Tubería De Perforación API 5DP Y Tubería De Perforación De Pared Gruesa HWDP

 

Tubería de perforación y tubería de perforación de pared gruesa (HWDP)

La tubería de perforación (drill pipe) constituye la sección tubular principal de la sarta de perforación, empleando un cuerpo de tubería de acero con extremos engrosados y portamechas soldados para transmitir la carga axial y el par de rotación mientras conduce el fluido de perforación hacia la broca. Durante la rotación, también experimenta flexión cíclica, presión interna y contacto repetido con el pozo o el revestimiento, por lo que la resistencia del cuerpo de la tubería, las transiciones de los engrosamientos, la calidad de la soldadura y la capacidad del portamechas influyen en el desempeño en servicio.

Rango de suministro de tubería de perforación

El rango siguiente cubre tubería de perforación estándar en diferentes tamaños, grados, tipos de engrosamiento, conexiones y configuraciones de longitud para aplicaciones de perforación petrolera.

Elemento de suministro	Rango de tubería de perforación
Norma aplicable	API 5DP
Rango de tamaños	De 2 3/8 in. a 6 5/8 in.
Grados principales	E75, X95, G105, S135
Tipos de engrosamiento	IU, EU, IEU
Conexiones	NC26, NC31, NC38, NC40, NC46, NC50, 5 1/2 FH, 6 5/8 FH
Rango de longitud	R1, R2, R3

La tubería de perforación se selecciona como una configuración completa de cuerpo de tubería y portamechas. El OD, el peso nominal y el grado definen la sección principal de la tubería, mientras que el tipo de engrosamiento, el OD/ID del portamechas y la conexión afectan la capacidad de torsión, el área interna de flujo y el juego exterior.

Norma API 5DP

API 5DP define los requisitos técnicos de la tubería de perforación de acero, abarcando el cuerpo de la tubería, los extremos engrosados, los portamechas soldados, los grados de material, las propiedades mecánicas, las dimensiones, la inspección y los niveles de especificación de producto (PSL). Proporciona la base principal para especificar tubería de perforación convencional como E75, X95, G105 y S135, mientras que el roscado y calibración de las conexiones de hombro giratorio quedan cubiertos por API Spec 7-2.

Elemento	Alcance de API 5DP
Norma de producto	API Spec 5DP, 2.ª edición
Construcción	Cuerpo de tubería engrosado con portamechas soldados
Niveles de producto	PSL-1, PSL-2, PSL-3
Grados principales	E75, X95, G105, S135
Grados para servicio ácido	SS75, SS95, SS105
Referencia de conexión	API Spec 7-2
Referencia internacional	ISO 11961:2018

La estructura PSL-1, PSL-2 y PSL-3 permite especificar requisitos técnicos adicionales según el programa de perforación. El PSL seleccionado afecta la calificación del material, los ensayos mecánicos, los ensayos de impacto, la inspección y la documentación, aplicándose un control más estricto a medida que aumenta el nivel de especificación.

Grados de tubería de perforación API 5DP

Las conocidas designaciones E75, X95, G105 y S135 representan niveles progresivamente mayores de límite elástico del cuerpo de la tubería. Las tablas de propiedades de la columna de perforación de API utilizan 75 ksi para el E75, mientras que las designaciones X95, G105 y S135 corresponden a niveles mínimos de límite elástico de 95, 105 y 135 ksi respectivamente.

Grado	Límite elástico mínimo	MPa aprox.	Consideración típica de selección
E75	75 ksi	517 MPa	Configuraciones de sarta de perforación de menor resistencia donde la tracción y el par requeridos se mantienen dentro de la capacidad de la tubería/portamechas seleccionados
X95	95 ksi	655 MPa	Mayor demanda axial y de torsión conservando un nivel de resistencia moderado
G105	105 ksi	724 MPa	Cargas mayores de sarta, tramos más profundos y programas de perforación direccional exigentes
S135	135 ksi	931 MPa	Alta demanda de tracción y torsión en sartas profundas, de alcance extendido o fuertemente cargadas

La selección del grado sigue la carga real soportada por la sarta de perforación. En pozos profundos o desviados, el peso de la sarta, el par, la flexión en ángulos de perro, la presión interna y la fatiga actúan conjuntamente, por lo que el cuerpo de la tubería, el portamechas y la conexión deben evaluarse como un conjunto único.

Por ejemplo, los datos de API RP 7G para tubería de perforación de 3 1/2 in., 13.30 lb/ft dan valores de torsión de fluencia del cuerpo de la tubería de aproximadamente 23,498 ft-lb para X95, 25,972 ft-lb para G105 y 33,392 ft-lb para S135. A medida que aumenta la resistencia del cuerpo de la tubería, el portamechas y la conexión seleccionados necesitan una capacidad de torsión correspondiente para transmitir esa carga a lo largo de la sarta.

