La junta de la tubería de perforación es una parte importante de la sarta de perforación y la sarta de perforación es un componente indispensable en el proceso de perforación. La sarta de perforación es la estructura clave que conecta el equipo de superficie y la barrena. Transmite potencia y fluido de perforación a través de la tubería de perforación, mientras que el collar de perforación proporciona peso y estabilidad adicionales, lo que hace que las operaciones de perforación sean más eficientes. Consiste en una serie de tuberías y componentes conectados responsables de transmitir el fluido de perforación y las fuerzas de rotación a la broca para perforar agujeros debajo de la tierra. La junta de la tubería de perforación juega un papel vital en toda la operación de perforación porque conecta directamente el equipo de perforación de superficie a la broca mientras transmite torsión y cargas axiales.
La estructura y composición de las juntas de las tuberías de perforación.
Las juntas de las tuberías de perforación generalmente se fabrican con materiales de acero de alta resistencia para soportar las condiciones extremas que se encuentran durante las operaciones de perforación. El acero de alta resistencia no sólo resiste la flexión y la torsión, sino que también puede resistir la prueba de entornos de alta presión. Las juntas de tuberías de perforación están diseñadas y fabricadas para garantizar que la estabilidad y seguridad de la conexión siempre puedan mantenerse bajo condiciones geológicas complejas. Específicamente, la junta de la tubería de perforación consta de las siguientes partes clave:
cuerpo del tubo
El cuerpo del tubo es la parte principal del tubo de perforación. Es un tubo de acero cilíndrico con conexiones roscadas en ambos extremos. Se requiere que el cuerpo de la tubería resista una gran cantidad de tensiones, fuerzas de flexión y torsión, que son inevitables durante las operaciones de perforación. Por lo tanto, los cuerpos de las tuberías generalmente se someten a un estricto control de calidad para garantizar que puedan mantener un rendimiento estructural estable durante mucho tiempo en condiciones de alta presión y alta resistencia.
Junta de tubería de perforación
Las juntas de tubería de perforación son secciones engrosadas ubicadas en ambos extremos del cuerpo de la tubería. Estas secciones engrosadas están especialmente diseñadas con hilos y hombros. Su función principal es facilitar una conexión segura entre los tubos de perforación y, durante la perforación, las juntas de los tubos de perforación soportan la presión más concentrada. El diseño de engrosamiento de las juntas de las tuberías de perforación no solo tiene como objetivo aumentar la resistencia, sino también reducir la deformación y el daño de la rosca bajo alta presión.
Conexión roscada
La estructura de conexión roscada de la junta de la tubería de perforación es la clave para garantizar que todo el sistema de sarta de perforación se pueda montar y desmontar fácilmente. El diseño preciso de la rosca permite que la tubería de perforación permanezca sellada después de la conexión, evitando fugas de fluido de perforación y mejorando así la eficiencia de la perforación. Durante la operación, el sellado es crucial para el mantenimiento del flujo y la presión del fluido de perforación, y la conexión roscada precisa garantiza la continuidad y estabilidad de la operación.
agujero interior
El orificio interior de la tubería de perforación está diseñado para proporcionar una ruta de flujo para el fluido de perforación. El fluido de perforación fluye desde la superficie a través del orificio interior de la tubería de perforación hasta la broca y desempeña varias funciones clave en el proceso. Puede enfriar la broca y reducir el desgaste causado por las altas temperaturas; también puede llevar recortes a la superficie para limpiar los escombros en el pozo y también puede mantener la presión en el pozo para evitar el colapso del pozo y otros accidentes.
Análisis de resistencia de juntas de tuberías de perforación.
La resistencia de las juntas de las tuberías de perforación es un indicador vital en las operaciones de perforación, y los factores incluyen el material de la junta, el tamaño de la junta y el tipo de rosca. Acoplamientos de herramientas API Como estándar, todos los materiales de acoplamiento API tienen un límite elástico mínimo de 120 000 psi, independientemente del grado de la tubería que se conecte. Esto significa que el límite elástico del material de las juntas API no cambia según el grado de la tubería.
Si bien a veces parece poco razonable colocar un acoplamiento con límite elástico de 120,000 psi en una tubería Clase S con límite elástico de 135,000 psi, esta combinación funciona en la práctica. Por ejemplo, una nueva tubería Clase S de 5 pulgadas tiene un límite elástico de tracción mínimo de 712 000 libras, mientras que el conector NC50 tiene un límite elástico de tracción mínimo de 1 390 000 libras. Esto muestra que aunque la parte de la junta es el punto débil de la conexión, la junta en general todavía tiene mayor resistencia debido a su mayor área de sección transversal que la tubería.
Resistencia a la torsión y efectos del desgaste.
La resistencia a la torsión de la junta de la tubería de perforación está determinada principalmente por el área de la sección transversal del metal de la parte roscada y el límite elástico del material. Los diámetros exterior e interior de la junta afectan directamente la resistencia de la rosca. Especialmente durante la operación, el diámetro exterior se volverá más delgado debido al desgaste, y cuando el área de la sección transversal de la junta hembra es más pequeña que la de la junta macho, la resistencia a la torsión disminuirá significativamente. Por lo tanto, mantener el tamaño y la forma de la articulación es un medio importante para garantizar la resistencia a la torsión.
Las normas API estipulan que la resistencia a la torsión de la junta debe ser el 80% de la resistencia a la torsión de la tubería. Este factor de diseño es 0,8 y se utiliza para determinar los diámetros interior y exterior de la junta de la tubería de perforación. Sin embargo, en los procesos de perforación reales, la resistencia a la torsión puede disminuir debido al desgaste de las juntas, especialmente en entornos de perforación de alta torsión. Si el desgaste excede un cierto rango, la resistencia de la junta se reducirá significativamente, lo que afectará la seguridad y eficiencia operativa.
Torque de montaje y montaje de la tubería de perforación
El montaje de juntas de tuberías de perforación requiere la aplicación de un torque adecuado para asegurar que los hombros de las juntas macho y hembra encajen firmemente para formar un sello. Este método de ensamblaje pone el conector macho en tensión y el hombro del conector hembra en compresión, asegurando una conexión firme y fuerte. El tamaño del par de pandeo depende no sólo del tamaño de la junta, sino también del diámetro exterior y del diámetro interior de la junta. Generalmente, cuanto mayor es el diámetro exterior de la junta, mayor es el par de apriete y cuanto mayor es el diámetro interior del pasador, menor es el par de apriete.
El par de apriete estándar es para garantizar que cuando la junta esté conectada, la tensión en la parte débil no supere el 60% del límite elástico mínimo. Independientemente del grado de la tubería de perforación, el límite elástico mínimo de todas las juntas de herramientas es de 120 000 psi, por lo que se deben seguir estrictamente los estándares de torsión durante la instalación para evitar problemas de conexión causados por apretar o aflojar demasiado.
Resumir
Como componente clave en las operaciones de perforación, las juntas de las tuberías de perforación deben soportar torsión y presión de alta intensidad y garantizar un flujo suave del fluido de perforación. Las regulaciones de diseño en las normas API brindan garantía de resistencia para las juntas, pero en operaciones reales, el riesgo de desgaste y daño de las juntas aún existe. Por lo tanto, la inspección y el mantenimiento periódicos del tamaño y estado de las juntas es una parte importante para garantizar la seguridad en el trabajo. Al mismo tiempo, en entornos de perforación con alta torsión, es particularmente necesario elegir juntas con mayor resistencia a la torsión.