Rendimiento torsional de la tubería de perforación

En las operaciones de perforación de petróleo y gas, el rendimiento torsional de la tubería de perforación afecta directamente la seguridad de la sarta de perforación y la eficiencia del fondo del pozo. El rendimiento torsional de la tubería de perforación es un indicador de referencia crucial para el diseño de ingeniería y la selección de yacimientos. Este artículo interpretará sistemáticamente la definición estándar, los métodos de cálculo, los factores influyentes y las aplicaciones del rendimiento torsional de la tubería de perforación.

¿Qué es el rendimiento torsional de la tubería de perforación?

El rendimiento torsional de la tubería de perforación se define generalmente como la relación entre el momento flector máximo y la fuerza de tracción axial que la tubería de perforación puede soportar dentro de un determinado rango de ángulo de rotación.

El rendimiento torsional de la tubería de perforación refleja su capacidad torsional. En otras palabras, cuando se produce un cierto ángulo torsional en la sarta de perforación durante las operaciones de perforación, la relación entre el momento flector máximo que la tubería de perforación puede soportar y la fuerza de tracción axial que experimenta se denomina índice de rendimiento torsional de la tubería de perforación.

En las operaciones de perforación, el rendimiento torsional de la tubería de perforación no solo afecta la capacidad de carga de la sarta de perforación, sino que también impacta la seguridad y la eficiencia de toda la operación.

Cálculo de los parámetros de rendimiento torsional de la tubería de perforación

Generalmente, el cálculo del rendimiento torsional de la tubería de perforación requiere considerar múltiples factores. En general, las propiedades torsionales de la tubería de perforación se ven afectadas por los siguientes factores:

1. Material y tamaños de la tubería de perforación

Las tuberías de perforación de diferentes materiales y tamaños tienen diferentes propiedades torsionales.

2. Estructura y movimiento de la sarta de perforación

Incluyendo la velocidad de perforación, la dirección y la profundidad del pozo.

3. Tipo y rendimiento de la broca

Los diferentes tipos y rendimientos de las brocas también tienen diferentes efectos en el coeficiente torsional de la tubería de perforación.

La tubería de perforación es un eje circular hueco, y su relación torsional es:

θ=G⋅J/T⋅L

Donde:
θ es el ángulo torsional, en rad
T es el torque, en N·m
L es la longitud, en m
G es el módulo de corte (aproximadamente 79 GPa para acero), en Pa
J es el momento polar de inercia. En los cálculos reales, generalmente se utilizan software de simulación numérica o métodos de cálculo numérico para estimar las propiedades torsionales de la tubería de perforación.

Ángulo de torsión por unidad de longitud de la tubería de perforación

Diámetro exterior de la tubería de perforación (pulgadas)	Ángulo de torsión por unidad de longitud (vueltas/metro) API
	Grado D	Grado E	G105	S135
2 7/8	0.007	0.0095	0.0134	0.017
3 1/2	0.006	0.0078	0.0110	0.014
5	0.004	0.0055	0.0077	0.009
5 1/2	0.0036	0.005	0.0070	0.009

Tabla de torque para uniones de tubería de perforación

Tubería de perforación				Unión nueva			Unión primaria		Unión secundaria
Tamaño nominal	Peso nominal kg/m	Acero engrosado		Diámetro exterior mm	Diámetro interior mm	Torque KN m	Diámetro exterior mínimo de la unión mm	Par de apriete mínimo KN m	Diámetro exterior mínimo de la unión mm	Par de apriete mínimo KN m
2 7/8	15.49	Thickened out	G	104.8	50.8	8.9	100	8.3	98.0	7.2
			S	111	41.3	11.8	103	10.4	101.5	9.3
3 1/2	19.81		E	120.7	68.3	12.3	114.0	9.9	112.5	8.5
			X	127	65.1	13.8	116.5	12.0	115.0	10.6
			G	127	61.9	15.1	118.0	13.4	116.5	12.0
			S	127	54.0	18.0	122.0	17.1	119.5	14.9
5	29.05	Engrosado por dentro y por fuera	E	161.9	95.3	25.5	149.0	21.4	147.5	19.1
			X	161.9	88.9	30.3	153.0	27.0	150.5	23.7
			G	161.9	88.9	30.3	153.0	27.0	150.5	23.7
			S	168.3	69.9	43.0	160.0	38.5	157.0	33.4
5 1/2	32.62		E	177.8	101.6	37.9	164.0	26.0	162.5	23.2
			X	177.8	95.3	42.7	169.0	34.6	165.5	28.9
			G	184.2	88.9	49.2	170.5	37.5	166.7	31.7
			S	190.5	76.2	59.1	176.0	48.1	173.0	42.0

Factores que afectan el rendimiento torsional de la tubería de perforación

Además de los factores calculados anteriormente, el rendimiento torsional de la tubería de perforación también se ve afectado por los siguientes factores:

1. Fricción de la broca

La fricción entre la broca y el pozo consume parte de la fuerza torsional generada durante la torsión de la tubería de perforación, lo que afecta su rendimiento torsional.

2. Longitud y peso de la sarta de perforación

Aumentar la longitud y el peso de la sarta de perforación reducirá su rendimiento torsional; por lo tanto, estos factores deben considerarse al seleccionar la sarta de perforación.

3. Condiciones operativas de perforación

Diferentes condiciones operativas de perforación, como la velocidad de rotación de la sarta de perforación y el fluido de perforación en el pozo, afectarán el rendimiento torsional de la tubería de perforación.

Aplicaciones de las propiedades de torsión de la tubería de perforación

Las propiedades de torsión de la tubería de perforación tienen amplias aplicaciones en la perforación, como:

Ayudar a determinar la capacidad de carga de la tubería de perforación, asegurando que no esté sometida a una fuerza y torsión excesivas durante la perforación, previniendo así roturas, torsiones y otros problemas;
Controlar eficazmente la magnitud y el ángulo de torsión de la tubería de perforación, garantizando la seguridad y la eficiencia de la perforación;
Para problemas operativos como el atasco de la sarta de perforación, ajustar el par de rotación y las propiedades de torsión de la tubería de perforación puede resolver el problema in situ.