Más allá de la hoja de datos: limitaciones de API 5C5 CAL IV y modos de falla de campo en conexiones HPHT OCTG

1. El delta del 'choque de frío': ciclo térmico versus enfriamiento rápido

La experiencia operativa en pozos de gas HPHT e inyectores CCS revela una brecha crítica en API 5C5 CAL IV Serie C (Ciclo Térmico). La norma valida eficazmente la integridad del sello durante la fase de calentamiento (hasta 135 °C+), probando la fluencia a la compresión del sello metal con metal. Sin embargo, no logra replicar la física del  enfriamiento Joule-Thomson (JT)..

Durante una purga rápida o un inicio de inyección de CO2, la conexión experimenta un choque térmico (de -30 °C a -70 °C en segundos). El pasador, que tiene menos masa, se contrae más rápido que el acoplamiento de caja más pesado. Esta separación momentánea relaja la presión de contacto del sello. Si las pruebas de calificación no incluyeron una modificación de la 'Serie A' para el monitoreo de enfriamiento rápido, la conexión puede tener fugas durante estos eventos transitorios a pesar de tener la certificación CAL IV.

2. Cumplimiento de NACE MR0175 frente a la realidad de la instalación

Existe una brecha administrativa peligrosa entre los estándares de fabricación de materiales y las realidades de la instalación en campo. NACE MR0175/ISO 15156 limita la dureza de los componentes a 22 HRC para evitar el agrietamiento por tensión de sulfuro (SCC). Sin embargo, API 5CT permite tuberías de grado L80 de hasta 23 HRC.

Sin embargo, el modo de falla principal es mecánico más que metalúrgico. Las pinzas eléctricas que utilizan matrices estándar aplican una inmensa carga puntual a la superficie de conexión. Este proceso de trabajo en frío induce un pico de dureza localizado, que a menudo eleva la superficie del acero a  28-30 HRC . Esto crea una 'zona de falla' susceptible a SCC inmediatamente después de la exposición a ambientes ácidos. Si una conexión falla cerca del extremo de la caja, el grabado de la superficie a menudo revela la grieta iniciada precisamente en la marca de una llave.

3. El falso positivo del 'bloqueo hidráulico'

Las conexiones premium dependen de sellos de metal con metal, pero la aplicación de compuesto para roscas (dope) introduce una variable que a menudo se controla en el laboratorio pero no se controla en la plataforma. En el maquillaje automatizado, el exceso de lubricante puede quedar atrapado entre las raíces y crestas de las roscas o detrás del anillo de sello.

condición	del mecanismo de	Resultado
Prueba de piso de plataforma	La droga atrapada crea una alta presión localizada (bloqueo hidráulico).	Falso positivo:  La conexión mantiene la presión debido a la incompresibilidad del fluido, no a la interferencia del sello metálico.
Producción	Las altas temperaturas hacen que los volátiles de la droga se evaporen o se coqueen.	Falla:  La pérdida de volumen elimina el soporte hidráulico, lo que relaja la conexión y abre una vía de fuga.

Conclusión de ingeniería:  una prueba exitosa del gráfico de plataforma no garantiza la integridad del sello si el volumen de droga no está controlado; Se requiere un monitoreo computarizado de par-giro para detectar la firma de par de torsión del bloqueo hidráulico.

4. Puntos ciegos FEA: salto de hilo y morfología de grietas

El análisis de elementos finitos (FEA) es estándar para validar líneas de productos en diferentes tamaños, pero los modelos estándar a menudo utilizan suposiciones simplificadas con respecto a la fricción y el crecimiento de grietas que no se alinean con las pruebas físicas de 'marcado de playa'.

Subestimación de la tensión del aro:  los modelos FEA frecuentemente subestiman la expansión radial de la caja causada por el efecto de cuña de las roscas bajo carga cíclica. Esto lleva a predicciones de salto (separación) de hilos con cargas entre un 10 y un 15% superiores a la realidad. Además, los modelos que suponen un crecimiento de grietas semielípticas son optimistas. Las fallas físicas demuestran que las grietas por fatiga en la última raíz de la rosca enganchada crecen como  fallas anulares largas y poco profundas . Esta morfología conduce a fallas repentinas de tipo 'cremallera' en lugar de los escenarios graduales de fuga antes de rotura predichos por la mecánica de fractura estándar.

Preguntas frecuentes: Cumplimiento y solución de problemas para conexiones OCTG

¿Cómo afecta la granalla en el expediente de cualificación a la fiabilidad comercial?

El granallado aumenta la fricción de la superficie y la capacidad de sellado al desbastar el área del sello. Si el expediente CAL IV de un fabricante depende de muestras granalladas para ser aprobado, pero la carcasa de producción se vende con un acabado mecanizado, la calificación no es válida para el producto entregado. Los factores de fricción y el compromiso del sello no coincidirán con los resultados de la prueba.

¿Cuál es el riesgo de calor adiabático en la composición de campo frente a las pruebas de laboratorio?

Las pruebas de laboratorio se realizan a velocidades lentas controladas (1-2 RPM). La formación de campo es significativamente más rápida y genera calor adiabático en los hilos. Esto altera el factor de fricción del compuesto de rosca en tiempo real, lo que corre el riesgo de irritaciones instantáneas o lecturas de torsión incorrectas que la prueba de laboratorio nunca encontró.

¿Por qué las 'pruebas de esquina' son insuficientes para los pozos HPHT críticos?

Los fabricantes a menudo prueban solo los extremos de la envolvente de rendimiento (alta tensión/alta presión y baja tensión/alta presión) y utilizan FEA para interpolar el medio. Los pozos críticos operan en los 'puntos de silla': escenarios de carga dinámica donde la interferencia del sello es mínima. Sin validación física de estos puntos medios, la sellabilidad es teórica.

¿Cómo afecta la morfología de las grietas a la decisión entre LBB y factores de seguridad sobrediseñados?

Dado que las grietas por fatiga física crecen como fallas anulares poco profundas en lugar de elipses profundas, no rompen la pared para crear una fuga detectable antes de que la tubería se separe. Por lo tanto, confiar en la lógica Leak-Before-Break (LBB) es peligroso para los OCTG. Los ingenieros deben priorizar factores de seguridad contra fatiga (SF) más altos que los sistemas de monitoreo LBB para conexiones roscadas.