Las operaciones de perforación petroleras dependen de varios equipos para extraer los recursos valiosos de la superficie de la tierra. Entre estos componentes cruciales se encuentra la tubería de perforación, la cual es la columna de la sarta de perforación.
Construida en materiales duraderos como acero sin costura, estas tuberías son diseñadas para soportar los rigores de las operaciones de perforación en ambientes hostiles. Las uniones conectan las secciones individuales de la tubería, proporcionando estabilidad y permitiendo una transmisión eficiente de torque y fluido de perforación en el fondo del pozo.
Una tubería de perforación está hecha de acero de alta resistencia y baja aleación (HSLA, por sus siglas en inglés, (high-strength, low alloy), lo cual es perfecto debido a su dureza, peso, y resistencia a los ambientes hostiles.
El grado específico de acero a usar es determinado de acuerdo a su aplicación. El grado de acero utilizado en los pozos profundos es de mayor resistencia y tiene una naturaleza persistente que resiste la deformación con el tiempo. Sin embargo, en los pozos utilizados en ubicaciones remotas donde el peso puede ser un problema, se utiliza acero de calidad ligera que se puede transportar fácilmente.
En la mayoría de los casos, los extremos roscados de la tubería, también llamado uniones, están hechas del mismo material o un grado más fuerte de acero HSLA. Esto resulta en una unión fuerte pero segura de toda la sarta de perforación (lo cual es la columna larga y hueca que proporciona el camino a través del cual se envía la broca al pozo).
Puede estar recubierto con un tipo específico de revestimiento o con neopreno dependiendo del tipo de operaciones o ambiente. Estos revestimientos le otorgan una protección adicional a los clientes ante las condiciones hostiles, en particular dentro o alrededor del pozo, como resultado del gas de sulfuro de hidrógeno que tiende a degradar el acero o incluso erosionarlo lentamente.
Aquí también es importante que, en la fabricación de tuberías de perforación, se usen los grados correctos de acero HSLA que tengan la resistencia adecuada, ya que brinda protección contra las condiciones corrosivas del agua salada que se encuentran al perforar bajo tierra en niveles considerablemente profundos.
¿Cuáles son los tipos de grados de materiales utilizados en la fabricación de tuberías de perforación?
Hay diferentes tamaños de tubería de perforación. Estas tuberías son fabricadas en acero de alta resistencia y baja aleación (HSLA), esencialmente teniendo un rango de distintos grados disponibles que se adaptan a las variadas condiciones de los programas de perforación. Algunas son diseñadas para proporcionar resistencia en aplicaciones de pozo profundo mientras que otras son diseñadas peso ligero para facilitar el transporte y manipulación a áreas remotas.
Se fabrican resistentes y de paredes gruesas, lo que usualmente determina la capacidad del material para no llegar a un estado de deformación permanente. Considerando los factores se decide cuál es el grado más óptimo para cada caso. En general, las operaciones de perforación están diseñadas de forma que se tenga conocimiento de la variación en el lugar, lo que permite implementar mejoras efectivas en eficiencia y costos.
El portamechas, hecho de acero de alta resistencia, agrega peso a la sarta de perforación, lo que ayuda a la penetración de la broca en la tierra. La carcasa de petróleo, otro componente esencial, reviste el pozo, proporcionando soporte estructural y evitando colapsos.
Se emplean varios tipos de tubos de acero, incluyendo acero inoxidable y acero al carbono, a lo largo del proceso de perforación, cada uno adaptado a requisitos específicos como resistencia a la tracción y espesor de pared. Las tuberías de acero revestidas, como el acero galvanizado, protegen contra la corrosión, extendiendo la vida útil del equipo.
Adicionalmente, las operaciones de perforación utilizan diversos accesorios, desde barras de perforación hasta accesorios de tubería para conexiones, que optimizan la eficiencia y la seguridad. Desde el equipo de perforación hasta el pozo, cada componente juega un papel crucial en la extracción de recursos valiosos de las profundidades de la superficie terrestre.