 

 

Especificaciones de la tubería de perforación

Las especificaciones de la tubería de perforación combinan el tamaño de la tubería, el peso nominal, el grado, el tipo de engrosamiento, las dimensiones del portamechas, la conexión y el rango de longitud. Estos parámetros definen la resistencia de la tubería, el área de flujo y la compatibilidad con la sarta de perforación.

Tamaños y peso de la tubería de perforación

 

 

 

Propiedades mecánicas y capacidad

El desempeño mecánico de la tubería de perforación depende tanto del cuerpo de la tubería como de la zona soldada por fricción. La tabla compara el límite elástico, la resistencia a la tracción, el alargamiento, el desempeño en flexión y los requisitos de impacto Charpy para E75, X95, G105 y S135, mostrando cómo cambian la resistencia y la aceptación de la zona soldada según el grado.

Tubería de perforación de pared gruesa (HWDP)

La tubería de perforación de pared gruesa (Heavy Weight Drill Pipe, HWDP), cubierta por API Spec 7-1, emplea una sección de pared más gruesa y mayor rigidez que la tubería de perforación estándar, a la vez que sigue siendo más ligera y flexible que las portamechas de perforación (drill collars). Normalmente se coloca entre la tubería de perforación y las portamechas o el BHA, donde proporciona una transición gradual de sección y rigidez y soporta cargas mayores de compresión y flexión. La HWDP puede utilizar portamechas soldados o una construcción integral, según el diseño, y su sección central más pesada ayuda a reducir la concentración de fatiga en la parte baja de la sarta.

 

 

Tipos y especificaciones de tubería de perforación de pared gruesa

La tubería de perforación de pared gruesa (HWDP) está disponible en configuraciones integral, con peso en espiral y soldada para adaptarse a las distintas condiciones de carga y desgaste de la sarta de perforación. Las principales diferencias radican en la construcción del cuerpo, la geometría de la sección central, la disposición del portamechas, el tipo de conexión y las dimensiones internas/externas.

 

 

Especificaciones de material y propiedades mecánicas de la tubería de perforación pesada

La tubería de perforación de pared gruesa utiliza acero aleado 4145H con composición Cr-Mo adecuada para las mayores cargas de flexión y compresión cerca del BHA. El material mostrado aquí tiene un límite elástico mínimo de 758 MPa, una resistencia a la tracción de 965 MPa y un alargamiento del 13%, con dureza de 285–341 HB y una energía de impacto Charpy de al menos 54 J.

 

 

 

Proceso de fabricación de la tubería de perforación

La tubería de perforación API 5DP se fabrica como dos partes controladas: el cuerpo de tubería sin costura y los portamechas. El cuerpo de la tubería primero se lamina hasta el OD y el espesor de pared requeridos; luego ambos extremos se calientan y se forjan en engrosamientos IU, EU o IEU. El engrosamiento aumenta la sección disponible alrededor del extremo de la tubería y crea la transición necesaria para unir el portamechas más pesado. Tras el engrosamiento, el cuerpo de la tubería recibe el tratamiento térmico específico del grado y el enderezado para desarrollar las propiedades mecánicas requeridas de E75, X95, G105 o S135. ISO 11961 define específicamente la tubería de perforación terminada como un producto con extremos de cuerpo engrosados y portamechas soldados.

Los portamechas de espiga y caja se producen por separado, se tratan térmicamente y se mecanizan hasta el OD, ID, hombro y geometría de conexión giratoria especificados. Luego se sueldan por fricción a los extremos engrosados de la tubería. Después de la soldadura, se elimina la rebaba interna y externa y la zona soldada recibe el procesamiento térmico requerido antes de la inspección dimensional y mecánica final. API 5DP trata esta soldadura como una zona de aceptación separada: para los grados convencionales E, X, G y S, la dureza superficial de la zona soldada no debe exceder 37 HRC.

La producción final incluye el mecanizado y calibración de roscas, la verificación del espesor de pared, los ensayos no destructivos (NDE), la inspección dimensional y el marcado. API 5DP exige que cada cuerpo de tubería tenga el espesor de pared verificado a lo largo de su longitud mediante una trayectoria de inspección helicoidal o longitudinal, con control separado para las zonas de los extremos que el equipo automatizado no puede cubrir.

Formado del cuerpo de la tubería → engrosamiento → tratamiento térmico → enderezado → mecanizado del portamechas → soldadura por fricción → tratamiento de la zona soldada → acabado de roscas → inspección NDE y dimensional → marcado

Aplicaciones de la tubería de perforación y la tubería de perforación de pared gruesa

La tubería de perforación y la tubería de perforación de pared gruesa trabajan en secciones diferentes de la sarta. La tubería de perforación estándar forma la sarta tubular giratoria principal, mientras que la HWDP se coloca normalmente más cerca del BHA, donde las mayores cargas de compresión, flexión y contacto exigen una sección más pesada y rígida.

