Grado de resistencia y límite elástico de la tubería de revestimiento

Fecha:2024-10-09Marcado:
La resistencia de las tuberías de revestimiento se refiere a la capacidad del material para resistir fuerzas externas y evitar fallas. En ingeniería petrolera, las tuberías de revestimiento desempeñan un papel crucial para soportar la presión subterránea, evitar el colapso del pozo y aislar las formaciones. Su resistencia es esencial para mantener la estabilidad del pozo y garantizar operaciones seguras.

La resistencia de las tuberías de revestimiento está estrechamente relacionada con las propiedades mecánicas del material, incluidas la resistencia al límite elástico, la resistencia a la tracción, la resistencia a la compresión y la resistencia al corte. Estos indicadores de rendimiento mecánico se pueden obtener mediante experimentos o cálculos teóricos. En aplicaciones prácticas, la resistencia de las tuberías de revestimiento debe cumplir una serie de requisitos de diseño para garantizar la operación segura del pozo.

Límite elástico de las tuberías de revestimiento
El límite elástico de las tuberías de revestimiento se refiere a la capacidad del material para sufrir deformación plástica cuando se somete a tensión. Cuando una tubería de revestimiento se somete a fuerzas externas y alcanza su límite elástico, sufrirá una deformación plástica y ya no podrá volver por completo a su forma original. Esto ocurre porque la estructura cristalina interna del material de la tubería de revestimiento cambia bajo tensión.

¿Cuál es la resistencia de la tubería de revestimiento API?

Las tuberías de revestimiento API 5CT P110 tienen niveles de resistencia más altos que los grados como J55/K55, N80, L80 y T95, con una resistencia a la tracción mínima de 862 MPa y un límite elástico que varía de 758 a 965 MPa. Los extremos de las tuberías de revestimiento P110 están marcados con bandas blancas para designar este material. Se utilizan ampliamente en entornos específicos para la perforación y producción de petróleo, especialmente en pozos petrolíferos profundos.

 casing pipe

Requisitos de calidad para los tubos de revestimiento
Durante la perforación, los tubos de perforación pueden causar un impacto severo y desgaste en los tubos de revestimiento. Si hay problemas con la sarta de revestimiento dentro del pozo, puede provocar accidentes importantes, incluso resultando en el abandono del pozo. Por lo tanto, la calidad de los tubos de revestimiento debe cumplir con los siguientes requisitos para garantizar la seguridad del pozo.

Requisitos de material Los tubos de acero sin costura generalmente se seleccionan en función de parámetros como la profundidad y la calidad del pozo. Al seleccionar los materiales de revestimiento, también se debe considerar la calidad de la sarta de revestimiento. Para los tubos de revestimiento que pesan menos de 10 toneladas, se pueden utilizar grados de acero con bajo contenido de carbono ordinarios. Para aquellos que pesan entre 10 y 20 toneladas, se recomiendan los grados de acero DZ40-DZ50, y para los tubos de revestimiento que pesan 20 toneladas o más, se deben utilizar grados DZ50 y superiores. Además, el material para las juntas de revestimiento debe ser de un grado superior al de la propia carcasa.

Requisitos de curvatura de tuberías de revestimiento La curvatura de las tuberías de revestimiento se refiere al grado de curvatura a lo largo de la longitud de la tubería, representado por la altura del arco en el punto de curvatura máxima. Esto se puede expresar como curvatura local (mm/m) o curvatura de longitud total (%). En la perforación de pozos profundos, generalmente se requieren los siguientes estándares de curvatura: para tuberías de revestimiento con un diámetro de ≤Φ89 mm, la curvatura local debe estar dentro de 1 mm/1,5 m; para diámetros mayores de Φ89 mm, la curvatura local debe estar dentro de 1 mm/1 m.

Requisitos de ovalidad y uniformidad del espesor de pared La ovalidad (o falta de redondez) de una tubería de revestimiento es la diferencia entre los diámetros exteriores máximo y mínimo de la sección transversal de la tubería. Generalmente, la ovalidad no debe superar el 80 % de la tolerancia del diámetro exterior. Para los tubos de revestimiento con un diámetro de ≤Φ89 mm, la ovalidad debe controlarse dentro de los 0,5 mm, y para diámetros mayores de Φ89 mm, la ovalidad debe controlarse dentro de los 1,0 mm. La irregularidad del espesor de la pared se refiere a las diferencias en el espesor de la pared a lo largo de la sección transversal y el cuerpo longitudinal del tubo. Esto no debe superar el 80% de la tolerancia del espesor de la pared. Para diámetros ≤Φ89 mm, la irregularidad del espesor de la pared debe controlarse dentro de los 0,3 mm, y para diámetros mayores de Φ89 mm, debe controlarse dentro de los 0,5 mm.

