Tipos de roscas para tuberías de perforación API

En el complejo mundo de la perforación, cada componente es fundamental para el éxito operativo. De particular importancia son los tipos de roscas API para tuberías de perforación, las piezas clave que garantizan una transmisión de potencia fluida y la circulación de fluidos en el fondo del pozo.

Las roscas API para tuberías de perforación son conexiones fabricadas según las normas del Instituto Americano del Petróleo (API), lo que garantiza intercambiabilidad, capacidad de carga y un buen sellado. Los tipos más comunes incluyen REG, IF, FH, NC, SRSC y DS. La selección debe basarse en la profundidad del pozo, la tasa de circulación, la abrasividad de la formación, la capacidad de torque de la plataforma de perforación y la compatibilidad con los equipos existentes.

¿Qué son las roscas API para tuberías de perforación?

1. Roscas para tuberías de perforación

Las roscas para tuberías de perforación son conexiones mecánicas especializadas mecanizadas en los extremos de los segmentos de tubería de perforación, lo que permite unirlos para formar una sarta de perforación continua. Estas roscas están cuidadosamente diseñadas con perfiles, conicidades y dimensiones específicas para garantizar una conexión segura y de alta resistencia, capaz de transmitir torque rotacional, fuerza descendente y presión del fluido de perforación.

El extremo macho (llamado "pasador") tiene roscas externas, y el extremo hembra (llamado "caja") tiene roscas internas correspondientes. El diseño de estas roscas es fundamental para mantener la integridad de la sarta de perforación bajo las tensiones extremas que se producen durante las operaciones de perforación, evitar costosas fallas y garantizar la eficiencia en la construcción del pozo.

2. Roscas API para tuberías de perforación

Las roscas API para tuberías de perforación se refieren a conexiones roscadas estandarizadas en tuberías de perforación que cumplen con las especificaciones del Instituto Americano del Petróleo (API), específicamente con la especificación API 5DP.

Estas roscas API garantizan compatibilidad, resistencia y un sellado fiable para las tuberías de perforación utilizadas en operaciones exigentes de perforación de petróleo y gas.

Dimensiones de la rosca de la tubería de perforación API

Las dimensiones de la rosca de la tubería de perforación API están altamente estandarizadas y estrictamente definidas por el Instituto Americano del Petróleo (API), basándose principalmente en las especificaciones API 5DP y API 7-2. Estas precisas dimensiones garantizan la intercambiabilidad y un rendimiento consistente entre fabricantes y operaciones de perforación en todo el mundo.

Las especificaciones precisas abarcan múltiples parámetros para cada tipo de rosca, lo que garantiza las conexiones robustas y confiables necesarias para las exigentes condiciones de la perforación de petróleo y gas.

Las principales dimensiones de la rosca de la tubería de perforación definidas por API incluyen:

1. Diámetro Exterior (DE) y Diámetro Interior (DI)

Tamaño nominal de la tubería de perforación, que determina las dimensiones de las uniones y roscas.

2. Roscas por Pulgada (TPI) / Paso

Número de roscas en una pulgada lineal dada, o la distancia entre puntos correspondientes en roscas adyacentes.

3. Conicidad por Pie (TPF)

Velocidad a la que cambia el diámetro de la rosca a lo largo de su longitud. Las roscas API suelen tener una conicidad de 1 1/4 pulgadas, 1 1/2 pulgadas, 2 pulgadas o 3 pulgadas por pie.

4. Forma de la rosca

La forma específica de la rosca, incluyendo el ángulo de flanco (p. ej., 60°), el radio de la raíz, el corte de la cresta y la altura de la rosca.

5. Diámetro primitivo

El diámetro de un cilindro imaginario que pasa a través de las roscas en el punto donde el ancho de la rosca y el ancho primitivo son iguales.

6. Longitud del pasador y longitud de la caja

Las dimensiones axiales de las porciones roscadas de los extremos macho (pasador) y hembra (caja) de una unión roscada.

7. Profundidad de montaje

La distancia que el pasador penetra en el cierre cuando la conexión está completamente apretada.

8. Tamaño del recalcado

El tamaño específico de los recalcados internos, externos o internos/externos en el cuerpo de la tubería cerca de la unión roscada, utilizados para reforzar la tubería y compensar el material eliminado durante el roscado.

