Defectos de calidad y prevención de tuberías de pozos petroleros

Los defectos de calidad de las tuberías de los pozos petroleros provienen principalmente de tres aspectos:
Primero: defectos de calidad del propio cuerpo de la tubería del pozo petrolero, como propiedades mecánicas, paso interno, pesaje, etc. del cuerpo de la tubería que no cumplen con los requisitos;
Segundo: defectos de calidad de las tuberías de pozos petroleros durante el procesamiento, como parámetros de rosca (conicidad, paso, altura de diente, forma Ken, concentricidad y distancia cercana de las roscas en ambos extremos de los acoplamientos) que exceden el estándar, hebilla de piel negra, hebilla rota, desviación de la rosca, torque del tornillo que excede el estándar, fugas, daños en la rosca (rayones, golpes), calidad de soldadura de la tubería de perforación que no cumple con los requisitos, etc.
Tercero: El rendimiento de las tuberías de los pozos de petróleo, incluido el rendimiento anti-aplastamiento, el rendimiento anticorrosión, el rendimiento de perforación y el rendimiento anti-adherencia, no cumplen con los requisitos.

1. Defectos de calidad y prevención del procesamiento de roscas de tuberías de pozos petrolíferos
Durante el procesamiento de roscas de tuberías de pozos petroleros, las roscas pueden presentar defectos de calidad como hebilla de piel negra, desviación de la rosca, hebilla rota, daños por raspaduras (golpes) de la rosca y parámetros de la rosca que exceden el estándar.

(1) Pandeo negro de la rosca: El pandeo negro de la rosca se manifiesta como una apariencia irregular debido a un procesamiento local insuficiente de la rosca, lo cual está relacionado con la precisión del diámetro exterior y el espesor de la pared, la ovalidad y la rectitud del extremo de la tubería de acero. El pandeo negro del cuerpo de la tubería suele deberse a un diámetro exterior demasiado pequeño, un extremo de la tubería no lo suficientemente recto o una ovalidad demasiado grande. El pandeo negro del acoplamiento generalmente se debe a que el diámetro exterior de la tubería de acero excede la tolerancia positiva, la pared excede la tolerancia negativa o una ovalidad demasiado grande.

(2) Desviación de la rosca: La desviación de la rosca se refiere al espesor desigual de la pared de la tubería de acero, con un lado delgado y el otro grueso después del roscado. La causa de la desviación de la rosca es similar a la de la ondulación negra de la rosca, causada por un espesor desigual de la pared, una flexión o una ovalidad excesiva del extremo de la tubería. En ocasiones, debido a una desviación de la rosca o un control de procesamiento inadecuado, el espesor de la pared del extremo de la rosca puede exceder la tolerancia negativa, lo que afecta gravemente la resistencia de la conexión de la tubería para pozos petrolíferos.

(3) Rotura de hilo: Cuando el cortador de peine corta el hilo a alta velocidad y con fuerza, si el hilo se rompe o se pierde, se romperá. Generalmente, la rotura de hilo se debe principalmente a grandes inclusiones no metálicas en el acero y también está relacionada con la calidad del cortador de peine y la estabilidad del proceso de roscado.

(4) Daños en las roscas: Los daños en las roscas de las tuberías de pozos petrolíferos incluyen magulladuras y abrasiones. Se producen durante la producción, el transporte y el almacenamiento de productos terminados. Para evitar que las roscas expuestas de las tuberías se magullen, aplasten u oxiden, y para evitar que choquen con objetos duros (como rodillos de transporte, barras de parrilla inclinadas, etc.) durante la producción, se debe atornillar un anillo protector externo con roscas internas a las roscas del cuerpo de la tubería y un anillo protector interno con roscas externas a las roscas de acoplamiento.

La norma API Spec 5CT estipula:
① La planta de procesamiento de roscas debe instalar anillos de protección para roscas internas y externas. El diseño, el material y la resistencia mecánica de estos anillos son esenciales para proteger las roscas y los extremos de las tuberías y evitar daños durante la carga, descarga y transporte.
② Durante el transporte y almacenamiento normal del aceite y la carcasa, el diseño y el material del anillo de protección de roscas son necesarios para aislar las roscas de la suciedad y el agua. El período de almacenamiento normal es de aproximadamente un año.
③ La selección del material del anillo de protección de rosca no debe contener componentes que puedan causar corrosión de la rosca o hacer que el anillo de protección de rosca se adhiera a la rosca, y puede ser adecuado para una temperatura de servicio de -46 ℃ a +66 ℃:
④ No se deben utilizar anillos de protección de rosca de acero desnudo en cuerpos de tubería de acero L80 de grado 9Cr y 13Cr.

