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Introducción

Las tuberías de acero son fundamentales en la industria del petróleo y el gas, ya que ofrecen una durabilidad y una fiabilidad inigualables en condiciones extremas. Estas tuberías, esenciales para la exploración y el transporte, soportan altas presiones, entornos corrosivos y temperaturas extremas. En esta página se analizan las funciones fundamentales de las tuberías de acero en la exploración de petróleo y gas, y se detalla su importancia en la perforación, la infraestructura y la seguridad. Descubra cómo la selección de tuberías de acero adecuadas puede mejorar la eficiencia operativa y reducir los costes en esta exigente industria.

I. Conocimientos básicos sobre tuberías de acero para la industria del petróleo y el gas

1. Explicación de la terminología

API: Abreviación de Instituto Americano de Petróleo.
OCTG: Abreviación de Productos tubulares para campos petroleros, incluidos tubos de revestimiento de aceite, tubos de aceite, tubos de perforación, collares de perforación, brocas, varillas de bombeo, juntas de cachorro, etc.
Tubería de aceite: Los tubos se utilizan en pozos de petróleo para extracción, extracción de gas, inyección de agua y fracturación ácida.
Caja: Tubo bajado desde la superficie del suelo hasta un pozo perforado, a modo de revestimiento para evitar el derrumbe de la pared.
Tubería de perforación: Tubería utilizada para perforar pozos.
Tuberia: Tubería utilizada para transportar petróleo o gas.
Acoplamientos: Cilindros utilizados para conectar dos tubos roscados con roscas internas.
Material de acoplamiento: Tubería utilizada para la fabricación de acoplamientos.
Hilos API: Roscas de tuberías especificadas por la norma API 5B, incluidas roscas redondas para tuberías de petróleo, roscas redondas cortas de carcasa, roscas redondas largas de carcasa, roscas trapezoidales parciales de carcasa, roscas para tuberías de línea, etc.
Conexión Premium: Roscas no API con propiedades de sellado únicas, propiedades de conexión y otras propiedades.
Fallos: deformación, fractura, daño superficial y pérdida de la función original bajo condiciones de servicio específicas.
Formas primarias de fracaso: aplastamiento, deslizamiento, rotura, fuga, corrosión, adherencia, desgaste, etc.

2. Normas relacionadas con el petróleo

Especificación API 5B, 17.ª edición – Especificación para roscado, calibrado e inspección de roscas de carcasas, tuberías y tuberías
Especificación API 5L, 46.a edición – Especificación para tubería de conducción
Especificación API 5CT, 11.ª edición – Especificaciones para revestimiento y tubería
Especificación API 5DP, séptima edición – Especificación para tubería de perforación
Especificación API 7-1, 2.ª edición – Especificación para elementos de vástago de taladro giratorio
Especificación API 7-2, segunda edición – Especificación para roscado y calibrado de conexiones roscadas con resalte giratorio
Especificación API 11B, 24.ª edición – Especificaciones para varillas de bombeo, varillas y revestimientos pulidos, acoplamientos, barras de plomo, abrazaderas para varillas pulidas, prensaestopas y tes de bombeo
ISO 3183:2019 – Industrias del petróleo y del gas natural — Tuberías de acero para sistemas de transporte por tuberías
ISO 11960:2020 – Industrias del petróleo y del gas natural — Tuberías de acero para uso como revestimiento o tubería para pozos
NACE MR0175/ISO 15156:2020 – Industrias del petróleo y del gas natural: materiales para uso en entornos que contienen H2S en la producción de petróleo y gas

II. Tubería de aceite

1. Clasificación de los tubos de petróleo

Los tubos para petróleo se dividen en tubos para petróleo sin recalcado (NU), tubos para petróleo con recalcado externo (EU) y tubos para petróleo con junta integral (IJ). Los tubos para petróleo NU significan que el extremo del tubo tiene un espesor promedio, gira directamente la rosca y trae los acoplamientos. Los tubos con recalcado implican que los extremos de ambos tubos están recalcados externamente, luego roscados y acoplados. Los tubos con junta integral significan que un extremo del tubo está recalcado con roscas externas y el otro está recalcado con roscas internas conectadas directamente sin acoplamientos.

