Analisis de Fallas en Varillas-Norris

Análisis de las Fallas de las Varillas de Bombeo Un informe especial de Norris

Mecanismos de las fallas .............................................

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Fallas de diseño y operación .......................................

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Fallas mecánicas .........................................................

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Fallas de la varilla por flexión .......................................

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Fallas por daños superficiales ......................................

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Fallas de conexión .......................................................

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Fallas de fatiga por corrosión .......................................

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Corrosión por ácido ...........................................

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Corrosión por cloruros .......................................

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Corrosión por CO2 .............................................

16

Corrosión de metales distintos ..........................

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Corrosión por H2S .............................................

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Corrosión influenciada microbiológicamente (MIC) .................................................................

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Bacterias productoras de ácido ..............

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Bacterias reductoras de sulfato ..............

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Corrosión intensificada por oxígeno (O2) ..........

19

Corrosión por corrientes parásitas ....................

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Corrosión por subdepósitos ..............................

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Defectos de fabricación ................................................

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Formulario para solicitud de análisis de las fallas ........

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El análisis de la causa raíz de las fallas es esencial para la reducción de la frecuencia de las fallas en los pozos con extracción artificial.

La mayoría de las fallas asociadas con los sistemas de levantamiento artificial puede ser atribuida a uno de los tres componentes principales del fondo del pozo – la bomba del fondo, varilla de bombeo o sarta de la tubería de producción. Una falla de la bomba del subsuelo, de la varilla de bombeo o de los tubos es definida como cualquier evento catastrófico que requiere que el personal de servicio extraiga o reemplace uno o más de estos componentes. Por esta definición el índice de la frecuencia de las fallas es el número total de las fallas de los componentes, que ocurren por pozo, por año. Los pozos que producen marginalmente con índices altos de frecuencia de fallas son clasificados, a menudo, como pozos “problema” y las prácticas efectivas del manejo de las fallas pueden significar la diferencia entre operar y taponar estos pozos. El manejo de las fallas incluye, impedir, identificar, implementar y registrar la raíz de la causa “real” de cada falla y es importante para la gestión eficaz en general de los activos, en función de los costos. Para el propósito de este ensayo fotográfico, nos ocuparemos sólo de las fallas de las varillas de bombeo. La gestión eficaz de las fallas en función de los costos, empieza con la prevención y el momento de detener la próxima falla es ahora, ¡antes de un incidente! Simplemente, rescatar y colgar el pozo después de una falla de una varilla de bombeo, no evitará la repetición de la falla. Realmente, la mayoría de las fallas continúan con mayor frecuencia hasta que toda la varilla de bombeo sea extraída y reemplazada. Las reducciones de la frecuencia de las fallas que se puedan obtener requieren de un análisis preciso de la causa raíz de falla, y la implementación de medidas de acción

correctiva, para impedir la repetición de la falla. Se necesita una base de datos capaz de averiguar el historial de los “servicios” del pozo, para rastrear e identificar las tendencias de las fallas. Una vez que se identifica la tendencia de una falla, se deberían implementar medidas para remediarla durante las operaciones de servicio del pozo, a fin de impedir las fallas prematuras de la varilla de bombeo. El historial de fallas en la base de datos debería incluir información del tipo, lugar, profundidad, causa raíz de la falla y las medidas de acción correctiva implementadas. Puede suceder que las varillas de bombeo fallen prematuramente. El entender los efectos de daños aparentemente menores a las varillas de bombeo y saber cómo esos daños pueden producir fallas catastróficas, es muy importante para el personal de producción. El análisis de las fallas de la varilla de bombeo es un reto y se necesita poder esperar lo obvio y buscar pistas de lo que no es tan obvio. Todo el personal de producción debería tener un conocimiento y capacitación adecuados en el análisis de la causa raíz de las fallas. Entender cómo identificar las fallas y sus factores contribuyentes, nos permite una entendimiento de qué se requiere para corregir la causa raíz de la falla. Se deben tomar las medidas que se puedan para eliminar las fallas prematuras de la varilla de bombeo. Los programas de capacitación continuos, concernientes a las varillas de bombeo, deberían incluir foros, formales e informales que aconsejen el cumplimiento de las recomendaciones de los fabricantes, para los procedimientos del diseño, almacenamiento y transporte, mantenimiento y manipulación, instalación y reinstalación y los procedimientos de enrosque y desenrosque. Actualmente hay disponibles una variedad de escuelas de capacitación y, con un aviso por anticipado, la mayoría pueden ser preparadas para satisfacer las necesidades específicas del personal de producción. Mecanismo de las fallas Todas las fallas de la varilla de bombeo, varilla corta y de acoples son fallas por tensión o fatiga. Las fallas por tensión ocurren cuando

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la carga aplicada excede la resistencia a la tensión de la varilla. La carga se concentrará en algún punto de la sarta de varillas, y crean una apariencia de estrechamiento alrededor de la circunferencia de la varilla, y la fractura ocurre donde se reduce la sección transversal. Este raro mecanismo de las fallas, sólo ocurre cuando se aplica demasiada carga en la sarta de varillas – como al intentar sacar de su asentamiento una bomba atascada. Para evitar las fallas por tensión, el indicador de peso máximo utilizado, para una varilla de bombeo en condiciones “como nueva”, nunca debería exceder el 90% de fuerza de ruptura para la dimensión y grado conocidos de la varilla de bombeo de diámetro más pequeño. En caso de condiciones, dimensiones o grados desconocidos de la varilla de bombeo, se debería aplicar un factor de reducción suficiente al peso máximo utilizado. Todas las otras fallas de la varilla de bombeo, varilla corta y acoples son fallas por fatiga. Las fallas por fatiga son progresivas y comienzan como pequeñas grietas por esfuerzo que crecen bajo la acción de los esfuerzos cíclicos. Los esfuerzos asociados con esta falla, tienen un valor máximo que es menor que la resistencia a la tensión del acero de la varilla de bombeo. Debido a que la carga aplicada es distribuida casi igualmente sobre el área de la sección transversal de la sarta de las varillas de bombeo, cualquier daño que reduzca el área de la sección transversal, aumentará la carga o el esfuerzo en ese punto, y es un elevador de esfuerzo. Una pequeña grieta por fatiga por esfuerzo se forma en la base del elevador de esfuerzo y se propaga perpendicular a la línea de esfuerzo o del eje del cuerpo de la varilla. A medida que la grieta por fatiga debido al esfuerzo avanza gradualmente, las superficies de la fractura que casan, opuestas a la cara de la fractura que avanza, tratan de separarse bajo la carga y estas superficies se vuelven lisas y pulidas por la fricción. A medida que progresa la grieta por fatiga, reduce el área efectiva de la sección transversal de la varilla de bombeo, hasta que no queda metal suficiente para sostener la carga y la varilla de bombeo, simplemente se fractura en dos. Las superficies de la fractura de una típica falla por fatiga, tienen una parte por fatiga, una parte de desgarramiento por 4

tensión y un desgarramiento final por esfuerzo cortante. Las fallas por fatiga son iniciadas por una multitud de elevadores de esfuerzo. Los elevadores de esfuerzo son discontinuidades visibles o microscópicas que causan un aumento del esfuerzo local en la sarta de varillas durante la carga. Los elevadores de esfuerzo visibles típicos, en las varillas de bombeo, varillas cortas y acoples son inflexiones, corrosión, grietas, daños mecánicos, roscas y desgaste o cualquier combinación de lo anterior. Este efecto aumentado del esfuerzo es el más crítico cuando la discontinuidad en la sarta de varillas es transversal (normal) al esfuerzo de tensión principal. Para determinar el origen de un elevador de esfuerzo en una falla por fatiga, la parte de la fatiga opuesta al desgarramiento final por esfuerzo cortante (extrusión y protrusión) debe ser limpiada con cuidado y examinada minuciosamente. Las fallas por fatiga tienen características identificables visibles o macroscópicas en la superficie de la fractura, las cuales ayudan a identificar la ubicación del elevador de esfuerzo. Podría decirse, que las marcas de trinquete y las marcas de playa son dos de las características más importantes para la identificación de las fallas por fatiga. Las marcas de trinquete son líneas que resultan de la intersección y conexión de múltiples grietas de fatiga por esfuerzo, mientras que las marcas de playa indican la posición sucesiva de la falla por fatiga en avance. Las marcas de trinquete son paralelas a la dirección general del crecimiento de la fisura y conducen al punto de inicio de la falla. Las marcas de playa son anillos elípticos o semielípticos que irradian hacia afuera del origen de la fractura e indican las posiciones sucesivas del crecimiento de la fisura de fatiga por esfuerzo.

