La tubería de perforación es el principal componente estructural y conductor de fluidos de la sarta de perforación en operaciones de perforación rotatoria. Fabricado según la especificación API 5DP, debe transmitir simultáneamente torque, soportar cargas axiales (tensión y compresión) y conducir fluido de perforación a alta presión, a menudo en pozos desviados o profundos donde las cargas son extremas y las consecuencias de las fallas son graves.
Esta referencia cubre la especificación técnica completa para la tubería de perforación API 5DP: clasificaciones de grados, tamaños de diámetro exterior estándar y espesores de pared, peso por pie, dimensiones de juntas de herramientas, rangos de longitudes y los criterios de selección que rigen las decisiones de clases de grado y peso. ZC Steel Pipe fabrica tubos de perforación según API 5DP en todos los grados y tamaños estándar, con experiencia en exportación en África, Medio Oriente y América del Sur.
CONTENIDO
¿Qué es la tubería de perforación? Definición y función
Clasificaciones de grado API 5DP
Tamaños de diámetro exterior y espesores de pared estándar
Peso de la tubería de perforación por pie
Especificaciones de juntas de herramientas
Longitudes de rango
Tubería de perforación pesada (HWDP)
Guía de selección de grados
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué es la tubería de perforación? Definición y función
La tubería de perforación forma el cuerpo principal de la sarta de perforación: el conjunto giratorio que conecta el equipo de perforación de superficie con la broca en el fondo del pozo. Cada junta de tubería de perforación consta de un cuerpo de tubo con extremos recalcados (secciones de pared engrosadas) a los que se sueldan por fricción las juntas de herramientas. Las juntas de herramientas (pasador en un extremo y caja en el otro) proporcionan las conexiones roscadas que permiten montar y desmontar la sarta durante las operaciones de disparo.
API 5DP: ESPECIFICACIÓN PARA TUBERÍAS DE PERFORACIÓN La especificación API 5DP es el estándar que rige para las tuberías de perforación utilizadas en la perforación de petróleo y gas. Cubre grados de materiales, propiedades mecánicas (límite elástico, resistencia a la tracción, dureza), requisitos dimensionales (tolerancias de diámetro exterior, espesor de pared, rectitud del cuerpo) y criterios de inspección. El estándar lo mantiene el Instituto Americano del Petróleo y es reconocido mundialmente como el requisito de calidad básico para la adquisición de tubos de perforación.
Durante la perforación, la sarta de perforación realiza cuatro funciones simultáneas: transmite el par giratorio desde la superficie a la broca; soporta la carga de tracción de toda la sarta suspendida en el pozo; conduce el fluido de perforación hacia abajo a través del orificio de la tubería de perforación para enfriar la broca y transportar los recortes de regreso a la superficie; y en pozos direccionales, transmite las cargas de peso sobre la barrena necesarias para generar inclinación. Cada una de estas funciones impone exigencias mecánicas distintas, por lo que la selección del grado es fundamental.
Nota de campo: arquitectura de la sarta de perforación La tubería de perforación estándar no se utiliza directamente encima de la broca. El conjunto de fondo de pozo (BHA) utiliza portamechas y tubería de perforación pesada (HWDP) como zona de transición para proporcionar peso sobre la broca y reducir la fatiga en el punto de transición crítico. La tubería de perforación estándar se ubica sobre el HWDP. Los ingenieros que especifican la tubería de perforación para un nuevo programa de pozos deben dimensionar primero la zona de transición del HWDP antes de dimensionar la sarta principal.
2. Clasificaciones de grados API 5DP
API 5DP define cuatro grados estándar de tubería de perforación, cada uno diferenciado por su límite elástico mínimo, resistencia a la tracción y dureza. La selección de calidad es la palanca principal que controla la capacidad de tracción, la resistencia a la torsión y la resistencia al agrietamiento por tensión inducido por hidrógeno (HISC) en entornos de servicio amargos.
