Roscas para tubos de perforación geológica

Las roscas de las tuberías de perforación son componentes cruciales que conectan la tubería y la broca, y son responsables de transmitir la potencia y la carga de perforación. La calidad de la rosca determina directamente la eficiencia de la perforación, la fiabilidad de la conexión y la vida útil de todo el conjunto de herramientas.

En aplicaciones como la exploración geológica, la perforación de pozos de agua y la perforación minera, las roscas suelen necesitar operar durante períodos prolongados en entornos de alto torque, alto impacto y alto desgaste. Este artículo detallará la clasificación, el perfil dentado, las dimensiones y las especificaciones API de las roscas de las tuberías de perforación geológica.

Clasificación de las roscas de las tuberías de perforación geológica

Desde la perspectiva de la aplicación industrial, las roscas de las tuberías de perforación geológica se pueden dividir principalmente en dos sistemas:

1. Roscas estándar API (Convencionales, Altamente versátiles)

Siguiendo estándares como API Spec 5DP / API Spec 7-1, estas roscas ofrecen buena intercambiabilidad, son de aplicación global y se utilizan ampliamente en la perforación petrolera, geológica, de pozos de agua y minera.

2. Roscas no API (personalizadas o específicas de la industria)

Se encuentran comúnmente en sistemas de perforación de minería e ingeniería, generalmente hechas a medida según estándares de fábrica o proyectos específicos. Entre sus ventajas se incluye la optimización para condiciones de trabajo específicas, pero su intercambiabilidad es limitada.

Perfiles de dientes de la rosca de la tubería de perforación geológica

Las tuberías de perforación geológica vienen en varios tipos de rosca según el perfil de diente, cada uno adecuado para diferentes necesidades y condiciones de perforación.

1. Roscas triangulares

Las roscas triangulares son un tipo común, con un perfil de diente triangular. Ofrecen buenas propiedades de sellado y autobloqueo, previniendo eficazmente las fugas del fluido de perforación.
Ideales para escenarios con altos requisitos de sellado, como la perforación en entornos geológicos con agua u otros fluidos.

2. Roscas trapezoidales

Las roscas trapezoidales tienen un perfil de diente trapezoidal. Tienen una gran capacidad de carga y pueden transmitir grandes pares y fuerzas axiales.
Ideales para profundidades de perforación que requieren una gran transmisión de potencia, ampliamente utilizadas en la perforación a través de formaciones rocosas duras.

3. Roscas rectangulares

Las roscas rectangulares tienen un perfil dentado rectangular. Ofrecen una alta eficiencia de transmisión y baja fricción entre las roscas.
Ideales para situaciones que requieren taladrado rápido y desmontaje frecuente, pero debido a su bajo rendimiento de autobloqueo, deben utilizarse junto con otros dispositivos de bloqueo.

4. Otros

Además, existen algunos tipos especiales de roscas, como las roscas dentadas, que combinan las ventajas de las roscas trapezoidales y rectangulares, pueden soportar mayores fuerzas axiales unidireccionales y son útiles en condiciones de trabajo específicas.

Tamaños de Rosca para Tuberías de Perforación Geológica

1. Diámetro exterior de la rosca

El diámetro exterior de la rosca, también conocido como "diámetro del diente", es el tamaño estándar para el diámetro máximo de la rosca de la tubería de perforación. Su valor suele ser igual o ligeramente menor que el diámetro de la tubería de perforación.
Los diámetros exteriores de rosca comunes especificados por las normas API incluyen 2-3/8 pulgadas, 2-7/8 pulgadas, 3-1/2 pulgadas, 4 pulgadas, 4-1/2 pulgadas y 5 pulgadas.

2. Paso

El paso es la distancia entre dos dientes adyacentes en la hélice de la rosca y es un parámetro importante que describe el grado de enganche de la rosca.
Los pasos de rosca API comunes incluyen 4, 4.5, 5 y 5.5. Generalmente, un paso mayor resulta en una mayor área de enganche y presión de contacto, así como en un volumen y peso relativamente menores.

4 TPI: Ajuste profundo, alta capacidad de carga
4.5 TPI: Tipo equilibrado
5/5.5 TPI: Montaje y desmontaje más rápidos, menor peso

3. Diámetro nominal

El diámetro nominal, también conocido como "diámetro de dedo", es la distancia entre la línea de pico de la rosca y el eje de la misma, que generalmente corresponde al diámetro del centro de la unidad de rosca.
Los diámetros nominales comunes de rosca API incluyen 2,063 pulgadas, 2,469 pulgadas, 2,875 pulgadas, 3,5 pulgadas y 4 pulgadas.