Figura 1

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La Figura 1 es un ejemplo de los mecanismos de fallas por tensión y fatiga. Los dos ejemplos de la derecha son fallas por tensión. Una falla por tensión se caracteriza por una reducción del diámetro de la zona de la sección transversal en el punto de la fractura. Las fallas por tensión típicas tienen mitades de fracturas en cono y embudo. El segundo ejemplo de la derecha es típico en apariencia de las fallas por tensión. Las fracturas de las fallas por tensión, tienen rotura o esfuerzo cortante de ángulos de 45º a los esfuerzos aplicados. Un buen ejemplo del esfuerzo cortante es la característica en cono y embudo de las superficies de las fracturas de una falla por tensión típica. El cuerpo de la varilla de la derecha, es un ejemplo excelente de la necesidad de no esperar lo obvio por lo no tan obvio. Una fisura de fatiga por esfuerzo es principalmente responsable de esta falla, a pesar que la fractura haya ocurrido al tratar de sacar la bomba de su asentamiento. Un examen ocular de la superficie de la fractura revela una fisura de fatiga por esfuerzo, pequeña y semielíptica. Esta varilla de bombeo ha tenido fisuras de fatiga por esfuerzo, transversales preexistentes, por los esfuerzos en el servicio. Una de las fisuras de fatiga por el esfuerzo se abrió durante la carga recta y constante que se aplicó al intentar sacar la bomba de su asentamiento y se produjo la fractura. La falla por tensión es secundaria y resulta en la apariencia inusual de la superficie de la fractura - con la pequeña parte por fatiga, parte grande por tensión e inusualmente grandes, desgarramientos dobles con bordes del esfuerzo cortante de 45º. Los ejemplos restantes son fallas por fatiga en: varillas de bombeo carburizadas; varillas de bombeo normalizadas y revenidas y varillas de bombeo templadas y revenidas. El ejemplo del extremo izquierdo es una falla por fatiga torsional de una bomba de cavidad progresiva. Las marcas de trinquete halladas en la parte grande de la fatiga y originada en la superficie del cuerpo de la varilla, rodean completamente la superficie de la fractura y la parte pequeña de la desgarramiento por tensión, se muestra ligeramente fuera del centro medio. El cuerpo de la segunda varilla, de la izquierda es una falla por fatiga carburizada. La caja que rodea el diámetro del

cuerpo de la varilla lleva la carga de esta varilla de bombeo de alta resistencia a la tensión, y si se penetra la caja, se destruye eficazmente la capacidad de soportar carga, de este tipo de varilla de bombeo fabricada. La fisura de fatiga por esfuerzo avanza alrededor de la caja y progresa a través del cuerpo de la varilla hasta que ocurre la fractura completa. Una falla por fatiga en una varilla de bombeo carburizada generalmente presenta una parte pequeña por fatiga y un desgarramiento grande por tensión (a menos que haya estado cargada ligeramente). El cuerpo de la tercera varilla a la izquierda, es típica en apariencia de la mayoría de las fallas por fatiga. Las fallas por fatiga típicas tienen una parte por fatiga, una parte por tensión y un desgarramiento final de esfuerzo cortante. El ancho de la parte por fatiga es una indicación de la carga involucrada con la fractura. El daño mecánico puede impedir o dificultar el análisis de la falla al destruir los indicios oculares y las características identificables que normalmente son halladas en una superficie de fractura por fatiga. Se debe tener cuidado al manipular las mitades de las fracturas. Es muy importante resistir la tentación de encajar las superficies que casan de la fractura, debido a que casi siempre se destruyen (borran) las características microscópicas que ayudan a determinar la causa de la falla. Para evitar los daños mecánicos, nunca se debería tocar las superficies de la fractura cuando se encajan las superficies de la fractura. Fallas de diseño y operación La prevención de las fallas de la varilla de bombeo comienza con el diseño. Es posible que las sartas de varillas deficientemente diseñadas contribuyan a las fallas de otros componentes del sistema de levantamiento artificial, tales como el corte de los tubos de la varilla, como resultado de cargas compresoras de la varilla. El diseño del sistema de extracción artificial es un compromiso entre la cantidad de trabajo por hacer y el gasto para hacerlo, durante un período económico de tiempo. Para el diseñador del sistema hay disponibles numerosas combinaciones de profundidades, tamaños de los tubos, volúmenes de fluido, tamaños y configuraciones de las bombas, tamaños y

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geometrías de las unidades de bombeo, longitudes de las carreras, velocidades de bombeo y ahusamientos de las sartas de varillas. La selección del tamaño y grado de la varilla de bombeo depende de muchos factores, incluyendo, esfuerzos máximos previstos, márgenes de los esfuerzos y ambientes de operación. Los programas de diseño por computadora disponibles comercialmente, permiten al diseñador del sistema optimizar el equipo de producción con el menor gasto para las condiciones existentes de los pozos, en el momento del diseño. Sin embargo, después del diseño inicial e instalación de la sarta de varillas, se debería utilizar estudios periódicos con el dinamómetro, para determinar que los parámetros de carga del equipo están dentro de los considerados aceptables. Un buen diseño inicial puede convertirse en un diseño deficiente si cambian las condiciones del pozo. Los cambios en el volumen de los fluidos, el nivel de los fluidos, la longitud de la carrera, las carreras por minuto o el tamaño de la bomba, impactan con severidad el sistema total de extracción artificial. Los cambios en la capacidad de corrosión pueden afectar la vida de tolerancia a la fatiga de las varillas de bombeo y puede conducir a fallas prematuras. Cuando una de las condiciones precedentes cambia, el diseño del sistema de extracción artificial debe ser nuevamente evaluado.

Figura 2

Las figuras 2 y 3 son ejemplos de fallas 6

mecánicas inducidas por el diseño y las operaciones. El desgaste, la fatiga por flexión unidireccional y las fallas de la fatiga por el esfuerzo indican cargas compresoras de la varilla, hoyos desviados, golpeteo del émbolo contra el fluido, interferencia del gas, varillas de bombeo sometidas a mucho esfuerzo, tubos sin anclar o anclados inadecuadamente, o alguna combinación de lo precedente.

Figura 3

El desgaste abrasivo causa las fallas de la sarta de varillas al reducir la sección transversal del metal y expone la superficie del metal nuevo a la corrosión y causa las fallas en la conexión de la varilla de bombeo por impacto y daño del reborde. En la Figura 2, el acople de Clase T de la izquierda y el acople de Clase SM del medio, son ejemplos de desgaste abrasivo. En la Figura 3, el cuerpo de la varilla de la izquierda, es un ejemplo de desgaste abrasivo. El desgaste abrasivo de la sarta de varillas es definido como una remoción progresiva del metal superficial, por contacto con la sarta de tubos. El desgaste abrasivo que es igual en longitud, ancho y profundidad, sugiere usualmente un hoyo desviado o torcido. Los patrones de desgaste abrasivo angular indican sartas de varillas que están contactando agresivamente, en ángulo, con los tubos, generalmente como resultado del golpe del émbolo con el fluido, la interferencia del gas, la bomba hace contacto

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con la sarta de tubos en forma severa, o tubos sin anclaje o anclados en forma inadecuada. La masa de la varilla, en el medio de la Figura 3, representa corrosión y abrasión. El desgaste abrasivo también remueve las películas que inhiben la corrosión y expone la superficie de los metales nuevos a los fluidos corrosivos, los cuales aceleran la tasa de corrosión. El acople de Clase T, en el extremo derecho de la Figura 2, tiene una resalto endurecido por el trabajo, del golpe de los tubos. El golpe de los tubos es el resultado del “apilamiento” de la sarta de varillas, probablemente como resultado del golpe severo del émbolo contra el fluido, la interferencia del gas o porque la bomba toca con la sarta de tubos. El material endurecido por el trabajo no se desgasta tan rápido como el material más blando, en cualquiera de los lados de la zona endurecida por el trabajo, y deja uno resalto de material, a medida que se desgasta el resto del material más blando. El segundo cuerpo de la varilla de la izquierda y el primer cuerpo de la varilla de la derecha, en la Figura 3, son fallas de fatiga por flexión unidireccional. Las fallas de fatiga por flexión unidireccional ocurren porque el movimiento de la sarta de varillas tiene un movimiento lateral constante durante el ciclo de bombeo. Las fisuras de fatiga por el esfuerzo se concentrarán a lo largo de la zona de la varilla de bombeo, donde hayan ocurrido los mayores esfuerzos de flexión. Las fisuras de fatiga por esfuerzo, que sean finas y transversales estarán en una mitad de la circunferencia del cuerpo de la varilla, espaciadas estrechamente cerca de los engrosamientos de la varilla y se separan, gradualmente, moviéndose hacia el medio del cuerpo de la varilla. La mayoría de las fallas de fatiga por flexión unidireccional ocurren encima de la conexión de la zona de transición del cuerpo de la varilla, entre el acople rígido y el área de engrosamiento y el cuerpo de la varilla más flexible. Las fallas de fatiga por flexión unidireccional no mostrarán inflexiones permanentes, debido a que este problema ocurre cuando la sarta de varillas está en movimiento. El ejemplo del extremo derecho es una falla de fatiga por flexión unidireccional. Este tipo de falla generalmente tiene dos puntas que sobresalen encima de la superficie de la fractura. Estas características distintivas

de la falla indican un desgarramiento de doble reborde por el esfuerzo cortante. Los desgarramientos de doble reborde por el esfuerzo cortante son el resultado directo de los esfuerzos de flexión unidireccional, con fracturas que ocurren bajo cargas compresoras de la varilla. Las cargas compresoras de la varilla pueden ser el resultado de bombas grandes del hoyo con varillas de bombeo de diámetro pequeño o varios ahusamientos en pozos superficiales. La falla del cuerpo de la segunda varilla de la derecha en la Figura 3, es una falla de fatiga por esfuerzo. Las fallas de fatiga por esfuerzo ocurren en varillas de bombeo altamente esforzadas, como resultado de varillas de bombeo desgastadas, sobrecargas o cargas de la varilla extremadamente altas, por cortos períodos de tiempo. Las fallas de fatiga por esfuerzo tienen fisuras de fatiga por el esfuerzo, espaciadas estrechamente, finas y transversales, que rodean completamente la circunferencia del cuerpo de la varilla. Las fisuras de fatiga por esfuerzo estarán en el cuadrado de la llave y sobre toda la longitud del cuerpo de la varilla. En las varillas de bombeo, muy viejas y desgastadas,

Figura 4

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las fisuras y las fallas de fatiga por esfuerzo pueden ocurrir dentro de las cargas normales de la operación diaria. La Figura 4 es un ejemplo de golpe del acople contra el tubo. El golpe del acople contra el tubo es el resultado del ángulo de contacto extremadamente agresivo, al tubo por la sarta de varillas. Este contacto agresivo es el resultado directo de golpe severo del émbolo contra el fluido, tubos sin anclar (o anclados en forma inadecuada), el émbolo buzo de la bomba está pegado (o atascado) o cualquier combinación de lo anterior.

