Mantenimiento y Uso de Barras de Perforación
1. Introducción
Las barras de perforación constituyen un componente fundamental de la maquinaria de perforación. La columna formada por estas barras es responsable de transmitir el torque y la presión de perforación, además de servir como conducto para el fluido de perforación. También son esenciales para el reemplazo de brocas y el manejo de emergencias, siendo simultáneamente la parte más susceptible a sufrir daños durante las operaciones.
2. Condiciones de Trabajo y Esfuerzos en las Barras de Perforación
La columna de perforación constituye un sistema elástico que durante la perforación soporta cargas variables tanto en magnitud como en dirección. Las cargas que actúan sobre diferentes secciones de la columna son desiguales, y la fricción entre la columna y las paredes del pozo, junto con posibles atascamientos, complica aún más las condiciones de esfuerzo.
2.1 Tipos de Esfuerzos
Durante los diversos procedimientos de perforación, los esfuerzos inducidos por las cargas en la columna de perforación presentan combinaciones extremadamente variables. Los esfuerzos que actúan dentro de la columna incluyen esfuerzos de tracción, compresión, torsión y flexión.
2.2 Vibraciones y Cargas Dinámicas
La columna de perforación experimenta vibraciones longitudinales y transversales bajo condiciones de deformación por flexión y torsión que cambian constantemente. Estas vibraciones someten tanto a la columna como al equipo de superficie a cargas dinámicas adicionales.
3. Análisis de Daños y Mecanismos de Falla
Según los registros estadísticos de inspección de recuperación del Proyecto Zhongyuan de 2018, se identificaron los siguientes patrones de daño en las barras de perforación:
3.1 Estadísticas de Daños
El pegado de roscas representa el 66% del total de reemplazos de barras de perforación. La flexión del cuerpo del tubo constituye el 2.3% del total de reemplazos. Las marcas de desgaste en forma de arco a lo largo de las superficies de los hombros representan el 35.2% del total de reemplazos. El desgaste severo de roscas constituye el 13.2%, mientras que los daños por impacto en roscas internas y externas y hombros de conexiones representan el 9.6%.
3.2 Causas Principales de Daño en Conexiones
3.2.1 Factores de Manufactura
Las roscas de las conexiones de barras de perforación que no cumplen con los estándares en términos de distancia de ajuste, acabado superficial y dureza superficial durante el proceso de manufactura pueden causar pegado de roscas.
3.2.2 Calidad de Compuestos para Roscas
Los compuestos para roscas de calidad inferior no pueden adherirse adecuadamente a las roscas para formar una película protectiva, resultando en desgaste o pegado bajo la acción de torsión y presión.
3.2.3 Procedimientos de Limpieza y Aplicación
La limpieza inadecuada de roscas internas y externas y superficies de hombros, junto con la aplicación insuficiente o desigual de compuesto para roscas, causa daños por fricción en los hombros de conexiones, formando marcas de desgaste y reduciendo la vida útil de las roscas.
4. Métodos de Mantenimiento y Uso
4.1 Mantenimiento de Roscas y Conexiones
4.1.1 Protección Durante el Uso en Campo
Antes del inicio de la perforación, es obligatorio limpiar completamente las roscas de las barras de perforación e instalar protectores de roscas antes de llevar las barras a la mesa de perforación. Se debe seleccionar compuesto para roscas de alta calidad que cumpla con los estándares.
4.1.2 Tecnología de Soldadura de Bandas Resistentes al Desgaste
La tecnología de soldadura de bandas resistentes al desgaste puede mejorar la resistencia al desgaste de los acoplamientos de barras de perforación, reducir el desgaste desigual de las conexiones y disminuir el desgaste en el revestimiento. Según estadísticas, el desgaste promedio del diámetro de conexiones por cada 10,000 metros de perforación se redujo de 0.66 mm (sin bandas resistentes al desgaste) a 0.42 mm (con bandas resistentes al desgaste), incrementando la vida útil de las conexiones en un 54.8%.
4.2 Mantenimiento del Cuerpo de las Barras
4.2.1 Protección Durante el Uso en Campo
Las barras de perforación deben inspeccionarse cuidadosamente antes del uso. No deben utilizarse barras dañadas, flexionadas o con desgaste severo (superior a 1.5 mm). Las barras flexionadas pueden reutilizarse después del enderezamiento, pero las secciones enderezadas serán más susceptibles a la flexión que originalmente.
4.2.2 Tecnología de Recubrimiento Interno
Los tubos tratados con recubrimiento interno forman una capa protectiva en la pared interna que posee excelentes características de resistencia a la erosión, ácidos, álcalis y altas temperaturas, además de propiedades superiores de resistencia al desgaste y reducción de fricción.
5. Conclusiones y Recomendaciones
5.1 Medidas Preventivas Principales
A través del análisis integral de los modos y causas de falla de las barras de perforación, combinado con años de experiencia laboral y documentación técnica relevante, se proponen las siguientes medidas preventivas:
5.1.1 Fortalecimiento de las Inspecciones Pre-operacionales
Es fundamental fortalecer el trabajo de inspección de las barras de perforación antes de su entrada al pozo para garantizar la calidad. Las inspecciones pre-operacionales deben incluir tres aspectos principales: inspección de calidad durante la entrega, reparación, inspección, organización y clasificación de barras recuperadas y almacenadas, e inspección detallada por parte del personal técnico del equipo antes de la entrada al pozo.
5.1.2 Normalización de Procedimientos Operativos
Durante la conexión, aplicar uniformemente compuesto para roscas limpio y que cumpla con los estándares de uso para garantizar la hermeticidad de la conexión roscada. Controlar adecuadamente el torque de conexión según los valores óptimos especificados y contar con torquímetros en buen estado de funcionamiento.
5.2 Uso Científico y Racional
Al ensamblar las barras de perforación, se debe considerar completamente la transición suave de la rigidez general de la columna de perforación, evitando puntos de cambio brusco de rigidez y utilizando barras de perforación pesadas cuando sea necesario. Se recomienda utilizar barras de perforación de mayor diámetro siempre que sea posible para mejorar las condiciones de esfuerzo y aumentar efectivamente la capacidad de manejo de emergencias.
5.2.1 Parámetros Operativos
La selección racional de parámetros de perforación es crucial. La velocidad de rotación debe evitar la generación de vibraciones por atascamiento y resonancia de la columna de perforación. La presión de perforación debe evitar el pandeo de las barras debido a la compresión, que puede causar desgaste desigual.
5.2.2 Monitoreo Continuo
Es importante prestar atención a los cambios en la presión de la bomba para detectar oportunamente perforaciones en las barras de perforación y reducir los accidentes de ruptura. El pH del fluido de perforación debe controlarse alrededor de 9.0 para minimizar la corrosión.
5.3 Mantenimiento y Cuidado Diario
El mantenimiento regular incluye el cuidado de las roscas de conexión de las barras, aplicando aceite protector durante el almacenamiento y removiendo las juntas de goma de las conexiones durante el almacenamiento a largo plazo. También es esencial la limpieza del lodo de las paredes internas y externas para reducir la corrosión química y por oxidación.
