Tabla y cálculo del peso de la tubería de perforación

En la ingeniería de perforación de petróleo, gas y geología, el peso de la tubería de perforación es uno de los parámetros fundamentales en el diseño de perforación, la selección de equipos y los cálculos de control de pozos. Determinar con precisión el peso de la tubería de perforación es crucial no solo para la capacidad de carga del gancho de la plataforma y la verificación de la resistencia de la sarta de perforación, sino también para la eficiencia de la perforación y la seguridad operativa.

Este artículo analizará sistemáticamente el peso de la tubería de perforación desde múltiples dimensiones, incluyendo relaciones de especificaciones, métodos de cálculo de peso, tablas de peso y factores influyentes.

Peso y especificaciones de las tuberías de perforación

El peso de las tuberías de perforación está estrechamente relacionado con sus especificaciones. El peso de las tuberías de perforación se determina principalmente por los siguientes parámetros geométricos:
Diámetro exterior (DE)
Espesor de pared (PE)
Longitud de la tubería (rango)
Densidad del acero (generalmente acero al carbono o acero de baja aleación)
Peso de la junta de la tubería

Según las normas del Instituto Americano del Petróleo (API), el diámetro común de las tuberías de perforación oscila entre 60,3 y 139,7 mm, y la longitud varía principalmente entre 8 y 10 metros. Dentro de estos rangos de especificaciones, el peso de una tubería de perforación generalmente oscila entre 74,56 y 335,7 kg. Sin embargo, en la práctica, pueden encontrarse tuberías de perforación con especificaciones no estándar, y sus pesos variarán.

Cómo medir el peso de las tuberías de perforación

1. Obtenga el diámetro exterior (DE) de la tubería de perforación

El diámetro exterior (DE) es la dimensión externa del cuerpo de la tubería de perforación, que afecta directamente su área de sección transversal. Esta dimensión básica suele estar impresa en la tubería de perforación o en la hoja de especificaciones.

2. Determine el espesor de la pared

Esta medida puede obtenerse de las especificaciones del fabricante o medirse con un medidor de espesores ultrasónico especializado. Un espesor de pared más grueso implica más material, lo que resulta en una tubería de perforación más pesada y una mayor integridad estructural.

3. Determine el grado de acero y la densidad

El grado de acero de la tubería de perforación (p. ej., E-75, X-95, G-105, S-135) especifica las características de resistencia del material, pero la densidad es crucial para el cálculo del peso.
Consulte las especificaciones del fabricante o las normas de la industria (p. ej., API 5DP) para obtener valores de densidad precisos. Al combinar los tamaños de tubería de perforación, se puede calcular con precisión el peso por pie o metro de tubería de perforación, lo que constituye la base para calcular el peso total de la sarta de perforación.

4. Considere el peso y la longitud de las juntas

Las juntas son las conexiones roscadas en ambos extremos de la tubería de perforación y suelen ser más pesadas y gruesas que el cuerpo de la tubería.

Es importante considerar las dimensiones de las juntas (diámetro exterior, diámetro interior y longitud), ya que afectan significativamente el peso total de cada junta de la tubería.

La longitud total de los extremos del pasador y del manguito afecta la distribución efectiva del peso. Los fabricantes suelen proporcionar un "peso nominal por pie", que ya incluye el peso promedio de las juntas de la tubería.

5. Calcule el peso nominal por pie

El peso nominal por pie suele ser un peso promedio proporcionado por el fabricante, lo que simplifica el cálculo de toda la sarta de perforación.
Este valor se obtiene dividiendo el peso del cuerpo de la tubería y las juntas de la tubería, que son más pesadas, entre el peso de una junta de tubería de longitud estándar.

Fórmulas para el cálculo del peso de la tubería de perforación

1. Fórmula para el cálculo del peso por pie (lb/ft)

La fórmula es: Peso por pie = 10,69 * (DE – Espesor de la pared) * Espesor de la pared

Unidades de DE, Peso: Pulgadas
Resultado: Libras por pie (lb/ft)

2. Fórmula de conversión métrica

kg/m = lb/ft × 1,488

Tabla de peso de la tubería de perforación

Peso nominal por pie: Este es el peso estándar utilizado para el cálculo, generalmente proporcionado por el fabricante. Es el peso promedio considerando el peso del cuerpo de la tubería y sus accesorios.
Diámetro exterior (DE): El diámetro de la parte exterior de la tubería. Un diámetro exterior mayor generalmente corresponde a una tubería más pesada.
Espesor de pared/Peso por pie: Para el mismo diámetro exterior, diferentes espesores de pared resultarán en diferentes pesos por pie y diferentes grados de resistencia.
Grado de acero: Los grados de acero de alta resistencia (por ejemplo, S-135) afectarán la relación resistencia-peso máxima, aunque las diferencias de densidad entre los grados comúnmente utilizados son pequeñas.

