Tratamientos de carburación y endurecimiento superficial de varillas de perforación de roca: procesos, rendimiento y guía de iones
Las barras de perforación para plataformas de perforación de roca se clasifican principalmente en dos tipos según sus procesos de reforzamiento superficial: tratamiento de carburación y tratamiento de endurecimiento superficial. Estos dos enfoques difieren significativamente en sus métodos de procesamiento y características de rendimiento.
I. Diferencias en los procesos de tratamiento térmico
Tratamiento de carburación: Este proceso se realiza típicamente en un horno de pozo bajo una atmósfera rica en carbono. La varilla de perforación se expone a parámetros específicos de temperatura y duración, lo que permite que su superficie, incluyendo el cuerpo exterior de la varilla y las paredes internas de los pozos de agua, absorba átomos de carbono, formando una capa de carburo de alta dureza y resistente al desgaste. A continuación, se realiza un temple y revenido enfriados por aire. La varilla de perforación resultante alcanza una dureza superficial de HRC 58-60, mientras que el núcleo conserva una dureza relativamente baja (alrededor de HRC 43), lo que equilibra una excepcional resistencia al desgaste superficial con una gran tenacidad del núcleo.
Tratamiento de Endurecimiento Superficial: Este método emplea principalmente calentamiento por inducción de alta frecuencia para calentar rápida y localmente la superficie de la varilla de perforación, seguido de temple y revenido. El objetivo es crear directamente una capa endurecida en la superficie similar a la de la carburación, alcanzando HRC 58-60. Cabe destacar que las zonas de conexión roscada, propensas a la concentración de tensiones y que requieren mayor resistencia, suelen someterse a tratamientos térmicos especializados adicionales, como el temple secundario de alta frecuencia o el revenido por inducción, para optimizar el rendimiento en estas zonas críticas.
II. Diferencias en las características de rendimiento
Tenacidad: Generalmente, se considera que las varillas de perforación con temple superficial ofrecen una tenacidad general superior a las carburizadas. Esta ventaja se debe a que el material del núcleo evita el proceso de carburización, lo que preserva una mayor plasticidad.
• Resistencia a la fatiga y al desgaste: Sin embargo, las varillas de perforación con temple superficial suelen tener una resistencia a la fatiga menor que las versiones carburizadas. Por el contrario, las varillas carburizadas se benefician de una fuerte adhesión entre la capa carburizada y el material base, junto con una capa endurecida más profunda, lo que resulta en una mayor resistencia al desgaste y a la fatiga. Dicho esto, el proceso de carburización, en particular al controlar la profundidad de la capa y la concentración de carbono, y el consiguiente temple por aire requieren una gestión precisa de los parámetros, ya que cualquier variación puede comprometer la calidad del producto final.
III. Escenarios aplicables
Gracias a su mayor tenacidad, las barras de perforación con endurecimiento superficial son más adecuadas para perforar en formaciones rocosas estratificadas o zonas con fracturas extensas. En estos entornos rocosos inestables y de alto impacto, su mayor tenacidad ayuda a soportar cargas de choque y minimiza el riesgo de fallas por fragilidad.
Las barras de perforación carburizadas, con su excelente resistencia al desgaste y a la fatiga, son excelentes para perforaciones profundas (por ejemplo, a más de 20 metros de profundidad). En combinación con barras carburizadas de acero hueco (MF) y brocas de botón de alta guía que facilitan la retracción, minimizan eficazmente la desviación del pozo, prolongan la vida útil del conjunto de perforación y reducen los costos operativos en perforaciones profundas.