Figura 5

La Figura 5 es un ejemplo del daño relacionado a la guía de la varilla. El ejemplo de la izquierda es una varilla de bombeo reacondicionada, de alta resistencia a la tensión. El flujo turbulento del fluido, asociado con guías de varilla moldeadas por inyección con extremo romo, permitió la corrosión por grietas en la zona crítica de lavado, alrededor del extremo de la guía. Antes de inspeccionar, las guías moldeadas de la varilla fueron retiradas del cuerpo de la varilla para reacondicionarlas. Las varillas de bombeo reacondicionadas, de Clase 1 no pueden tener discontinuidades mayores de 20 mils (0,020”), según la Especificación API 11BR. La corrosión por grietas estaba debajo los 20 mils permitidos para una varilla de bombeo reacondicionada de la Clase 1. Sin embargo, la sensibilidad de la muesca (intolerancia de la 8

discontinuidad) de una varilla de bombeo de alta resistencia a la tensión, es alta. En otras palabras, las picaduras pequeñas pueden ir en detrimento de los altos esfuerzos de tensión asociados con la varilla de bombeo de alta resistencia y las varillas de bombeo de alta resistencia reacondicionadas deberían ser reducidas en su capacidad nominal, para carga. El ejemplo del medio es una falla por erosión y corrosión, como resultado de guías de varillas cortas, de extremo romo, aplicadas en el campo, en tubos pequeños con altas velocidades de fluidos. A las picaduras por erosión y corrosión se les “cortará el fluido” con fondos lisos. Las características en forma de picaduras pueden incluir bordes agudos y lados pronunciados, si son acompañadas con CO2 o picaduras anchas y blandas con bordes biselados si son acompañadas con H2S. El ejemplo de la derecha es desgaste por abrasión de una guía de varilla, aplicada en campo, que se mueve hacia arriba y hacia abajo en el cuerpo de la varilla, durante el ciclo de bombeo. Generalmente hablando, las guías de varilla moldeadas proveen mejor flujo laminar, un mínimo de tres a cuatro veces más adhesión y retención, y son más económicas que las guías de varilla aplicadas en ampo. Fallas mecánicas Las fallas mecánicas son responsables de un gran porcentaje del número total de todas las fallas de las sartas de varillas. Las fallas mecánicas incluyen todos los tipos de fallas, excepto las fallas por corrosión y los defectos de fabricación. El daño mecánico a la sarta de varillas contribuye a un elevador de esfuerzo, el cual causará las fallas de las varillas de bombeo. El momento de la falla estará motivado por muchas variables, de las cuales, el esfuerzo máximo, el ambiente de la operación, la orientación del daño, la química de la varilla de bombeo, el tipo de tratamiento con calor de la varilla de bombeo, el margen del esfuerzo y el tipo de daño, serán los más importantes. El daño mecánico puede ser causado por el diseño ineficaz del elevador artificial, procedimientos inadecuados de cuidado y manipulación, procedimientos descuidados de montaje y desconexión, prácticas de operación descontinuadas o cualquier combinación de estos elementos.

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Fallas de la varilla por flexión Las fallas de fatiga por flexión son responsables de un considerable número de todas las fallas mecánicas. Es un hecho que todas las varillas de bombeo dobladas, eventualmente fallan. Las varillas de bombeo nuevas son fabricadas con una rectitud de cuerpo de no menos de 1/16 de pulgada en cualesquier doce pulgadas de longitud del cuerpo de la varilla. Las varillas de bombeo, con esta tolerancia de rectitud, rodarán con facilidad en un estante con apoyos de cinco niveles. Cualquier grado de flexión mayor que éste, causará un aumento del esfuerzo local en el punto de flexión, durante la carga aplicada. Cuando el cuerpo de la varilla doblada es halada en forma recta durante la carga, se alcanza rápidamente la resistencia a la rotura del material. El ciclo de exceder continuamente la resistencia de rotura del material, es repetida durante el ciclo de bombeo y causa fisuras de fatiga por esfuerzo en el lado cóncavo de la flexión. Estas fisuras de fatiga por esfuerzo progresan a través de la barra durante la carga, hasta que no quede suficiente metal en la barra, para sostener la carga y ocurre la fractura. Enderezar el material en bruto de barras, es el primer paso en el proceso de la fabricación de las varillas de bombeo. Enderezar la barra en frío deforma la estructura del grano a menos de su temperatura de recristalización causando tensión en la barra, que es acompañado de un efecto de endurecimiento por acritud. Durante el proceso de fabricación, la función del tratamiento con calor es para liberación de esfuerzo, esfuerzos residuales y los inducidos, causados por el rodamiento de la barra, los procesos de enderezamiento de la barra y por fraguar los engrosamientos de la varilla. El tratamiento con el calor cambia la estructura metalúrgica de los extremos forjados, para igualar el del cuerpo de la varilla y también controla las propiedades mecánicas de la varilla de bombeo. Cualquier flexión del cuerpo de la varilla, creado después del tratamiento con el calor causa endurecimiento por acritud, lo cual crea una zona de endurecimiento diferente que las superficies circundantes. Esta condición es referida como un “punto duro” y es un elevador de esfuerzo para cargar. El proceso mecánico, tal como pasar la varilla de

bombeo doblada terminada a través de un sistema de rodillos, intentará retirar el doblez para que el cuerpo de la varilla quede recta. Sin embargo, los procesos de

Figura 6 acondicionamiento no son capaces de liberar el esfuerzo de las varillas de bombeo dobladas. Una varilla de bombeo doblada queda permanentemente dañada y no se debería usar debido a que todas las varillas de bombeo dobladas eventualmente fallarán . La Figura 6 es un ejemplo de fallas de fatiga por flexión. Las fallas de fatiga por flexión pueden ser identificadas por la superficie angular de la fractura, la cual estará a un ángulo distinto a 90º, al eje del cuerpo de la varilla. El ejemplo de la izquierda ilustra una fractura causada por una flexión con un radio largo, o un arco de barrido gradual en el cuerpo de la varilla (ejemplo de la parte de arriba de la Figura 7). La superficie de la fractura es normal en apariencia, pero tiene un ligero ángulo cuando es comparado con el eje del cuerpo de la varilla. El ejemplo del medio es una flexión de radio pequeño (ejemplo de la parte de debajo de la Figura 7). La superficie de la fractura está a un ángulo mayor al eje del cuerpo de la varilla con una parte pequeña por fatiga y una parte grande de desgarramiento por tensión. El ejemplo de la derecha es el resultado de una varilla de bombeo helicoidal. Note lo sinuosa que está en apariencia la superficie de la fractura. Como regla general, mientras mayor sea la flexión en el cuerpo de la varilla, más helicoidales aparecen las superficies de la fractura. En operación, el momento en que la varilla se fractura es acortado enormemente. Los procedimientos de mantenimiento y

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manipulación deficientes causan usualmente varillas de bombeo flexionadas.

Figura 7 Fallas por daños superficiales Se debería hacer todo lo posible para impedir el daño mecánico en la superficie a las varillas de bombeo, varillas cortas y acoples. Los daños superficiales aumentan el esfuerzo durante las cargas aplicadas, causando potencialmente, fallas de la sarta de varillas. El tipo de daño y su orientación, contribuye a este efecto de esfuerzo aumentado. La orientación del daño contribuye a mayores esfuerzos y el daño transversal tiene esfuerzos incrementadas sobre aquellas relacionadas con los daños longitudinales. Una mella aguda creará una concentración más alta de esfuerzo y estaría en mayor detrimento a una carga, que una depresión superficial de ancha base. Las varillas de bombeo con indicación de daños en la superficie no se deben usar y deben ser reemplazadas. Se debe evitar todo contacto de metal con metal que podría ocasionar abolladuras, mellas o raspaduras. Para impedir el daño potencial de la varilla de bombeo, coloque láminas de madera entre los anaqueles de metal para almacenamiento, y entre cada capa de varillas de bombeo, para evitar el contacto de metal con metal. Use las varillas de bombeo para lo que fueron diseñadas, para elevar una carga. Nunca use varillas de bombeo como pasadizo o mesa de trabajo. Mantenga las herramientas de metal que no son para usar en las varillas de bombeo y otros objetos metálicos, apartado de las varillas de bombeo. Asegúrese que la herramienta que usa es la adecuada para el propósito y asegúrese que esté en buenas condiciones. La Figura 8 es un ejemplo de varias fallas por daños superficiales. El ejemplo de la izquierda muestra una ligera depresión de una 10

Figura 8 llave, herramienta u otro objeto metálico. El segundo ejemplo de la izquierda, es daño de una llave Stillson usada para aplicar guías de varilla instaladas en campo. El segundo ejemplo de la derecha tiene una pequeña raspadura longitudinal por un contacto de metal con metal; posiblemente, por permitir que las varillas de bombeo rueden sobre otras varillas en una pila de varillas, durante la instalación. El ejemplo de la derecha muestra un daño transversal superficial.