| Grado |
mín. Límite elástico (psi) |
Máx. Límite elástico (psi) |
mín. Resistencia a la tracción (psi) |
Máx. de dureza (HRC) |
Aplicación típica |
| E75 |
75.000 |
105.000 |
100.000 |
— |
Pozos poco profundos a medianos, baja exposición a H₂S |
| X95 |
95.000 |
125.000 |
105.000 |
— |
Pozos de profundidad media, requisitos de torque moderados |
| G105 |
105.000 |
135.000 |
115.000 |
— |
Pozos profundos, perforación direccional de alto torque |
| S135 |
135.000 |
165.000 |
145.000 |
— |
Pozos ultraprofundos, de alcance extendido y HPHT |
Punto crítico de ingeniería: Restricciones de servicio ácido (H₂S) Los grados de alta resistencia (G105 y S135) son susceptibles al agrietamiento por tensión de sulfuro (SSC) en ambientes que contienen sulfuro de hidrógeno (H₂S). Cuando las condiciones del pozo requieren el cumplimiento del servicio amargo según NACE MR0175/ISO 15156, el grado E75 suele ser el grado máximo permitido. Especificar G105 o S135 en pozos que contienen H₂S sin material calificado para SSC es un modo de falla conocido. Confirme siempre la aplicabilidad del servicio amargo con su ingeniero de perforación antes de especificar la calidad.
Marcas de identificación de grado
API 5DP requiere que la tubería de perforación esté marcada con una plantilla en el cuerpo del tubo con: el nombre o marca del fabricante, el monograma API (cuando esté autorizado), la designación del grado, el número de lote/calor y el tamaño (OD × espesor de pared). Las juntas de herramientas están marcadas por separado con diámetro exterior, diámetro interior y tipo de conexión. Estas marcas son el medio principal de identificación en el campo; verifíquelas al recibirlas antes de introducir la tubería en el pozo.
3. Tamaños de diámetro exterior y espesores de pared estándar
API 5DP cubre tuberías de perforación en tamaños de diámetro exterior nominal desde 2-3/8 pulgadas hasta 6-5/8 pulgadas. Para cada diámetro exterior, se especifican uno o más espesores de pared nominales, lo que produce diferentes clases de peso. La siguiente tabla cubre las combinaciones de tamaño y peso más utilizadas en operaciones de perforación comerciales.
| Diámetro exterior nominal (pulg.) |
Tolerancia de diámetro exterior |
Espesor de pared nominal (pulg.) ID |
de clase de peso |
(aprox., pulg.) |
Área de sección transversal (pulg.²) |
| 2-3/8 |
+0,031 / −0,031 |
0.280 |
Estándar |
1.815 |
1.812 |
| 2-7/8 |
+0,031 / −0,031 |
0.362 |
Estándar |
2.151 |
2.858 |
| 3-1/2 |
+0,031 / −0,031 |
0.368 |
Estándar |
2.764 |
3.621 |
| 4 |
+0,031 / −0,031 |
0.330 |
Estándar |
3.340 |
3.805 |
| 4-1/2 |
+0,031 / −0,031 |
0.337 |
Estándar |
3.826 |
4.407 |
| 5 |
+0,031 / −0,031 |
0.362 |
Estándar |
4.276 |
5.275 |
| 5-1/2 |
+0,031 / −0,031 |
0.415 |
Estándar |
4.670 |
6.630 |
| 5-7/8 |
+0,031 / −0,031 |
0.500 |
Estándar |
4.875 |
8.449 |
| 6-5/8 |
+0,047 / −0,047 |
0.500 |
Estándar |
5.625 |
9.598 |
Información de ingeniería: selección de diámetro exterior e hidráulica La selección de diámetro exterior de la tubería de perforación está restringida tanto por el programa de revestimiento (la tubería debe pasar a través de la sarta de revestimiento anterior) como por la hidráulica (la velocidad anular debe ser suficiente para levantar los recortes). Para un diámetro interior de carcasa determinado, un diámetro exterior de tubería de perforación más grande mejora la capacidad de torsión y tracción, pero reduce el espacio anular. La mayoría de los programas en aguas profundas utilizan tuberías de perforación de 5 pulgadas o 5-1/2 pulgadas en la sarta principal como equilibrio entre el rendimiento hidráulico y la resistencia mecánica.
