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Tesis para optar al título de Doctor en Ciencia y Tecnología de Materiales, mención Materiales. Director: Pérez Ipiña, Juan E.

Las uniones roscadas constituyen el método de acople fundamental y más ampliamente utilizado en la industria de perforación de pozos de petróleo y gas. Básicamente todos los elementos que conforman la sarta de perforación (drill string) se unen a la misma mediante algún tipo de unión roscada, las cuales constituyen uno de los elementos más críticos debido principalmente a que representan zonas de gran rigidez y a que los valles de las roscas actúan como concentradores de tensiones. Este hecho produce que gran parte de las fallas ocurridas durante la perforación se produzcan por fatiga a causa de los esfuerzos cíclicos inherentes a la operación de perforación. En el presente trabajo se propone una metodología innovadora que tiene por objetivo incrementar la resistencia a la fatiga de uniones roscadas. La misma se basa en la generación de tensiones residuales de compresión en las zonas más criticas del acople mediante un adecuado control del torque de apriete de la unión. Con la intención de poner a prueba las hipótesis del método propuesto se desarrollaron dos enfoques experimentales originales a escala de laboratorio. Entre otras cosas, estos permiten identificar por separado los períodos de iniciación y crecimiento de fisuras. Además es posible inferir el tamaño de fisura generado, a partir del cambio de rigidez que sufre la unión roscada a medida que la fisura crece. Dicha información, permite calcular el factor de intensidad de tensiones adimensional de la unión. Los resultados experimentales obtenidos han demostrado que el método propuesto pude ser aplicado con éxito en componentes roscados de menor tamaño, -en el rango de la tornillería típica utilizada en industrias como la nuclear y aeronáutica- habiéndose alcanzado incrementos en la vida a la fatiga de los componentes ensayados de hasta 5 veces. Además, los resultados alcanzados permiten suponer que podría aplicarse el método propuesto para incrementar la resistencia a la fatiga de uniones roscadas de hombros de gran porte, justificándose el alto costo que implicaría realizar ensayos a escala real en futuras investigaciones. Finalmente, cabe decir que los métodos experimentales desarrollados podrían ser extrapolados a una escala mayor, pudiéndose emplear entonces tanto con propósitos de investigación como en aplicaciones de campo, para evaluar la integridad estructural de uniones en tiempo real y en aplicaciones de pronóstico de daño.

Lugar de trabajo: Universidad Nacional del Comahue