Procura 029. Adquisición
de Tuberías de Acero ‘API’
...
Preámbulo
En Procura 015 – Adquisición de Tuberías de Acero (Steel Pipes) adelanté que API establecía en sus especificaciones,
características adicionales a las que habitualmente se muestran en ASTM o ASME, debido a que buena parte de ellas requieren aplicaciones
adicionales a las de sólo ‘transportar’ fluidos o ser parte de equipos de
proceso.
La industria petrolera también usa los
tubos y tuberías para transmitir torque
(a las brocas, mediante las tuberías de perforación o Drill Pipe) y para respaldar o entubar
estructuralmente las paredes de la roca perforada (Casing Tubes). Este artículo es un breve comentario dirigido al
personal de Procura, a fin de conocer la fuente de la información técnica requerida
por los principales fabricantes y productores de tubos y tuberías de acero para
producción petrolera.
Antecedentes
Las primeras referencias conocida de
explotación de petróleo es de mediados del Siglo IV en China (usaron el producto
para calentar salmuera y obtener sal), de pozos de 250 m de profundidad; y el
primer proceso de destilación se le atribuye al alquimista persa Rhazes (Muhammad ibn Zakarīya Rāzi) en el Siglo
IX, que produjo un tipo de querosene en alambiques (que se usó como combustible para
lámparas).
Aunque inicialmente los pozos fueron
taladrados verticalmente, la ‘perforación
direccional’ permitió montar pozos oblicuos (y hasta con tramos
horizontales) y lograr una mayor productividad (debido a que los yacimientos
son horizontales o ligeramente horizontales). Para lograrlo, las compañías
petroleras desarrollaron una serie de procesos, procedimientos y tecnologías
que fueron especializando la industria petrolera, de tal manera que se pueda
garantizar la seguridad, la operación, la productividad y la rentabilidad.
Dentro de esta especialización, el
desarrollo de las tuberías de acero fue uno de los retos que los fabricantes
asumieron inmediatamente.
Especificaciones API para Tuberías
de Acero
API funciona desde 1919, investigando y emitiendo especificaciones,
boletines y recomendaciones orientadas hacia la producción de petróleo y sus
derivados (es una organización comercial
de empresas USA). Sus estándares y especificaciones tratan lo relacionado con
la certificación de los tubos y tuberías que garantizan la seguridad, la
operación y la intercambiabilidad.
Para un pozo petrolero, las tuberías cumplen diferentes funciones y objetivos en el interior del pozo y se producen con características
geométricas y mecánicas que dependen del uso en la “Sarta”.
API clasifica los materiales para tubos y tuberías de acero en:
I.
Product Specification
Levels (PSL o Niveles de
Especificación de Productos)
II.
Grupos (para designar
el tipo de tratamiento térmico aplicado)
III.
Grados (para designar
tipos de aceros)
Según el ‘Objetivo’ de la
tubería, las especificaciones de tubos y tuberías de acero API son:
1.
API 5CT - Casing & Tubing.
a.
Tubos de Revestimiento o Casing.
Son los que revisten el agujero que se va perforando, para proteger las zonas perforadas y aislar las zonas problemáticas durante el proceso de perforación y dar estabilidad al agujero. Para estas tuberías, API 5CT establece 3 PSL (1, 2 y 3), subdivididos en 4 grupos que contienen 12 grados.
Son los que revisten el agujero que se va perforando, para proteger las zonas perforadas y aislar las zonas problemáticas durante el proceso de perforación y dar estabilidad al agujero. Para estas tuberías, API 5CT establece 3 PSL (1, 2 y 3), subdivididos en 4 grupos que contienen 12 grados.
b.
Tubos de Producción o Tubing.
Esta es la parte de la norma, API 5CT que especifica cuáles son las tuberías que conducen hasta la superficie los fluidos producidos en un pozo o los fluidos inyectados desde la superficie hasta el yacimiento. Son los mismos grupos 1, 2 y 3 de ‘Casing’ pero con menos grupos (en otros términos, no incluye el grupo 4 y algunos grados de los grupos 1 y 2).
Esta es la parte de la norma, API 5CT que especifica cuáles son las tuberías que conducen hasta la superficie los fluidos producidos en un pozo o los fluidos inyectados desde la superficie hasta el yacimiento. Son los mismos grupos 1, 2 y 3 de ‘Casing’ pero con menos grupos (en otros términos, no incluye el grupo 4 y algunos grados de los grupos 1 y 2).
Las Secciones
5.1 y 5.2 establecen la información mínima requerida (Ordering Information) que debe registrarse en la Orden de Compra para
hacer un pedido de estas tuberías.
La siguiente
tabla muestra algunos grados establecidos en PSL1:
Grupo
|
Grados
|
Tipo
|
Tubería
|
Tratamiento Térmico
|
1
|
H40
J55 K55 N80 N80 |
-
- - 1 Q |
C y T
C y T C C y T C y T |
Ninguno
N, N&T o T&Q N, N&T o T&Q N o N&T T&Q |
2
|
M65
L80 L80 L80 C90 C90 C95 T95 |
-
1 9Cr 13Cr 1 2 - 1 |
C
C y T C y T C y T C y T C y T C C y T |
-
T&Q T&Q T&Q T&Q T&Q T&Q T&Q |
3
|
P110
|
-
|
C y T
|
T&Q
|
4
|
Q125
Q125 Q125 Q125 |
1
2 3 4 |
C
C C C |
T&Q
T&Q T&Q T&Q |
C y T Casing & Tubing Pipe / Tubería para
Revestimiento y Producción
C Casing
Pipe Only / Solo para Tubería de Revestimiento
N Normalizado,
a opción del Fabricante o como especifique la Orden de Compra.
