Procura 029. Adquisición de Tuberías de Acero ‘API’

Procura 029. Adquisición de Tuberías de Acero ‘API’

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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.

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).

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.

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. 

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:

1.         API    

a.    API - Publicaciones 

b.    API 5D 2001 

c.     API 5DP 

d.    API 5L 2007 

e.    API 5CT 

f.     Catálogos API 2017 

2.         ISO             

a.     ISO 16440 

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!!!