(5) Los parámetros del hilo exceden el estándar
El mecanizado de roscas es el proceso más importante en la producción de tuberías para pozos petrolíferos y, además, un proceso clave que determina su calidad. Actualmente, la mayoría de las tuberías para pozos petrolíferos se roscan con máquinas herramienta CNC especiales. Al roscar, la pieza se centra automáticamente y se sujeta de forma flotante. La herramienta para roscar utiliza una herramienta de carburo, y la rotación del husillo es continua. Existen dos métodos para roscar: uno es que la pieza gira y la herramienta realiza un movimiento de avance plano; el otro es que la pieza no se mueve y la herramienta gira y realiza un movimiento de avance. Estos dos tipos de máquinas herramienta tienen sus propias características. La primera es flexible. No solo ofrece una alta productividad al procesar roscas cónicas generales, sino que también puede procesar roscas de conexión directa y especial con buena hermeticidad (hebillas especiales); la segunda tiene una mayor productividad al procesar roscas cónicas generales que la primera, pero las hebillas especiales requieren máquinas herramienta de preprocesamiento. Los diversos parámetros de la rosca (diámetro medio, altura del diente, conicidad, paso, ángulo del diente, distancia cercana, etc.) afectarán la resistencia de la conexión y el rendimiento de sellado de la rosca. La distancia cercana de la rosca es el valor integral de la fluctuación de cada parámetro individual de la rosca. Incluso si los parámetros individuales de la rosca están calificados, su distancia cercana puede no estar calificada. La precisión de los diversos parámetros de la rosca no solo está relacionada con la calidad de la pieza en bruto del tubo, sino también con el método de procesamiento de la rosca, el tipo de máquina herramienta y la estabilidad del proceso de procesamiento, así como con la precisión dimensional y la resistencia al desgaste del peine de rosca. Cuando otras condiciones son las mismas, la precisión dimensional del peine de rosca determina la precisión del tamaño de la rosca. Generalmente, se requiere que la tolerancia dimensional del peine de rosca sea solo de 1/3 a 1/4 de la tolerancia del producto, o incluso mayor.

(6) Los valores de torque y J superan la norma: El torque del aceite y la carcasa se refiere al torque de apriete generado al atornillar el acoplamiento al cuerpo de la tubería. El propósito de controlar el torque es asegurar la resistencia de la conexión entre el acoplamiento y el cuerpo de la tubería, así como la tensión de presión de contacto en el lado de la rosca, y cooperar con la grasa selladora de roscas correspondiente para evitar fugas del aceite y la carcasa. En las roscas estándar API, el valor J representa la distancia desde el extremo de la tubería hasta el centro del acoplamiento después de apretar el acoplamiento y el cuerpo de la tubería, lo cual es uno de los parámetros importantes que determinan la calidad de la conexión roscada.

(7) Fugas: Para evitar fugas de aceite y carcasa debido a una presión de contacto insuficiente entre el cuerpo de la tubería de aceite y carcasa y la rosca del acoplamiento, el aceite y la carcasa con el acoplamiento se someten a una prueba de presión hidrostática de acuerdo con la norma. La fuga de la rosca que conecta el cuerpo de la tubería y el acoplamiento está relacionada con el tipo y la calidad de la rosca, el atornillado del aceite y la carcasa, y la calidad de la grasa de sellado de roscas. En términos de tipo de rosca, el rendimiento de sellado de las roscas redondas es mejor que el de las roscas trapezoidales, y las roscas especiales son aún mejores. La forma de rosca de alta precisión y el par de atornillado razonable del aceite y la carcasa son propicios para mejorar el rendimiento de sellado de las roscas. La grasa de sellado de roscas puede desempeñar un papel en la lubricación, el llenado de huecos de rosca (sellado) y la anticorrosión durante el atornillado de acoplamientos y el uso de aceite y carcasa.

2. Rendimiento de las tuberías de los pozos petrolíferos
El rendimiento de las tuberías de los pozos de petróleo incluye rendimiento antiadherente, rendimiento anticolapso, rendimiento anticorrosión y rendimiento de perforación.