Tipos de rosca API para tuberías de perforación

El Instituto Americano del Petróleo (API) ha desarrollado una serie de tipos de rosca estandarizados para tuberías de perforación, fundamentales para garantizar la compatibilidad, la resistencia y la fiabilidad de las conexiones dentro de la sarta de perforación. Estos tipos de rosca están cuidadosamente diseñados para soportar las intensas tensiones y las exigencias operativas que se presentan durante la perforación de petróleo y gas.

Comprender cada tipo de rosca es clave para optimizar el rendimiento de la perforación y evitar costosas fallas. A continuación, se presentan los principales tipos de rosca API para tuberías de perforación:

1. Rosca Regular (REG)

La rosca API Regular (REG) es una conexión clásica y robusta diseñada para aplicaciones generales de perforación, que proporciona un fuerte enclavamiento mecánico entre los extremos macho y hembra de la tubería de perforación.

-Características: Perfil de rosca profundo, roscas cónicas y capacidad de carga por contacto con el hombro.
-Ventajas: Construcción sencilla, alta durabilidad, procesamiento comprobado y amplia versatilidad.
-Desventajas: Diámetro interior relativamente pequeño, lo que resulta en una mayor resistencia a los fluidos. Aplicaciones: Perforación convencional, conexiones estándar de sartas de perforación, conexión de brocas y componentes de fondo de pozo, y aplicaciones que requieren alta resistencia mecánica.

2. Rosca de Flujo Interno (IF)
El diseño de la rosca API de flujo interno (IF) se centra principalmente en optimizar la eficiencia hidráulica. Está diseñada para crear un orificio interno liso y continuo a lo largo de todo el conector, minimizando la turbulencia y la caída de presión a medida que el fluido de perforación fluye a través de la sarta de perforación.

-Características: Forma aerodinámica, gran diámetro interno; diseño con engrosamiento externo, orificio interno liso.
-Ventajas: Excelente eficiencia hidráulica; minimización de la turbulencia y la caída de presión; mejor remoción de recortes.
-Desventajas: Posible aumento del diámetro exterior del conector, costo y desgaste.
-Aplicaciones: Perforación de alta circulación, limpieza eficiente del pozo y adecuada para diversas operaciones de perforación.

3. Rosca de Pozo Completo (FH)

La rosca API de pozo completo (FH) es otro tipo de conexión diseñada para maximizar el flujo interno del fluido. Similar a la rosca IF, suele tener un mayor diámetro interno. Se utiliza generalmente para tuberías de perforación de mayor diámetro y suele elegirse cuando es prioritario lograr la máxima eficiencia de flujo a través de la sarta de perforación.

-Características: Mayor diámetro interior; diseño de recalcado externo para maximizar el flujo de fluido.
-Ventajas: Excelente rendimiento hidráulico; mínima pérdida de presión; máximo flujo de fluido.
-Desventajas: La resistencia de la unión puede requerir compensación mediante el material y el diseño del recalcado.

-Aplicaciones: Perforación de gran diámetro, operaciones de alta tasa de bombeo, maximización de la eficiencia de flujo.

4. Conexión Numerada (NC)

La serie de Conexión Numerada API (NC) se introdujo para estandarizar y reemplazar muchos diseños de rosca API antiguos, incluyendo algunas conexiones IF y FH.

La designación "NC" va seguida de un número que representa el diámetro de paso aproximado de la rosca (en pulgadas y décimas de pulgada), lo que proporciona una convención de nomenclatura clara y consistente.

-Características: Serie estandarizada (p. ej., NC26, NC31, NC38, NC46, NC50); reemplaza las designaciones API anteriores.
-Ventajas: Alta intercambiabilidad; rendimiento estable; dimensiones estandarizadas; alta resistencia a la torsión y a la tracción.
-Aplicaciones: Aplicable en una amplia gama de profundidades de perforación y formaciones, de conformidad con los estándares de la industria.

5. Conexión de Hombro Rotatorio Estándar (SRSC)

Las conexiones de hombro rotatorio estándar (SRSC) son una categoría amplia que abarca diversas conexiones de hombro rotatorio cónico utilizadas en la industria de la perforación, incluyendo roscas API como REG, IF, FH y NC. Estas conexiones se basan en el contacto estrecho de hombros mecanizados con precisión para proporcionar un sellado primario y transferir cargas de compresión.

