¿Qué es una tubería de perforación petrolífera?

La tubería de perforación es un componente clave e indispensable en la ingeniería de perforación de petróleo y gas. Se trata de una tubería hueca de acero que conecta el equipo de superficie de la plataforma de perforación con la broca en el fondo del pozo. Sirve como canal para la circulación del fluido de perforación y transmite el torque y la tensión a las herramientas de fondo. Para soportar las complejas condiciones del fondo del pozo, la tubería de perforación debe poseer alta resistencia, tenacidad, resistencia a la fatiga y a la corrosión.

Durante la perforación, la tubería de perforación soporta enormes fuerzas de tracción axial, torque, diferenciales de presión interna y externa, flexión y vibración. Por lo tanto, los materiales, el tratamiento térmico, la precisión de fabricación y el diseño de las juntas deben cumplir estrictamente con las normas internacionales (como API SPEC 5D y API SPEC 7-1).

Funciones principales de la tubería de perforación

1. Transmisión de potencia

Transmite el torque del husillo de la plataforma de perforación a la broca en el fondo del pozo, lo que provoca la rotación de la broca y la fractura de la formación.

2. Suministro de fluido de perforación

El fluido de perforación fluye desde la superficie a través de la tubería de perforación hasta la broca, donde se utiliza para enfriarla, transportar los recortes y equilibrar la presión de fondo.

3. Transmisión de la presión de perforación

La presión se transmite a la broca mediante el peso de la sarta de perforación o aplicando presión adicional para mejorar la eficiencia de la perforación.

4. Conexión de herramientas

Herramientas como la tubería Kelly, la tubería de perforación estándar, la tubería de perforación de gran espesor y los portamechas se conectan de forma segura para formar una sarta de perforación completa.

Grados de materiales para tuberías de perforación petrolera

Según la norma API SPEC 5D, los grados de materiales comunes para tuberías de perforación petrolera incluyen E75, X95, G105 y S135.

Grado de acero	Resistencia a la tracción (MPa)	Límite elástico típico (MPa)	Características
E75	≥655	517–655	Adecuado para pozos someros y de profundidad media; opción económica.
X95	≥758	655–758	Comúnmente utilizado en pozos de profundidad media a profunda; resistencia superior a la del E75.
G105	≥910	758–910	Adecuado para pozos profundos y perforación con alto torque.
S135	≥1,034	931–1,034	Esencial para pozos ultraprofundos y complejos; acero de alta resistencia y tenacidad.

Estructura de la tubería de perforación petrolera

La tubería de perforación petrolera se compone principalmente de tres partes:

1. Cuerpo de la tubería

Fabricado con tubería de acero sin costura de alta resistencia, con un espesor de pared generalmente de 9–11 mm, es el cuerpo principal de la tubería de perforación.

2. Junta de herramientas

Fabricada con forjados de acero aleado, se une al cuerpo de la tubería mediante soldadura por fricción o soldadura por inercia. La junta es más gruesa y resistente que el cuerpo de la tubería para soportar la torsión y el desgaste.

3. Zona soldada y sección reforzada

La tubería de perforación petrolera está hecha de tubería de acero sin soldadura laminada. Para mejorar la resistencia de la junta, ambos extremos de la tubería de perforación se engrosan.
Los métodos de engrosamiento incluyen:
Reforzamiento interno (RI)
Reforzamiento externo (RE)
Reforzamiento interno y externo combinado (RIE)

La longitud de la sección de transición reforzada es generalmente de 20 a 130 mm, lo que puede mejorar la vida útil de la conexión entre un 30 % y un 50 %.

Longitudes de la tubería de perforación petrolera

Rango 1: 5,49–6,71 m, más corta, comúnmente utilizada para reacondicionamiento de pozos o pozos especiales;
Rango 2: 8,23–9,75 m, el más común, aproximadamente 9 metros/tubería;
Rango 3: 12,19–13,72 m, comúnmente utilizado en pozos profundos o perforación marina.