2. Función de los tubos de aceite

① Extracción de petróleo y gas: después de perforar y cementar los pozos de petróleo y gas, la tubería se coloca en la carcasa de petróleo para extraer petróleo y gas al suelo.
② Inyección de agua: cuando la presión del fondo del pozo sea insuficiente, inyecte agua en el pozo a través de la tubería.
③ Inyección de vapor: En la recuperación en caliente de petróleo espeso, el vapor se introduce en el pozo con una tubería de petróleo aislada.
④ Acidificación y fracturación: En la última etapa de la perforación del pozo o para mejorar la producción de pozos de petróleo y gas, es necesario introducir un medio de acidificación y fracturación o material de curado en la capa de petróleo y gas, y el medio y el material de curado se transportan a través de la tubería de petróleo.

3. Grado de acero de los tubos de aceite

Los grados de acero de los tubos de aceite son H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 se divide en N80-1 y N80Q, los dos tienen las mismas propiedades de tracción; las dos diferencias son el estado de entrega y las diferencias de rendimiento de impacto, N80-1 se entrega por estado normalizado o cuando la temperatura de laminación final es mayor que la temperatura crítica Ar3 y la reducción de tensión después del enfriamiento por aire y se puede usar para encontrar el laminado en caliente en lugar de normalizado, no se requieren pruebas de impacto ni no destructivas; N80Q debe templarse (templado y revenido) El tratamiento térmico, la función de impacto debe estar en línea con las disposiciones de API 5CT y debe ser una prueba no destructiva.
El L80 se divide en L80-1, L80-9Cr y L80-13Cr. Sus propiedades mecánicas y estado de entrega son los mismos. Diferencias en el uso, dificultad de producción y precio: L80-1 es para el tipo general, L80-9Cr y L80-13Cr son tubos de alta resistencia a la corrosión, dificultad de producción y son costosos y generalmente se utilizan en pozos de corrosión pesada.
C90 y T95 se dividen en 1 y 2 tipos, a saber, C90-1, C90-2 y T95-1, T95-2.

4. Grado de acero de uso común de los tubos de aceite, nombre del acero y estado de entrega

J55 (37Mn5) Tubería de aceite NU: Laminada en caliente en lugar de normalizada
Tubería de aceite EU J55 (37Mn5): longitud completa normalizada después de recalcar
Tubería de aceite NU N80-1 (36Mn2V): laminada en caliente en lugar de normalizada
Tubería de aceite EU N80-1 (36Mn2V): longitud completa normalizada después de recalcar
Tubería de aceite N80-Q (30Mn5): 30Mn5, templado de longitud completa
Tubería de aceite L80-1 (30Mn5): 30Mn5, templado de longitud completa
Tubo de aceite P110 (25CrMnMo): 25CrMnMo, templado de longitud completa
J55 (37Mn5) Acoplamiento: Laminado en caliente en línea Normalizado
Acoplamiento N80 (28MnTiB): templado de longitud completa
Acoplamiento L80-1 (28MnTiB): templado de longitud completa
Acoplamiento P110 (25CrMnMo): Templado de longitud completa

III. Tubería de revestimiento

1. Clasificación y función de la carcasa

La carcasa es la tubería de acero que sostiene la pared de los pozos de petróleo y gas. En cada pozo se utilizan varias capas de revestimiento según las diferentes profundidades de perforación y condiciones geológicas. El cemento se utiliza para cementar la carcasa después de su descenso al pozo y, a diferencia de las tuberías de petróleo y de perforación, no se puede reutilizar y pertenece a los materiales consumibles desechables. Por lo tanto, el consumo de revestimiento representa más del 70 por ciento de todas las tuberías de pozos petroleros. La carcasa se puede dividir en carcasa conductora, carcasa intermedia, carcasa de producción y carcasa de revestimiento según su uso, y sus estructuras en pozos petroleros se muestran en la Figura 1.

①Carcasa del conductor: Por lo general, utilizando grados API K55, J55 o H40, la carcasa del conductor estabiliza la boca del pozo y aísla los acuíferos poco profundos con diámetros comúnmente de alrededor de 20 o 16 pulgadas.