• Pozos verticales y profundos: la tubería de perforación estándar soporta el peso suspendido de la sarta y transmite el par desde el top drive hacia la broca. La HWDP se coloca en la parte baja de la sarta para aportar resistencia de sección adicional y una transición de rigidez más suave antes de las portamechas.
• Tramos direccionales y de construcción: la tubería de perforación se flexiona repetidamente al rotar a través de ángulos de perro, generando fatiga cíclica en el cuerpo de la tubería, la transición del engrosamiento y la zona soldada. La HWDP puede situarse cerca de la parte baja de la sarta, donde se producen mayor flexión y compresión, ayudando a reducir el cambio brusco de rigidez entre la tubería flexible y el BHA.
• Pozos horizontales y de alcance extendido: los largos intervalos de contacto con el pozo aumentan el par, el arrastre y el desgaste del portamechas. La tubería estándar proporciona la longitud principal de la sarta, mientras que la HWDP puede añadir peso, rigidez y capacidad de compresión cerca del BHA para mejorar la transferencia de carga a través del tramo horizontal o de alto ángulo.
• Perforación con alto peso sobre broca (WOB): parte de la sarta inferior puede operar en compresión a medida que se transfiere peso a la broca. La HWDP es más adecuada que la tubería estándar para esta zona, porque su pared más gruesa y su sección central más pesada ofrecen mayor resistencia a la flexión y a la carga compresiva.
• Circulación de lodo a alta presión: tanto la tubería de perforación como la HWDP conducen el fluido de perforación hacia el BHA y la broca. El ID de la tubería, el ID del portamechas y la geometría de la conexión influyen en el área de flujo disponible y la pérdida de presión, mientras que la sección de pared y el grado del material determinan la capacidad mecánica de la sarta.

Para perforación con contenido de H₂S, la tubería de perforación convencional API 5DP también puede especificarse utilizando los requisitos aplicables de servicio ácido SS75, SS95 o SS105. La idoneidad de la HWDP para servicio ácido debe confirmarse por separado frente a su especificación de material, tratamiento térmico y los requisitos ambientales del proyecto.

 

Por qué elegir GNEE para la tubería de perforación

El rango actual de tubería de perforación de GNEE cubre de 2 3/8 in. a 6 5/8 in., con espesores de pared de 6.5 a 12.7 mm, grados E75/X95/G105/S135 y conexiones desde NC26 hasta NC50, además de las opciones 5 1/2 FH y 6 5/8 FH.

Para cada configuración, verificamos el cuerpo de la tubería junto con el OD/ID del portamechas, el tipo de engrosamiento y la conexión, porque estas dimensiones afectan directamente la capacidad de torsión, el área de flujo de lodo y el paso a través del pozo o del revestimiento. Cuando se suministran tubería estándar y HWDP para la misma sarta, la serie de conexiones y la transición dimensional también pueden coordinarse antes del embarque, reduciendo los problemas de compatibilidad durante el armado en el taladro.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Cómo pueden los compradores confirmar que la tubería de perforación de reemplazo coincidirá con una sarta existente? R1: Haga coincidir la designación exacta de la conexión, el OD/ID del portamechas, el OD y el peso nominal de la tubería, el grado, el tipo de engrosamiento y la base de par de armado. El mismo OD de tubería o el nombre de conexión NC por sí solos no definen la configuración completa de la tubería de perforación.

P2: ¿Qué relación de resistencia a la torsión de la tubería de perforación debe verificarse al seleccionar los portamechas? R2: Las configuraciones estándar de OD/ID de portamechas API están diseñadas en torno a una relación de resistencia a la torsión de la tubería de perforación de 0.80 o mayor. Cambiar el OD o el ID del portamechas puede reducir esta relación, por lo que las configuraciones alternativas deben verificarse frente al par de perforación requerido.

P3: ¿Cuál es el requisito de pasante de extremo (end drift) de API 5DP para la tubería de perforación? R3: Cada tubería de perforación se somete al ensayo de pasante de extremo a través del portamechas y la sección engrosada utilizando un mandril cilíndrico de al menos 100 mm (4 in.) de longitud y con un diámetro 3.2 mm (0.125 in.) menor que el ID especificado del extremo de espiga. El pasante de toda la longitud no es obligatorio según esta disposición.

P4: ¿Puede suministrarse la tubería de perforación API 5DP con dimensiones de portamechas o conexiones no estándar? R4: Sí. ISO 11961 permite tubería de perforación con portamechas no API/ISO o dimensiones alternativas de cuerpo y portamechas cuando el comprador y el fabricante lo acuerdan. Las dimensiones, tolerancias, marcado y el desempeño resultante deben definirse en la especificación de compra.

P5: ¿Cuál es la diferencia entre la HWDP estándar y la tubería de perforación de pared gruesa en espiral? R5: La HWDP estándar utiliza una sección central convencional de pared gruesa, mientras que la HWDP en espiral añade tacos de desgaste en espiral o secciones resaltadas en el cuerpo para reducir el contacto continuo con el pozo y mejorar el juego alrededor de la tubería. Los diseños en espiral suelen considerarse para perforación direccional o de alto ángulo, donde el contacto con la pared, el arrastre y el desgaste son más significativos.

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