Con estándares establecidos por organizaciones como el American Petroleum Institute (API), la industria de tuberías y accesorios para la industria petrolera (OCTG) garantiza la confiabilidad y el rendimiento del equipo utilizado en las perforaciones de petróleo.
¿Cuál es el proceso de fabricación de las tuberías de perforación?
El proceso de fabricación de las tuberías es el siguiente:
- Fundición y refinación: Las materias primeras se calientan en un horno hasta alcanzar temperaturas de fusión. El acero, después de fundirse, se encuentra en forma líquida, por lo cual es importante continuar calentándolo para eliminar las impurezas. Esto se hace mediante la refinación.
- Definición de dimensiones: El acero fundido fluye continuamente en forma de una larga losa, y luego se finaliza el cuerpo de la tubería con las dimensiones especificadas en términos de espesor y el ancho durante el laminado en caliente.
- Tratamiento de calor: El acero, después del laminado, es sometido a procesos de tratamiento térmico, entre ellos el temple y el revenido, que dan forma a la estructura interna. Este acero muestra mayor resistencia, fuerza, y soldabilidad.
- Inspección final: El acero terminado se inspecciona cuidadosamente para determinar con precisión las dimensiones, la calidad de la superficie, y las propiedades mecánicas.
¿Cómo afecta la corrosión a la tubería de perforación?
La tubería de perforación está constantemente amenazada por la corrosión debido a los gases ácidos, como el sulfuro de hidrógeno, el cual suele deteriorar el material de la tubería en las condiciones hostiles del pozo, finalmente causando fallas en la tubería.
El grado del acero puede ser diseñado para que sea más resistente a la corrosión. Capas de níquel-cromo u otros revestimientos se pueden agregar en la superficie de la tubería para que puedan actuar como otra barrera contra los ataques corrosivos. Con una amplia variedad de opciones de grados de materiales y combinaciones de revestimientos, los fabricantes de tuberías de perforación pueden seleccionar la mejor para garantizar rendimiento a largo plazo y seguridad apesar de las condiciones del pozo.
¿Cuáles pudieran ser los desarrollos y tecnologías futuras para las tuberías de perforación?
Se puede esperar todo en la búsqueda de medios de perforación aún más robustos en el futuro. Por ahora, es posible que existan avances en los materiales de la tubería, inclusive materiales compuestos que combinen la resistencia con la ligereza de alguna otra propiedad.
Por otro lado, se pueden realizar investigaciones para mejorar las propiedades del acero en sí y fabricar aleaciones austeníticas más fuertes, especialmente diseñadas para perforaciones más profundas, y que sean más resistentes a la corrosión. Se harán revoluciones en las prácticas de perforación, generando recursos que ni siquiera fueran posibles un año antes. En otras palabras, se traspasará los límites de lo que se pensaba imposible debajo de la superficie de la tierra.
Conclusión
Las tuberías de perforación son fabricadas de acero de alta resistencia y baja aleación, y el grado es arbitrariamente seleccionado anticipando las necesidades del trabajo. Por lo tanto, pozos poco profundos o aquellos que se encuentren en zonas remotas, necesitan grados más ligeros para minimizar la fuerza de tensión. Otras tuberías tienen una capa extra de protección contra la corrosión mediante los revestimientos de aleaciones níquel-cromo.
Todo suma para que la tubería de perforación sea resistente para soportar presiones intensas, además de las condiciones ambientales que la tubería puede estar diseñada para experimentar.
Se puede impulsar el futuro de los materiales para tuberías de perforación, centrándonos en los materiales compuestos fuertes y avanzados o en un acero nuevo evolucionado: un equilibrio perfecto de aleaciones suficientemente fuertes y resistentes para seguir traspasando los límites de lo que es posible en la perforación.