Peso común de la tubería de perforación en kg

Diámetro exterior nominal (pulgadas)	Peso típico (kg/m)
2 3/8	7.22 – 9.89
2 7/8	9.52 – 15.48
3 1/2	14.14 – 23.07
4	17.63 – 24.71
4 1/2	20.46 – 29.76
5	24.11 – 37.23
5 1/2	29.02 – 41.37
5 7/8	33.04 – 48.06

Peso de las tuberías de perforación en materiales especiales

Algunas tuberías de perforación están fabricadas con materiales especiales, como las de aleación de aluminio de alta resistencia y las de fibra de carbono. Estos materiales especiales son más ligeros, tienen mayor resistencia y resistencia a la corrosión, y se utilizan ampliamente en campos de alta complejidad, como la perforación en aguas profundas y la exploración petrolera.

El peso por metro de estas tuberías de perforación de materiales especiales suele ser menor que el de las tuberías de acero convencionales del mismo tipo.

1. Tubería de perforación de acero al carbono/acero aleado

Densidad aproximada de 7,85 g/cm³, peso estándar, utilizada en pozos convencionales de petróleo y gas.

2. Tubería de perforación de acero aleado de alta resistencia

Densidad aproximada de 7,80 g/cm³, peso similar, pero mayor resistencia, utilizada en pozos profundos y ultraprofundos.

3. Tubería de perforación de aleación de aluminio

Densidad aproximada de 2,8 g/cm³, peso reducido en más del 40%, utilizada en pozos direccionales y de extensión.

4. Tubería de perforación de material compuesto

Personalizable, extremadamente ligera, utilizada en proyectos especializados de alta gama.

Peso de la tubería de perforación en diámetros comunes

1. Peso por metro de tubería de perforación de 26 mm de diámetro

Para una tubería de perforación de 26 mm de diámetro, el peso por metro varía según el material y el proceso de fabricación. Por ejemplo, una tubería de perforación de acero de alta resistencia de cierta marca pesa aproximadamente 2,3 kg por metro.

2. Peso por metro de una tubería de perforación de 42 mm de diámetro

De igual manera, el peso por metro de una tubería de perforación de 42 mm de diámetro también se ve afectado por el material y el proceso de fabricación. Por ejemplo, una tubería de perforación de acero aleado de alta calidad de otra marca pesa aproximadamente 6,8 kg por metro.

Factores que afectan el peso de la tubería de perforación

Además de la longitud y el diámetro, el peso de una tubería de perforación también se ve afectado por los siguientes factores:

1. Densidad del material

Las diferencias en la densidad de los distintos materiales de la tubería de perforación provocarán variaciones en el peso.

2. Diseño del espesor de pared

Las tuberías de perforación con paredes más gruesas son más pesadas, pero también más resistentes. En el sistema API 5DP, diferentes espesores de pared suelen corresponder a diferentes clases de peso.

3. Tipo de conector

Las diferentes estructuras de los conectores resultan en diferencias significativas de peso. Las uniones roscadas engrosadas en ambos extremos de la tubería de perforación, y su peso suele representar entre el 15 % y el 25 % del peso total de la tubería.

4. Recubrimientos y roscas

Los recubrimientos adicionales o las roscas de la tubería de perforación también pueden causar ligeras variaciones de peso. Si bien el aumento de peso por tubería es limitado, el cambio de peso acumulado es significativo cuando se utilizan cientos de tuberías de perforación en una sarta de perforación.

Preguntas Frecuentes

1. ¿El peso de la tubería de perforación incluye la unión roscada?

En las normas de ingeniería y API 5DP, se suele utilizar el "peso nominal", que es el peso de la tubería de perforación más el peso promedio de la unión roscada.

2. ¿Por qué las tuberías de perforación con el mismo diámetro exterior tienen pesos diferentes? Esto se debe a las diferentes clases de peso.

Con el mismo diámetro exterior (DE), las tuberías de perforación pueden configurarse con diferentes clases de peso variando el espesor de pared (PE), lo que corresponde a diferentes pesos por unidad de longitud y capacidades de carga.

3. ¿Cómo se debe describir correctamente la información de peso al comprar tuberías de perforación?

Una descripción completa y estandarizada debe incluir: Diámetro exterior × Clase de peso × Grado de acero × Clase de longitud × Norma aplicable
Por ejemplo:
5" × 25.6 lb/ft × G105 × R2 × API 5DP

Resumen

En resumen, el peso de la tubería de perforación no es solo un parámetro, sino la base de todo el diseño del sistema de perforación. La precisión de los datos de peso ayuda a mejorar la seguridad de la perforación, optimizar la selección de la plataforma, reducir el riesgo de accidentes en el fondo del pozo y aumentar la confianza de los clientes internacionales en la experiencia del proveedor.