-Características: Amplia variedad, incluyendo REG, IF, FH y NC; dependen del armado del hombro para el sellado primario y la transferencia de carga.
-Ventajas: Armado y desarmado rápidos; confiables en condiciones de alto torque/tensión; cruciales para la integridad de la sarta de perforación.
-Aplicaciones: Ampliamente utilizadas en toda la sarta de perforación en la perforación convencional.

6. Conexión de Hombro Doble (DS)

Las conexiones roscadas de Hombro Doble (DS) son diseños avanzados de rosca patentados o especializados que ofrecen un rendimiento mejorado en comparación con las conexiones roscadas API estándar al agregar un hombro auxiliar.

-Características: Cuentan con un hombro de perforación auxiliar que se conecta después de que se engrana la broca principal.
- Beneficios: Mayor resistencia a la torsión; mayor resistencia al rebote; excelente resistencia a la fatiga.
- Aplicaciones: Adecuado para perforación de alcance extendido, pozos horizontales, perforación en roca dura y entornos hostiles.

Comparación de roscas de tubos de perforación API

Tipo de rosca	Ventaja del diámetro interior	Par/Tensión	Eficiencia hidráulica
REG	Media	Alta	Media
IF	Grande	Media	Alta
FH	Máxima	Dependiente del diseño	Máxima
NC	Media-Variable	Alta	Media
SRSC	Dependiente del hombro	Alta	Media
DS	Media	Muy alta	Media

¿Cómo elegir el tipo de rosca API adecuado para tuberías de perforación?

Elegir el tipo de rosca API adecuado para tuberías de perforación es crucial, ya que influye directamente en la eficiencia de la perforación, la seguridad y el costo total del proyecto. El proceso de selección requiere una evaluación cuidadosa de diversos factores relacionados con el entorno de perforación específico y los requisitos operativos. Las discrepancias en las roscas pueden provocar desgaste prematuro, fallas en las conexiones y costosos tiempos de inactividad.

Los siguientes son factores clave a considerar al seleccionar el tipo de rosca API adecuado para tuberías de perforación:

1. Profundidad y diseño del pozo

Los pozos más profundos y los diseños más complejos (por ejemplo, pozos horizontales y pozos de alcance extendido) imponen mayores tensiones de tracción y torsión a la sarta de perforación, lo que requiere conexiones más resistentes, como las roscas API NC o de doble hombro.

2. Propiedades del fluido de perforación y tasas de circulación

Las operaciones que requieren altos caudales para la remoción eficiente de recortes o características específicas del fluido (p. ej., lodo pesado) se benefician de conexiones con diámetros internos más grandes, como las roscas API de flujo interno (IF) o de paso completo (FH), para minimizar la pérdida de presión.

3. Tipo de formación y abrasividad

La perforación en formaciones duras y abrasivas acelera el desgaste de las roscas. En estas situaciones, se prefieren uniones robustas con excelente resistencia al desgaste o uniones diseñadas para una mayor resistencia a la fatiga (p. ej., ciertas uniones especiales o uniones de tubería de perforación con banda dura).

4. Capacidad del equipo y requisitos de torque

La capacidad máxima de torque del equipo y el torque esperado para penetrar la formación influirán en la resistencia requerida de la rosca. Las conexiones como las CNC y las de doble hombro están diseñadas para una mayor transmisión de torque.

5. Compatibilidad con Equipos Existentes

Asegurarse de que el tipo de rosca seleccionado sea compatible con los portamechas, brocas y otros componentes de fondo de pozo existentes es crucial para evitar modificaciones costosas o problemas de inventario.

6. Costo y rendimiento

Si bien las conexiones premium o de doble hombro ofrecen un rendimiento superior en condiciones adversas, tienen un costo mayor. Un análisis costo-beneficio adaptado a los requisitos del proyecto es crucial.

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre roscas API y No API?

Las roscas API se fabrican según los estándares API y tienen requisitos de intercambiabilidad e inspección.
Las roscas No API pueden ser propietarias o personalizadas para aplicaciones específicas, con diferentes estándares de intercambiabilidad e inspección.

2. ¿Cuál es mejor, roscas IF o FH?

No existe una "mejor", solo un "mejor ajuste".
La rosca IF ofrece un mayor diámetro interior y un diseño equilibrado, mientras que la rosca FH ofrece el mayor diámetro interior.
Elabore su balance en función de los requisitos hidráulicos y la resistencia.