Las
propiedades mecánicas del material son uno de los conceptos básicos más
importantes en un diseño de pozo y en esta sección discutirá brevemente
sobre las principales propiedades mecánicas y sus aplicaciones. Además, se discutirá el efecto de la corrosión sobre el comportamiento mecánico de los componentes portadores de carga.
Propiedades Mecánicas de los Materiales
DUREZA
La dureza es una resistencia de los materiales a la deformación permanente y a veces se refiere a una resistencia a la abrasión o al rascado. Cuanto mayor es la dureza, más difícil es que los materiales se deformen. La aplicación de la dureza es para inspeccionar si los materiales han sido debidamente tratados durante un proceso de tratamiento térmico. La comparación entre la dureza real y la dureza estándar de los materiales mostrará si el lote actual de material es apropiado y adecuado para su uso o no.
ESFUERZO
La fuerza del material es una capacidad de trabajar dentro de una carga sin que se llegue a la falla del material. La resistencia a la tracción y el límite de elasticidad son propiedades críticas en términos de resistencia del material.
ESFUERZO DE TENSION
O tambien la resistencia a la tracción o resistencia máxima a la tracción es la tensión máxima en una curva de esfuerzo-deformación de ingeniería. En este punto, los materiales se deforman plásticamente pero no se pueden romper aún dependiendo de los tipos de materiales.
ESFUERZO CEDENTE
La resistencia al rendimiento es una tensión en la que un material comienza a estar en una región de deformación plástica. La carga aplicada a un material dentro de la resistencia a la deformación no cambiará permanentemente la forma del material. Una vez que la carga se libera, un material volverá a su forma original. Sin embargo, si el esfuerzo es mayor que la resistencia a la deformación, la forma de un material se deformará plásticamente.
Determinar el límite de elasticidad de una curva de manchas de tensión no es fácil en muchos casos. Por lo tanto, un límite de elasticidad compensado se define generalmente como un estándar práctico. Con el fin de encontrar un límite de elasticidad compensado, normalmente comienza con un desplazamiento de deformación del 0,2% y luego dibuja una línea paralela a una curva de tensión-deformación en la región plástica. Un punto de intercepción en una curva de esfuerzo-deformación con un desplazamiento de deformación del 0,2% es el punto de límite de desplazamiento (Figura 1).
Figura 1 - Curva de estrés-deformación
ELASTICIDAD Y PLASTICIDAD
La elasticidad es una propiedad material para recuperarse de nuevo a la forma original después de eliminar el estrés. Por otro lado, la plasticidad ocurre cuando la tensión aplicada excede la tensión de fluencia de los materiales; Así, los materiales se deforman permanentemente de la forma original. Cuando
se traza una curva de esfuerzo-deformación, una región elástica se
muestra como una línea recta y la relación entre tensión y deformación
se llama el módulo de Young de material. Cuando la tensión se aplica más de un límite de elasticidad, la
relación entre tensión-deformación no se comporta como una línea recta.
TENACIDAD
La resistencia es la capacidad de un material para absorber energía antes de fracturarse. Un material resistente como el acero dulce requiere una enorme cantidad de energía para romperlo aparte, mientras que un material quebradizo como el vidrio no puede absorber mucha energía. Además, la temperatura tiene un gran impacto en la dureza del material. Algunos materiales son muy resistentes en condiciones de temperatura estándar pero se vuelven quebradizos cuando operan en condiciones muy frías.
DUCTIBILIDAD
La ductilidad es la capacidad de los materiales para deformarse plásticamente antes de fracturarse cuando se aplica fuerza de TENSION. Los materiales dúctiles tienen una gran deformación antes de romperse. Por el contrario, los materiales que pueden soportar poca o ninguna deformación plástica antes de separarse se llaman materiales quebradizos. La temperatura tiene un gran efecto sobre la ductilidad del material. Una alta temperatura aumentará la ductilidad del material, mientras que una temperatura fría disminuirá la ductilidad para que el material sea más frágil.
MALEABILIDAD
La maleabilidad, que es una propiedad similar a la ductilidad, es la capacidad de los materiales sólidos para deformarse plásticamente por la fuerza de compresión antes de que se fracturen.
TENACIDAD
La resistencia es la capacidad de un material para absorber energía antes de fracturarse. Un material resistente como el acero dulce requiere una enorme cantidad de energía para romperlo aparte, mientras que un material quebradizo como el vidrio no puede absorber mucha energía. Además, la temperatura tiene un gran impacto en la dureza del material. Algunos materiales son muy resistentes en condiciones de temperatura estándar pero se vuelven quebradizos cuando operan en condiciones muy frías.
