Preparación para el peor escenario posible: pruebas de colapso de la tubería de revestimiento para sistemas geotérmicos de ultra temperatura

Ensayos de colapso de revestimiento en el Centro de Investigación Aulnoye-Aymeries de Vallourec, en el norte de Francia (fuente: Vallourec).

Oscar Llamosa Ardila 26 May 2026

Una de las fronteras que impulsan las empresas geotérmicas innovadoras es la utilización de sistemas geotérmicos supercalientes o supercríticos. Actualmente, se están llevando a cabo iniciativas paralelas en este campo en Islandia, Nueva Zelanda y Estados Unidos.

Si bien las ventajas en términos de productividad de pozos y eficiencia general están bien documentadas, el desafío reside en desarrollar tecnologías de perforación, terminación de pozos e infraestructura de superficie diseñadas para entornos cada vez más extremos.

Diversos estudios han identificado el colapso del revestimiento como uno de los modos de falla más graves en pozos geotérmicos de alta temperatura. Vallourec señaló en su informe de 2023 que las fallas relacionadas con el colapso representan una parte significativa de los incidentes de integridad de pozos geotérmicos, y la mayoría ocurren en pozos que operan por encima de los 250 °C. En los pozos geotérmicos, la integridad del revestimiento es fundamental para la productividad a largo plazo y la operación segura. Las tuberías de revestimiento cementadas deben soportar ciclos térmicos repetidos, altas presiones externas y la exposición a fluidos corrosivos.

En este artículo, analizamos detenidamente algunos casos de colapso de revestimiento en entornos geotérmicos de altísima temperatura, así como los recientes programas de pruebas de colapso realizados por Vallourec para abordar este desafío.

Casos de colapso de revestimiento

Desde hace varias décadas, existe interés en explorar recursos geotérmicos supercríticos. En muchos de estos casos, las condiciones extremas de los fluidos geotérmicos causaron graves daños a las tuberías de revestimiento cementadas y, finalmente, provocaron el abandono del pozo. Esta sección examina algunos de estos casos, pero existen más de 20 casos similares documentados en la literatura.

Nisyros, Grecia

Uno de los primeros casos documentados de colapso de revestimiento geotérmico ocurrió en el pozo exploratorio Nisyros-1 en Grecia. Perforado en 1982, el pozo encontró temperaturas superiores a 400 °C y fluidos altamente salinos. Durante las pruebas de producción, la tubería de revestimiento de 9 5/8 pulgadas sufrió una deformación severa en seis intervalos diferentes, entre profundidades de aproximadamente 150 m y 1240 m.

El colapso se explicó como consecuencia de ciclos térmicos rápidos, debido al calentamiento acelerado durante las pruebas de producción iniciales y al enfriamiento rápido durante las operaciones de control del pozo. También se consideró que las malas prácticas de cementación fueron un factor contribuyente.

IDDP-1, Islandia

El Proyecto de Perforación Profunda de Islandia (IDDP-1) sigue siendo uno de los experimentos de perforación geotérmica más influyentes jamás realizados. El pozo interceptó inesperadamente magma riolítico a una profundidad de 2104 m y posteriormente produjo vapor sobrecalentado a temperaturas que alcanzaron los 450 °C.

Si bien el pozo demostró con éxito el potencial energético de los sistemas geotérmicos de altísima temperatura, también reveló las limitaciones de la tecnología de construcción de pozos existente. Tras prolongadas pruebas de flujo, fue necesario enfriar el pozo con agua fría debido a la falla de las válvulas maestras. A pesar de que los operadores intentaron un procedimiento de enfriamiento controlado, el revestimiento de producción de sacrificio colapsó a más de 600 m de profundidad y sufrió una ruptura en el acoplamiento.

Java Oriental, Indonesia

Un caso más reciente de falla del revestimiento se documentó en un estudio de 2025 que analizaba un pozo geotérmico en Java Oriental, Indonesia. Durante las pruebas de producción, se observó una fuga de vapor en el espacio anular entre el revestimiento superficial de 20 pulgadas y el revestimiento de producción de 13 3/8 pulgadas. Una inspección posterior con calibrador multifinger confirmó un colapso severo del revestimiento cerca de la superficie, con un diámetro interno mínimo reducido a 10,523 pulgadas en comparación con el diámetro nominal de la galería de 12,259 pulgadas.

