Un tubo di perforazione è un sistema di tubazioni cave a parete spessa che trasmette la coppia alla punta di perforazione. Il tubo è realizzato per resistere a pressioni e deformazioni elevate. I moderni tubi di perforazione sono costituiti da tubi, giunti a scatola o giunti a perno e sono strumenti essenziali per il trasferimento di potenza e fango nelle attrezzature di perforazione petrolifera. L'uso frequente, spesso in condizioni di stress alternato e in ambienti difficili caratterizzati da attrito e collisioni con la parete del pozzo, li rende spesso il punto debole dell'intero sistema di perforazione, causando crepe, perforazioni e persino fratture. L'analisi dei guasti è un passaggio fondamentale per determinare il tipo, la causa e il trattamento dei cedimenti dei tubi di perforazione, al fine di migliorare la progettazione e la tecnologia di produzione, riducendo così i costi di perforazione. Pertanto, in qualità di produttore di tubi di perforazione , è essenziale conoscere i requisiti specifici di questi componenti e come l'elevata resistenza e affidabilità dei tubi di perforazione siano fondamentali per l'industria petrolifera. Questo articolo analizza le principali cause di cedimento delle aste di perforazione e le tipologie di guasto più comuni. Spiega inoltre perché i cedimenti dei tubi di perforazione sono così diffusi e descrive come evitarli.
- Deformazione eccessiva. L'eccessiva deformazione è causata da sollecitazioni di lavoro superiori al limite di snervamento del materiale. Se il giunto dell'asta di perforazione è sotto carico, l'allungamento della parte filettata, la flessione e la torsione del corpo dell'asta di perforazione. A differenza di altri tipi di operazioni di perforazione, dove spesso si osserva un'estesa deformazione plastica, la velocità di propagazione di una frattura da fatica è estremamente rapida. Inoltre, non sempre è possibile identificare l'origine della frattura fino a fine vita della fresa.
- Frattura. La frattura è responsabile di gran parte degli incidenti dovuti a guasti alle aste di perforazione e il danno è grave. Include principalmente la frattura da sovraccarico, l'infragilimento da basso stress, la corrosione da stress, l'infragilimento da idrogeno e la fatica del metallo. Il tipo più comune di guasto della batteria di perforazione è un guasto per fatica. La rottura per fatica si verifica quando i carichi ciclici causano sollecitazioni ripetute o fluttuanti. Ciò potrebbe causare crepe, separazioni o collassi. Sebbene una moltitudine di fattori contribuisca al cedimento di un tubo di perforazione, la causa principale è l'affaticamento del metallo. La fatica del metallo si verifica quando il livello di sollecitazione è anormalmente elevato. Un esempio di cedimento per fatica del metallo è quando un tubo di perforazione è sottoposto a una coppia insufficiente prima che venga praticato un foro. Un altro fattore che contribuisce al cedimento è l'inversione del carico di flessione durante una sezione curva del pozzo. Quando ciò accade, la distribuzione delle sollecitazioni nel tubo sarà distorta, con conseguente perdita di controllo del pozzo.
- Danni superficiali. Compresi corrosione, usura e danni meccanici.
Per migliorare la durata utile delle aste di perforazione, i materiali di lavorazione devono possedere buone proprietà meccaniche, come resistenza alla torsione, all'impatto e alla flessione. È necessario adottare buone tecnologie di lavorazione e trattamenti superficiali per migliorare la qualità della superficie ed eliminare, per quanto possibile, le concentrazioni di stress superficiali. I materiali delle aste di perforazione sono generalmente materiali resistenti allo zolfo, leghe di alluminio, leghe di titanio, acciaio ad altissima resistenza e nuovi materiali compositi in fibra di carbonio, ecc. Le aste di perforazione comunemente utilizzate sono X95, G105 , S135, SS2205 e simili. La maggior parte di esse sono tubi in acciaio senza saldatura con struttura in lega a medio tenore di carbonio. Gli elementi di lega dovrebbero contenere Cr, Mo e altri elementi per migliorare la resistenza alla trazione e la tenacità all'impatto del materiale, e Mn, Si e altri elementi per migliorarne l'elasticità (ovvero, la resistenza alla flessione). Talvolta contengono anche tracce di B, V e altri elementi per migliorare la temprabilità dei materiali. Comunemente, il materiale utilizzato nelle aste di perforazione viene temprato e rinvenuto per ottenere elevati limiti di snervamento.
Inoltre, l'elemento più corrosivo presente nei tubi di acciaio è l'H2S. Pertanto, il controllo del pH del fango, l'utilizzo di decontaminanti corrosivi e la riduzione al minimo della corrosione possono aiutare a prevenire il cedimento dei tubi. Sebbene la coppia ottimale sia un passo importante per prevenire la rottura di una batteria di perforazione, anche una manipolazione impropria può portare allo stesso problema. Un serraggio eccessivo può anche provocare la formazione di sovrapressioni, che possono portare al collasso del tubo. Un buon modo per proteggere un tubo di perforazione dal cedimento è utilizzare procedure di manipolazione adeguate.