Figura 9

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La Figura 9 es un ejemplo de un daño superficial causado por los elevadores de las varillas de bombeo. El ejemplo de abajo es un daño de asientos del elevador, desgastados o mal alineados. Después de un amplio período de servicio, los asientos del elevador se desgastan y dañan y desarrollan una forma oval, en lugar de una forma redonda. En la medida que la forma oval crezca, el anillo tangencial del engrosamiento de la varilla, hacia la cara del asiento del elevador se baja en la mitad delantera del asiento. A medida que el asiento continúa desgastándose, la posición del engrosamiento de la varilla en el asiento se mueve hacia delante de la línea central del muñón del elevador. Esto causa un descentrado en la carga del gancho e inclina hacia delante el cuerpo del elevador. Cuando el elevador levanta la carga de la sarta de varillas, la carga del gancho doblará la línea central de la varilla de bombeo, para que coincida con la línea central del muñón del elevador. A medida que el peso de la sarta de varillas aumente, la carga del gancho doblará todas las varillas de bombeo enganchadas por este elevador. Las fallas de las varillas de bombeo dobladas que ocurren en el anillo de centrar engrosado debajo de la superficie, pueden ser por los asientos malos del elevador. El ejemplo de arriba es el daño causado por los enganches del elevador. Este tipo de daños ocurren normalmente como resultado de levantar o dejar en dobles. Nunca levante o dejar más de una sola varilla de bombeo. Cualquier otra cosa causa que los enganches del elevador actúen como un fulcro y permite que los esfuerzos de flexión se concentren en la zona de transición del cuerpo de la varilla y del engrosamiento forjado. Fallas de conexión La conexión API de la varilla de bombeo está diseñada como una conexión con soporte rotativo cargado con fricción. Debido a que la resistencia de la conexión de la varilla de bombeo es baja, cuando se le somete a cargas cíclicas, es necesario limitar las cargas cíclicas con precarga de unión macho (pin). Si la precarga del pasador es mayor que la carga aplicada, la carga en la conexión permanece constante y no ocurre fatiga de cargas cíclicas. La carga por fricción que se desarrolla entre la

cara del soporte de la unión macho y la cara del soporte del acople ayuda a afianzar la conexión, para impedir que se suelte en el fondo del hoyo. Sin embargo si la precarga es menor que la carga aplicada, la cara del soporte de la unión macho y la cara del soporte del acople se separarán bajo la carga, durante el movimiento cíclico de la unidad de bombeo. Una vez que estas caras se separen, la conexión es cargada cíclicamente y ocasionará una falla por pérdida de desplazamiento o pérdida de ajuste. Las fallas por pérdida de desplazamiento pueden ocurrir por una lubricación no adecuada, por montaje (apriete) inadecuado, exceso de torsión, desgaste por golpeteo de los tubos o cualquier combinación de estos elementos.

Figura 10 La Figura 10 es un ejemplo de fallas de unión macho, debido a una pérdida de desplazamiento. La muestra de la derecha es apariencia típica de una falla de la unión macho por pérdida de desplazamiento. Un apriete insuficiente o la pérdida de ajuste causaron que la cara del soporte de la unión macho y la cara del soporte del acople se separaran. Cuando estas caras se separan se agrega un momento de flexión a la carga de tensión la rosca pin (macho). La sección roscada de la unión macho es mantenida rígida, mientras que el resto de la unión macho se dobla. El movimiento de la sarta de varillas causa fisura de fatiga por esfuerzo, que se inicia en el primer filete totalmente formado de la raiz de la rosca, sobre el aliviador de tensión o “undercut”. Pequeñas fisuras de fatiga por esfuerzo se empiezan a formar a lo largo de la raíz de la rosca durante la carga aplicada y eventualmente se consolida en una fisura mayor de fatiga por esfuerzo. La superficie de la fractura por una típica pérdida de desplazamiento de la unión macho tiene una pequeña parte por fatiga que cubre una tercera

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parte de la superficie de la fractura, aproximadamente, y la parte del desgarramiento por tensión y el desgarramiento final por esfuerzo cortante cubren la parte restante de la superficie. Los ejemplos de la izquierda y del medio ocurrirán como resultado de carga de esfuerzo, cuando los factores de levantamiento del esfuerzo, tales como la corrosión o los daños mecánicos estén presentes en la superficie del alivio de esfuerzos, o socavación de la unión macho.

Figura 12

Figura 11

La Figura 11 es otro ejemplo de dos tipos de fallas de la unión macho. La muestra de la izquierda es la típica apariencia de una falla de la unión macho por pérdida de desplazamiento. Sin embargo, esta fractura de la unión macho fue causada por las tenazas hidráulicas de la varilla durante el montaje, como está comprobado por el desgarramiento de tensión escalonado. No es extraño que ocurran fracturas de la unión macho en el montaje, si la unión macho tiene una fisura por fatiga por el esfuerzo preexistente, debido a la alta torsión requerida con las varillas de bombeo de alta resistencia a la tensión, y de diámetro grande, Clase D. La muestra de la derecha es un ejemplo de torsión excesiva en una unión macho blanda. La superficie de la fractura tiene una parte grande de fatiga, con varias marcas de trinquete en la raíz de rosca de unión macho y una parte pequeña por tensión.

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La Figura 12 es un ejemplo de una falla del acople, por pérdida de desplazamiento. La fractura se inició en la raíz de la rosca del acople, opuesta a la primera rosca del primer filete de rosca macho totalmente formado. Mitades de fracturas de un tercio y dos tercios, en longitud, con marcas de trinquete, que se originan en raíz de la rosca, indican una falla de acople por pérdida de desplazamiento. La superficie de la fractura de una típica falla del acople por pérdida de desplazamiento tiene una parte pequeña de fatiga y una parte grande de desgarramiento por tensión. Las fallas del acople por pérdida de desplazamiento están asociadas principalmente con las varillas de bombeo de Clase D y varillas de bombeo de alta resistencia a la tensión. Las fracturas de los acoples, de longitud media, con marcas de trinquete que vienen desde el exterior, indican otro tipo de falla. La fisura por fatiga por el esfuerzo empieza por la superficie externa del acople, y progresa hacia el interior hacia las roscas, luego, alrededor de la pared del acople a una fractura por tensión. Las fracturas de longitud media indican fallas de acople por daños mecánicos a la superficie del acople, excediendo el límite de tolerancia de fatiga por el esfuerzo del material. o un defecto de fabricación. La mayoría de las fracturas de acople de longitud media son consecuencia de daños mecánicos o sobrecarga. Las fracturas de acople de

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longitud media debido a una sobrecarga tienen una parte pequeña de fatiga y una parte grande de desgarramiento por tensión. Esta falla es común en varillas de bombeo de alta resistencia y acoples de Clase SM. Use acoples de Clase T con las varillas de bombeo de alta resistencia para evitar las fallas de acople de longitud media.

seguir con atención los procedimientos el montaje impedirán la mayoría de los problemas del desgaste por rozamiento de las roscas.

Figure 14

Figura 13

La Figura 13 es un ejemplo de desgaste por rozamiento (galling) de la rosca en la conexión de la varilla de bombeo. El desgaste por rozamiento de la rosca es un daño mecánico a las roscas de la unión macho y/o del acople. Esos desgastes por rozamiento de la rosca es el resultado de roscas dañadas o contaminadas que causan la interferencia entre las roscas, y son lo suficientemente grandes como para rasgar y desgarrar las superficies de ellas. Las roscas se unen entre sí durante el montaje y se separan en la desconexión, y la conexión es dañada y destruida y no se podrán usar. Los daños por el enchufado fuerte de los tubos a la rosca delantera y las roscas contaminadas son las causas principales del desgaste por rozamiento de las roscas. La limpieza de ellas antes el montaje, su lubricación adecuada y

La Figura 14 es un ejemplo de una falla del cuadrado de la llave. Las fallas del cuadrado de la llave son muy raras y apenas ocurren, a menos que sea por daños mecánicos, corrosión o defectos de fabricación. El ejemplo que se muestra es una falla del cuadrado de la llave por daño mecánico severo. Las piezas de reserva sueltas o descuidadas en las tenazas hidráulicas de la varilla han redondeado la esquina del cuadrado de la llave. La fisura por

Figure 15

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fatiga por el esfuerzo comenzó en la esquina del cuadrado de la llave y progresó hasta la ruptura o fractura final. La Figura 15 es un ejemplo del daño que ocurre como consecuencia de apretar en exceso la conexión de la varilla de bombeo. El ejemplo que se muestra es un acople de apriete permanente que se ha abocinado o abultado cerca de la cara de contacto. Los acoples de diámetro reducido son más susceptibles a este tipo de daños por apriete en exceso, que los acoples de tamaño completo. Los acoples de tamaño completo, en varillas Clase D, y en las varillas de bombeo de alta resistencia exhiben generalmente ligeros abultamientos y tienen resalto de material con deformación concéntrica, en la cara del reborde del acople, de la impresión de la cara del reborde de la unión macho. El apriete en exceso de las tenazas hidráulicas de la varilla retorcerá a las uniones macho blandas, dando como resultado una apariencia de falla por tensión. La socavación de la unión macho se rebajará y la fractura ocurrirá rápidamente. En las varillas de bombeo de Clase D, una indicación de exceso de apriete es el resalto de material con deformación concéntrica, en la cara del reborde de la unión macho, de la impresión de la cara del reborde del acople. El apriete en exceso en las varillas de bombeo de alta resistencia a la tensión, normalizadas y revenidas, comenzará a sacar las roscas del acople.

