Tubería de perforación petrolífera vs. barra de perforación DTH: se parecen, pero no tienen ninguna relación.
Un novato en una cuadrilla minera tomó lo que creía que era una varilla de perforación de repuesto del estante e intentó usarla con un martillo perforador. La varilla encajaba en el mandril, más o menos. Las roscas se enganchaban, más o menos. El compresor se encendió, el martillo empezó a funcionar y, en unos veinte minutos, la varilla se había retorcido en espiral en la primera conexión roscada. La varilla no estaba defectuosa. Era una tubería de perforación petrolera —diseñada para rotación, no para percusión— y se le había exigido un trabajo para el que no estaba construida.
Si trabajas en minería, petróleo y gas, o si te dedicas a la adquisición de herramientas para múltiples yacimientos, probablemente hayas visto tuberías de perforación petrolera y barras de perforación DTH en el mismo almacén y te hayas preguntado si son intercambiables. No lo son. Aquí te mostramos cuatro razones por las que son completamente diferentes.
Primera diferencia: para qué sirven realmente
La tubería de perforación petrolífera tiene una única función: llevar la broca hasta el fondo de un pozo que puede tener varios miles de metros de profundidad, proporcionar la rotación suficiente para que la broca gire y bombear fluido de perforación a través del centro para transportar los detritos de vuelta a la superficie. Eso es todo. Su diseño se basa en la realidad de que opera en pozos profundos y de alta presión, donde los mayores enemigos son la corrosión interna causada por el lodo de perforación, el desgaste externo por el roce con el revestimiento y la fatiga por la carga cíclica de las operaciones de entrada y salida de la tubería.
Las barras de perforación DTH operan en un entorno completamente diferente. Su función es ubicarse entre el martillo DTH y la plataforma de perforación, transmitiendo la rotación y la presión de avance al martillo, a la vez que canalizan aire a alta presión a través del centro para impulsar el pistón del martillo y expulsar los recortes del pozo. No generan impacto —de eso se encarga el martillo—, pero deben soportar el entorno abrasivo y lleno de vibraciones que se encuentra justo encima del martillo, donde cada golpe genera una onda expansiva que asciende por el acero y las virutas de roca pasan a velocidades casi sónicas.
Tubería de perforación petrolífera: miles de metros, rotación, circulación de lodo. Varillas de perforación DTH: decenas o cientos de metros, rotación más vibración, aire comprimido. Mundos distintos.
Segunda diferencia: su aspecto de cerca
Si tomas una tubería de perforación petrolera, lo primero que notarás es su peso. Se trata de un tubo de acero sin costura, generalmente de 9 a 11 milímetros de espesor de pared, con una sección transversal circular lisa de extremo a extremo. Los extremos terminan en conexiones roscadas según las especificaciones API: IF, FH, NC o designaciones similares que se refieren a perfiles de rosca estandarizados en la industria petrolera. Las roscas se mecanizan con tolerancias muy ajustadas, ya que deben sellar contra miles de PSI de presión interna del lodo mientras transmiten decenas de miles de libras-pie de torque.
Ahora tome una barra de perforación DTH. Es más ligera para su longitud y, en lugar de un tubo redondo liso, la mayoría tiene una sección transversal hexagonal. La forma hexagonal no es meramente estética: proporciona superficies planas para que la llave de desconexión de la plataforma se agarre durante los cambios de barra y le otorga mayor rigidez a la flexión en las direcciones importantes durante la perforación percusiva. El orificio central es para aire comprimido, no para lodo de perforación, por lo que el diámetro interno está dimensionado para el volumen de aire en lugar del flujo de fluido. Las conexiones de los extremos suelen tener un diseño plano con hombro que transmite la energía del impacto del martillo a la barra sin concentrar la tensión en las roscas, a diferencia de los perfiles de rosca API en las tuberías de petróleo.
Si estás en un patio intentando distinguirlos, fíjate en el cuerpo hexagonal. ¿Redondo, pesado, con roscas cónicas de precisión? Tubo de aceite. ¿Hexagonal, más ligero por metro, con conexiones planas? Varilla DTH. Ahí tienes la respuesta.
Tercera diferencia: cómo funcionan bajo carga.
Esta es la distinción que explica por qué nunca se puede sustituir una cosa por la otra.