②Carcasa intermedia: El revestimiento intermedio, a menudo fabricado con grados API K55, N80, L80 o P110, se utiliza para aislar formaciones inestables y zonas de presión variables, con diámetros típicos de 13 3/8 pulgadas, 11 3/4 pulgadas o 9 5/8 pulgadas. .

③Carcasa de producción: Construida con acero de alta calidad, como los grados API J55, N80, L80, P110 o Q125, la carcasa de producción está diseñada para soportar presiones de producción, comúnmente con diámetros de 9 5/8 pulgadas, 7 pulgadas o 5 1/2 pulgadas.

④Carcasa del revestimiento: Los revestimientos extienden el pozo hacia el yacimiento utilizando materiales como grados API L80, N80 o P110, con diámetros típicos de 7 pulgadas, 5 pulgadas o 4 1/2 pulgadas.

⑤Tubo: La tubería transporta hidrocarburos a la superficie, utilizando grados API J55, L80 o P110, y está disponible en diámetros de 4 1/2 pulgadas, 3 1/2 pulgadas o 2 7/8 pulgadas.

IV. Tubería de perforación

1. Clasificación y Función de Tuberías para Herramientas de Perforación

El tubo de perforación cuadrado, el tubo de perforación, el tubo de perforación con peso y el collar de perforación en las herramientas de perforación forman el tubo de perforación. El tubo de perforación es la herramienta de perforación de núcleo que impulsa la broca desde el suelo hasta el fondo del pozo, y también es un canal desde el suelo hasta el fondo del pozo. Tiene tres funciones principales:

① Para transmitir torque para impulsar la broca a perforar;

② Apoyar su peso en la broca para romper la presión de la roca en el fondo del pozo;

③ Para transportar el fluido de lavado, es decir, el lodo de perforación a través del suelo a través de las bombas de lodo de alta presión, la columna de perforación en el pozo fluye hacia el fondo del pozo para eliminar los escombros de roca, enfriar la broca y transportar los escombros de roca. a través de la superficie exterior de la columna y la pared del pozo entre el anillo para regresar al suelo, para lograr el propósito de perforar el pozo.

La tubería de perforación se utiliza en el proceso de perforación para soportar una variedad de cargas alternas complejas, como tensión, compresión, torsión, flexión y otras tensiones. La superficie interior también está sujeta a la erosión y corrosión del lodo a alta presión.
(1) Tubo de perforación cuadrado: Los tubos de perforación cuadrados son de dos tipos: cuadriláteros y hexagonales. En los tubos de perforación de petróleo de China, cada conjunto de columnas de perforación suele utilizar un tubo de perforación de tipo cuadrilátero. Sus especificaciones son 63,5 mm (2-1/2 pulgadas), 88,9 mm (3-1/2 pulgadas), 107,95 mm (4-1/4 pulgadas), 133,35 mm (5-1/4 pulgadas), 152,4 mm (6 pulgadas), etc. La longitud utilizada suele ser de 1214,5 m.
(2) Tubería de perforación: La tubería de perforación es la herramienta principal para perforar pozos, conectada al extremo inferior de la tubería de perforación cuadrada y, a medida que el pozo de perforación continúa profundizándose, la tubería de perforación sigue alargando la columna de perforación una tras otra. Las especificaciones de la tubería de perforación son: 60,3 mm (2-3/8 pulgadas), 73,03 mm (2-7/8 pulgadas), 88,9 mm (3-1/2 pulgadas), 114,3 mm (4-1/2 pulgadas), 127 mm (5 pulgadas), 139,7 mm (5-1/2 pulgadas) y así sucesivamente.
(3) Tubería de perforación de servicio pesado: Una tubería de perforación ponderada es una herramienta de transición que conecta la tubería de perforación y el collar de perforación, lo que puede mejorar la condición de fuerza de la tubería de perforación y aumentar la presión sobre la broca. Las principales especificaciones de la tubería de perforación ponderada son 88,9 mm (3-1/2 pulgadas) y 127 mm (5 pulgadas).
(4) Collar de perforación: El collar de perforación está conectado a la parte inferior de la tubería de perforación, que es una tubería especial de paredes gruesas con alta rigidez. Ejerce presión sobre la broca para romper la roca y cumple una función de guía al perforar un pozo recto. Las especificaciones comunes de los collares de perforación son 158,75 mm (6-1/4 pulgadas), 177,85 mm (7 pulgadas), 203,2 mm (8 pulgadas), 228,6 mm (9 pulgadas), etc.