Figure 16

14

La Figura 16 es un ejemplo de fisuras por impacto en los acoples. No se debería permitir la práctica de “calentar” o el martilleo en los acoples, con el objeto de aflojarlos. Este ejemplo muestra la forma en que el daño por impacto a un acople de Clase T, causa fisuras de fatiga por esfuerzo alrededor de los puntos de impacto y corrosión acelerada localizada. El martilleo en los acoples de Clase SM (spray metal – metal rociado) causa fisuras de fatiga por esfuerzo en la superficie dura formado por rociadura, y origina fallas del acople debido a fatiga por corrosión.

Figure 17

La Figura 17 es un ejemplo de fallas de varillas pulidas. La mayoría de todas las fallas de las varillas pulidas ocurren en el cuerpo, justo debajo de la abrazadera de la varilla pulida o en la unión macho. Las fallas del cuerpo de la varilla pulida, debajo de la abrazadera de la varilla pulida, se originan por el agregado de esfuerzos por flexión. Estos esfuerzos por flexión pueden ser impuestos por unidades de bombeo fuera de alineamiento, barras de transportador que no estén niveladas, barras de transportador desgastadas, celdas de carga mal alineadas o la instalación incorrecta de la abrazadera de la varilla de bombeo pulida. La falla de la varilla pulida, de la izquierda, es un ejemplo de una abrazadera de una varilla pulida, en la parte rociada de una varilla pulida con metal rociado.

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Las varillas pulidas con metal rociado tienen una parte sin rociar para colocar la abrazadera de la varilla pulida. Nunca coloque una abrazadera de una varilla pulida en la parte pulida de la varilla, que ha sido pulida con metal rociado. La falla de la varilla pulida, de la derecha, tiene raspaduras pequeñas y longitudinales causadas por el mal manipuleo. Las fallas de las uniones macho de las varillas pulidas ocurren debido a la instalación de los acoples de las varillas de bombeo. Las uniones macho de las varillas pulidas tienen una rosca ahusada de 9º, entre la sección roscada recta y el reborde. Los acoples de las varillas de bombeo tienen una rosca de inicio de 30º y un rebajo profundo que no engancha todas las roscas de la unión macho de la varilla pulida. Los acoples de las varillas pulidas tienen roscas de inicio de 9º y un perfil diseñado para encajar adecuadamente con la unión macho de la varilla pulida. El rebajo poco profundo de la primera rosca distingue fácilmente los acoples de las varillas pulidas, de los acoples de las varillas de bombeo y permite que se enganchen todas las roscas de la unión macho de las varillas pulidas. Fallas de fatiga por corrosión La corrosión es uno de los mayores problemas que se encuentran en los fluidos producidos y es responsable por casi dos tercios de todas las fallas de las varillas de bombeo. La corrosión es el resultado destructor de una reacción electroquímica entre el acero utilizado para hacer varillas de bombeo y el medio ambiente de la operación al cual están sometidas. Simplemente, la corrosión es la forma en que la naturaleza revierte un material de un estado de energía más alto (acero), hecho por el hombre, a su condición básica (mineral natural), tal como fue hallado en la naturaleza. El elemento hierro del acero, se combina con la humedad o los ácidos, para formar otros compuestos, tales como, óxido, sulfato, carbonato, de hierro, etc. Alguna forma y concentración de agua está presente en todos los pozos considerados corrosivos y la mayoría contienen cantidades considerables de impurezas y gases disueltos. Por ejemplo, los gases ácidos de dióxido de carbono (anhídrido carbónico – CO2) y el sulfato de hidrógeno (ácido sulfhídrico – H2S),

comunes en la mayoría de los pozos, son altamente solubles y se disuelven rápidamente en el agua - la cual tiende a bajar su pH. La capacidad de corrosión del agua es una función de la cantidad de estos dos gases que están contenidos en solución. Toda el agua con valores bajos de pH es considerada corrosiva al acero, con valores más bajos que representan mayor acidez, o capacidad de corrosión. Todos los ambientes del fondo del pozo son corrosivos hasta cierto grado. Algunos fluidos corrosivos pueden ser considerados no corrosivos si la tasa de penetración de la corrosión, registrada en mm (milímetros) de pérdida de espesor por año (mpy), es lo suficientemente baja, que no causará problemas. Sin embargo, la mayoría de los pozos en producción están plagados con problemas de corrosión y ninguna varilla de bombeo fabricada en la actualidad puede soportar con éxito, sola, los efectos de esta corrosión. A pesar que la corrosión no puede ser eliminada completamente, es posible controlar su reacción. Todos los grados de las varillas de bombeo deben ser protegidas adecuadamente, mediante el uso de programas eficaces de inhibición química (referencia a ediciones actuales de, Práctica Recomendada de API 11BR y Estándar RPO195 NACE). Algunos grados de varillas de bombeo, debido a las diferentes combinaciones de elementos de aleación, microestructuras y niveles de dureza, son capaces de tener una vida más larga de servicio en los pozos con corrosión inhibida, que las de otros grados de alta o baja resistencia a la tensión. ¿Por qué parece que las varillas de bombeo nuevas se corroen más rápido que las más antiguas, en la misma sarta de varillas? Dos varillas de bombeo con la misma composición química forman una celda galvanizada de corrosión, si la condición física de una es diferente al de la otra. Las diferencias físicas en una varilla de bombeo pueden ser causadas por el cuidado y las prácticas de manipulación deficientes (esto es, daño en la superficie que origina depresiones, mellas, rayaduras, inflexiones, etc.) y/o depósitos de corrosión (incrustaciones de

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óxido de hierro, carbonatos y sulfatos, etc.). Debido a que las varillas de bombeo nuevas van dentro del pozo sin depósitos de corrosión, a menudo se corroen, con preferencia, con relación a varillas de bombeo que están revestidas con depósitos de corrosión. La corrosión en el acero empieza muy agresivamente, pero a menudo reduce su acción, tan pronto como una película obstructora de superficie, de depósito de corrosión (incrustación) se forma sobre la superficie del metal. Por ejemplo, el CO2 genera incrustaciones de carbonato de hierro, como un subproducto de su corrosión. Esta incrustación cubre la varilla de bombeo y retarda la tasa de penetración de la corrosión el cual tiende a retardar la acción de la corrosión. Sin embargo, si este depósito se raja continuamente y es removido por un movimiento de flexión o por abrasión, la corrosión agresiva local continúa en el área donde se ha removido la incrustación, en la varilla de bombeo, lo cual origina picaduras profundas de corrosión. ¿Pueden usarse las varillas de bombeo de alta resistencia a la tensión, en un ambiente de corrosión? Generalmente, las varillas blandas toleran mejor la corrosión, que las varillas duras y, como método práctico, se debería usar siempre la varilla más blanda que pueda manipular la carga. Sin embargo, si los requisitos de carga disponen el uso de una varilla de bombeo de alta resistencia a la tensión, luego, es importante proteger la sarta de varillas con una película de superficie, de inhibidor de corrosión efectivo. En la mayoría de los casos, si se puede proteger adecuadamente al equipo del fondo del hoyo, de la corrosión, debería también poder proteger adecuadamente, a las varillas de bombeo de alta resistencia a la tensión, de la corrosión, al aumentar la frecuencia de aplicación del programa de corrosión inhibidor. En otras palabras, si se trata efectivamente por lotes, una vez por semana, con 40 partes por millón (ppm) de inhibidor de corrosión, para las varillas de bombeo de Clase D, se necesitará tratar por lotes, dos veces pos semana, con 40 ppm de inhibidor de corrosión, a las varillas de bombeo de alta resistencia a la tensión. Los volúmenes de tratamiento varían y dependen de muchos 16

factores, muy numerosos para listarlos aquí. Consulte siempre con un especialista en control de corrosión antes de la instalación de todas las sartas de varillas, especialmente cuando se sospecha que la fatiga por corrosión es la causa de fallas anteriores.