El colapso ocurrió en una sección anular sin cementar que contenía agua atrapada. Durante la producción, el calentamiento del agua atrapada provocó expansión térmica y acumulación de presión en el espacio anular. Una vez que el fluido atrapado dejó de poder disipar la presión en la formación, las cargas de presión externas superaron la resistencia al colapso del revestimiento.

Es importante destacar que la falla se produjo a temperaturas tan bajas como 145 °C en la cabeza del pozo, a pesar de que este estaba diseñado para temperaturas en el fondo del pozo de alrededor de 320 °C. Esto demostró que la acumulación localizada de presión anular puede generar cargas de colapso destructivas incluso cuando las temperaturas superficiales medidas parecen moderadas.

El estudio de caso demuestra que el colapso del revestimiento puede ocurrir incluso en condiciones geotérmicas subcríticas. Otras condiciones, como trabajos de cementación deficientes y fluidos atrapados en el espacio anular, pueden provocar el colapso del revestimiento del pozo.

Mecanismos y modelos de colapso del revestimiento

Reconociendo los crecientes desafíos de integridad en pozos geotérmicos de alta temperatura, Vallourec ha llevado a cabo una extensa investigación sobre la resistencia al colapso en condiciones de operación geotérmica. El trabajo de la empresa se centra tanto en comprender los mecanismos de falla como en desarrollar soluciones tubulares de mayor rendimiento capaces de resistir cargas de colapso elevadas. Según el informe de Vallourec de 2023, dos mecanismos principales de colapso predominan en las aplicaciones geotérmicas:

1. Presión externa diferencial durante la cementación
2. Acumulación de presión anular causada por la expansión térmica de los fluidos atrapados durante la producción

El segundo mecanismo ha cobrado especial importancia en pozos geotérmicos, donde son comunes las tuberías de revestimiento totalmente cementadas y las transiciones térmicas rápidas. Cuando los fluidos anulares atrapados se calientan, se expanden significativamente. Si la formación circundante no puede absorber el aumento de presión, la presión externa se acumula directamente contra la pared de la tubería de revestimiento.

Para abordar estos desafíos, Vallourec desarrolló las calidades High Collapse (HC) y Extreme Collapse, diseñadas para proporcionar una resistencia al colapso significativamente mayor que las tuberías API convencionales. La empresa también implementó un modelo propio de predicción de colapso que evalúa la geometría y las características mecánicas de las juntas de tubería individuales. El modelo incorpora datos de inspección no destructiva y resultados de pruebas físicas de colapso para estimar la resistencia al colapso con mayor fiabilidad.

Los resultados de las pruebas, basados ??en el modelo presentado por Vallourec, mostraron mejoras sustanciales en el rendimiento en comparación con los grados API estándar:

• Una tubería VM80 HC de 9 5/8 pulgadas y 47 lb/pie alcanzó una resistencia al colapso de 6740 psi, en comparación con 3890 psi para K55 y 4750 psi para L80 estándar.
• Una tubería VM80 HC de 13 3/8 pulgadas y 68 lb/pie alcanzó una resistencia al colapso de 2980 psi, en comparación con 1950 psi para K55.

Otra área importante de investigación ha sido el efecto de la temperatura elevada en las propiedades del acero. Vallourec observó que la resistencia a la fluencia del acero al carbono disminuye progresivamente con la temperatura, y la degradación mecánica se acelera rápidamente por encima de los 300 °C.

Pruebas físicas de colapso de revestimiento a altas temperaturas
Históricamente, la mayoría de las pruebas de colapso se han realizado a temperatura ambiente. Sin embargo, los pozos geotérmicos exponen habitualmente el revestimiento a temperaturas superiores a 250 °C y, en algunos casos, superiores a 400 °C. Vallourec destacó que las pruebas de colapso a temperaturas elevadas siguen siendo relativamente poco frecuentes en la industria de tuberías OCTG, especialmente para los diámetros de revestimiento más grandes que se utilizan habitualmente en aplicaciones geotérmicas.