V. Tubería de conducción

1. Clasificación de tuberías

La tubería de línea se utiliza en la industria del petróleo y el gas para transmitir petróleo, petróleo refinado, gas natural y tuberías de agua con la abreviatura de tubería de acero. El transporte de petróleo y gas por tuberías se divide en tuberías principales, secundarias y de red de tuberías urbanas. Tres tipos de transmisión de tuberías principales tienen las especificaciones habituales de ∅406 ~ 1219 mm, un espesor de pared de 10 ~ 25 mm, grado de acero X42 ~ X80; las tuberías de ramal y las tuberías de red de tuberías urbanas suelen tener especificaciones de ∅114 ~ 700 mm, el espesor de pared de 6 ~ 20 mm, el grado de acero para el X42 ~ X80. El grado de acero es X42～X80. La tubería de línea está disponible en tipos soldados y sin costura. La tubería de línea soldada se utiliza más que la tubería de línea sin costura.

2. Estándar de tubería

API Spec 5L: especificación para tuberías de conducción
ISO 3183 – Industrias del petróleo y del gas natural – Tuberías de acero para sistemas de transporte por tuberías

3. PSL1 y PSL2

PSL es la abreviatura de nivel de especificación del productoEl nivel de especificación del producto de tubería de línea se divide en PSL 1 y PSL 2, y el nivel de calidad se divide en PSL 1 y PSL 2. PSL 2 es más alto que PSL 1; los dos niveles de especificación no solo tienen diferentes requisitos de prueba, sino que la composición química y los requisitos de propiedades mecánicas son diferentes, por lo que de acuerdo con la orden API 5L, los términos del contrato, además de especificar las especificaciones, el grado de acero y otros indicadores comunes, pero también debe indicar el nivel de especificación del producto, es decir, PSL 1 o PSL 2. PSL 2 en la composición química, propiedades de tracción, potencia de impacto, pruebas no destructivas y otros indicadores son más estrictos que PSL 1.

4. Grado de acero de tuberías, composición química y propiedades mecánicas

Los grados de acero para tuberías de menor a mayor se dividen en A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 y X80. Para conocer la composición química y las propiedades mecánicas detalladas, consulte el libro de especificaciones API 5L, 46.ª edición.

5. Requisitos de prueba hidrostática y examen no destructivo de tuberías de conducción

Las tuberías de conducción deben someterse a pruebas hidráulicas rama por rama, y la norma no permite la generación no destructiva de presión hidráulica, lo que también es una gran diferencia entre la norma API y nuestras normas. La norma PSL 1 no exige pruebas no destructivas; la norma PSL 2 debe ser una prueba no destructiva rama por rama.

VI. Conexiones Premium

1. Introducción de conexiones premium

La conexión Premium es una rosca de tubería con una estructura única que es diferente de la rosca API. Aunque la carcasa de petróleo roscada API existente se usa ampliamente en la explotación de pozos petrolíferos, sus deficiencias se muestran claramente en el entorno único de algunos campos petrolíferos: la columna de tubería roscada redonda API, aunque su rendimiento de sellado es mejor, la fuerza de tracción soportada por la parte roscada solo es equivalente a 60% a 80% de la resistencia del cuerpo de la tubería, y por lo tanto no se puede usar en la explotación de pozos profundos; la columna de tubería roscada trapezoidal sesgada API, aunque su rendimiento de tracción es mucho mayor que el de la conexión roscada redonda API, su rendimiento de sellado no es tan bueno. Aunque el rendimiento de tracción de la columna es mucho mayor que el de la conexión de rosca redonda API, su rendimiento de sellado no es muy bueno, por lo que no se puede usar en la explotación de pozos de gas de alta presión; Además, la grasa roscada solo puede desempeñar su función en entornos con temperaturas inferiores a 95 ℃, por lo que no se puede utilizar en la explotación de pozos de alta temperatura.

