Prevención de Fallas en la Sarta de Perforación

 

Fallas en la Sarta de Perforación: Mecanismos de Falla

Una Falla ocurre cuando alguno de los componentes no puede desarrollar sus funciones .  Las fallas pueden ser:

• Fugas por las conexiones 
• Separación completa de un componente por partición (sobre tensión, sobre torsión) 
• Estallido de un componente por presión interna 
• Aplastamiento por presión exterior

 Localización
• Cuerpo de los tubulares
• Acoples o roscas de los tubulares
 • Cualquier componente de la sarta



Componentes de la Sarta Sarta de Perforación: 

Tubería de Perforación + aparejo de Fondo
Tubería HWDP
Lastra barrenas
Martillos
Motores
Estabilizadores
Tubulares
Otros Equipos de Subsuelo

Tipos de Falla
• Esfuerzos excesivos de Tensión
• Esfuerzos excesivos de Torsión
• Esfuerzos insuficientes de torsión
• Agrietamiento metalúrgico por Sulfuro de Hidrógeno
• Fatiga de material
• Lavado del material
• Otras Causas: Estallido, colapso, falla de soldaduras


Distribución de las Fallas de acuerdo con el Mecanismo de Falla: 
Corrosión 9%
Tensión & Torsión 14%
Fatiga 77%

LA CLAVE PARA RESOLVER EL PROBLEMA ES LA PREVENCIÓN DE FALLAS POR FATIGA 


Mecanismos de Falla

• Por Esfuerzos Excesivos de Tensión: 

Ocurren cuando las cargas de tensión sobre algún componente superan la resistencia máxima a la tensión
• La superficie de ruptura es dentada y forma un ángulo de 45º con el eje de la sarta
• El tubular fallado se estira y forma un cuello en la zona cercana a la fractura
• El tubular también forma un cuello alargado al estirarse plásticamente antes de la falla

• Por Esfuerzos Excesivos de Torsión

• Ocurren cuando los esfuerzos exceden el límite de torsión del tubular o de la conexión
• Se manifiestan en estiramientos del piñón o ensanchamiento de la caja en la conexión
• En condiciones extremas las cajas se pueden agrietar longitudinalmente y los piñones se parten por base la de la rosca cerca del hombro
• Las fallas por torsión ocurren por lo general en el acople de los tubulares puesto que tienen sólo el 80% de resistencia a la torsión del cuerpo del tubo

• Por Esfuerzos Insuficientes de Torsión

 • Ocurren cuando los esfuerzos son inferiores al valor mínimo de torsión de apriete • Se produce bamboleo de la conexión y los hilos del piñón se traslapan con los de la caja • Los hilos se auto afilan y parten • En condiciones extremas los piñones se parten

• Agrietamiento por Sulfuro de Hidrogeno H2S

 El acero en contacto con el H2S tiene la siguiente reacción:
 Fe ++ + H2S => FeS + 2H+
• El hidrógeno elemental liberado (H+) migra dentro de la estructura del acero y se concentra en puntos de alto esfuerzo.
• Dos hidrógenos elementales se combinan para formar una molécula de hidrógeno (H2). 2H+ + 2e => H2
• El H2 formado no tiene espacio suficiente en la estructura del acero y provoca un agrietamiento del tubular

• Por fatiga del Material

Cargas cíclicas
• Las cargas cíclicas causan pequeñas grietas en el metal
• La repetición de los ciclos hacen crecer las micro fracturas hasta que son detectadas por inspección o se presenta una falla del material
• Las fallas por fatiga son acumulativas y pueden ocurrir al alcanzar bajos niveles de resistencia
• Las grietas por fatiga son perpendiculares al eje del tubular
• Existen programas para simulación de fallas por fatiga 

• Por Lavado del Material

Normalmente asociadas con otras fallas primarias
• Torsión insuficiente
• Corrosión
• Marcas o muescas internas  

 

 

 

