Aplicación de la aleación de cobre berilio en el registro durante la perforación (MWD/LWD)
El cobre berilio se utiliza ampliamente en la industria del petróleo, en componentes como collares de broca no magnéticos, collares flexibles de perforación, carcasas de instrumentos MWD/LWD resistentes a la presión, pulsores, conectores roscados y herramientas de muestreo en minería o extracción de gas de esquisto, así como en barras de perforación no magnéticas.
Con el avance de la exploración y perforación petrolera en China, se han logrado importantes progresos en sistemas de control de perforación. Se ha desarrollado con éxito la tecnología clave de los sistemas MWD/LWD inalámbricos, lo que sitúa a China al nivel de los gigantes internacionales del petróleo.
En China ya se fabrican carcasas MWD/LWD de cobre berilio de grano equiaxial de alta resistencia, con capacidad de resistir presiones externas de hasta 140 MPa, y soportan el desgaste continuo causado por lava y lodo, alcanzando niveles comparables con los productos estadounidenses.
1. Aplicación en sistemas MWD y herramientas RSS (Rotary Steerable Systems)
El sistema Drilog MWD de CNOOC incluye módulos funcionales como el DIM (medición durante la perforación), DSM (medición de parámetros de ingeniería) y ACPR (medición integrada de resistividad y rayos gamma). Estos módulos se conectan mecánica y eléctricamente mediante interfaces internas que utilizan conectores rígidos y adaptadores fabricados en cobre berilio (C17200).
Los módulos son independientes, lo que facilita el diagnóstico de fallos, mantenimiento y actualizaciones por etapas. Al conectar dos módulos, se requiere no solo una conexión mecánica sólida y un canal de flujo fluido, sino también una transmisión fiable de energía y señal, además de alta resistencia a la corrosión y fatiga.
2. Aplicación en herramientas de medición direccional
En perforación direccional, se conectan barras no magnéticas a los extremos traseros de las sondas para evitar interferencias magnéticas. Esto aumenta la distancia entre la broca y la sonda, reduciendo la precisión de medición. Por ello, se desarrollaron herramientas de perforación helicoidales no magnéticas cuyo revestimiento externo está fabricado principalmente en cobre berilio.
Ventajas del uso de cobre berilio:
Elimina las interferencias magnéticas de las herramientas metálicas convencionales.
Reduce errores de distancia entre el punto de medición y la broca.
Aísla los campos magnéticos generados por otras herramientas y las paredes del pozo, mejorando la precisión del instrumento magnético.
3. Aplicación en instrumentos de medición cerca de la broca
Durante el registro MWD, la trayectoria del pozo debe seguir estrictamente el diseño del proyecto. CNOOC desarrolló una herramienta de medición cerca de la broca, donde el compartimento de baterías y su soporte están fabricados principalmente en cobre berilio.
El Instituto de Perforación de Sinopec comparó el uso de materiales no magnéticos (N1310B) y aleaciones de cobre berilio (QBe2). Con el aumento del espesor de pared, ambos materiales incrementan el par límite admisible, pero el cobre berilio tiene mayor capacidad de torsión y deformación, y mayor sensibilidad a la entrada de torque, por lo que se eligió para la parte sensora del conector de medición.
Gracias a su alto límite elástico y bajo módulo de elasticidad, el cobre berilio permite un mayor rango de deformación mecánica y mejora la precisión del sistema.
4. Problemas en la aplicación
Aunque el cobre berilio ha demostrado gran desempeño en sistemas MWD, también se han detectado fallas.
En pruebas en el equipo de perforación ZYWL-6000DS en la mina Sìhé, un barral de cobre berilio sin magnetismo logró una perforación de 1008 m con éxito. Sin embargo, en otras minas, como Changping y Shuangliu (grupo Jinmei), el barral se rompió antes de los 2000 m, provocando la caída de instrumentos al pozo.
En la plataforma EP24-2 de CNOOC (Shenzhen), el 28 de diciembre de 2020, ocurrió una falla de fractura en herramientas de perforación. Durante la perforación a 664 m, el instrumento dejó de transmitir señales. Al desmontar, se descubrió que la conexión rígida inferior del módulo DIM2 se había roto. El análisis reveló que la fractura fue causada por concentración de tensiones y fatiga.
Aunque el cobre berilio tiene una resistencia a la tracción superior a 1000 MPa tras el tratamiento de envejecimiento, su elongación cae por debajo del 5 %, reduciendo su tenacidad y favoreciendo la fractura frágil en ambientes de estrés complejo. Además, tratamientos térmicos inadecuados, mecanizado deficiente o tratamientos superficiales incorrectos también pueden reducir su resistencia.
Conclusión
El cobre berilio posee propiedades materiales excepcionales que lo hacen insustituible en muchas aplicaciones de alta gama, incluida la perforación petrolera MWD.
No obstante, su aplicación también implica riesgos latentes. Para maximizar su rendimiento, es esencial comprender sus características y establecer normas claras de tratamiento térmico, mecanizado y acabado superficial, garantizando así la calidad y fiabilidad de los productos de cobre berilio utilizados en campo.