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23 October 2014

Fallas en varillas

Asistencia Técnica – Fernando Godoy

División Varillas de Bombeo

Curso Bombeo Mecánico 223 October 2014ASTE

Contenido

EstadísticasFallas en unión Fallas en cuerpoRozamientoFallas por CorrosiónAnálisis de FallaInspección de VarillasEjemplos


FallasEstadísticas

Fallas en varillas34%

Fallas en tubing14%

Fallas en vástago18%

Fallas en bomba32%

Otras Fallas 2%

Ejemplo apertura de fallas pozos profundos y ambiente corrosivo. Solo Bombeo mecánico.

Apertura de fallas

Corrosión

Rozamiento

Corrosión

Alineación

Corrosión en barril

Incidencia directa por acción de las varillas y cuplas

Rozamiento

% Agua: 90 %

Profundidad bomba: 2600-3100 mtrs

Sulfhídrico


FallasEstadísticas

Pozos Problema Fallas en período 1(Abril 2008 – Abril 2009)

Fallas en período 2(Abril 2009 – Abril 2010)

Fallas en período 3(Abril 2010 – Dic 2010)

Pozo 1 8 2Pozo 2 5 2 1Pozo 3 4 0Pozo 4 4 3 2Pozo 5 4 2Pozo 6 3 2Pozo 7 3 1Pozo 8 3 0Pozo 9 3 3Pozo 10 3 4Pozo 11 3 0Pozo 12 2 2Pozo 13 2 1Pozo 14 2 4 2Pozo 15 2 2Pozo 16 2 3Pozo 17 1 1Pozo 18 1 1Pozo 19 1 2

Total Intervenciones 56 35 5

Conociendo y entendiendo las causas raíz de los problemas encontrados, podemos efectivamente tomar acciones correctivas, para generar optimizaciones del sistema de extracción.


FallasEstadísticas

Ancla5% Arena

3%

Bomba24%

Tubing18%

Varilla39%

Vástago11%

Universo de fallas yacimiento con PCP y BM. Profundidades de 1100 -1300 mts aprox.

Apertura de fallas % Agua: 90 - 95 %

Profundidad bomba: 1100-1300 mtrs

Sulfhídrico


FallasEstadísticas Apertura de fallas

TP29%

PCV29%

PC24%

RPB0%

PV12%

PPV6%

ReferenciasPPV: Pesca en pin varilla PV: Pesca Vástago PC: Pesca en cupla

PCV: Pesca en cuerpo varilla TP: Tubing pinchado RPB: Rosca pin barrida

TP25%

PCV30%PC

0%

RPB19%

PV13%

PPV13%

PCP BM


Fallas en uniónDistribución de Cargas en la Unión

Como puede observarse en la figura, el pin de la varilla queda

“pre-tensado”, es decir sometido a cargas de tensión.

Esta pre-carga debe ser suficiente para asegurar el contacto entre los

espejos de la cupla y el pin.

La cupla queda sometido a cargas de compresión.


Unión correctamente ajustadaLa carga se transmite de manera uniforme y la unión se comporta como un cuerpo sólido.

Unión mal ajustadaLa carga se soporta por el primer filete del pin donde se produce la concentración de tensiones.

Fallas en la uniónFalta de Torque


Fallas en uniónDistribución de Cargas en la Unión

Valores obtenidos a partir del paper de Hermanson and Hermanson Engineering INC: Development of Circumferential

Displacement


Fallas en uniónDistribución de Cargas en la UniónEn el caso en el que los cuerpos de varillas de bombeo se encuentran sometidas a esfuerzos que exceden el lémite del diagrama de Goodman.

A pesar que la tensión máxima aumenta, la tensión mínima aumenta también debido a la pre-tensión y permite posicionar los puntos dentro del diagrama de Goodman

Puntos Cuerpos

Puntos Pin


Fallas en uniónProcedimiento de Ajuste

• Paso 1: Limpieza de uniones.

