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Athenea Journal
Vol.5, Issue 16, (pp. 7-14)
ISSN-e: 2737-6419
Salazar J. et al. Evaluación de los esfuerzost deformaciones de las sartas petroleras en estado transitorio: un análisis teórico
https://doi.org/10.47460/athenea.v5i16.73
Evaluación de los esfuerzost deformaciones de las sartas
petroleras en estado transitorio: un análisis teórico
Correspondencia: jsalazar123@hotmail.com
Received (02/05/2024), Accepted (27/05/2024)
Resumen: Este artículo presenta una revisión bibliográfica sobre la evaluación de los esfuerzos y deformaciones de
las sartas petroleras en estado transitorio. La revisión incluye estudios que aplican modelos numéricos y analíticos para
evaluar las tensiones y deformaciones bajo diferentes condiciones operativas y de carga. También se examinan
investigaciones que consideran los efectos de factores como la temperatura, la presión, y las propiedades del material
en el desempeño de las sartas. Se destacan trabajos que han desarrollado simulaciones computacionales avanzadas
para representar el estado transitorio de las sartas y su interacción con el entorno del pozo. Además, se discuten
estudios de caso que han validado estos modelos a través de datos experimentales y de campo. La revisión proporciona
una visión integral de las técnicas actuales y sus aplicaciones, identificando tanto los avances significativos como los
desafíos pendientes en la evaluación de los esfuerzos y deformaciones de las sartas petroleras en condiciones
transitoria.
Palabras clave: industria petrolera, sartas petroleras, estudio de vibraciones, análisis de deformaciones.
Evaluation of stresses and deformations of oil strings in a transient state: a theoretical
analysis
Abstract: This article presents a literature review on evaluating the stresses and deformations of oil strings
in a transient state. The review includes studies that apply numerical and analytical models to assess stresses
and strains under different operating and load conditions. Research that considers the effects of
temperature, pressure, and material properties on string performance is also examined. Work that has
developed advanced computational simulations to represent the transient state of strings and their
interaction with the well environment is highlighted. In addition, case studies that have validated these
models through experimental and field data are discussed. The review provides a comprehensive view of
current techniques and their applications, identifying significant advances and remaining challenges in
evaluating oil string stresses and deformations under transient conditions.
Keywords: oil industry, oil strings, vibration study, deformation analysis.
José Salazar
https://orcid.org/0009-0000-4973-1574
jsalazar123@hotmail.com
UNEXPO Vicerrectorado Puerto Ordaz
Puerto Ordaz-Venezuela
Luis Rosales-Romero
https://orcid.org/0000-0002-7787-9178
lrosales@unexpo.edu.ve
UNEXPO Vicerrectorado Puerto Ordaz
Puerto Ordaz-Venezuela
Franyelit Suárez-Carreño
https://orcid.org/000-0002-8763-5513
franyelit.suarez@udla.edu.ec
Universidad de las Américas,
Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas,
Carrera de Ingeniería Industrial
Quito, Ecuador
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Salazar J. et al. Evaluación de los esfuerzost deformaciones de las sartas petroleras en estado transitorio: un análisis teórico
I. INTRODUCCIÓN
La industria del petróleo y gas enfrenta constantemente desafíos técnicos y operacionales, especialmente
en lo que respecta a la integridad y eficiencia de las sartas petroleras durante operaciones de perforación
y producción [1]. Las sartas petroleras, compuestas por tubos y herramientas, son fundamentales para la
extracción segura y eficaz de hidrocarburos. Su desempeño puede verse afectado por diversos factores,
entre ellos, las condiciones transitorias que incluyen cambios en la presión, temperatura y fuerzas
mecánicas.
La evaluación precisa de los esfuerzos y deformaciones en estas sartas es crucial para prevenir fallos
estructurales, optimizar las operaciones y minimizar los costos asociados con interrupciones y reparaciones.
A pesar de los avances tecnológicos en la simulación y modelado, la comprensión del comportamiento
dinámico de las sartas en condiciones transitorias sigue siendo un área de investigación activa y de gran
interés para la comunidad científica y la industria [1], [2].
En este trabajo se presenta una revisión exhaustiva de la literatura sobre la evaluación de esfuerzos y
deformaciones en sartas petroleras durante estados transitorios. Se analizan los métodos y modelos más
recientes, incluyendo enfoques numéricos, analíticos y experimentales. Además, se destacan estudios de
caso que ilustran la aplicación práctica de estos modelos y se discuten los avances y desafíos en este campo
[1], [3]. Esta revisión pretende proporcionar una visión integral y actualizada, contribuyendo al desarrollo
de soluciones más robustas y eficaces para la industria petrolera a nivel internacional.
La necesidad de mejorar la seguridad y eficiencia en la explotación de hidrocarburos impulsa la
investigación continua en esta área, y esta revisión aspira a ser un recurso valioso tanto para investigadores
como para profesionales en el sector.
II. INTRODUCCIÓN
Las sartas petroleras son componentes críticos en la industria de la perforación de pozos de petróleo y gas.
Estos conjuntos de tuberías y herramientas están diseñados para soportar las severas condiciones
encontradas durante la perforación y para asegurar que el pozo se perfore de manera eficiente y segura.
Comprender los aspectos teóricos relacionados con las sartas petroleras es fundamental para optimizar su
uso y prevenir problemas operativos [3].
Uno de los aspectos teóricos más importantes es la selección adecuada de la sarta. Esto implica considerar
las propiedades mecánicas de los materiales, como la resistencia a la tracción, la dureza y la capacidad de
soportar altas presiones y temperaturas. Los materiales comúnmente usados incluyen aceros de alta
resistencia, que ofrecen una combinación de durabilidad y flexibilidad necesaria para las complejas
condiciones de perforación.