Prevención de Fallas en la Sarta de Perforación

• Selección de Materiales 

• Reducción de esfuerzos cíclicos 

• Control de la corrosión 

• Detección temprana 

• Buenas prácticas 

Buenos materiales y diseño de los componentes

La TENACIDAD del material tiene gran impacto en la propagación de las fracturas. Materiales quebradizos (frágiles) fallan con esfuerzos de baja intensidad 

  

Reducción de esfuerzos cíclicos 

• Esfuerzos cíclicos y concentradores de esfuerzos
Reducir los esfuerzos cíclicos en 10 a 20% puede incrementar la vida de la sarta de perforación en 200 a 300% 

• Esfuerzos cíclicos y concentradores de esfuerzos 

-La concentración de esfuerzos en la punta de una grieta crea un área de altos esfuerzos 

-Las mordeduras de las cuñas y las picaduras por corrosión producen muescas que ayudan a la concentración de esfuerzos 

-Refuerzo de la conexión Cuerpo del tubular 

 

Acción corrosiva del Medio Ambiente 

• Control de la corrosión 

Los puntos de corrosión (picaduras) son concentradores de esfuerzos y promueven la fatiga en los componentes de la sarta 

• Reducir los efectos corrosivos 

• Reducir el O2 disuelto 

• Reducir el CO2 disuelto 

• Aumentar el PH por encima de 9 

• Agregar surfactantes recubridores e inhibidores 

 Detección Temprana 

•Tensión y torsión : La mayoría de las fallas por tensión y por torsión se pueden eliminar con un proceso efectivo de diseño y buenas prácticas de inspección 

Perfil del Pozo 

Capacidad del Equipo Hidráulica 

Factores de Fricción 

Disponibilidad de componentes 

Diseño Optimo de la Sarta 

Proceso de Diseño Otras Consideraciones 

Torque Y Arrastre 

Cargas Compresivas Seguras

• Agrietamiento por H2S: 

Eliminar el H2S en el sistema por medio de:

- perforación sobre balanceada 

- mantener el PH alto (mayor que 10) 

- agregar excavadores de H2S 

- utilizar un sistema de lodo base aceite

- Controlar la metalurgia de los tubulares: Usar grados rudos de acero para las tuberías como los grados E ó X 

 Fatiga : 

La fatiga no se puede eliminar, se puede limitar su daño con: 

• Detección temprana de Vibraciones & fugas 

• Comenzar con buenos materiales y diseño efectivo 

• Reducir los esfuerzos cíclicos y concentraciones de esfuerzos 

• Reducir el efecto corrosivo del medio ambiente 

• Asegurar buenas prácticas operacionales en el equipo • Seguir un programa de inspección exitoso 

• Detección de vibraciones en el pozo en tiempo real con parte del equipo de MWD 

• Medición de las vibraciones Axiales y Laterales 

• Acelerómetro en los ejes X, Y, Z que miden:  Stick & Slip, Oscilación de la barrena, golpeteo en el fondo, respectivamente • Intensidad de las vibraciones en fuerzas “g” 

• Parte del equipo de MWD : Frecuencia de las vibraciones en cuentas por segundo, CPS. • La magnitud y frecuencia de los choques se deben reducir para evitar una falla • La fatiga es causada por una combinación de la magnitud, frecuencia y duración de los choques.

Datos de campo muestran: 

• Las RPM tienen un gran impacto sobre las vibraciones 

• Las mediciones de superficie son malos indicadores de vibraciones 

• Las vibraciones laterales son las más destructivas 

• Los choques de vibración se correlacionan con la litología y los cambios de diámetro del agujero 

• Los amortiguadores de choque no siempre evitan el golpeteo de la barrena contra el fondo 

• Las vibraciones pueden presentarse aún sin que se perciban cambios en el WOB y las RPM en superficie! • Las vibraciones pueden ocurrir y desaparecer con los cambios de litología 

• El monitoreo constante de las condiciones dentro del agujero es la mejor forma de detectar las vibraciones 

Métodos para detección de fugas en la sarta 

• Una caída en la presión de la bomba 

• Vigilar los cambios de presión 

• Utilizar una escala práctica, de fácil lectura 

• Utilizar sistemas de alarmas electrónicas inteligentes 

• Una caída en el voltaje del MWD: Voltaje es proporcional a la tasa de flujo en la turbina del sistema • Caída de voltaje = disminución de flujo interno 

