API Spec 5CT es el estándar internacional publicado por el Instituto Americano del Petróleo para revestimientos y tuberías utilizados en pozos de petróleo y gas. K55 es uno de sus grados más especificados porque equilibra resistencia, ductilidad y economía para pozos de profundidad y presión moderadas. Este artículo explica la designación, los requisitos mecánicos, la química típica del molino, los tamaños y conexiones disponibles y las aplicaciones para las cuales se selecciona la carcasa sin costura K55.
Qué significa la designación
En API 5CT, la letra K identifica un grado de carcasa y el número 55 se refiere al límite elástico mínimo de 55,000 psi, lo que equivale a 379 MPa. El mismo grado está limitado a un límite elástico máximo de 80.000 psi o 552 MPa. La ventana de rendimiento controlada, en lugar de un valor único, mantiene la tubería lo suficientemente dúctil para soportar cargas y para la flexión y tensión que ocurren cuando se baja la tubería de revestimiento a un pozo.
Formas de fabricación y productos.
La carcasa K55 se produce más comúnmente por vía sin costuras. Un tocho redondo sólido se calienta y se perfora, luego se enrolla y se dimensiona para formar un tubo, lo que proporciona una resistencia uniforme alrededor de la circunferencia y no deja ninguna costura de soldadura longitudinal. API 5CT también permite la fabricación soldada por resistencia eléctrica para este grado, pero los tubos sin costura dominan el suministro de revestimiento debido a su integridad de presión. La tubería puede suministrarse con extremo liso, roscado y acoplado, o con junta integral, dependiendo del diseño del pozo y del programa de conexión.
Propiedades mecánicas según API 5CT
| Propiedad | Requisito API 5CT |
|---|---|
| Límite elástico mínimo | 55.000 psi (379 MPa) |
| Máximo límite elástico | 80.000 psi (552 MPa) |
| Resistencia mínima a la tracción | 95.000 psi (655 MPa) |
| Dureza | Máximo 22 HRC |
El límite de dureza de 22 HRC es significativo. Limita la dureza del cuerpo de la tubería y del material del acoplamiento para que el material permanezca dentro de la envoltura reconocida para un servicio ligeramente amargo, lo que reduce el riesgo de agrietamiento por tensión de sulfuro donde el sulfuro de hidrógeno está presente a presiones parciales bajas. Las pruebas de rendimiento y tracción, aplanamiento y pruebas hidrostáticas o electromagnéticas se realizan de acuerdo con API 5CT y se informan en el certificado de prueba del molino.
Composición química típica
API 5CT no fija una composición química para K55. El molino selecciona el análisis térmico necesario para satisfacer los requisitos mecánicos y de dureza, por lo que los valores a continuación son una guía típica en lugar de límites obligatorios. El análisis térmico final para cada calor se indica en el certificado de prueba de la planta.
| Elemento | Rango típico, % |
|---|---|
| Carbono C | 0.34-0.39 |
| manganeso manganeso | 1.25-1.50 |
| Fósforo P | 0,020 máx. |
| Azufre S | 0,015 máx. |
| Silicio Si | 0.20-0.35 |
La composición es esencialmente un acero al carbono-manganeso con un estricto control de fósforo y azufre, lo que respalda la soldabilidad en campo para conexiones que se realizan mediante soldadura en lugar de roscado.
Tamaños, pesos y rangos de longitud
La carcasa K55 se produce en la serie de tamaño API estándar. Los diámetros exteriores comunes varían de 4-1/2 pulg. (114,3 mm) a 13-3/8 pulg. (339,7 mm), con tamaños más grandes de hasta 20 pulg. (508 mm) disponibles bajo pedido. El espesor de la pared se selecciona para cumplir con las cargas de diseño de colapso, estallido y tensión, y comúnmente se expresa mediante el peso nominal por pie, por ejemplo, 9,5, 11,6, 15,5, 17,0 y 23,0 lb/pie.
| Rango de longitud | Dimensión API 5CT |
|---|---|
| R1 | 6,10-7,32 m (20-24 pies) |
| R2 | 8,53-9,75 m (28-32 pies) |
| R3 | 11,58-12,80 m (38-42 pies) |
R2 es la longitud de suministro más común para programas de revestimiento porque reduce la cantidad de conexiones por cadena, mientras que R3 se usa donde las uniones más largas reducen aún más el tiempo de funcionamiento. Se pueden suministrar otras longitudes previo acuerdo.
Roscado y conexiones
Los extremos de la carcasa K55 están preparados para formas de rosca API 5B. La familia de roscas redondas incluye la rosca redonda corta (STC) y la rosca redonda larga (LTC), y la rosca de contrafuerte (BTC) proporciona una mayor resistencia de la unión y un mejor sellado para cuerdas más profundas. Los acoplamientos se suministran en grados coincidentes y están sujetos a los mismos límites de dureza. Cuando se requiere un rendimiento hermético al gas-, se pueden suministrar conexiones premium patentadas a pedido; La elección de la conexión debe confirmarse con la presión del pozo y la carga envolvente antes de realizar el pedido.
