Grados de acero API 5CT para uniones de revestimiento de petróleo

Las uniones de tubería de revestimiento son conectores indispensables en la terminación de pozos de petróleo y gas, y se utilizan principalmente para conexiones complementarias entre la tubería de revestimiento de fondo de pozo o entre esta y las herramientas. Su rendimiento afecta directamente la integridad del pozo y la seguridad operativa. Según la norma API 5CT, los materiales más utilizados para las uniones de tubería de revestimiento son J55, K55, N80, L80, C90, T95, P110 y otros grados de acero.

Descripción general de los grados de acero para uniones de tubería de revestimiento API 5CT

Grado de acero	Límite elástico mínimo (Flujo, MPa)	Resistencia mínima a la tracción (Tracción, MPa)	Dureza típica (HB)	Principales enlaces de aplicación
J55	379	421–552	≤ 250	Tubería de revestimiento para minería integral, sección de pozo temporal
K55	379	448–621	≤ 250	Sección de pozo de carga ligera, circulación de lodos
N80	552	621–793	≤ 285	Sección de pozo de presión media
L80	552	621–793	≤ 285	Sección de pozo para ambiente corrosivo
C90	620	690–862	≤ 315	Sección de pozo de alta temperatura y alta presión
T95	655	724–896	≤ 315	Pozo profundo de alta carga
P110	758	827–965	≤ 340	Pozos ultraprofundos, secciones de pozo de alta presión

Nota: Los valores anteriores se basan en los requisitos típicos de API 5CT y existen ligeras diferencias entre los distintos fabricantes o versiones estándar.

Material	Rendimiento antiazufre	Anticorrosión por CO₂	Costo típico (USD/tonelada)
J55	Deficiente	Deficiente	800~1000
K55	Medio	Deficiente	850~1100
N80	Medio	Medio	1200~1500
L80	Excelente	Excelente (13Cr)	1800~2500
C90	Bueno	Medio	2200~2800
T95	Excelente	Medio	3000~3500
P110	Deficiente	Deficiente	3200~4000

Nota: La clasificación del rendimiento antiazufre se basa en la norma NACE TM0177 (prueba de solución saturada de H₂S).

Características detalladas de cada material
1. J55, K55 - Acero al carbono de gama básica
Composición química: Contenido de C: 0,27-0,33 %, Mn: 0,30-0,60 %, P y S: ambos inferiores al 0,035 %.
Propiedades mecánicas: Límite elástico: 379 MPa, resistencia a la tracción: 420-600 MPa y tenacidad al impacto: media.
Características y aplicaciones: Precio económico, fácil procesamiento, se utiliza principalmente para pozos poco profundos o tuberías de revestimiento temporales; no es adecuado para entornos de alta presión y alta corrosión. La tubería de revestimiento de corte corto de este material satisface las necesidades básicas y se puede combinar con tuberías sin costura comunes para pozos de baja presión y otras tuberías para lograr conexiones parciales en las tuberías de fondo de pozo.

2. N80 - Acero reforzado de aleación intermedia
Composición química: C 0,33-0,39 %, Mn 0,60-1,20 %, trazas de Cr y Mo mejoran la resistencia y la tenacidad.
Propiedades mecánicas: Límite elástico de 552 MPa, resistencia a la tracción de 620-780 MPa y dureza controlable.
Características y aplicaciones: Equilibrio entre resistencia y tenacidad, comúnmente utilizado en pozos de profundidad media; presenta cierta resistencia a la corrosión por CO₂ o H₂S. En pozos de presión media, las uniones de tubería de revestimiento N80 pueden formar un sistema completo de tubería de fondo de pozo con tubería de acero al carbono convencional.

3. L80 — Acero de aleación resistente a la corrosión
Composición química: Añadir 1,5-2,5 % de Cr o añadir Mo al N80.
Propiedades mecánicas: Similar al N80, pero superior en resistencia a la corrosión a alta temperatura.
Características y aplicaciones: Especialmente utilizado en formaciones corrosivas que contienen H₂S y CO₂; alto factor de seguridad para yacimientos petrolíferos.

4. C90, T95 — Acero aleado de alta resistencia
Composición química: El C90 contiene aproximadamente 0,40-0,45 % de Cr/Mo, aproximadamente 1-2 % de aleación; el T95 optimiza el tratamiento térmico basándose en esto.
Propiedades mecánicas: El límite elástico del C90 es de 620 MPa, el del T95 es de 655 MPa; ambos presentan buena plasticidad y tenacidad.
Características y aplicaciones: Adecuado para pozos de alta temperatura y alta presión, buena resistencia a la fluencia; el espesor de la pared de la unión puede reducirse para reducir el peso. Existen requisitos similares en la fabricación de tubos de precisión.

5. P110 — Acero de ultraalta resistencia
Composición química: C 0,40-0,50 %, Mn 0,60-1,20 %, microaleado con Cr, Mo y V.
Propiedades mecánicas: Límite elástico ~758 MPa, resistencia a la tracción ~830-960 MPa, dureza que puede alcanzar aproximadamente HB 330.
Características y aplicaciones: Se utiliza en pozos ultraprofundos o entornos de alta presión extrema; es difícil de procesar y presenta un coste elevado.

Recomendaciones de selección
1. Profundidad y presión del pozo
Pozos someros (<3000 m): J55/K55
Pozos de profundidad media (3000-5000 m): N80/L80
Pozos ultraprofundos (>5000 m): C90/T95/P110

2. Entorno corrosivo
Contenido de H₂S > 50 ppm: uso obligatorio de L80/T95
Presión parcial de CO₂ > 0,2 MPa: se requiere acero inoxidable 13Cr o dúplex

3. Rentabilidad
Pozos de desarrollo convencionales: se prefiere N80
Yacimientos de gas con alto contenido de azufre: L80-13Cr duplica el costo, pero puede reducir el número de reparaciones del pozo

4. Condiciones especiales de trabajo
Deslizamiento de la capa de roca salina: seleccionar T95 (presión antiextrusión externa ≥ 80 MPa)
Gas de esquisto Fracturación: P110 con diseño de pared gruesa (como TP140V, los grados de acero más altos se han reemplazado gradualmente)

Resumen
La seguridad y la fiabilidad de las uniones de las tuberías de revestimiento de petróleo son inseparables del conocimiento preciso de las propiedades del material. Desde J55 hasta P110, cuanto mayor sea el grado de acero, menor será el espesor de pared y mayor será el límite elástico y la resistencia a la tracción, pero el coste y la dificultad de procesamiento también aumentan. En aplicaciones prácticas, se debe solicitar a los proveedores de bridas y proveedores de válvulas que proporcionen los materiales de conexión adecuados según los requisitos del sistema para garantizar la operación segura de todo el sistema de petróleo y gas.

Leer más: ¿Cuál es la longitud mínima de las uniones de tubos soldados?