• Paso 2: Verificación y control de herramientas.

• Paso 3: Torqueado de la unión.

• Paso 4: Bajada al pozo.


Fallas en uniónPaso 1: Limpieza de uniones


• Controlar el estado de elevadores, llaves de mano y mordazas de la llave hidráulica.

• “Calentar” el aceite haciendo trabajar la llave en vacío.• Verificar presión de aceite y regular según diámetro y grado de la varilla.

Fallas en uniónPaso 2: Control de Herramientas

Las herramientas deben estar en perfecto estado de uso y Las herramientas deben estar en perfecto estado de uso y conservación. Controlar el estado de las mismas asegura un conservación. Controlar el estado de las mismas asegura un

correcto ajuste de la unión cuplacorrecto ajuste de la unión cupla--pin.pin.



Controlar el desgaste del elevador. Generalmente el desgaste es en forma de óvalo, lo cual la varilla va ha cabecear en esa zona y se producirá algún daño con seguridad.

Cuando se realice la operación del enganchado de la varilla al elevador, este tiene que ser suave.

Que el enganche se realice utilizando las dos manos.

Uso del elevador correspondiente al diámetro de varilla

utilizado



Asiento de elevador en mal estado Asiento de elevador en buen estado

Curso Bombeo Mecánico 23

Fallas en uniónCurva Presión - Torque Llave Oil Country

HolloRod™1500

Oil Country M-50HolloRod™1000

Oil Country M-50

En la curva se puede ver que si vamos a necesitar entregar un torque de 1600 lbxft y tenemos una OC M-50, la presión es de 1600 psi aproximadamente.

En caso que necesitemos ajustar con un torque de 1200 lbxft, con una OC M-50, la presión sería de 1200 psi.


• Ajustar ambas uniones a mano con llave pico de pato hasta que hagan contacto los espejos de ambas varillas. (Posición hand-tight)

• Marcar la unión para control de torque.• Aplicar la llave hidráulica (sin acelerar el equipo).• Controlar el torque con la plantilla adecuada.• Repetir la operación en las primeras diez varillas de cada tramo. • Controlar, luego, cada 5 o 7 uniones.

Fallas en uniónPaso 3: Torque de la Unión



Plantillade control de torque

Cada fabricante tiene su plantilla de control de desplazamiento.

UHS; MMS Rosada

Grado varilla Color Plantilla de Torque

C; D; K y KD Metalizada


Método del Desplazamiento Circunferencial

Desplazamiento después del torquePosición de Ajuste a Mano



Posición de Ajuste a Mano Desplazamiento después del torque




Desplazamiento Mínimo

Procedimiento de AjustePaso 3: Torque de la Unión



Desplazamiento Máximo





Plantilla de Controlde Torque C, D y KD

Video 1

Video 2

Video 3


Fallas en uniónControl de desplazamiento de la unión

Ejemplos de control de desplazamiento por plantilla. En este caso puede observarse el control del lado superior e inferior de la misma cupla, el desplazamiento se repite.

Extremo Superior Extremo Inferior


Fallas en unión Distribución de la falla en la unión- Teoría

Zona de falla en pin por ajuste en exceso.

En caso de corrosión rozamiento o daño mecánico la zona de falla de cupla es entre los pines

Zona de falla cupla por ajuste en defecto o pérdida de ajuste en operación.

Ref. Modern Sucker-Rod Pumping

Gábor Takács

Zona de falla en pin por pérdida de ajuste.


Concentración de tensiones en el último filete engarzado de la cupla

Concentración de tensiones en el primer filete del pin

Fallas en uniónFalta de Torque o desajuste


Fallas en UniónMorfología de la falla- Teoría

Observando visualmente el frente de rotura de la cupla podemos entender si la fisura avanza desde dentro de la cupla o desde fuera de la cupla.Si avanza desde adentro es una falla típica de fatiga debido a un desajuste.Si avanza desde afuera se debe a corrosión (pit), rozamiento o daño mecánico.


