Diseño y construcción de una máquina de ensayos de fatiga de bajo ciclo para Coiled Tubing

Abstract

Los Coiled Tubing (CT) son tubos de acero de pared delgada, fabricados de manera continua y almacenados en carretes, ampliamente utilizados en operaciones de intervención en pozos petroleros. Por otro lado, la fatiga de bajo ciclo es un fenómeno que ocurre cuando un material es sometido repetidamente a deformaciones que superan su límite de fluencia, acumulando daño hasta la falla en un número reducido de ciclos. La fatiga de bajo ciclo que se desarrolla en los CT es consecuencia de los esfuerzos generados al desenrollar y enrollar el tubo, así como a su paso por el cuello de ganso durante el servicio, sumado a que también puede estar sometido a presión interna dependiendo del tipo de trabajo a realizar en el fondo del pozo. Como resultado, se produce un estado de tensiones multiaxiales que provoca estiramiento y abalonamiento de la cañería, conduciendo eventualmente a su falla. Los resultados experimentales para validar los modelos de predicción existentes son limitados, especialmente en lo que respecta a las nuevas tecnologías empleadas en la fabricación de estos tubos. En el presente trabajo se describe el diseño y la construcción de una Máquina de Fatiga de Bajo Ciclo (MFBC) que permite realizar ensayos controlados de flexión cíclica y presión interna, con el objetivo de estimar la vida a la fatiga del CT reproduciendo las condiciones de trabajo en el yacimiento. El dimensionamiento estructural se verificó mediante el Método de Elementos Finitos y de forma analítica en los casos que fuese posible. Tanto el sistema hidráulico como el sistema de control fueron puestos a prueba demostrando su correcto funcionamiento. Cabe destacar que esta máquina constituye el primer equipo de estas características desarrollado en Sudamérica.