Métodos de conexión de tubos de revestimiento y requisitos de calidad de procesamiento
Los tubos de revestimiento se pueden conectar mediante conexión directa, soldadura de costura o acoplamiento. Generalmente, para tubos de revestimiento que pesan menos de 10 toneladas, se utiliza soldadura directa o de costura, y para tubos que pesan más de 10 toneladas, se emplean conexiones de acoplamiento.
Se debe aplicar un tratamiento térmico a las juntas y acoplamientos de revestimiento de pozos profundos para mejorar su resistencia. Las líneas centrales de las roscas de ambos extremos de las uniones de las tuberías de revestimiento deben estar alineadas, con una desviación de coaxialidad que no supere los 0,25 mm.
Las roscas de las tuberías de revestimiento, las uniones y los acoplamientos deben cumplir con los estándares de perforación de núcleos geológicos y de perforación petrolera. La perforación de núcleos geológicos de pozos profundos y de gran diámetro generalmente sigue los estándares de roscas de tuberías de petróleo.
La precisión de procesamiento de las roscas en las tuberías de revestimiento, las uniones y los acoplamientos debe seguir estrictamente las especificaciones pertinentes.
Después de la formación, las tuberías de revestimiento, las uniones y los acoplamientos deben someterse a una inspección de paso con un calibre de diámetro interno estándar.
Grados de acero para revestimiento API
La mayoría de los grados de acero para revestimiento tienen composiciones químicas similares, y las propiedades únicas de cada grado están determinadas por el tipo de tratamiento térmico utilizado. Las principales diferencias entre los grados de acero para revestimiento radican en la resistencia a la fluencia, la resistencia a la tracción y la dureza.

API 5CT requiere pruebas adicionales para ciertos grupos de revestimientos para garantizar que cada grado sea adecuado para su uso previsto.
Aplicaciones comunes de revestimientos (H40, J55, K55, M65, N80, R95)
Debido a su menor costo en comparación con otros grados de acero, los grados J55, K55 y N80 son opciones populares para pozos con requisitos menos estrictos de resistencia a la corrosión o solidez.

M65 y R95 son grados más nuevos, cada uno con sus aplicaciones específicas. Las principales diferencias entre estos grados de revestimientos radican en su límite elástico y resistencia a la tracción.

H40
Límite de fluencia: 276-552 MPa (40-80 ksi)
Resistencia mínima a la tracción: 414 MPa (60 ksi)
Código de color API: Ninguno o 1 banda negra

J55

Límite de fluencia: 379-552 MPa (55-80 ksi)
Resistencia mínima a la tracción: 517 MPa (75 ksi)
Código de color API: 1 banda verde brillante

K55

K55 tiene el mismo límite de fluencia que J55, pero una resistencia mínima a la tracción aproximadamente un 26 % mayor.

Resistencia a la fluencia: 379-552 MPa (55-80 ksi)
Resistencia mínima a la tracción: 665 MPa (95 ksi)
Código de color API: 2 bandas de color verde brillante

M65

El M65 no se utiliza comúnmente y es el único grado de acero entre las carcasas de uso general con restricciones de dureza máxima.

Resistencia a la fluencia: 448-586 MPa (65-85 ksi)
Resistencia mínima a la tracción: 586 MPa (85 ksi)
Código de color API: 1 banda de color verde brillante + 1 banda azul

N80

(N80-1, N80-Q) El N80-1 y el N80-Q tienen la misma resistencia a la fluencia y a la tracción, pero el N80-Q templado y revenido ofrece una mejor resistencia a la presión interna y al colapso. Por otro lado, se prefiere el N80-1 debido a su menor costo de producción y a la menor necesidad de resistencia al colapso.

Resistencia a la fluencia: 552-758 MPa (55-80 ksi)
Resistencia mínima a la tracción: 689 MPa (100 ksi)
Código de color API: 1 rojo (N80-1), 1 banda roja + 1 banda verde brillante (N80-Q)

R95

La resistencia a la fluencia y la resistencia a la tracción del R95 son las mismas que las del T95, pero el R95 no requiere SSC ni pruebas de dureza. Como resultado, el R95 es una alternativa más rentable que el T95 para pozos donde no existe riesgo de agrietamiento por tensión de sulfuro.

Resistencia a la fluencia: 655-758 MPa (95-110 ksi)
Resistencia mínima a la tracción: 727 MPa (105 ksi)


Propiedades mecánicas de la tubería de revestimiento

Grade Type Total elongation
under load
(%)
Yield strength
(min)Mpa
Yield strength
(max)Mpa
Tensile strength
min Mpa
Hardness
Max (HRC)
Hardness
Max (HBW)
J55 - 0.5 379 552 517 - -
K55 - 0.5 379 552 655 - -
N80 1 0.5 552 758 689 - -
N80 Q 0.5 552 758 689 - -
L80 1 0.5 552 655 655 23 241
L80 9Cr 0.5 552 655 655 23 241
L80 13Cr 0.5 552 655 655 23 241
C90 - 0.5 621 724 689 25.4 255
C95 - 0.5 655 758 724 - -
T95 - 0.5 655 758 724 25.4 255
P110 - 0.6 758 965 862 - -
Q125 All 0.65 862 1034 931 - -