4. Peso de la tubería de perforación por pie
El peso de la tubería de perforación se expresa como peso nominal en libras por pie (lb/pie) y es un dato crítico para los cálculos de carga en gancho, cálculos de flotabilidad y análisis de pandeo. El peso nominal incluye el peso del cuerpo del tubo más un margen para los extremos recalcados y las juntas de herramientas, promediado sobre la longitud de la junta.
| Diámetro exterior nominal (pulg.) |
Pared nominal (pulg.) |
Peso nominal (lb/pie) |
Peso del extremo liso (lb/pie) |
Aprox. Longitud de la junta (pies) |
Aprox. Peso de la articulación (libras) |
| 2-3/8 |
0.280 |
6.65 |
6.26 |
30 |
~200 |
| 2-7/8 |
0.362 |
10.40 |
9.72 |
30 |
~312 |
| 3-1/2 |
0.368 |
13.30 |
12.31 |
30 |
~399 |
| 4 |
0.330 |
14.00 |
12.93 |
30 |
~420 |
| 4-1/2 |
0.337 |
16.60 |
15.00 |
30 |
~498 |
| 5 |
0.362 |
19.50 |
17.93 |
30 |
~585 |
| 5-1/2 |
0.415 |
24.70 |
22.54 |
30 |
~741 |
| 6-5/8 |
0.500 |
33.93 |
31.03 |
30 |
~1,018 |
Nota de adquisición: contabilidad del peso Al calcular el peso total de la sarta de perforación para la evaluación de la capacidad del equipo, utilice el peso nominal (no el peso del extremo plano) para el cuerpo del tubo y agregue el peso real de la junta de la herramienta por separado. El peso de la junta de la herramienta puede representar entre el 10% y el 20% del peso total de la junta en tuberías de menor diámetro. Los proveedores que cotizan 'peso ajustado' pueden incluir la contribución de la junta de herramientas de manera diferente; siempre confirme la base antes de cargar en su modelo de carga de gancho.
5. Especificaciones de juntas de herramientas
Las juntas de herramientas son elementos de conexión roscados en cada extremo de una junta de tubería de perforación. El pasador (rosca macho) está en el extremo inferior; la caja (rosca hembra) está en el extremo superior. Las juntas de herramientas se fabrican por separado a partir de acero de alta aleación (normalmente AISI 4145H modificado) y se sueldan por fricción a los extremos del tubo recalcado. Deben ser más duros y resistentes que el cuerpo de la tubería para resistir los ciclos repetidos de conformación y desmontaje experimentados durante la vida útil de la tubería.
Junta de herramienta OD e ID
El diámetro exterior de la junta de herramienta debe ser lo suficientemente grande para proporcionar una resistencia a la torsión adecuada, pero lo suficientemente pequeño como para pasar a través de la sarta de revestimiento y no crear restricciones excesivas de densidad de circulación equivalente (ECD) en el espacio anular. El diámetro interior de la junta de la herramienta debe ser suficiente para los caudales objetivo sin una caída excesiva de presión.
| Diámetro exterior de la tubería (pulg.) |
Diámetro exterior típico de TJ (pulg.) |
Diámetro interior típico de TJ (pulg.) |
Tipo de conexión común |
Relación diámetro exterior de TJ/OD de tubería |
| 2-3/8 |
3-1/2 |
1-3/8 |
NC26 |
1.47 |
| 2-7/8 |
3-3/4 |
1-3/4 |
NC31 |
1.30 |
| 3-1/2 |
4-3/4 |
2-1/4 |
NC38 |
1.36 |
| 4 |
5-1/4 |
2-9/16 |
NC40 / NC46 |
1.31 |
| 4-1/2 |
6-1/4 |
3 |
NC46/NC50 |
1.39 |
| 5 |
6-5/8 |
3-1/4 |
NC50 |
1.33 |
| 5-1/2 |
7-1/4 |
3-1/2 |
5-1/2 pies cuadrados |
1.32 |
| 6-5/8 |
8-1/4 |
4 |
6-5/8FH |
1.24 |
Perfiles de rosca para juntas de herramientas
El perfil de rosca dominante para juntas de herramientas de tubería de perforación es la conexión con hombro giratorio API (RSC), específicamente la serie de conexiones numeradas (NC). Las conexiones NC se identifican mediante un número de dos dígitos aproximadamente igual al diámetro de paso de la rosca del pasador en décimas de pulgada. Las conexiones de orificio completo (FH) se utilizan en tuberías de diámetro exterior más grande donde se requiere un diámetro interior máximo. Las conexiones premium que no son API (por ejemplo, Grant Prideco XT, TenarisHydril Blue) ofrecen una capacidad de torsión mejorada para aplicaciones de alto rendimiento, pero requieren licencia de los fabricantes de conexiones.