Clasificación de la tubería de perforación petrolera

La tubería de perforación petrolera se clasifica en tubería Kelly, tubería de perforación estándar y tubería de perforación de alta resistencia.
La secuencia de conexión es: 1 tubería Kelly + n tuberías de perforación estándar (determinadas por la profundidad del pozo) + n tuberías de perforación de alta resistencia (determinadas por el diseño del ensamblaje de la sarta de perforación).
Según el tipo de rosca, las juntas de la tubería de perforación se dividen en cuatro tipos: IF, FH, REG y NC.

1. Tubería Kelly

La tubería Kelly se ubica en la parte superior de la sarta de perforación, generalmente es cuadrada o hexagonal, y desempeña un papel crucial en el proceso de perforación.

Función del tubo Kelly:
Durante la perforación, el tubo Kelly, junto con el buje y el buje giratorio, transmite el torque de rotación superficial a la sarta de perforación, impulsando así la sarta y la broca.
Soporta el peso de toda la sarta de perforación.
Sirve como canal para la circulación del fluido de perforación.

Estructura del tubo Kelly:
El tubo Kelly consta de juntas superior e inferior y un cuerpo.
El cuerpo suele ser cuadrado o hexagonal (el cuadrado es más común en la perforación petrolera).

2. Tubería de perforación estándar

Función de la tubería de perforación estándar:
La tubería de perforación es un componente básico de la sarta de perforación.
Sus funciones principales son transmitir el torque y suministrar el fluido de perforación, y su característica de elongación gradual permite la profundización continua del pozo.

Estructura de la tubería de perforación estándar:
La tubería de perforación consta principalmente de dos partes: el cuerpo y la junta.
El cuerpo, como estructura principal de la tubería, proporciona soporte y transmite la potencia.
La junta desempeña un papel crucial al conectar múltiples secciones de tubería de perforación para formar una sarta de perforación continua.

3. Tubería de perforación de alto peso (HWDP)

La tubería de perforación de alto peso es similar a la tubería de perforación petrolera; también es una columna hueca de acero de aproximadamente 10 metros de longitud. Sin embargo, cada sección pesa más que la tubería de perforación petrolera y su espesor de pared es de dos a tres veces mayor.

Funciones de la tubería de perforación de alto peso:
La tubería de perforación de alto peso es una herramienta de fondo de pozo que se utiliza para añadir peso a las plataformas de perforación.
Normalmente se instala entre la tubería de perforación y las barras de perforación, transmitiendo potencia y aplicando presión a la broca.
Puede prevenir daños por fatiga causados por cambios en la sección transversal de la sarta de perforación y puede reemplazar algunas barras de perforación.
Su sencillo método de suspensión facilita y agiliza las operaciones de desplazamiento de la sarta.

Estructura de la tubería de perforación de alto peso:
La tubería de perforación de alto peso se caracteriza por juntas extendidas, mayor espesor de pared y secciones externamente engrosadas.
Las superficies recubiertas de carburo prolongan su vida útil.

Normas para tuberías de perforación petrolera

API SPEC 5D (Norma para tuberías de perforación sin costura)
API SPEC 7-1 (Norma para conectores de sarta de perforación)
ISO 10424-1 / ISO 15546 (Norma equivalente internacional)
NS-1™ / DS-1™ (Norma de certificación de terceros, comúnmente utilizada en los mercados del Mar del Norte y Norteamérica)

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuáles son las especificaciones comunes para tuberías de perforación petrolera?

Según la norma API SPEC 5D, los tamaños comunes son: tubería de perforación de 2 3/8", 2 7/8", 3 1/2", 4", 4 1/2", 5" y 5 1/2".

2. ¿Cuál es la diferencia entre la tubería de perforación y los collares de perforación?

La tubería de perforación se utiliza principalmente para transmitir el par de torsión y suministrar el fluido de perforación; los collares de perforación se utilizan principalmente para aplicar la presión de perforación y mantener la estabilidad del pozo; se diferencian en peso, diámetro y función.