Figura 18

La Figura 18 es un ejemplo de fatiga por corrosión, por el gas ácido CO2. El tamaño de la picadura, hasta que se vuelva perjudicial a la varilla de bombeo, depende de tres factores – carga, tipo de material y dureza. Las varillas de bombeo de Clase K pueden desarrollar picaduras más profundas y grandes que una varilla de bombeo de Clase D, antes que se vuelvan perjudiciales a la varilla de bombeo. Las varillas de la Clase D pueden desarrollar picaduras más profundas y grandes que una varilla de bombeo de alta resistencia a la tensión, antes que se vuelvan perjudiciales a la varilla de bombeo. Los materiales más blandos con esfuerzo de varilla más bajo, toleran picaduras más grandes que los materiales más duros con esfuerzo de varilla más alto. Por lo tanto, las picaduras pequeñas pueden ser perjudiciales a las varillas de bombeo de más alta resistencia a la tensión, en oposición a las

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varillas de bombeo más blandas que no tienen tanto esfuerzo de la varilla. Corrosión por ácido

Figura 20

Figura 19

La Figura 19 es un ejemplo de corrosión por ácido. Las compañías de servicios usan ácido para los trabajos de estimulación y limpieza del pozo. Todos los trabajos con ácido deberían tener un inhibidor efectivo mezclado con el ácido, antes de inyectarlo dentro del pozo. Los ácidos usados son aún corrosivos al acero y el pozo debería ser “lavado” el tiempo suficiente para recuperar todo el ácido utilizado. Raras veces, algunas aguas producidas contienen ácidos orgánicos que se han formado en el fondo del hoyo, tales como los ácidos acético, clorhídrico y sulfúrico. La corrosión por los ácidos es un adelgazamiento general del metal, que deja la superficie con la apariencia de nódulos de metal residual agudos, plumeados o como una trama. En las picaduras no se formarán incrustaciones de metal. Corrosión por cloruros La Figura 20 es un ejemplo de corrosión por cloruros. Los cloruros contribuyen a la posibilidad de un aumento de la corrosión, relacionada con las fallas de las varillas de bombeo. La corrosividad del agua aumenta, a medida que aumenta la concentración de los cloruros. Los inhibidores de corrosión tienen más dificultad en penetrar y proteger la superficie de acero de las varillas de bombeo, en los pozos con alta concentración de

cloruros. La corrosión del agua con alta concentración de cloruros, tiene la tendencia de ser más agresiva a las varillas de bombeo de acero al carbono, que a las varillas de bombeo de acero aleado. La corrosión por cloruros tienden a picar uniformemente todo el área de la superficie de las varillas de bombeo de acero al carbono, con picaduras

Figura 21

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superficiales, de fondo plano y de forma irregular. Las características de la forma de las picaduras incluyen, paredes empinadas y bordes agudos de picaduras. Corrosión por CO2 La corrosión por el gas ácido CO2, se combina con el agua para formar el ácido carbónico - el cual reduce el pH del agua. El ácido carbónico es muy agresivo al acero y origina áreas grandes de pérdida rápida del metal, lo cual puede erosionar completamente las varillas de bombeo y los acoples. La severidad de la corrosión aumenta con el incremento de la presión y temperatura parcial del CO2. Las picaduras de la corrosión por CO2, tienen fondo redondo, profundas con paredes empinadas bordes agudos de picaduras. Las picaduras están generalmente interconectadas en líneas largas, pero en ocasiones pueden ser individuales y estar aisladas. Los fondos de las picaduras se llenarán con incrustaciones de carbonato de hierro, un depósito gris, de adherencia suelta, el cual es un subproducto de la corrosión del gas ácido CO2. Las figuras 21 y 22 muestran ejemplos típicos de la corrosión por el gas ácido CO2. La Figura 19 es un ejemplo de la corrosión por el gas ácido CO2 en un acople y la Figura 20 es un ejemplo de la corrosión por el gas ácido CO2 en los cuerpos de las varillas. Corrosión de metales distintos

Figure 22 Una falla extremadamente rara, la corrosión de metales distintos puede originarse cuando se juntan dos metales con diferencias en potenciales de solución, en la misma solución. Un metal tiene una tendencia marcada a ser corroído, con preferencia al otro 18

y bajo ciertas condiciones de fluido, el metal menos noble se corroe a una tasa más alta. La corrosión en metales distintos es usualmente mayor, cerca de la unión de los dos metales. Debido a que la mayoría de los materiales de las varillas de bombeo son compatibles, esta corrosión es rara vez vista en la sarta de varillas. Corrosión por H2S

Figura 23

La corrosión por el gas ácido H2S es de fondo redondo y de profundos bordes biselados de la picadura. Es usualmente pequeña, ocasional y dispersada sobre toda la superficie de la varilla de bombeo. Un segundo agente de corrosión, generado por el H2S, es la incrustación de sulfuro de hierro. Las superficies de las varillas de bombeo y de las picaduras quedarán cubiertas con una incrustación negra muy adherente. La incrustación de sulfuro de hierro es altamente insoluble y catódica al acero – la cual tiende a acelerar las tasas de penetración de la corrosión. Un tercer mecanismo de corrosión es la friabilidad del hidrógeno, lo cual causa que la superficie de la fractura tenga una apariencia friable o granular. Un punto de iniciación de la fisura puede o no, ser visible y una parte de la fatiga puede o no, estar presente en la superficie de la fractura. El desgarramiento por el esfuerzo cortante de una falla por la acritud del hidrógeno es

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inmediato durante la fractura, debido a la absorción de hidrógeno y la pérdida de ductilidad del acero. A pesar que es un ácido relativamente débil (cuando se compara con el gas ácido CO2), cualquier cantidad de trazas, que se pueda medir, del gas ácido H2S, es considerada una justificación para los programas de inhibición química, cuando también esté presente alguna cantidad de trazas de agua (H2O), que se pueda medir.

Figura 25

Figura 24

Las figuras 23 y 24 son ejemplos de corrosión por el gas ácido H2S. Las tres muestras del cuerpo de las varillas, de la izquierda, son ejemplos de corrosión localizada (picaduras) y las dos muestras del cuerpo de las varillas, de la derecha, son ejemplos de corrosión general adelgazadora por corrosión por depósito de incrustaciones. La muestra de la Figura 24, es un ejemplo de una falla de la unión macho, debido a la friabilidad del hidrógeno. Corrosión influenciada microbiológicamente La Figura 25 muestra varios ejemplos de corrosión influenciada microbiológicamente (MIC) en los cuerpos de las varillas. Cierta cantidad de forma de vida microscópica está presente en esencialmente todos los pozos en

producción. De gran inquietud respecto a la sarta de varillas, son los organismos unicelulares capaces de vivir en toda clase de condiciones y multiplicarse con increíble velocidad - comúnmente referido a ellos como bacterias o “bichos”. Las bacterias están clasificadas de acuerdo a sus requerimientos de oxígeno (O2): aeróbicas (requieren O2), anaeróbicas (no requieren O2) y facultativas (cualquier forma de requerimiento). Algunas bacterias generan H2S, producen ácidos orgánicos o enzimas, oxidan el hierro soluble en el agua producida o cualquier combinación de lo anterior. La MIC es muy agresiva y todas las varillas de bombeo se corroen rápidamente en ambientes del fondo del hoyo que contengan bacterias. Los fluidos sospechables deberían ser controlados continuamente, mediante muestro, identificación y conteo de las bacterias. La técnica de dilución de extinción es usada comúnmente para cultivar bacterias a fin de calcular el número de éstas que están presentes en el pozo. Se debería usar bactericida o biocida en todos los fluidos sospechables, para controlar las poblaciones de bacterias. Bacterias productoras de ácido La Figura 26 es un ejemplo de bacterias productoras de ácido (APB-Acid Producing Bacteria) en un cuerpo de varillas, y la Figura 27 es un ejemplo de APB en un acople. Las

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Figura 26 picaduras de la corrosión debido a las APB tienen las mismas características básicas de forma de picadura que la corrosión por el gas ácido CO2. Las picaduras de la corrosión por las APB tienen paredes con apariencia cavernosa, con bordes cortantes y la base es generalmente estriada o granulosa. La picadura no contiene depósitos de incrustaciones.

Figura 28

la base de la picadura, túneles alrededor de los bordes de las picaduras (picaduras dentro de picaduras), racimos de picaduras y/o anomalías inusuales (esto es, manchas brillantes en la superficie de las varillas). Las múltiples fisuras en la base de las picaduras son el resultado del subproducto del sulfuro de hidrógeno subproducto del estilo de vida de las bacterias, el cual corroe y vuelve friable la superficie del acero, que esté bajo la colonia. Corrosión intensificada por oxígeno (O2)

Figura 27

Bacterias reductoras de sulfato (SRB) La Figura 28 es un ejemplo de las bacterias reductoras de sulfato (SRB-Sulfate Reducer Bacteria) en un cuerpo de varillas. Las SRB, aquellas que producen H2S, probablemente causan más problemas al equipo del fondo del hoyo, que cualquier otro tipo de bacterias. La corrosión debida a las SRB tiene las mismas características básicas de la forma de corrosión por el gas ácido H2S, a menudo con múltiples fisuras por esfuerzo en 20

Figura 29

La corrosión intensificada por O2 será la más predominante en los acoples, con unos pocos casos hallados en los engrosamientos

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por O2. El acople de agujero reducido, que aparece en el medio, y el acople de tamaño completo, de la derecha, son ejemplos de los efectos de corrosión por el gas ácido H2S, intensificado por O2. Las muestras de las varillas de bombeo de la Figura 30 muestran los efectos de la corrosión por el gas ácido CO2 intensificado por O2, cerca del engrosamiento (izquierda) y en el cuerpo de las varillas (derecha).