Aplicaciones comunes
El revestimiento sin costura K55 es un grado de caballo de batalla para pozos de poca a media-profundidad donde las presiones son moderadas. Las aplicaciones típicas incluyen revestimiento de superficie, que es la primera serie tendida para proteger acuíferos de agua dulce; carcasa intermedia, que aísla formaciones inestables y diferentes zonas de presión; carcasa de pozo de agua, donde tanto la resistencia como la economía importan; y usos estructurales como pilotes y soporte terrestre fuera de la industria petrolera.
K55 Comparado con J55 y N80-1
| Calificación | Mín. YS, psi | YS máx., psi | TS mín., psi | Dureza | Uso típico |
|---|---|---|---|---|---|
| K55 | 55,000 | 80,000 | 95,000 | 22 HRC máx. | Carcasa ligeramente ácida y no-ácida |
| J55 | 55,000 | 80,000 | 75,000 | No especificado | Tubos y carcasas no-ácidos |
| N80-1 | 80,000 | 110,000 | 100,000 | 23 HRC máx. | Pozos más profundos, mayor presión |
J55 y K55 comparten la misma ventana de rendimiento, pero K55 tiene una resistencia a la tracción mínima más alta de 95,000 psi y un límite de dureza de 22 HRC, razón por la cual se prefiere K55 donde son posibles condiciones levemente ácidas. N80-1 alcanza un rendimiento mínimo de 80 000 psi para un servicio más profundo y de mayor presión; donde se especifica servicio ácido, L80, C90 y T95 son los grados dedicados con ventanas de dureza y rendimiento alineados con ISO 15156-2.
Consideraciones de servicio amargo
K55 con una dureza máxima de 22 HRC se reconoce dentro de las tablas de grados de acero al carbono de ISO 15156-2, también publicada como NACE MR0175, para ambientes ácidos dentro de límites definidos de presión parcial, pH y temperatura de sulfuro de hidrógeno. No es un grado premium para servicio amargo y su idoneidad debe confirmarse para cada aplicación con respecto a las condiciones de diseño. Cuando el ambiente es claramente ácido, la ruta más segura es seleccionar un grado de las tablas ISO 15156-2 para la presión parcial específica de sulfuro de hidrógeno y el contenido de cloruro.
Garantía de Calidad y Documentación
Cada calor de la carcasa K55 se libera con un certificado de prueba de fábrica que informa el número de calor, el análisis químico, los resultados de tracción, los valores de dureza y los resultados del examen hidrostático o electromagnético. Los compradores también pueden solicitar una inspección de terceros-y un muestreo de identificación positiva del material antes del envío. El certificado es el vínculo de trazabilidad entre la tubería en el pozo y las propiedades mecánicas asumidas en el diseño del casing.
Preguntas frecuentes
¿Qué significa la K en K55?
La K identifica la familia de grados como carcasa y 55 se refiere al límite elástico mínimo de 55,000 psi. La designación completa en API 5CT también especifica el límite elástico máximo de 80,000 psi.
¿Cuál es la diferencia entre K55 y J55?
Ambos grados comparten una ventana de rendimiento de 55 000 a 80 000 psi, pero K55 requiere una resistencia a la tracción mínima de 95 000 psi y una dureza máxima de 22 HRC, mientras que J55 tiene una resistencia a la tracción mínima de 75 000 psi y no tiene un límite de dureza especificado. El control de dureza hace que K55 sea la mejor opción cuando son posibles condiciones ligeramente ácidas.
¿K55 es adecuado para servicio amargo?
K55 aparece en las tablas de acero al carbono de ISO 15156-2, publicada como NACE MR0175, con una dureza limitada a 22 HRC. La idoneidad depende de la presión parcial del sulfuro de hidrógeno, el pH y la temperatura del pozo específico; el diseño debe compararse con el estándar en lugar de asumirse.
¿La carcasa del K55 está soldada o sin costuras?
La carcasa del K55 suele ser sin costuras, y esa es la forma que se trata en este artículo. API 5CT también permite la fabricación soldada por resistencia eléctrica para este grado cuando la especificación del proyecto lo permita.
¿En qué tamaños está disponible el K55?
Los tamaños API estándar de 4-1/2 pulgadas a 13-3/8 pulgadas de diámetro exterior son el rango de suministro común, con tamaños más grandes de hasta 20 pulgadas disponibles a pedido. El espesor de la pared se selecciona según el peso por pie requerido para las cargas de diseño.
¿Qué incluye el certificado de prueba de fábrica?
El certificado informa el número de calor, el análisis químico, los resultados de tracción y dureza, y los resultados del examen hidrostático o electromagnético para el calor, junto con las verificaciones dimensionales y de rosca requeridas por API 5CT.