Gábor Takács


Fallas en uniónFalta de Torque o desajuste

La fisura avanza desde adentro la cupla.La zona de inicio es la raíz del filete que se

comporta como un concentrador natural de tensiones, favoreciendo el avance de la fisura en dirección perpendicular al eje de la cupla

Propagación lenta

Propagación rápida

Corte final por falta de sección

resistenteRef. Modern Sucker-Rod Pumping

Gábor Takács


Falla en uniónFalta de Torque o desajuste

La fisura avanza desde adentro la cupla.La zona de inicio es la raíz del filete que se

comporta como un concentrador natural de tensiones, favoreciendo el avance de la fisura en dirección perpendicular al eje de la cupla

Propagación lenta


Corte final por falta de

sección resistente


Gábor Takács


Falla en uniónFalta de Torque o desajuste

La zona de inicio es la raíz del filete que se comporta como un concentrador natural de tensiones, favoreciendo el avance de la fisura en dirección perpendicular al eje del pin.

Propagación lenta



resistente


Falla en uniónPin estirado por sobretorque

Varilla Ok Varilla para descarte


Falla en uniónEspejo marcado por sobretorque


Falla en uniónExceso de ajuste – Calibre Pasa no pasa

Se observa que el calibre nos indica que el aliviador de tensiones de la varilla (zona no roscada) ha sufrido un estiramiento posiblemente debido a un exceso de ajuste en el momento de armado de la unión en boca de pozo.


Fallas en uniónSarta en compresión

Carrera descendente

Carrera Ascendente

Tramos de varillas

sometidas a compresión

7/8”

3/4”

1” Se observa compresión en todo el tramo de 7/8” y de ¾”.

Este tipo de unión API cuando trabaja en estas condiciones tiende a desajustarse.

Esta condición genera también rozamiento contra el interior de la pared del tubing.



Al desmontar la cupla del pin que no falló. Se observó líquido aceitoso dentro de la unión.

Esto nos podría estar indicando el desajuste de la unión en operación o ajuste en defecto.



La zona de inicio es la raíz del filete que se comporta como un concentrador natural de tensiones, favoreciendo el avance de la fisura en dirección perpendicular al eje del pin.

Propagación lenta



resistente


Falla en unión Comparación frente de rotura

Falta de torque Exceso de torque


Falla en unión Comparación frente de rotura

Falta de torque Por torque (PCP)


Falla en unión Falla en unión en vástago


Falla en cuerpoMecanismos de falla

Fallas en varillas de bombeo

Fallas por tensión / tracciónFallas por fatiga

Es el tipo más frecuente de fallas

Mecanismo de falla no habitual

Generalmente causado por operación de pulling (bomba

atascada, etc)


Falla en cuerpoFallas por tracción / tensión

Este fenómeno solo sucede cuando se aplica demasiada carga en la sarta de varillas, por ejemplo, al tratar de librar una bomba atascada.

Es un tipo de falla prácticamente inexistente, o bien, con muy bajo porcentaje de incidencia. La norma API 11BR recomienda no exceder el 80% de la capacidad de fluencia del material, siempre considerado la varilla más débil de la columna.


Inicialmente, la tensión de la varilla produce su alargamiento elástico pero, si la tensión aumenta hasta superar el límite elástico del material, la varilla sufrirá de deformación permanente. El diámetro se reducirá hasta que la varilla se rompa.

Falla en cuerpo Fallas por tracción / tensión


Lafractura típica por tensión es cónica y en ángulo de 45° respecto al esfuerzo aplicado.