(1) Rendimiento antiadherente: Según los requisitos de la norma, las uniones roscadas del aceite y la carcasa deben realizarse y deshacerse. Se estipula que cada unión debe realizarse 6 veces. Apriete hasta el par máximo recomendado por el fabricante, luego desatornille y verifique el adherencia de las roscas internas y externas del aceite y la carcasa. El adherencia de las roscas del aceite y la carcasa está relacionada con factores como la calidad de la rosca, la dureza de la superficie de la rosca, la velocidad de enroscado, el coeficiente de fricción superficial y la tensión de contacto (par de apriete del acoplamiento). Para mejorar el rendimiento antiadherente de las roscas del aceite y la carcasa, se debe mejorar el acabado, la dureza y la uniformidad de las roscas, reducir la velocidad de roscado y controlar el par de apriete. Al mismo tiempo, se debe recubrir la superficie interior de la rosca del acoplamiento con una película metálica o no metálica más blanda para separar el cuerpo de la tubería de aceite y la carcasa del acoplamiento, evitando así la adhesión de las superficies metálicas y el desgarro de las roscas. Antes de atornillar el acoplamiento, es necesario recubrir la superficie de la rosca con grasa para roscas a fin de evitar que se adhieran y mejorar su sellado. Existen diversos métodos de recubrimiento para la superficie de la rosca del acoplamiento, como el galvanizado y el fosfatado; para algunos materiales y roscas de conexión especiales, suele requerirse el cobreado. Factores de adherencia relacionados con la fábrica: parámetros de la rosca (paso, altura del diente, conicidad, momento de apriete, medio ángulo del perfil del diente, etc.), coincidencia de roscas internas y externas (tratamiento de superficie, acabado de superficie, fosfatado, galvanizado, enchapado de cobre, etc.), grasa para roscas (función: lubricación, llenado y sellado, etc., compuesta de polvo metálico y grasa), control de roscas (par de roscado, velocidad de roscado, etc.), factores materiales, etc. Los factores relacionados con el uso y la operación de los campos petrolíferos incluyen: elevación sin protectores de rosca, roscado sesgado (la tubería oscila en el aire y no es concéntrica con la rosca del pozo), sin roscado o con menos roscado, grasa para roscas (que no cumple con los requisitos estándar, arena y otros residuos), velocidad de roscado y par de roscado, y fuerza de sujeción de pinzas grandes.

(2) Rendimiento anticolapso (aplastamiento): A medida que aumenta la profundidad de perforación, aumenta la presión sobre el petróleo y la tubería de revestimiento en pozos de petróleo y gas, especialmente en pozos profundos, ultraprofundos o en formaciones complejas como sal de roca, pasta salina, lutita y rocas blandas que requieren aislamiento del flujo plástico. Cuando la presión externa supera cierto límite, el cuerpo de la tubería del pozo petrolero produce una ranura o deformación elíptica, denominada colapso de la tubería.

(3) Resistencia a la corrosión: Algunos yacimientos de petróleo y gas contienen una gran cantidad de medios corrosivos como sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono o iones de cloruro, lo que plantea requisitos de resistencia a la corrosión para el petróleo y las tuberías de revestimiento, incluyendo resistencia a la corrosión por tensión de sulfuro, resistencia a la corrosión por CO₂ y Cl₂, etc. La resistencia a la corrosión del petróleo y las tuberías de revestimiento se relaciona principalmente con factores como la composición química del acero y el valor de la tensión residual de la tubería de acero. Reducir el contenido de inclusiones no metálicas y elementos nocivos en el acero, aumentar los elementos resistentes a la corrosión como Cr y Ni, reducir la tensión residual en las tuberías de acero y mejorar el índice de límite elástico de las tuberías de acero son medidas que contribuyen a mejorar la resistencia a la corrosión del petróleo y las tuberías de revestimiento.

(4) Rendimiento de perforación: La parte de producción de petróleo de la tubería de revestimiento de la capa de petróleo (producción de petróleo en capas en pozos petrolíferos de múltiples capas de petróleo) requiere la perforación para permitir que el petróleo crudo fluya hacia la tubería de revestimiento desde la capa de arena petrolífera designada. Por esta razón, se requiere que la tubería de revestimiento de la capa de petróleo tenga un buen rendimiento de perforación, especialmente cuando se utilizan operaciones de perforación sin pistola, el rendimiento de perforación de la tubería de revestimiento se requiere mayor. El rendimiento de perforación de la tubería de revestimiento se obtiene mediante pruebas de perforación. Es decir, la tubería de revestimiento a probar se suspende en un pozo simulado, y un cierto número de balas de perforación con forma con una cierta distancia y diferentes direcciones se cuelgan en la tubería de revestimiento. Luego se lleva a cabo la perforación. Después de la perforación, si no hay grietas alrededor de los orificios de la tubería de prueba, el rendimiento de perforación es bueno; si hay algunas grietas pequeñas alrededor de los orificios, pero su número y longitud no exceden los requisitos de las condiciones técnicas, entonces el rendimiento de perforación está calificado; Si el número o la longitud de las grietas alrededor de los orificios excede los requisitos, especialmente si las grietas entre dos orificios adyacentes están conectadas, el rendimiento de la perforación no es satisfactorio. El campo petrolífero también tiene requisitos claros sobre la expansión de la tubería de revestimiento después de la perforación y la altura de las rebabas internas y externas alrededor de los orificios.