Consciente de esta importante carencia, Vallourec ha dedicado importantes recursos de I+D al desarrollo y la validación de soluciones específicamente adaptadas a aplicaciones geotérmicas de alta temperatura. La realización de estas pruebas a altas temperaturas requirió que el Centro de Investigación de Vallourec en Aulnoye-Aymeries, al norte de Francia, invirtiera en nuevas capacidades de ensayo y desarrollara una metodología específica. El nuevo proceso incluyó un control preciso del calentamiento, combinado con una monitorización precisa de la presión y la carga, para realizar evaluaciones de resistencia al colapso de forma segura a temperaturas ultraaltas.

Vallourec ha informado de la realización de las primeras pruebas físicas de colapso de revestimiento a altas temperaturas en la industria. Se ensayaron quince juntas de revestimiento de 13 3/8? y 72.00# de acero VM80HC, incluyendo pruebas estáticas a alta temperatura a 250 °C. Los resultados coincidieron estrechamente con los modelos teóricos de Vallourec, proporcionando a los operadores los primeros datos validados de colapso a alta temperatura jamás generados. También se validó la resistencia al colapso significativamente mayor del VM80HC en comparación con el L80 o el K55, tal como lo indicaban los modelos.

Más allá de validar un solo grado de acero, esta configuración de prueba única refuerza la amplia gama de soluciones para altas temperaturas de Vallourec. Junto con las tuberías de alto colapso, las conexiones premium VAM® 21 calificadas hasta 350 °C y las exhaustivas evaluaciones de materiales hasta 500 °C, el rendimiento de colapso a alta temperatura recientemente comprobado proporciona a los operadores un conjunto de soluciones integrales y coherentes. Este enfoque integral permite que, desde el diseño del pozo hasta la producción a largo plazo, Vallourec brinde soporte a proyectos geotérmicos con lo que la compañía describe como la oferta de tuberías para altas temperaturas más completa y validada físicamente del mercado.

El valor de las pruebas de colapso a altas temperaturas

A medida que la perforación geotérmica se realiza a mayor profundidad y temperatura, la industria se enfrenta a condiciones operativas donde las metodologías convencionales de diseño de revestimientos para yacimientos petrolíferos podrían resultar insuficientes. Muchos estándares existentes se desarrollaron para pozos de petróleo y gas que operan por debajo de las temperaturas extremas que ahora se encuentran en los proyectos geotérmicos de altísima temperatura.

Por lo tanto, las pruebas de colapso específicas en condiciones geotérmicas ofrecen importantes beneficios. Permiten a los operadores establecer márgenes de seguridad realistas para las tuberías de revestimiento expuestas a temperaturas extremas, mejorando así la optimización y la confiabilidad del diseño del pozo. También pueden sentar las bases para el desarrollo de estándares internacionales de diseño de pozos formulados específicamente para condiciones geotérmicas supercríticas.

La creciente experiencia en campo sugiere que los futuros desarrollos geotérmicos dependerán cada vez más de enfoques integrados que combinen una metalurgia de revestimiento mejorada, prácticas avanzadas de cementación, gestión de la presión anular y pruebas de colapso específicas para geotermia. El trabajo de Vallourec representa un paso importante hacia la adaptación de la tecnología OCTG a las realidades de la producción de energía geotérmica de próxima generación.

Referencias:

• Garbino, A. 2023. Proyecto de perforación profunda en Islandia: una revisión de los principales desafíos e implicaciones de la perforación del pozo IDDP-1. GRC Transactions, vol. 47, 2023.
• Kruszewski, M. y Wittig, V. 2018. Revisión de los modos de falla en proyectos de perforación geotérmica supercrítica. (https://doi.org/10.1186/s40517-018-0113-4)
• Penven et al., 2023. Desafíos del colapso en pozos geotérmicos de alta temperatura. ACTAS, IX Convención y Exposición Internacional de Energía Geotérmica de Indonesia (IIGCE) 2023
• Vallourec, 2026. Mejora de la integridad de pozos geotérmicos a altas temperaturas mediante soluciones para el colapso.
• Zaifullah et al., 2025. Estudio de caso: Análisis de fallas en el revestimiento de producción colapsado en un pozo de alta temperatura. (DOI 10.2523/IPTC-24997-MS)

Fuente de referencia vía nuestra plataforma global ThinkGeoEnergy.