Por que há uma falha no tubo de perfuração?

Um tubo de perfuração é um sistema de tubulação oca de paredes espessas que transmite torque para uma broca. O tubo é fabricado para suportar fortes pressões e distorções. Os tubos de perfuração modernos são feitos de tubos, uma junta de ferramentas de caixa ou uma junta de ferramentas de pinos, ferramentas essenciais para a transferência de energia e lama em equipamentos de perfuração de petróleo. É usado com frequência, muitas vezes em tensão alternada e nas duras condições de fricção e colisão com a parede do poço, muitas vezes se torna o elo fraco de toda a ferramenta de perfuração, rachaduras, perfurações e até fraturas ocorrem com frequência. A análise de falha é um passo importante para determinar o tipo, causa e tratamento da falha do tubo de perfuração, de modo a melhorar o projeto do tubo de perfuração e a tecnologia de processamento, reduzindo assim o custo da perfuração de petróleo. Portanto, como um fabricante de tubos de perfuração, você deve estar familiarizado com os requisitos específicos do tubo de perfuração e como a alta resistência e confiabilidade do tubo de perfuração funcionarão para a indústria de campos petrolíferos. Este artigo aborda as principais causas de falha da coluna de perfuração e os tipos de falhas mais comuns. Também explica por que as falhas nos tubos de perfuração são tão difundidas. Além disso, descreve como evitar a temida falha.

A análise das condições de serviço ambiental do tubo de perfuração mostra que o tubo de perfuração possui forças complexas, incluindo cargas estáticas, de impacto e principalmente cargas alternadas, e é afetado por corrosão, desgaste, temperatura e pressão. Os principais modos de falha podem ser divididos em deformação excessiva, fratura e dano superficial.

• Deformação excessiva. A deformação excessiva é causada pela tensão de trabalho que excede o limite de escoamento do material. Se a junta do tubo de perfuração estiver sob carga, o alongamento da parte da rosca, a flexão e a torção do corpo do tubo de perfuração. Ao contrário de outros tipos de operações de perfuração, onde a extensa deformação plástica é frequentemente observada, a taxa de propagação de uma fratura por fadiga é extremamente rápida. Além disso, nem sempre é possível identificar a origem da fratura até o final da vida útil da broca.
• Fratura. A fratura é responsável por uma grande proporção de acidentes de falha de tubo de perfuração, e o dano é sério. Inclui principalmente fratura por sobrecarga, fragilização por baixa tensão, corrosão sob tensão, fragilização por hidrogênio e fadiga do metal. O tipo mais comum de falha na coluna de perfuração é uma falha por fadiga. A falha por fadiga ocorre quando cargas cíclicas causam tensões repetidas ou flutuantes. Isso pode resultar em rachaduras, separação ou colapso. Embora vários fatores contribuam para a falha de um tubo de perfuração, a principal causa é a fadiga do metal. A fadiga do metal ocorre quando o nível de tensão é anormalmente alto. Um exemplo de falha por fadiga de metal é quando um tubo de perfuração é subtorqueado antes de um furo ser perfurado. Outro fator que contribui para a falha é a reversão da carga de flexão durante uma seção curva do poço. Quando isso acontecer, a distribuição de tensões no tubo será distorcida, resultando na perda de controle do poço.
• Danos na superfície. Incluindo corrosão, desgaste e danos mecânicos.

A fim de melhorar a vida útil do tubo de perfuração, os materiais de usinagem devem ter boas propriedades mecânicas, como torção, impacto e resistência à flexão. Boa tecnologia de processamento e medidas de tratamento de superfície devem ser adotadas para melhorar a qualidade da superfície e eliminar ao máximo a concentração de tensão na superfície. Os materiais do tubo de perfuração são geralmente materiais resistentes ao enxofre, materiais de liga de alumínio, materiais de liga de titânio, aço de ultra-alta resistência e novos materiais compostos de fibra de carbono, etc. Os tubos de perfuração comumente usados ​​são X95, G105, S135, SS2205 e assim por diante. A maioria deles são tubos de aço sem costura com estruturas de liga de carbono médio. Os elementos de liga devem conter Cr, Mo e outros elementos para melhorar a resistência à tração e resistência ao impacto do material, e Mn, Si e outros elementos para melhorar a elasticidade do material (ou seja, o desempenho de flexão). Às vezes também contém traços B, V e outros elementos para melhorar a temperabilidade dos materiais. Comumente, o material usado em tubos de perfuração é temperado e revenido para atingir altas resistências de escoamento.

Além disso, o elemento mais corrosivo encontrado nos tubos de aço é o H2S. Portanto, controlar o pH da lama, usar removedores corrosivos e minimizar a corrosão pode ajudar a evitar falhas na tubulação. Embora o torque ideal seja uma etapa importante para evitar que uma coluna de perfuração quebre, o manuseio inadequado também pode levar ao mesmo problema. O aperto excessivo também pode resultar na formação de sobrepressões, que podem levar ao colapso do tubo. Uma boa maneira de proteger um tubo de perfuração contra falhas é usar procedimentos de manuseio adequados.