La selección de materiales para herramientas de fondo de pozo está influenciada por múltiples factores. Desde la perspectiva de los tipos de herramientas de fondo de pozo:
Herramientas de perforación, herramientas de registro yherramientas de reacondicionamientoEstas herramientas tienen una vida útil corta en el fondo del pozo, por lo que requieren alta resistencia pero bajos requisitos de resistencia a la corrosión.
Herramientas de terminación: Deben funcionar en el fondo del pozo durante varios años, por lo que se debe tener en cuenta la temperatura en el fondo del pozo y la resistencia a la corrosión.
Desde la perspectiva de los entornos de los pozos, generalmente se clasifican en cuatro categorías:
Entorno estándar (libre de sulfuro de hidrógeno (H₂S), con un contenido de dióxido de carbono (CO₂) inferior a 1 psi [aproximadamente 0,0069 MPa]); entorno de corrosión por H₂S; entorno de corrosión por CO₂; entorno de corrosión combinado de H₂S y CO₂.
Selección de materiales para herramientas de fondo de pozo en entornos estándar
Para las herramientas de fondo de pozo utilizadas en entornos estándar, se suelen seleccionar aceros aleados como el 4130, el 4140 y el 4145 (grados AISI). La composición química y la resistencia mecánica de estos materiales se muestran en las siguientes tablas:
1. Comparación de composiciones químicas (fracción de masa)
| Elemento | 4130 (AISI) | 4140 (AISI) | 4145 (AISI 4145H) |
| Carbono (C) | 0,28-0,33% | 0,33-0,48% | 0,43-0,48% |
| Manganeso (Mn) | 0,40-0,60% | 0,75-1,00% | 0,75-1,00% |
| Cromo (Cr) | 0,80-1,10% | 0,80-1,10% | 0,80-1,10% |
| Molibdeno (Mo) | 0,15-0,25% | 0,15-0,25% | 0,15-0,25% |
| Silicio (Si) | 0,15-0,35% | 0,15-0,35% | 0,15-0,35% |
| Azufre (S)/Fósforo (P) | ≤0,040% (S), ≤0,035% (P) | ≤0,030% (S), ≤0,030% (P) | ≤0,030% (S), ≤0,030% (P) |
2. Comparación de resistencias mecánicas
| Propiedad mecánica | 4130 | 4140 | 4145 (Grado H, Valor típico) |
| Resistencia a la tracción | 760-871 MPa | 795-1000 MPa | 950-1100 MPa |
| Límite elástico | ≥635 MPa | ≥610-750 MPa | ≥750 MPa |
| Alargamiento | ≥17% | ≥22% | ≥10% |
| Dureza (HRC) | 28-32 (después del temple y revenido) | 28-34 (después del temple y revenido) | 32-36 (después del temple y revenido) |
Como se puede observar en las tablas:
El contenido de carbono de estos materiales aumenta secuencialmente (4130 < 4140 < 4145), mientras que el contenido de otros elementos es similar.
Propiedades mecánicas: La resistencia está correlacionada positivamente con el contenido de carbono (el 4145 tiene la mayor resistencia), mientras que la tenacidad disminuye inversamente, siendo el 4130 el que presenta la mayor tenacidad.
Las calidades 4130, 4140 y 4145 son grados de materiales internacionales, y sus equivalentes nacionales en China son los siguientes:
- 4130 (AISI) ≡ Grado nacional 30CrMoA;
- 4140 (AISI) ≡ Grado nacional 42CrMo;
- 4145H (AISI) ≡ Grado nacional 45CrMo.
Los aceros 4130 y 4140 son adecuados para herramientas de terminación convencionales, con especial énfasis en la rentabilidad y la soldabilidad.
El acero 4145H se utiliza con frecuencia en herramientas para pozos profundos, de alta presión o de alta carga (como herramientas de perforación y herramientas de reacondicionamiento), priorizando la resistencia y la resistencia al desgaste.
Selección de materiales para herramientas de terminación en entornos corrosivos
Para las herramientas de terminación en entornos corrosivos, la selección depende principalmente de la presión parcial de los gases ácidos (divididos en dos tipos: CO₂ y H₂S).
1. Pozos con alto contenido de CO₂
Para resistir la corrosión por CO₂, es necesario aumentar el contenido de cromo (Cr) en los materiales. Los siguientes materiales (ordenados por contenido de Cr) pueden cubrir pozos con una presión parcial de CO₂ que oscila entre 0,5 MPa y 14 MPa.：Acero 3Cr (contenido de Cr ≈ 3%), 9Cr1Mo (contenido de Cr ≈ 9%), 13Cr, S13Cr, 17Cr (grado S17400), 22Cr (por ejemplo, acero inoxidable dúplex S32205) y 25Cr.
2. Pozos con alto contenido de H₂S
Para reducir la corrosión por agrietamiento bajo tensión de sulfuros (SSC), es necesario aumentar el contenido de níquel (Ni) en los materiales. Cuando la presión parcial de H₂S es superior a 1 MPa y la presión parcial de CO₂ también es alta, se deben utilizar aleaciones de alta temperatura como las siguientes:
Selección de materiales para componentes especiales
Materiales principales de las herramientas de fondo de pozo (en contacto con el fluido del pozo y que soportan cargas): Seleccionados de acuerdo con las normas mencionadas anteriormente.
Componentes de corte: Generalmente fabricados en latón H62 o barras de acero inoxidable S36600.
Componentes de anclaje: Seleccionados entre 20CrMoTi o 20CrMnTi. Para mejorar la dureza superficial, se requiere un tratamiento de carburación superficial (con un espesor de capa carburizada de 0,8 a 1,2 mm), que aumenta la dureza superficial a HRC 58-62.
Otros factores que influyen en la selección de materiales y las normas de referencia
Además de los gases ácidos, la selección de materiales para las tuberías y herramientas de fondo de pozo también depende de la temperatura, el contenido de agua, el grado de mineralización y el pH del pozo. Para obtener criterios de selección más específicos, consulte la norma industrial Q/HS 14015, Directrices de diseño para la prevención de la corrosión de tuberías y revestimientos en pozos de petróleo y gas marinos.
Landrill también suministra barras de acero 41430, 4140 y 4145.
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Fecha de publicación: 3 de septiembre de 2025
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