Falla en cuerpo Fallas por tracción / tensiónCapacidad de Tiro de las Varillas


Falla en cuerpoFallas por tracción / tensión

P= F / S S= 3.14 * (D)2 / 4

Fluencia: 85 Ksi / 85000 psi

Superficie: 0.44 pulg 2

Despejo el esfuerzo ……………..F = P x S

F = 85000 x 0.44 = 37532.81 Lb

API recomienda no exceder el 80 %

Capacidad de tiro recomenda F X 0.8

F = 30026.25 Lb / 13.62 Tn


Falla en cuerpoFallas por fatiga

Fallas en varillas de bombeo

Fallas por fatiga

Es el tipo más frecuente de fallas

Es necesario evitar la creación de puntos concentradores de

tensión para reducir el número de fallas.


Inicio Fractura

Desgarro

Zona granular

El proceso se puede dividir en 3 partes:

• Iniciación grieta / fisura (Desde el punto de vista ingenieril cuando la fisura adquiere una longitud de 0,25 mm se acepta que ha finalizado la etapa de iniciación)

• Propagación

• Rotura

Falla en cuerpoFallas por Fatiga


Iniciación de la fisura o grieta

Se trata de pequeñas fisuras / grietas que se generan sobre el cuerpo de la varillas debidas a:

• Entallas / Marcas / Golpes

• Corrosión

• Daño mecánico

• Desgaste / Roce

• Flexión

Cualquier combinación de las anteriores

Estas fisuras / grietas actúan como concentradores de tensión, visibles o microcóspicas que generan un aumento de tensión localizado sobre la varilla bajo cargas.



Inicio

Propagación lenta


Corte final por falta de sección resistente



FallasEjemplos


Ciertas condiciones operativas son indeseables para la columna de bombeo y pueden conducir a fallas de fatiga:

•Golpe de fluido

• Golpe de bomba

•Interferencia de gases

• Buckling

•Rozamiento / desgaste

Dejando de lado factores ajenos (corrosión, maltratos, etc.) el mecanismo de estas fallases el típico de fatiga ya visto.

Generalidades OperativasFallas en condiciones operativas


Generalidades OperativasFallas en condiciones operativasControl en boca de pozo

Vástago pulido: en funcionamiento debe estar derecho, bien centrado y cubierto con un pequeña capa de petróleo.

Seco y mucha temperatura

Golpeteo de Vástago

Señal del que pozo no produce.

Golpe de fluido.

Compresión de gas.

Golpe de bomba. (al comenzar carrera ascendente)

Dudas Parar 15 min.No Golpe fluido o compresión de gas.

Si Golpe de bomba


Generalidades OperativasGolpe de Fluido

• Este efecto se manifiesta en la carrera descendente de la bomba por:- Falta de nivel de fluido (entrecolumna),

(bomba demasiado grande)

- Fluido Viscoso (usar carrera larga y bajo gpm)

- Incrustaciones / Restricción (Con caídas de presión se cristalizan los sulfatos que restingen el paso de los fluidos)

• El golpe de fluido es altamente nocivo para la instalación. Genera aflojamiento de uniones, pescas, rozamiento, daños en bomba, etc.


Generalidades OperativasGolpe de Fluido


Gábor Takács


Generalidades OperativasGolpe de Fluido – Sin ancla

Rotura clásica de tubing cuando está trabajando sin ancla


Generalidades OperativasPandeo / Buckling

• El pandeo (buckling) de la columna se genera en presencia de:- Altas velocidades de bombeo (> 9 gpm)- Baja sumergencia- Pozos “petisos” o ”someros” (<1000 mts)-Diámetros de bomba “grandes” (>2,5”)

• Las condiciones anteriores NO son exclusivas.

• El pandeo genera rozamiento (Varillas vs. Tubing) con el consecuente desgaste y golpes con el consecuente aflojamiento de uniones à fallas prematuras.

• Agregar peso a la columna sobre la bomba (barras de peso).

• Disminuir velocidad de bombeo.

SOLUCION


Generalidades OperativasCompresión por gas

• El gas disminuye el rendimiento de la bomba ya que ocupa un volumen que de no estar presente ocuparía el fluido.