Buenas prácticas 

Operaciones en el equipo 

• Manejo de tubulares para evitar su daño 

• Levantada y Tendida de los tubulares 

• Utilizar protectores de rosca 

• Limpiar e inspeccionar visualmente las conexiones 

• Lubricar con grasa apropiado 

  

• Alineado para conectar las juntas 

• Enroscado 

• Apretado 

• El torque apropiado es crítico 

• Al aflojar las uniones 

• Utilizar llaves de apriete y aguante 

• Asentamiento de las cuñas 

   

Uso correcto de las llaves – Tubería de Perforación 

• Herramienta / Poco familiar / Nueva tecnología Reunión de seguridad previa al trabajo 

Enfocar en el uso apropiado de la herramienta 

Presentación por especialista 

Manual de Operaciones para quien lo requiera 

• Conocer / Repasar 

•Organizar reuniones de seguridad pre - turno 

•Tener por escrito un plan de operaciones, notas del perforador con operaciones actuales y próximas 

•Discutir sobre la operación de herramientas poco familiares / nueva tecnología. 

• Reporte de fallas 

• Compartir el conocimiento de la falla y cuales fueron las acciones tomadas 

• Servicio / Equipo 

• Medir el desempeño de la compañía en la sección del reporte de falla de herramienta. 

• Considerar otro proveedor si se comprueba un alto grado de fallas en la herramienta y/o mal servicio 

• Cuidados con la sarta de perforación 

•Limpiar e inspeccionar frecuentemente los dientes de las llaves 

•Mantener el tapón de manejo limpio y funcionando 

•No dejar más de 1 metro de tubería por encima de las cuñas durante las conexiones 

•Usar la grasa y cantidad apropiadas para cada conexión 

•No “rodar” el piñón dentro de la caja, levantar y volver a conectar 

•Usar siempre dos llaves de fuerza para las conexiones 

•Usar una llave de enrosque de tubería para las conexiones 

•Usar el toque apropiado para apretar •Apretar las conexiones con llaves de fuerza en ángulo de 90 en los dos (2) planos 

•Corregir el torque recomendado para la conexión (RMUT) por el factor de fricción de la grasa. 

•Utilizar una tensión constante para apretar la conexión 

•No aplicar las llaves de fuerza en el cuerpo de la TP 

•Alternar y registrar la conexión que se quiebra en cada viaje 

•No permitir que las cuñas “monten" la sarta de perforación 

•Parar la tubería, asentar lentamente el peso de la tubería en las cuñas para reducir los cortes de cuñas profundos 

•Si una conexión requiere excesivo torque para desconectar o tiene la rosca seca o con lodo, limpiar e inspeccionar visualmente el piñón y la caja buscando daños 

• Buscar las siguiente señales en los viajes: Daño en el hombro - biseles desgastados o perdidos Cajas abombadas - Roscas quemadas Piñón estirado - Desgaste excéntrico de la caja / tubo 

• Mantener la tubería almacenada en áreas limpias 

• Lavar y limpiar el lodo de la parte interna y externa de la tubería 

• Instalar limpiador de tubería tan pronto como sea posible 

•No usar martillo ni llave de tubería para mover las lingadas en rampa, utilizar un gato para tubería 

•Vigilar el torque para las conexiones; el torque para desconexión debe ser del 80 al 100% del torque para conexión 

•Minimizar la severidad de las patas de perro del agujero 

•Mantener buenos niveles de inhibidor de corrosión y secuestrante de oxigeno 

•No correr tubería doblada ni con cortes de cuñas profundos o con puntos de corrosión 

•Repasar hacia afuera lentamente, Reducir la sobre tensión 

•Usar siempre tubería de transición (HWDP) entre las lastra barrenas y la TP INHIBIDOR 

•Mover la primera lingada hacia la parte superior de la sarta en cada viaje 

•Usar el peso adecuado del BHA para suministrar peso sobre la barrena 

•Verificar los insertos de las cuñas, el buje maestro y el piso para asegurarse que no estén desgastados 

•Limpiar e inspeccionar las mordaza de las cuñas y las llaves frecuentemente. 