Figura 30

de las varillas. La corrosión intensificada por O2 es rara vez vista en el cuerpo de las varillas. En realidad, la corrosión agresiva intensificada por O2, puede erosionar acoples sin dañar las varillas de bombeo en alguno de los lados. El índice de la corrosión intensificada por O2 es directamente proporcional a la concentración de O2 disuelto, al contenido de cloruros del agua producida y/o a la presencia de otros gases ácidos. El O2 disuelto puede causar una corrosión severa en concentraciones extremadamente bajas y erosionar grandes cantidades de metal. Las picaduras son generalmente superficiales, de base plana y ancha, con la tendencia de una picadura a combinarse con otra. Las características de la forma de las picaduras pueden incluir bordes agudos y lados empinados, si son acompañadas con CO2, o cráteres anchos y suaves con bordes biselados, si son acompañadas con H2S. Los índices de corrosión aumentan con concentraciones incrementadas de O2 disuelto. Las figuras 29 y 30 son ejemplos de corrosión intensificada por O2. El acople de la izquierda es un ejemplo de los efectos de la corrosión por el gas ácido CO2 intensificado

Corrosión por corrientes parásitas Es raramente vista en la mayoría de los pozos, la corrosión por corrientes parásitas se refiere a las corrientes eléctricas inducidas o extraviadas que fluyen a, o de, la sarta de varillas. La corrosión por corrientes parásitas puede ser causada al conectar a tierra, el equipo eléctrico del cabezal del pozo, de la tubería de revestimiento o de los sistemas de protección catódica cercanos (tuberías). Los arcos originados por la sarta de varillas dejan picaduras profundas de forma irregular, con lados lisos y bordes agudos, y un pequeño cono en la base de la picadura. Los arcos originados por la tubería dejan picaduras profundas con lados lisos y bordes agudos, que son aleatorios en dimensión e irregulares en forma. Las picaduras de la corrosión por las corrientes parásitas son usualmente únicas y aisladas en una hilera debajo de un lado de la varilla de bombeo, cerca de los engrosamientos. Corrosión por subdepósitos Se debería impedir que las incrustaciones, tales como, sulfato de bario, carbonato de calcio, sulfato de calcio, carbonato de hierro, óxido de hierro (herrumbre), sulfuro de hierro y sulfato de estroncio, se formen en las varillas de bombeo. A pesar que las costras en las varilla de bombeo retrasa la tasa de penetración de la corrosión, también reduce la efectividad de los inhibidores químicos. La corrosión severa localizada, en la forma de picaduras, ocasiona que en cualquier momento la incrustación se raje por un movimiento de flexión o se quite por abrasión. Defectos de fabricación Las fallas debidas a los defectos de fabricación son raras y ocurren pocas veces. Los defectos de fabricación son fácilmente

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reconocidos y es importante que se entienda cómo son estos defectos, si se va a presentar reclamos precisos, para un reembolso de garantía. Ningún fabricante está excluido de la posibilidad de defectos en el material o de mano de obra y los ejemplos siguientes incluyen defectos de varios fabricantes diferentes.

antes de arrollar la barra. El cuerpo de la varilla, del extremo derecho, es un ejemplo de una solapa laminada. Las solapas laminadas son discontinuidades longitudinales en la superficie que tienen el aspecto de una fisura por el arrollado, con esquinas agudas dobladas y arrolladas en la superficie de la barra sin adhesión metalúrgica.

Figure 31 La Figura 31 es un ejemplo de defectos de fábrica. Los defectos de fábrica a lo largo de un lado del cuerpo de la varilla y estas discontinuidades, tienen normalmente bases ahusadas longitudinalmente y bordes agudos con indicaciones de fisuras longitudinales en la base de la discontinuidad. El ejemplo del extremo izquierdo, y el cuerpo de la varilla, tercero de la izquierda, son ejemplos de una astilla. (En el ejemplo, tercero de la izquierda, la protuberancia doblada contra la superficie de la fractura durante el “rescate”). El cuerpo de la varilla, segunda de la derecha, es un ejemplo de una costra. Una astilla es un segmento pequeño suelto o roto y una costra es un segmento grande, suelto o roto, de material arrollado longitudinalmente dentro de la superficie de la barra. Un extremo de la astilla o costra es normalmente ligado metalúrgicamente dentro del cuerpo de la varilla, mientras que el extremo restante es arrollado en la superficie y adherido físicamente. Las fallas por fatiga, que se originan por astillas o costras, tendrán un pedazo de material suelto que se proyecta sobre la parte de fatiga de la superficie de la fractura. El cuerpo de la varilla, segunda de la izquierda, es un ejemplo de arrollada con incrustaciones. Arrollada con incrustaciones es una discontinuidad de la superficie, cuando la incrustación (óxido de metal) formada durante un calentamiento anterior, no ha sido removida 22

Figura 32 La Figura 32 es un ejemplo de defectos de forjado. La fractura empieza internamente, debajo de una fisura por el forjado en el área de engrosamiento y es quebradiza o granulada en apariencia. El lugar inicial de la fisura, puede o no ser visible, y una parte de fatiga puede o no estar presente en la superficie de la fractura por fatiga. Los ejemplos de la izquierda y del medio, ocurren como resultado de forjado a bajas temperaturas. El ejemplo de la izquierda es de un cerrado en frío y el ejemplo del centro es de una fisura de forjado. La fractura de la derecha es una falla causada por una fisura longitudinal debajo de la superficie, ubicada cerca del extremo de la barra en bruto. Durante el proceso de forjado la orientación de esta discontinuidad fue cambiada transversalmente. La Figura 33 es un ejemplo de fusión incipiente de la superficie límite de los granos, un defecto de fabricación extremadamente poco común. Esta condición es causada por forjar el extremo del engrosamiento de la varilla, a una temperatura muy alta para el acero. Lamentablemente, no hay inspección que pudiera darse cuenta de esto antes de embarcar. Afortunadamente, estos ejes friables generalmente se desprenden durante el montaje. Ningún punto inicial de una fisura

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es un acople que ha sido procesado mediante una operación de esmerilado para reducir el diámetro. En ambos ejemplos, una diferencia en la dureza del material ha ocasionado un ataque de corrosión preferencial.

Figura 33 Figure 35 es visible y ninguna parte de fatiga estará presente en las superficies de la fractura. Los pirómetros ópticos del equipo de forjado han eliminado virtualmente este problema.

Figura 34

La Figura 34 es un ejemplo de defectos de proceso. El ejemplo de abajo es una varilla de bombeo carburizada y el ejemplo de arriba

La Figura 35 es un ejemplo de un defecto de fresado y un defecto de maquinado. El ejemplo de abajo es una falla debida a una inclusión grande, interna, no metálica en la unión macho. La fractura empezó internamente y es friable o granulada en apariencia. Un lugar inicial de una fisura puede o no, ser visible y una parte de fatiga puede o no, estar presente en las superficies de la fractura. El ejemplo de arriba es un defecto de “haber corrido dos veces”, de arrollar dos veces las roscas de la unión macho. Arrollar dos veces las roscas ha aplanado la cresta de la rosca de la unión macho y no podrá lograrse la carga de fricción correcta, requerida para el montaje. Su inversión inicial en varillas de bombeo es considerable. Además, los costos relacionados con el reemplazo de las varillas de bombeo dañadas sobrepasa generalmente el costo inicial de la nueva sarta de varillas. Proteger su inversión y obtener la vida máxima de servicio de sus varillas de bombeo, simplemente tiene sentido. Es importante diagnosticar con precisión las fallas de las varillas e implementar las

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medidas de acción correctiva, para impedir ocurrencias futuras de fallas. Se pretende que este ensayo fotográfico sea usado como guía de referencia en los análisis de las fallas de las varillas de bombeo. Éste explica la forma en que ocurren las fallas de las varillas y expone los métodos para identificar las características de los mecanismos de las fallas. En lo que se refiere a las fallas de las varillas de bombeo, no existen absolutos y ninguna falla luce exactamente a otra. Pero, al reconocer los indicios oculares e identificar las características de las diferentes fallas, se pueden tomar las medidas de acción correctiva para impedir las fallas de las varillas de bombeo, por lo tanto, permite al operador producir pozos marginalmente rentables y más eficaces en función de los costos.