Una tubería de perforación petrolífera pasa toda su vida útil en rotación. El sistema de accionamiento superior o mesa rotatoria hace girar toda la sarta, y la función de la tubería es transmitir el par de torsión de forma eficiente sin desviarse. La carga es principalmente de cizallamiento torsional, con cierta tensión debida al peso de la sarta que se encuentra debajo. No hay carga de impacto. Ninguna. La tubería gira suavemente, o al menos tan suavemente como lo permiten las condiciones del fondo del pozo, y está diseñada para soportar millones de ciclos de rotación durante su vida útil.
Una barra de perforación DTH opera bajo un régimen de carga completamente diferente. El martillo en el extremo inferior de la sarta golpea la broca decenas de veces por segundo; cada golpe es un impacto percusivo que envía una onda de compresión que se propaga rápidamente por la barra. Además, la plataforma aplica rotación —mucho más lenta que una plataforma petrolífera, generalmente de 20 a 60 RPM— y presión de avance. La barra experimenta torsión, compresión axial y vibración de alta frecuencia simultáneamente, además del desgaste abrasivo producido por los recortes de roca que atraviesan la superficie exterior en el espacio anular.
Si se utiliza una tubería de perforación petrolífera en una aplicación DTH, las conexiones roscadas —diseñadas para una rotación suave— se agrietarán por fatiga debido a la vibración percusiva durante el primer turno. El cuerpo de la tubería, diseñado para torsión, se deformará bajo la compresión y vibración combinadas. Además, su superficie exterior lisa y redonda, sin superficies de agarre planas, se deslizará en la llave de extracción y dificultará cada cambio de varilla.
Si se introduce una varilla DTH en un pozo petrolífero, el cuerpo hexagonal provocará turbulencias en el lodo de perforación, las conexiones de cara plana no sellarán contra la presión de la formación y la varilla, que nunca fue diseñada para miles de metros de rotación, se romperá con una fracción del par de torsión que soporta habitualmente una tubería de petróleo.
Cuarta diferencia: de qué están hechos y cómo se clasifican.
Las tuberías de perforación petrolífera se especifican según el grado de acero: E75, X95, G105 y S135, donde el número representa la resistencia mínima a la fluencia en miles de PSI. La tubería S135 tiene una resistencia a la fluencia de 135 000 PSI. Se trata de aceros de alta resistencia y tenacidad, aleados con cromo y molibdeno para resistir la corrosión causada por el lodo de perforación y los fluidos de formación. El tratamiento térmico consiste en temple y revenido, lo que produce una microestructura uniforme en todo el espesor de la pared, capaz de soportar altas torsiones sin fractura frágil.
Las barras de perforación DTH se fabrican con diferentes aleaciones, cada una con prioridades distintas. El acero requiere una alta dureza superficial para resistir el desgaste abrasivo de los recortes —lo que generalmente se logra mediante la carburación o el endurecimiento por inducción de la superficie exterior—, pero el núcleo debe mantener su resistencia para absorber el impacto sin agrietarse. Esta estructura cementada es fundamentalmente diferente de la estructura endurecida en toda la masa de las tuberías de petróleo. El contenido de aleación suele ser menor en níquel y mayor en manganeso y silicio, optimizado para la resistencia al desgaste en lugar de la resistencia a la corrosión en pozos profundos.
Los sistemas de clasificación también son diferentes. Las tuberías de petróleo siguen las especificaciones API con números de grado bien definidos. Las varillas DTH suelen especificarse según el sistema de clasificación del fabricante, vinculado a las condiciones de la roca y la compatibilidad con el martillo. No se compra una varilla DTH de grado " S135", sino una varilla especificada para un tamaño de martillo y una clase de abrasividad de roca específicos.
La conclusión
Las tuberías de perforación petrolífera y las barras de perforación DTH se parecen vagamente, como un camión de carretera y un todoterreno tienen cuatro ruedas. Ambos son tubos largos y huecos de acero que se conectan a los equipos de perforación. Ahí termina la similitud.
Si va a equipar una plataforma de perforación minera o de construcción, necesita varillas DTH: de cuerpo hexagonal, cementadas y diseñadas para resistir percusión y abrasión. Si accidentalmente encuentra una tubería de petróleo en la plataforma, no la utilice. El resultado será una rotura por fatiga y torsión, y un equipo que se queda parado viendo cómo la plataforma permanece inactiva. Usar la herramienta adecuada para cada tarea no es una sugerencia; en perforación, es la diferencia entre perforar y desechar material.
