión por estrés, fragilización por hidrógeno y fatiga del metal. El tipo más común de falla de la sarta de perforación es una falla por fatiga. La falla por fatiga ocurre cuando las cargas cíclicas causan esfuerzos repetidos o fluctuantes. Esto puede resultar en agrietamiento, separación o colapso. Si bien una multitud de factores contribuye a la falla de una tubería de perforación, la causa principal es la fatiga del metal. La fatiga del metal ocurre cuando el nivel de estrés es anormalmente alto. Un ejemplo de una falla por fatiga del metal es cuando una tubería de perforación tiene un torque insuficiente antes de perforar un agujero. Otro factor que contribuye a la falla es la inversión de la carga de flexión durante una sección curva del pozo. Cuando esto sucede, la distribución de tensiones en la tubería se distorsionará, lo que provocará una pérdida de control del pozo.
• Daños en la superficie. Incluyendo corrosión, desgaste y daño mecánico.

Para mejorar la vida útil de la tubería de perforación, los materiales de mecanizado deben tener buenas propiedades mecánicas, como resistencia a la torsión, al impacto y a la flexión. Se debe adoptar una buena tecnología de procesamiento y medidas de tratamiento de la superficie para mejorar la calidad de la superficie y eliminar la concentración de tensión superficial en la mayor medida posible. Los materiales de la tubería de perforación son generalmente materiales resistentes al azufre, materiales de aleación de aluminio, materiales de aleación de titanio, acero de ultra alta resistencia y nuevos materiales compuestos de fibra de carbono, etc. La tubería de perforación comúnmente utilizada es X95, G105, S135, SS2205, etc. La mayoría de ellos son tubos de acero sin costura con estructuras de aleación de carbono medio. Los elementos de aleación deben contener Cr, Mo y otros elementos para mejorar la resistencia a la tracción y la tenacidad al impacto del material, y Mn, Si y otros elementos para mejorar la elasticidad del material (es decir, el rendimiento de flexión). En ocasiones también contiene trazas B, V y otros elementos para mejorar la templabilidad de los materiales. Por lo general, el material utilizado en las tuberías de perforación se templa y templa para lograr un alto límite elástico.

Además, el elemento más corrosivo que se encuentra en las tuberías de acero es el H2S. Por lo tanto, el control del pH del lodo, el uso de secuestrantes corrosivos y la minimización de la corrosión pueden ayudar a prevenir fallas en las tuberías. Aunque el par óptimo es un paso importante para evitar que se rompa una sarta de perforación, el manejo inadecuado también puede provocar el mismo problema. El apriete excesivo también puede resultar en la formación de sobrepresiones, lo que puede provocar el colapso de la tubería. Una buena manera de proteger una tubería de perforación de fallas es usar procedimientos de manejo adecuados.