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SOLICITUD DE ANÁLISIS DE LAS FALLAS Cuando solicite un análisis de las fallas, por favor, llene este formulario tan exacta y completamente, como sea posible. Esta información y las muestras que acompañan servirán como base para determinar la causa de la falla. Compañía:

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Muestras Incluyen lo siguiente: 1. Fallas de acoples: Incluya ambas mitades del acople o el acople entero, dependiendo del tipo de falla. 2. Fallas de la unión macho y del engrosamiento: Incluya el extremo de la unión macho rota, y el acople con el fragmento de la unión macho roto o el extremo de la unión macho con las roscas de la unión macho raspadas y el acople con las roscas raspadas. a. Todas las fallas deberían incluir el extremo estampado, para identificación de la muestra. (Se estampa sólo un extremo para la identificación y rutina de rastreo). 3. Cuerpo de la varilla de bombeo y el cuerpo de la barra de percusión / fallas del cuello del elevador: Incluya aproximadamente 18” de cualquier lado de la falla. Si la falla está dentro de las 18” del extremo de la unión macho, incluya el extremo de la unión macho / cuerpo de la barra de percusión del otro lado de la falla. a. Todas las fallas deberían incluir el extremo estampado, para la identificación de la muestra. (Se reestampa sólo un extremo, para identificación y rutina de rastreo). 4. Fallas de la guía de varillas: Incluya toda la guía de la varilla o pedazos de la guía de la varilla, dependiendo del tipo de falla. Si la guía de la varilla todavía está en el cuerpo de la varilla, pero se ha rajado o se ha movido, o está empezando a romperse, corte el cuerpo de la varilla y deje 6” del cuerpo de la varilla de cualquier lado de la guía de la varilla. Datos Nos comunicaremos con usted si se requiere información adicional para completar nuestro análisis. Solicitud:

Fecha de instalación:

Fecha de la falla:

Profundidad de la falla (PF):

Fabricante:

Tamaño:

Longitud:

Tipo / Clase:

Gradpo:

Producto:

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Fecha de fabricación:

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Embarques Por favor, comuníquese por adelantado con el centro de servicios, para avisarnos que embarcará una muestra para ser analizada.. Internacional Norris PO Box 1496 (4801 West 49th Street (74107)) Tulsa, OK 74101-1496 Attn: Servicio Técnico Teléfono: (918) 445-7600 Facsímil: (918) 445-7632

Región del Continente Medio (EE.UU.) Norris PO Box 60575 (7902 West I-20 (79706)) Midland, TX 79711-0575 Attn: Servicio Técnico Teléfono: (432) 561-8101 Facsímil: (432) 561-8182

Región Occidental (EE.UU.) Norris 4001 Alken Street Bakersfield, CA 93308 Attn: Servicio Técnico Teléfono: (661) 589-5280 Facsímil: (661) 589-6381

Información y/o muestras suministradas por: Compañía:

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Contacto:

Teléfono de la oficina:

Facsímil de la oficina:

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Dirección de correo electrónico: Después del análisis, Norris le enviará por correo electrónico, correo o facsímil, un informe de los hallazgos. Las preguntas y/o inquietudes deberán ser dirigidas al centro de servicios que recibió su embarque. Form 106A, Rev. B 1/08/2007

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INTERNATIONAL AGENT

Argentina Guillermo Teitelbaum Av. Cervino 3920 9° 'A' C1425AGV - Buenos Aires 54-11-4802-1737 phone 54-11-4803-8459 fax [email protected]

Germany Midco-Deutschland GmbH Marika Karpenstein Maschweg 13 D-29227, Celle 49-5141-9880-0 phone 49-5141-9880-40 fax [email protected]

Romania Midco-Deutschland GmbH Marika Karpenstein Maschweg 13 D-29227, Celle 49-5141-9880-0 phone 49-5141-9880-40 fax [email protected]

Brazil Interoil, Ltda. Av. Marechal Floriano, 19 - 22nd Floor Centro Rio de Janerio, RJ 22250-020 Brazil 55-21-3213-1100 Antonio Monterio [email protected]

Guatemala COAMPSA Alfredo Sanchez 15 Calle 6-38, Zona 10; Of. 403 Guatemala, Guatemala 01010 Phone: 502-2-337-0971 Fax: 502-2-337-0041 [email protected]

Brunei TENDRILL Co. Raymond Tan Unit 13, 1st Floor, Baiduri Bank Berhad Jalan Sultan Omar Ali, Seria KB1133, Brunei 673-322-7484 phone 673-322-7485 fax [email protected]

Kuwait Int'l Business Development, LLC Mohammed Al-Said Office No. 207, 2nd Floor Parsons Bldg Way No. 4509, Building No. 1135 Al Khuwair, Muscat 968-244-87147 phone 968-244-86401 fax [email protected]

Trinidad TOSL Eng., Ltd. Dave Ragoonath, Eng Mgr Neil Ragoonanan, Sales Rep 8-10 Maharaj Ave. Marabella Trinidad WI 868-652-1687 phone 868-652-1678 phone 868-653-5404 fax [email protected]

Colombia HV Petrosupply, Ltda. Benigo Albarracin Carrera 7 No. 74-21 Piso 10 Bogota 57-1-211-7400 phone 57-1-212-0478 fax [email protected]

Libya Tibisti Oil Services Nabil ABUSREWIL P.O. Box 82668 Addul Street Tripoli, Libya 21-8-21-361-1589 phone 21-8-91-215-1989 cell 21-8-21-360-7782 fax [email protected]

Egypt Lufkin - Egypt Randy Lewis 5, Road 281; Corner of 265 New Maadi, Cairo 20-2-2754-8828 phone 20-2-2519-3734 fax [email protected] France IOES, Ltd. Robert Wilkinson Unit 6 Princeton Court 55 Felsham Rd Putney, London SW15 1AZ 44-20-8780-1222 phone 44-20-8780-1812 fax [email protected]

Oman Int'l Business Development, LLC Mohammed Al-Said Office No. 207, 2nd Floor Parsons Bldg Way No. 4509, Building No. 1135 Al Khuwair, Muscat 968-244-87147 phone 968-244-86401 fax [email protected] Poland Midco-Deutschland GmbH Marika Karpenstein Maschweg 13 D-29227, Celle 49-5141-9880-0 phone 49-5141-9880-40 fax [email protected]

United Kingdom IOES, Ltd. Robert Wilkinson Unit 6 Princeton Court 55 Felsham Rd Putney, London SW15 1AZ 44-20-8780-1222 phone 44-20-8780-1812 fax [email protected] Venezuela Petrotex, C.A. Inc. Erwin Caraballo Calle 79 No. 3E-56 Sector la Lago 15161 Maracaibo 58-261-791-5413 phone 58-261-792-9666 fax [email protected] Yemen Int'l Business Development, LLC Mohammed Al-Said Office No. 207, 2nd Floor Parsons Bldg Way No. 4509, Building No. 1135 Al Khuwair, Muscat 968-244-87147 phone 968-244-86401 fax [email protected]

U.S. STOCKING POINTS

Abilene, TX 79606 Smith Pipe Of Abilene 7435 Hwy 277 S. 325-676-8543 fax 325-691-9526 Jeff Bussell 432-559-4897

Farmington, NM 87401 Energy Pump & Supply 2010 Troy King Road 505-564-2874 fax 505-324-9019 Jim Hunter 303-688-2414

Artesia, New Mexico 88210 Artesia Field Services 2405 Parkland Ave. 505-390-4683 fax 505-393-5048 Jonathan Dimock

Gillette, WY 82718 Wilson Supply Company 304 Industrial Park Drive 307-687-3171 fax 307-687-3173

Baker, MT 59313 Encore Operating #30 County Road 603 406-778-3361 fax 406-778-3716 Larry Laqua 701-774-8691 Bakersfield, CA 93308 Norris Warehouse 4001 Alken Street 661-589-5280 fax 661-589-6381 Brett White Bridgeport, IL 62717 Bradford Supply Hwy 250 618-945-2611 (Don Harness) Jim Patterson

Great Bend, KS 67530 Oilfield Mfg. Whse 115 Patton Rd. 620-792-4388 fax 620-792-2958 Jim Patterson 918-671-3280 Heidelberg, MS 39439 A & B Pump & Supply Hwy 528 601-787-3741 fax 601-787-4761 D.D. Smith 601-446-5203 Hobbs, NM 88240 Norris Warehouse 911 Texaco Rd. 505-393-7032 fax 505-393-5048 Ray Berta 806-894-2427 Jonathan Dimock

Casper, WY 82602 Richardson Trucking 6850 West Yellowstone Hwy 307-237-7724 (Duane Putzier) Brad Clair 307-265-8477 Mailing: PO Box 1690, Mills, WY 82644

Hugoton, KS 67951 Passmore Brothers Hwy 170 620-544-2189 fax 620-544-2682 Mark Mitchell 405-826-2607

Denver City, TX 79323 Oxy Permian 1 Mile N. On Hwy 214 806-592-6447 fax 806-592-6460 Damon Watkins 806-894-2427

Kilgore, TX 75663 Sabine Pipe 1206 E. Hwy 31 903-983-3277 Don Vetsch 903-452-4444

Levelland, TX 79336 Paul Musselwhite Trucking 1700 10Th Street 806-894-3151 fax 806-894-1291 Damon Watkins 806-894-2427 Don Vetsch 903-452-4444 Midland, TX 79711 Norris Warehouse 7900 W. I-20 432-561-8101 fax 432-561-8182 Rudy Sanchez Lindon Dugan Oklahoma City, OK 73160 46 Norris Warehouse 12500 S. Sunnylane Moore, Ok 73160 Phil Vickers - Mark Mitchell 405-799-7270 fax 405-799-7216 Wichita Falls, TX 76307 Norris Warehouse 8491 Jacksboro Hwy 940-766-4087 fax 940-766-1706 Mike Hickey 405-203-9511 Wooster, OH 44691 Norris Rods 3745 Triway Lane 330-202-7637 fax 330-202-7638 Rod Musselman 330-466-6218 Williston, ND 58801 Norris Warehouse 702 4Th St. East 701-774-8691 fax 701-572-9512 Larry Laqua 701-570-0233

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