6. Longitudes de rango
API define tres categorías de longitud de rango para tubería de perforación. La selección del rango afecta la velocidad de disparo (juntas más largas = menos conexiones para hacer/romper), los requisitos de altura de retroceso en la torre de perforación y las especificaciones del equipo de manipulación de tuberías.
Rango 1 (R1)
Longitud:
18 – 22 pies (5,5 – 6,7 m)
Uso típico:
Pozos poco profundos, operaciones de tubería flexible, reacondicionamiento
Nota:
Rara vez se utiliza en la perforación rotativa moderna.
Rango 2 (R2)
Longitud:
27 – 30 pies (8,2 – 9,1 m)
Uso típico:
Perforación rotativa estándar en tierra y mar adentro
Nota:
Valor predeterminado de la industria; Más del 95 % de los envíos de tubos de perforación
Rango 3 (R3)
Longitud:
38 – 45 pies (11,6 – 13,7 m)
Uso típico:
Pozos de aguas profundas, de alcance extendido y ultraprofundos
Nota:
Requiere torre de perforación alta y estanterías de soporte doble/triple
Información de ingeniería: ahorro de tiempo de disparo de rango 3 En un pozo de 20 000 pies que utiliza juntas de rango 2 de 30 pies, hay aproximadamente 667 conexiones para salir del pozo. El mismo pozo con juntas de Rango 3 (promedio de 42 pies) requiere solo ~476 conexiones, una reducción de casi el 30 %. De 3 a 5 minutos por conexión, esto representa un ahorro de 3 a 6 horas por viaje. Para operaciones en aguas profundas donde las tarifas diarias de perforación superan los $500,000, la adopción del Rango 3 tiene una clara justificación económica a pesar del requisito de mayor altura de la torre de perforación.
7. Tubería de perforación pesada (HWDP)
La tubería de perforación pesada (HWDP) ocupa la zona de transición entre los portamechas en la parte inferior del BHA y la sarta de tubería de perforación estándar arriba. Es visualmente similar a la tubería de perforación estándar, pero tiene una pared significativamente más gruesa, un recalcado central (almohadilla de desgaste) en el medio del cuerpo del tubo y juntas de herramientas de mayor diámetro. Su función principal es reducir las fallas por fatiga que ocurren en la transición de la sección rígida del collar de perforación a la tubería de perforación estándar, más flexible.
| Diámetro exterior nominal (pulg.) |
Espesor de la pared (pulg.) |
Peso nominal (lb/pie) |
DI (pulg.) |
Longitud de la junta (pies) |
Aprox. Peso de la articulación (libras) |
| 3-1/2 |
0.615 |
25.3 |
2.25 |
30 |
~759 |
| 4 |
0.670 |
30.0 |
2.56 |
30 |
~900 |
| 4-1/2 |
0.750 |
41.0 |
3.00 |
30 |
~1,230 |
| 5 |
0.750 |
49.3 |
3.50 |
30 |
~1,479 |
| 5-1/2 |
0.750 |
55.0 |
4.00 |
30 |
~1,650 |
Nota de campo: longitud de la sarta de HWDP La regla general de la industria exige una sección de HWDP mínima de 30 a 40 juntas (aproximadamente 900 a 1200 pies) por encima de los portamechas. En pozos direccionales con alta severidad dogleg, se utilizan secciones HWDP más largas para proteger la zona de transición de la fatiga por flexión cíclica. La longitud insuficiente del HWDP es una causa común de fallas por fatiga de la sarta de perforación en la parte superior del BHA.
8. Guía de selección de grados
La selección del grado implica equilibrar la capacidad de tracción, la resistencia a la torsión, la resistencia a la fatiga y la compatibilidad con el servicio amargo frente al costo. La siguiente matriz resume los principales impulsores de selección para cada grado API 5DP.