4. Longitud nominal

La longitud nominal, también conocida como "longitud de la rosca", es un parámetro importante que describe la longitud de la rosca y representa la longitud efectiva del ajuste dentro de la unidad de rosca.
Las longitudes nominales comunes especificadas por las normas API incluyen 2,4 pulgadas, 2,7 pulgadas y 3,1 pulgadas.

Tipos de roscas API para tuberías de perforación geológica

Los tipos de roscas API comunes incluyen STC, LTC, BTC, NC y REG.

Tipos de Rosca	Nombres Completos	Características	Escenarios Aplicables
STC	Acoplamiento de rosca corta	Dientes cortos, carga ligera	Perforación geológica convencional.
LTC	Acoplamiento de rosca larga	Longitud de acoplamiento, alta resistencia	Minería, yacimientos petrolíferos.
BTC	Rosca de contrafuerte	Tipo de borde trasero, capacidad de carga ultraalta	Pozos profundos, alta presión.
REG	Regular	Rosca cónica tradicional	Carga ligera a media.
NC	Conexión numerada	Estándar digital	Perforación de alto rendimiento.

Causas de daños en las roscas de las tuberías de perforación geológica

1. Instalación incorrecta

Forzar el apriete sin una alineación correcta de las roscas o aplicar una fuerza de apriete excesiva durante la conexión de la tubería de perforación puede dañar y deformar el perfil de la rosca, incluso provocando su desgaste.

2. Desgaste

El aumento de la profundidad y la duración de la perforación provoca una fricción frecuente entre las roscas. La presencia de recortes de roca, lodo y otras impurezas acelera el desgaste de las roscas, lo que reduce el rendimiento del sellado y la resistencia de la conexión.

3. Problemas de material

La resistencia insuficiente del material o los defectos en el material de la rosca de la tubería de perforación pueden provocar fácilmente la rotura y el astillado de la rosca bajo un alto torque y presión.

4. Condiciones geológicas adversas

El contacto con capas de roca dura o estructuras geológicas complejas puede someter a las tuberías de perforación a fuertes impactos y vibraciones, lo que causa daños adicionales a las roscas y provoca su falla.

Principios de selección de roscas para tuberías de perforación geológicas

1. Seleccione el tipo de rosca, el diámetro exterior y la longitud adecuados según el entorno operativo.

2. Utilice roscas API estandarizadas siempre que sea posible para facilitar el intercambio y la conexión de roscas.

3. El paso y la longitud de la rosca deben equilibrarse según los requisitos para obtener parámetros óptimos que satisfagan las necesidades operativas.

Preguntas frecuentes

1. ¿Se pueden mezclar roscas API y no API?

Generalmente, no se recomienda mezclarlas.
Los diferentes estándares de rosca presentan diferencias en el ángulo del perfil, la conicidad, el paso y las tolerancias. Mezclarlos puede provocar fácilmente: un ajuste insuficiente, fallos en el sello, desgaste prematuro de la rosca o desgaste.
En obra, siempre se deben usar juntas roscas del mismo estándar y serie.

2. ¿Cuál es el ángulo de las roscas de las tuberías de perforación geológica?

Los diferentes tipos de rosca tienen diferentes ángulos:
Rosca triangular (tipo V): Normalmente 60°
Rosca trapezoidal: Normalmente 30°
Rosca de diente de sierra (BTC): Ángulo asimétrico, un lado está cerca de la superficie de apoyo perpendicular.
El ángulo específico debe basarse en los estándares API o en los planos técnicos del fabricante.

3. ¿Es siempre mejor un paso mayor para las roscas de las tuberías de perforación? 

No necesariamente.

Paso mayor: Montaje y desmontaje más rápidos, peso relativamente menor.
Paso menor: Mayor área de contacto, mayor capacidad de carga.
En pozos profundos y condiciones de alto torque, se suelen preferir las combinaciones de pasos con mayor capacidad de carga a la simple búsqueda de eficiencia en el montaje y desmontaje.

Resumen

En resumen, las roscas de las tuberías de perforación geológica no solo son una estructura de conexión, sino también un componente clave que determina la seguridad y la economía de la perforación. La selección adecuada del tipo, tamaño y estándar de rosca puede mejorar significativamente la eficiencia de la perforación y reducir eficazmente riesgos como la rotura y el desgaste de las tuberías.