• Problemas con Gas- Interferencia / Golpe- Bloqueo (se comporta como un resorte)

• Soluciones.

- Profundizar bomba

- Separadores de gas

- Aumentar la carrera y disminuir los gpm


Gábor Takács


Generalidades OperativasGolpe de bombaConsecuencias

• Deformación del conector del vástago de la bomba y de la guía del vástago.

• Las variaciones bruscas de carga cíclica afectan la unidad motris y el reductor.

Solución

• Acortar carrera

• Bajar los golpes


Generalidades OperativasGolpe de bomba


Rozamiento

23 October 2014ASTE

Centralizado y arena

PPS40 % Fibra

Zytel

0 % Fibra

Analizar temperatura

Agentes corrosivos

% agua

PPA

30 % Fibra


Rozamiento


Rozamiento

Guía de vástago de la bomba con

desgaste por roce con el vástago.


VástagoAlineación

23 October 2014ASTE


Fallas por CorrosiónConceptos básicos

Corrosión

Es un ataque destructivo sobre el metal por reacción química ó electroquímica.

Diremos que una reacción electroquímica a aquella donde ocurren reacciones químicas simultáneamente con circulación de electrones.

NACE

Se trata del deterioro de un material generalmente un metal (o de sus propiedades) producto de su interacción con el ambiente que lo rodea.


Fallas por CorrosiónConceptos básicos – La celda electrolítica

Cátodo

Ánodo

Electrolito

e e El ánodo es el electrodo donde se produce la corrosión y

donde los iones metálicos entran en solución

Reacción llamada

oxidación

M---- M+ + e

Condiciones / Factores que influyen

Material susceptible, agente corrosivo y circuito eléctrico

pH del electrolito, gases disueltos, temperatura, presión, humedad

Los electrones fluyen al cátodo

en el circuito externo

Con un pH ácido en el

catodo ocurre la reducción

2H+ + 2e---H2


Fallas por corrosiónConceptos básicos

pH denota el grado de acidez o de basicidad de una solución. A 25° C, el valor de pH neutro es 7. Con valores debajo de 7, la solución es ácida; con valores superiores a 7, la solución es básica.

Electrolito es toda sustancia o mezcla de sustancias químicas disueltas en solución acuosa, conteniendo iones que migran en un campo eléctrico.


Fallas por corrosiónConceptos básicos / ejemplos

•No metal + O2 (Anhídrido)

• Anhídrido + H2O (Ácido)

• Metal + O2 (Óxido)

• Óxido + H2O (Hidróxido)

• Ácido + Hidróxido (Sal)

•C + O2 ------ CO2 (Dióxido de carbono)

•CO2 + H2O ------- H2CO3 (Acido carbónico)

•Fe + O2 ---------- FeO (Óxido ferroso)

•FeO + H2O --------- Fe (OH)2 (Hidróxido ferroso)

•H2CO3 + Fe(OH)2 ----CO3Fe + 2H2O (Carbonato de hierro)


Fallas por CorrosiónAgentes Corrosivos

Según Agente Corrosivo:

• Corrosión por CO2.

• Corrosión por SH2.


Fallas por CorrosiónCorrosión por CO2

FeCO3

El dióxido de Carbono no es corrosivo sin la presencia de agua. Cuando el agua está presente el CO2 se disuelve y forma ácido carbónico.

CO2 + H2O ⇔ H2CO3 Formación Ac. Carbónico

Fe + H2CO3 ⇔ FeCO3 Carbonato de Hierro



El dióxido de Carbono no es corrosivo sin la presencia de agua. Cuando el agua está presente el CO2 se disuelve y forma ácido carbónico.

CO2 + H2O ⇔ H2CO3 Formación Ac. Carbónico

Fe + H2CO3 ⇔ FeCO3 Carbonato de Hierro

Los cationes de hidrógeno captan los electrones perdidos en la oxidación del hierro, formando

hidrógeno atómico

El hierro pierde dos electrones que entran

en la solución.