Otro aspecto teórico clave es el diseño de la sarta en sí. Esto incluye la configuración de las tuberías y
herramientas que la componen [4]. Las sartas se diseñan teniendo en cuenta factores como la profundidad
del pozo, el tipo de formación geológica, y las fuerzas que se encontrarán durante la perforación. La
geometría y el diámetro de las tuberías deben ser seleccionados para minimizar la fricción y la torsión, y
para permitir un flujo eficiente de los fluidos de perforación.
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La dinámica de las sartas petroleras también es un área de considerable importancia teórica. La vibración
de la sarta, por ejemplo, puede causar desgaste prematuro y fallos estructurales. Por lo tanto, se deben
analizar y controlar las vibraciones para mantener la integridad de la sarta. Las simulaciones por
computadora y los modelos matemáticos son herramientas valiosas en este contexto, ya que permiten
predecir el comportamiento de la sarta bajo diversas condiciones operativas y optimizar su diseño y uso
[3]- [5].
La interacción entre la sarta y el fluido de perforación es otro aspecto crucial. El fluido de perforación no
solo enfría y lubrica la sarta, sino que también transporta los recortes de perforación a la superficie. La
reología del fluido, su viscosidad y densidad deben ser cuidadosamente ajustadas para asegurar un
equilibrio adecuado entre el control de la presión del pozo y la eficiencia del transporte de recortes [6]. Este
equilibrio es esencial para evitar problemas como el atascamiento de la sarta o la pérdida de circulación.
Además, la teoría de las sartas petroleras abarca el análisis de fallos y la implementación de prácticas de
mantenimiento predictivo. Los registros de perforación y los datos de monitoreo en tiempo real se utilizan
para identificar patrones que pueden indicar un desgaste excesivo o condiciones operativas adversas [4].
Mediante el uso de técnicas avanzadas de análisis de datos y aprendizaje automático, es posible predecir y
prevenir fallos antes de que ocurran, mejorando así la seguridad y la eficiencia de las operaciones de
perforación.
La tecnología de las sartas petroleras también está en constante evolución. Los avances en materiales, como
los compuestos y los metales de alta resistencia, están mejorando las capacidades de las sartas para
soportar condiciones más extremas. Asimismo, la integración de sensores y dispositivos de monitoreo en
las sartas permite una recopilación de datos más precisa y en tiempo real, lo que facilita la toma de
decisiones informadas durante la perforación.
Las sartas petroleras están formadas por una serie de componentes, cada uno con funciones específicas:
• Broca (Bit): La punta de la sarta, encargada de perforar la roca.
• Collares de perforación (Drill Collars): Tubos pesados y gruesos que proporcionan el peso necesario
para la broca y ayudan a mantener la dirección de la perforación.
• Tubería de perforación pesada (Heavy-weight Drill Pipe): Una transición entre los collares de
perforación y la tubería de perforación estándar, ofreciendo mayor rigidez y reduciendo la flexión.
• Tubería de perforación (Drill Pipe): Tubos más largos y ligeros que conectan la sarta con la
superficie, permitiendo la circulación de fluidos de perforación.
Las sartas petroleras están fabricadas con materiales resistentes y duraderos, principalmente aceros de alta
resistencia. Estos aceros deben soportar:
• Altas tensiones: Durante la perforación, las sartas están sometidas a fuerzas de tracción y
compresión.
• Altas temperaturas y presiones: Las condiciones de perforación pueden ser extremas, con altas
temperaturas y presiones en el fondo del pozo.
• Corrosión: El contacto continuo con fluidos de perforación y formaciones geológicas puede
provocar corrosión.
El diseño de las sartas petroleras es crucial para su rendimiento y seguridad:
• Diámetro: Debe ser adecuado para permitir el flujo de fluidos y minimizar la fricción y la torsión.
• Longitud: Las sartas deben ser lo suficientemente largas para alcanzar las profundidades deseadas.
• Conexiones: Las juntas entre los diferentes segmentos deben ser robustas para evitar fugas y fallos
estructurales.
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Además, las sartas petroleras están sujetas a diversas fuerzas dinámicas durante la perforación:
• Vibraciones: Pueden causar desgaste y fallos prematuros. Es crucial controlar y mitigar las
vibraciones.
• Torsión y flexión: La sarta debe ser capaz de soportar la torsión y la flexión sin romperse.
El fluido de perforación desempeña varias funciones esenciales:
• Enfriamiento y lubricación: Ayuda a enfriar la broca y reducir la fricción.
• Transporte de recortes: Lleva los recortes de roca a la superficie.
• Control de presión: Mantiene la presión del pozo para evitar explosiones o derrumbes.
El mantenimiento predictivo y el análisis de fallos son vitales para la operación segura y eficiente de las
sartas:
• Monitoreo en tiempo real: Sensores y dispositivos de monitoreo integrados en las sartas permiten
la recopilación de datos y el análisis en tiempo real.
• Técnicas de análisis de datos: Se utilizan para predecir y prevenir fallos, mejorando la seguridad y
eficiencia de la perforación.
La tecnología de las sartas petroleras está en constante evolución:
• Nuevos materiales: Los avances en materiales compuestos y metales de alta resistencia están
mejorando las capacidades de las sartas.
Integración de sensores: Permite una recopilación de datos más precisa y la toma de decisiones informadas
durante la perforación.
III. METODOLOGÍA
En este trabajo se realizó una revisión primaria de la bibliografía, cumpliendo con los estándares de la
metodología PRISMA (fig. 3).
Fig. 3. Tratamiento de la información seleccionada siguiendo la metodología PRISMA.