En comparación con la conexión de rosca redonda API y la conexión de rosca trapezoidal parcial, la conexión premium ha logrado grandes avances en los siguientes aspectos:

(1) Un buen sellado, a través de la elasticidad y el diseño de la estructura de sellado metálico, hace que el sellado de gas de la junta sea resistente a alcanzar el límite del cuerpo del tubo dentro de la presión de fluencia;

(2) Alta resistencia de la conexión, que se conecta con una conexión de hebilla especial de la carcasa de aceite, su resistencia de conexión alcanza o excede la resistencia del cuerpo del tubo, para resolver fundamentalmente el problema del deslizamiento;

(3) Mediante la mejora del proceso de selección de materiales y tratamiento de superficies, básicamente se resolvió el problema de la hebilla pegada al hilo;

(4) Mediante la optimización de la estructura, de modo que la distribución de tensiones en las juntas sea más razonable y más propicia para la resistencia a la corrosión por tensiones;

(5) A través de la estructura del hombro del diseño razonable, de modo que el funcionamiento de la hebilla en la operación sea más accesible.

La industria del petróleo y el gas cuenta con más de 100 conexiones premium patentadas, que representan avances significativos en la tecnología de tuberías. Estos diseños de roscas especializados ofrecen capacidades de sellado superiores, mayor fuerza de conexión y mayor resistencia a las tensiones ambientales. Al abordar desafíos como altas presiones, entornos corrosivos y temperaturas extremas, estas innovaciones garantizan una excelente confiabilidad y eficiencia en operaciones saludables para el petróleo en todo el mundo. La investigación y el desarrollo continuos en conexiones premium subrayan su papel fundamental en el apoyo a prácticas de perforación más seguras y productivas, lo que refleja un compromiso continuo con la excelencia tecnológica en el sector energético.

Conexión VAM®: Conocidas por su sólido rendimiento en entornos desafiantes, las conexiones VAM® cuentan con tecnología avanzada de sellado de metal a metal y capacidades de alto torque, lo que garantiza operaciones confiables en pozos profundos y yacimientos de alta presión.

Serie de cuñas TenarisHydril: Esta serie ofrece una gama de conexiones como Blue®, Dopeless® y Wedge 521®, conocidas por su excepcional sellado hermético y resistencia a las fuerzas de compresión y tensión, lo que mejora la seguridad y eficiencia operativa.

TSH® Azul: Diseñadas por Tenaris, las conexiones TSH® Blue utilizan un diseño patentado de doble hombro y un perfil de rosca de alto rendimiento, lo que proporciona una excelente resistencia a la fatiga y facilidad de conexión en aplicaciones de perforación críticas.

Conexión Grant Prideco™ XT®: Diseñadas por NOV, las conexiones XT® incorporan un sello de metal a metal único y una forma de rosca robusta, lo que garantiza una capacidad de torsión superior y resistencia al desgaste, extendiendo así la vida útil operativa de la conexión.

Conexión Hunting Seal-Lock®: Con un sello de metal a metal y un perfil de rosca único, la conexión Seal-Lock® de Hunting es reconocida por su resistencia a la presión superior y confiabilidad en operaciones de perforación tanto en tierra como en alta mar.

Conclusión

En conclusión, la intrincada red de tuberías de acero crucial para la industria del petróleo y el gas abarca una amplia gama de equipos especializados diseñados para soportar entornos rigurosos y demandas operativas complejas. Desde las tuberías de revestimiento fundamentales que sostienen y protegen las paredes sanas hasta las tuberías versátiles que se utilizan en los procesos de extracción e inyección, cada tipo de tubería cumple una función distinta en la exploración, producción y transporte de hidrocarburos. Las normas como las especificaciones API garantizan la uniformidad y la calidad en estas tuberías, mientras que las innovaciones como las conexiones premium mejoran el rendimiento en condiciones difíciles. A medida que la tecnología evoluciona, estos componentes críticos avanzan, impulsando la eficiencia y la confiabilidad en las operaciones energéticas globales. Comprender estas tuberías y sus especificaciones subraya su papel indispensable en la infraestructura del sector energético moderno.