| Factor de selección |
E75 |
X95 |
G105 |
S135 |
| Pozos poco profundos (<8000 pies) |
Privilegiado |
Aceptable |
Sobreespecificación |
Sobreespecificación |
| Pozos medianos (8000 a 15 000 pies) |
Marginal |
Privilegiado |
Aceptable |
Sobreespecificación |
| Pozos profundos (>15,000 pies) |
Insuficiente |
Marginal |
Privilegiado |
Privilegiado |
| Pozos de alcance extendido/ERD |
Insuficiente |
Marginal |
Aceptable |
Privilegiado |
| Servicio amargo (H₂S presente) |
Calificado |
Verificar NACE |
No recomendado |
No recomendado |
| Pozos HPHT |
Insuficiente |
Insuficiente |
Marginal |
Privilegiado |
| Sensibilidad al costo |
Costo más bajo |
Bajo-moderado |
Moderado |
Costo más alto |
Punto crítico de ingeniería: no subestime las especificaciones para ahorrar costos Seleccionar una calidad más baja para reducir el costo inicial es uno de los errores de adquisición más importantes en la compra de tubos de perforación. Una sarta de Grado E75 que falla en una profundidad de un pozo de 15,000 pies cuesta órdenes de magnitud más en operaciones de pesca, posible desvío y tiempo de perforación que el diferencial de costos entre E75 y X95 en el pedido original. Los cálculos de dimensionamiento mecánico realizados por un ingeniero de perforación calificado siempre deben preceder a la selección de la ley en cualquier pozo más allá de las profundidades poco profundas rutinarias.
9. Preguntas frecuentes
¿Cuáles son los grados estándar de tubería de perforación según API 5DP?
API 5DP especifica cuatro grados de tubería de perforación estándar: E75 (rendimiento mínimo 75 000 psi), X95 (rendimiento mínimo 95 000 psi), G105 (rendimiento mínimo 105 000 psi) y S135 (rendimiento mínimo 135 000 psi). La selección de la calidad depende de la profundidad del pozo, la complejidad direccional y la capacidad de torsión y tracción requerida. S135 es el grado estándar más alto disponible comercialmente y se utiliza para aplicaciones HPHT y de alcance extendido exigentes.
¿Qué tamaños de diámetro exterior están disponibles para la tubería de perforación API?
Los tamaños de diámetro exterior de la tubería de perforación API 5DP estándar varían desde 2-3/8 pulgadas hasta 6-5/8 pulgadas. Los tamaños más comúnmente utilizados en la perforación de petróleo y gas son 3-1/2 pulgadas, 4 pulgadas, 4-1/2 pulgadas y 5 pulgadas. Los tamaños más grandes, como 5-1/2 pulgadas y 5-7/8 pulgadas, se especifican para aplicaciones de alto flujo o alto torque donde se requiere un diámetro mayor.
¿Cuál es la diferencia entre las longitudes de los rangos de tuberías de perforación?
API define tres longitudes de rango: Rango 1 (18 a 22 pies), Rango 2 (27 a 30 pies) y Rango 3 (38 a 45 pies). El rango 2 es el estándar de la industria para la gran mayoría de operaciones de perforación rotativa. El rango 3 se especifica para pozos de aguas profundas y ultraprofundos donde menos conexiones por viaje reducen significativamente el tiempo de perforación no productivo.
¿Qué clasificaciones de espesor de pared existen para la tubería de perforación?
La tubería de perforación estándar utiliza espesores de pared nominales que van desde 0,280 pulgadas (2-3/8 OD) hasta 0,500 pulgadas (5-7/8 y 6-5/8 OD), según el tamaño. La tubería de perforación pesada (HWDP) utiliza paredes significativamente más gruesas (generalmente de 0,615 a 0,750 pulgadas para el mismo rango de diámetro exterior) junto con una almohadilla de desgaste central y juntas de herramientas más grandes. HWDP se especifica para la zona de transición encima de los portamechas para reducir las fallas por fatiga.
¿Es la tubería de perforación lo mismo que la tubería de perforación?
Sí, 'tubo de perforación' y 'tubo de perforación' se utilizan indistintamente en toda la industria. Ambos términos se refieren a las juntas de tubos de acero huecos que forman el cuerpo principal de la sarta de perforación en una operación de perforación rotativa. El estándar API oficial se titula 'Especificación para tubos de perforación' (API 5DP). El término 'tubería de perforación' es más común en los mercados de habla no inglesa y en los documentos de adquisiciones traducidos.
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ZC Steel Pipe fabrica tubos de perforación API 5DP en todos los grados estándar (E75, X95, G105, S135) y tamaños de diámetro exterior, con rango 2 y rango 3 disponibles. Como fabricante por pedido con sede en la ciudad de Hai'an, China, prestamos servicios a contratistas de perforación y compradores de OCTG en África, Medio Oriente y América del Sur.
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