DUCTIBILIDAD
La ductilidad es la capacidad de los materiales para deformarse plásticamente antes de fracturarse cuando se aplica fuerza de TENSION. Los materiales dúctiles tienen una gran deformación antes de romperse. Por el contrario, los materiales que pueden soportar poca o ninguna deformación plástica antes de separarse se llaman materiales quebradizos. La temperatura tiene un gran efecto sobre la ductilidad del material. Una alta temperatura aumentará la ductilidad del material, mientras que una temperatura fría disminuirá la ductilidad para que el material sea más frágil.
MALEABILIDAD
La maleabilidad, que es una propiedad similar a la ductilidad, es la capacidad de los materiales sólidos para deformarse plásticamente por la fuerza de compresión antes de que se fracturen.
Efectos de la Corrosion en el Rendimiento Mecánico
La corrosión daña tanto las propiedades físicas como mecánicas del material. Los siguientes son el efecto de la corrosión en las propiedades mecánicas
Esfuerzo
La reducción de espesor debido a la corrosión afecta directamente la resistencia de los materiales. Por ejemplo, tuberías de perforación de primera clase de 5 "S-135 deben tener una resistencia a la tensión de 436 klb; Sin embargo, la corrosión excesiva daña la superficie interna y externa de los tubos de perforación. El área de superficie más pequeña resultará en la reducción de la resistencia a la tracción. Además, es muy difícil predecir la resistencia de los materiales cuando se produce corrosión localizada debido a que una superficie de agrietamiento no se distribuye uniformemente. Por otra parte, algunos de los ambientes corrosivos tales como alta temperatura, altos CO2 & H2S, alto contenido del cloruro, etc. pueden degradar dramáticamente propiedades materiales.
Tenacidad
La corrosión reduce la dureza de los materiales porque puede cambiar físicamente y químicamente las propiedades de los materiales y el material resistente puede ser quebradizo. Además, el entorno de baja temperatura puede disminuir drásticamente la resistencia. Por lo tanto, el equipo utilizado en condiciones de baja temperatura como tubería submarina, BOP submarino, elevador, etc deben estar diseñados para poder trabajar en entornos de temperatura muy baja.
Ductibilidad
La corrosión puede cambiar los materiales dúctiles en material quebradizo y esto causa fracaso de la estructura. Varias situaciones que conducen a la reducción de la ductilidad son la baja temperatura, el gas H2S y CO2, la carga cíclica, etc.
References
Esfuerzo
La reducción de espesor debido a la corrosión afecta directamente la resistencia de los materiales. Por ejemplo, tuberías de perforación de primera clase de 5 "S-135 deben tener una resistencia a la tensión de 436 klb; Sin embargo, la corrosión excesiva daña la superficie interna y externa de los tubos de perforación. El área de superficie más pequeña resultará en la reducción de la resistencia a la tracción. Además, es muy difícil predecir la resistencia de los materiales cuando se produce corrosión localizada debido a que una superficie de agrietamiento no se distribuye uniformemente. Por otra parte, algunos de los ambientes corrosivos tales como alta temperatura, altos CO2 & H2S, alto contenido del cloruro, etc. pueden degradar dramáticamente propiedades materiales.
Tenacidad
La corrosión reduce la dureza de los materiales porque puede cambiar físicamente y químicamente las propiedades de los materiales y el material resistente puede ser quebradizo. Además, el entorno de baja temperatura puede disminuir drásticamente la resistencia. Por lo tanto, el equipo utilizado en condiciones de baja temperatura como tubería submarina, BOP submarino, elevador, etc deben estar diseñados para poder trabajar en entornos de temperatura muy baja.
Ductibilidad
La corrosión puede cambiar los materiales dúctiles en material quebradizo y esto causa fracaso de la estructura. Varias situaciones que conducen a la reducción de la ductilidad son la baja temperatura, el gas H2S y CO2, la carga cíclica, etc.
References
Important Mechanical Properties of Materials and Effect of Corrosion on Load Carrying Components
Aadnøy, B. S., 2010. Modern well design. 2nd ed. London: CRC Press.
CALCE and the University of Maryland, 2001. Material Hardness. [Online]
Available at: http://www.calce.umd.edu/TSFA/Hardness_ad_.htm
[Accessed 26 November 2016].
Department of Engineering, University of Cambridge, 2002. Material selection and processing. [Online]
Available at: http://www-materials.eng.cam.ac.uk/mpsite/properties/non-IE/toughness.html
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Vallourec Oil & Gas, 2015. Sour Service Carbon Steel Enhanced. [Online]
Available at: http://www.vallourec.com/OCTG/EN/products/material/sourserviceenhanced/Pages/default.aspx
[Accessed 25 November 2016]