 

 

Procedimientos de Inspección para Prevenir Fallas en Sarta de Perforación

Política de inspección de 4 componentes:
•Programa de Inspección a utilizar
•Criterios de Aceptación y Rechazo
•Asegurar la adecuada ejecución
•Frecuencia de inspección
 

Programa de inspección 

• Qué es un buen programa? 

No hay un programa perfecto 

• DS-1 es una guía pero no una política 

• Puntos a considerar para diseñar el programa 

-Severidad de las condiciones de perforación 

-Seguridad e impacto ambiental de una falla

-Impacto del costo de una falla 

-Manejo del riesgo tolerable 

 

Inspección de herramientas en localización 

• Lista de Revisión  

 

- Papelería 

• Cantidades y tipos de equipo 

• Números de serie 

• Modelo de la herramienta 

• Manual de operaciones 

• Instrucciones especiales (si las hay) 

• Hoja de ajuste y calibración 

• Diagrama con las dimensiones y lista de las partes

 

– Revisión física 

•Estado de los contenedores 

•Repuestos / partes pérdidas o dañadas 

•Protectores de las roscas instalados en herramientas y combinaciones de enlace 

•Condición de las roscas y sellos 

• Diámetro interno y puertos de circulación despejados 

• Herramientas y materiales explosivos / corrosivos claramente marcados 

• Tamaño, tipo y BSR correcto de las conexiones 

• Características de liberación de los esfuerzos compatibles con las sarta de perforación 

– Compatibilidad 

• Operación y manipulación de las herramientas son compatibles con el equipo de levantamiento 

• Diámetro interno adecuado para herramientas operadas con línea de acero 

• Patrón de la rosca, roscas y empaques correctos 

 

 – Operación 

• Limpiar y efectuar inspección visual de las roscas 

• Calibrar el diámetro externo según el mínimo requerido 

• Inspeccionar que no haya fracturas, desgaste excéntrico y cortes severos de llaves o daños poco usuales 

• Buscar biseles de conexión faltantes o muy pequeños 

• Inspeccionar visualmente el sello (daños por impacto, picaduras, superficies rayadas) 

• Revisar las conexiones del BHA 

• Inspeccionar el área de las cuñas (cortes profundos, picaduras severas, colapsos) 

• Inspeccionar visualmente el interior (desechos, escamas). Conejear la tubería antes de usarla 

• Verificar la rectitud de los tubulares al rodar sobre los cargadores 

• Inspeccionar visualmente el tubo buscando picaduras por corrosión y daños usuales 

• Verificar que las camas de tubería sean del mismo grado y peso 

• Marcas de identificación en la base del piñón 

• Comparar las ranuras del código en la conexión para identificar la tubería 

• Calibrar el diámetro interno del piñón para verificar el máximo diámetro permitido de pasaje 

• Revisar las conexiones del BHA buscando la característica de la ranura de alivio de esfuerzos. 

• Buscar diámetros internos anormales en las conexiones que no sean consistentes con la sarta
• Pruebas de funcionamiento de las herramientas en superficie

• Combinaciones y BSRs apropiadas 

• Identificar y marcar las herramientas de nueva tecnología 

 

Inspección de los 5 segundos 

– Cuadrilla de Perforación 

•Desarrollar un habito regular de hacer inspecciones de 5 segundos 

•Estas revisiones se pueden hacer en los burros de la tubería, en la puerta en V, en el piso, mientras se perfora, en viajes y mientras se tumba la sarta de perforación. 

•Marcar y retirar las conexiones en mal estado. 

 

Señales de advertencia de falla 

Precauciones 

• Cuando una falla ocurre, otras pueden ocurrir 

• Se desconoce la historia de sarta de operación 

• Halando o martillando en pega de tubería 

• Armando un equipo poco familiar 

•Alto Riesgo 

• Nivel alto de corrosión del lodo. 

• Patas de perro presentes 

• Torque, arrastre, vibración anormales 

• Pozo de alto ángulo.