N&T Normalizado y Revenido (N&T), en toda la longitud, a opción del Fabricante o como
especifique la Orden de Compra.
Q&T Templado y Revenido (Q&T), en toda la longitud, a opción del Fabricante o como
especifique la Orden de Compra.
2.
API 5D - Drill Pipe.
Tuberías de Perforación.
Son los elementos tubulares que ejecutan la operación de perforación, y por estar expuestas a múltiples esfuerzos durante la operación de perforación, son de sección transversal variable. Son las que transmiten el torque a las brocas de perforación. API 5DP clasifica estas tuberías en 4 grados (E, X, G y S) que representan a los esfuerzos mínimos correspondientes.
La Sección 5 establece la información (Ordering Information) que debe registrarse para hacer un pedido.
Tuberías de Perforación.
Son los elementos tubulares que ejecutan la operación de perforación, y por estar expuestas a múltiples esfuerzos durante la operación de perforación, son de sección transversal variable. Son las que transmiten el torque a las brocas de perforación. API 5DP clasifica estas tuberías en 4 grados (E, X, G y S) que representan a los esfuerzos mínimos correspondientes.
La Sección 5 establece la información (Ordering Information) que debe registrarse para hacer un pedido.
3.
API 5L – Line Pipe.
Ductos o Tuberías de Línea.
Son las que tuberías que conducen el fluido producido en el pozo hacia los puntos de recolección o tanques de almacenamiento (como oleoductos o gasoductos). Esta norma establece dos PS) y varios Grados de Tubería - Pipe Grade (y Grados de Acero - Steel Grade) que identifican el nivel de esfuerzo de la tubería y está relacionado con la composición química del acero y la condición de despacho (laminado o con tratamiento térmico).
La Sección 7 establece la información necesaria (Ordering Information) que debe registrarse en la Orden de Compra.
Son las que tuberías que conducen el fluido producido en el pozo hacia los puntos de recolección o tanques de almacenamiento (como oleoductos o gasoductos). Esta norma establece dos PS) y varios Grados de Tubería - Pipe Grade (y Grados de Acero - Steel Grade) que identifican el nivel de esfuerzo de la tubería y está relacionado con la composición química del acero y la condición de despacho (laminado o con tratamiento térmico).
La Sección 7 establece la información necesaria (Ordering Information) que debe registrarse en la Orden de Compra.
Observaciones y Comentarios
1.
Las especificaciones para tubos API deben
ser adquiridas en www.api.org o en www.iso.org, según las referencias que deseen usar o los
Proveedores a los que contactarán. Las referencias mostradas abajo, no son las
últimas versiones oficiales. Por lo especializado de la aplicación, API es la
norma que mejor se ha integrado con ISO
para establecer especificaciones (tanto así que ahora API no deja de mencionar la norma
correspondiente en ISO y viceversa).
2.
Para las tuberías petroleras, lo único que API recoge de ASTM son los
procedimientos estándar para pruebas y
ensayos. Todas las demás características y propiedades establecidas para
estos tubos son el resultado de desarrollos propios de API.
3.
La industria también ha desarrollado otros
materiales para tubos y tuberías petroleros (los hay de aleaciones de aluminio,
de fibra de vidrio y de plástico), con aplicaciones
específicas y limitadas por las características del material, pero que ayudan a reducir costos de manera significativa.
4.
La necesidad de transmitir torque, servir
de respaldo estructural y soportar condiciones particulares de abrasión y
corrosión, hacen que los espesores de pared sean calculados de manera diferente
para las tuberías de perforación (API 5D) y las de revestimiento (API 5CT). Se
estima que la falla no ocurrirá por sobrepresión (como previenen los cálculos
de espesor de pared de ASME y ASTM), si no por “fractura” (producida por
colapso, tensión, estallamiento y/o corrosión). El cálculo típico establece el
espesor de pared evaluando el ‘Diseño Hidráulico’ (con fórmulas propias de API)
y el ‘Diseño Mecánico’ (en función al procedimiento que se usará para perforar,
el tipo de juntas, etc.), al que se le aplican factores calculados para cada
condición extrema.
5.
A diferencia de las tuberías de conducción
de fluidos, las tuberías API 5CT y API 5D no tienen la misma sección
transversal en toda la longitud, y la forma particular de los extremos debe ser
indicada en la Orden de Compra. Los extremos pueden ser recalcados, lisos,
formadas (tipo vástago y campana) y roscados.
6.
Las pruebas y ensayos establecidos para tuberías
API son más exigentes que las de tuberías ASTM o ASME. De ahí que no hay
equivalencias para los tubos y tuberías API.
7.
Para el manejo de relaves, la minería
normalmente solicita tubos y tuberías API 5L X65, Templado y Revenido, por sus
buenas características mecánicas.
Referencias
Las referencias que les recomiendo son las siguientes:
2.
ISO
b.
ISO 13680
c.
ISO 11961
d.
ISO 11960
e.
ISO 3183
3.
TSLima
a. Tubos y
Tuberias – Generalidades
b. Tubos y
Tuberías - API
Para este tema, hay pocos colegas a quienes invitar
a comentar y/o compartir anécdotas y experiencias de Procura, Producción o
Mantenimiento. De los que conozco, espero que se animen Mario Benitez P. (Bechtel),
Roger Sebastian (Petrobras), Joel Soto C., Danira Hilario S. y Javier Rojas I. (Pluspetrol).
Un saludo a todos!!!