El hierro reacciona con el anión

carbonato formando el carbonato de

HierroEl ácido carbónico se disocia dado que es un ácido débil en:

Un anión carbonato

Dos cationes de Hidrógeno

Ho HoFe++ FeCO3

CO2 + H2O ⇔ H2CO3

H2CO3 ⇔ CO3-- + 2 H++

ee



La presión parcial del CO2 puede ser usada como criterio para predecir si el ambiente es corrosivo o nó (no es conclusivo, es un primer paso).

La presión parcial del CO2 puede ser determinada por la siguiente formula:

Presión parcial = Presión total x Fracción molar de CO2

Por ejemplo tenemos un pozo con una presión en fondo de 3500 psi y contiene un 2% molar CO2.

Presión parcial = 3500 x 0.02 = 70 psi como presión en fondo



Una presión por debajo de 3 psi

Una presión parcial entre 3 y 30 psi

Presión parcial encima de 30 psi

Condición no corrosiva

Probabilidad de Corrosión

Condición corrosiva



La velocidad de corrosión alcanza un máximo a temperaturas de

alrededor de 70 -80 °C.

Por encima de estas temperaturas, la solubilidad del FeCO3 y

comienza a cristalizarce y por lo tanto, más protector.

Es la única sal que

disminuye la solubilidad


Fallas por CorrosiónCorrosión por SH2

El sulfhídrico no es corrosivo si no hay presencia de humedad, en presencia de humedad el gas comienza a ser corrosivo para el acero.

El mecanismo de corrosión se puede mostrar de la siguiente manera:

SH2 + Fe + H2O à FeS + 2 H+



Fe++

SH2 ⇔ S-- + 2 H++

El ácido sulfhídrico se disocia dado que es un ácido débil en:

Un anión sulfuro

Dos cationes de HidrógenoSFe

El hierro reacciona con el anión sulfuro formando el sulfuro

de Hierro

Los cationes de hidrógeno captan los electrones de hierro

perdidos en la oxidación, formando hidrógeno atómico

El ión de hidrógeno atómico puede difundir dentro de la estructura cristalina del acero.

Alta dureza

Baja tenacidad y ductibilidad

Alto contenido de Ni

e e

Ho Ho



El pitting generado por sulfhídrico en forma de cuña, en cambio el pittings generado por anhídrido carbónico es redondeado.

Pitting de sulfhídrico Pitting de anhídrido carbónico

Forma de cuña

Forma de mesa

Bordes filosos



La presión parcial del SH2 puede ser usada como criterio para predecir si el ambiente es corrosivo o no, comparándonos con los criterios que nos da la NACE MR0175.

Por ejemplo tenemos un pozo con 1400 psi de presión de fondo y 1200 ppm SH2.

La presión parcial del SH2 puede ser determinada por la siguiente formula:

Presión parcial = Presión total x Fracción molar de SH2

Presión parcial = 1400 x 0.0012 = 1.68 psi en fondo

Criterio: Presión parcial SH2 > 0.05 psi (hay riesgo de SSC)


Fallas por CorrosiónProductos de Corrosión: Uso de solución de reactivos

Compuesto Reacción Color del líquido Olor Reacción Color del líquido Olor Carbonato de Calcio Burbujeo Muy

FuerteBurbujeo MuyFuerte

Sulfuro de Hierro Fuerte Amarillo/verdoso fuerte/desagradable

Fuerte (color) Amarillo Fuerte Fuerte Desagradable

Carbonato ferroso Burbujeo Amarillo/verdoso Burbujeo Amarillo/Verdoso Burbujeo

Reacción con HCL Reacción con Baroid

ØEn el caso de carbonato de calcio, el burbujeo muyfuerte se refiere a mayor efervescencia, burbujasque crecen.

ØLa presencia de petróleo en la muestra puedeinterferir en las reacciones.


Fallas por CorrosiónPrueba de campo / Baroid

Presencia de carbonato Presencia de Sulfuros


Fallas por CorrosiónPrueba de campo / Baroid

Presencia de Sulfuros

Presencia de carbonato Hierro

Presencia de carbonato Calcio

Un burbujeo de mayor intensidad y transparente indicaría la presencia de carbonato de calcio. Menor intensidad de burbujeo y color amarillo verdoso indicaría la presencia de carbonato de hierro. Amarillo fuerte indicaría la presencia de sulfuros.


Fallas por CorrosiónPrueba de campo Baroid / Sulfhídrico


Fallas por CorrosiónPrueba de campo Clorhídrico / Carbonato de calcio


Fallas por CorrosiónCarbonato de calcio / aspecto

CO3Ca y CO3Fe, generalmente se encuentran los dos. El carbonato de hierro es un producto de corrosión el carbonato de calcio es un depósito o incrustación, este es de color blanco.

Depósito de carbonato de calcio


Fallas por CorrosiónErosión – Corrosión en PCP


Fallas por CorrosiónErosión – Corrosión en PCP

El agente corrosivo en este pozo es el carbónico y se observan las líneas de flujo agrediendo al material.


Fallas por corrosiónCorrosión en vástagos cromados

Se observa el cuerpo del vástago, con el cromo rayado, con picado y falta de

cromo

Se observa el picado por el cual

se inicio el preceso de fatiga

Las microfisuras, alta densidad de poros, u otro daño de la capa de cromado como ser

rozamiento, conectan el electrolito corrosivo (agua de producción u otro fluido corrosivo al acero) con

el sustrato metálico de acero al carbono, produciendosé una desfavorable relación

ánodo/cátodo, desencadenando un proceso de corrosión localizada tipo picado.


Fallas por corrosiónCorrosión en vástagos / Guía de selección

Vástagos Corrosión abrasión Observaciones

Pulido - +/-

Cromado + -

Metalizado + +

Inoxidable + + Soporta menor carga

Cuerpo del vástago

Cromado rayado


Fallas por corrosiónMedicionesAnálisis de los Fluidos Producidos.

Indica la cantidad de SH2, CO2 y H2O presente.


Fallas por corrosión Mediciones

DETERMINACIONES FISICAS UNIDAD RESULTADO

pH ----- 6,93

DENSIDAD gr/cm3 1,045

TEMPERATURA ºC 26,00SH2 (IN SITU) mg/lt. 0,00

SULFURO (IN SITU) mg/lt. 0,00CO2 (IN SITU) mg/lt. 309,63

O2 DISUELTO (IN SITU) mg/lt. -CONDUCTIVIDAD a 25 °C micromhos/cm 128892,78

RESISTIVIDAD hom/m 0,08

M.N. 4500 CO2M.N.4500 O-GM.N.2510-B

Etequiometrico

METODO

M.N.4500 H-B

ASTM D-1429-86

M.N.2320-BYodimetria

M.N. 4500 S-E


Contenido de Hierro, fácil, barato y rápido, no siempre refleja la realidad.

Corrosión Uniforme: Medidas altas para daños pequeños.

Corrosión Localizada: Pitting profundo, el conteo de hierro puede resultar bajo pero el daño ser importante.

Fallas por corrosión Mediciones


Fallas por corrosiónMétodos

• Selección de Materiales.

• Uso de Inhibidores.

Métodos.

•Una herramienta que se puede tener en cuenta en la prevención son los AFA “Análisis de falla”


Fallas por corrosiónAISI 4320 – Escenario de operaciónProfundidad: 1000 – 1200 mts.

Producción: 100 – 150 m3 / día.

Corte de agua: 70 – 80 % Agua.

Tubing: 2 7/8” (se dificulta la acción de los inhibidores de corrosión – alta velocidad de flujo).

CO2: 50 – 70 % molar

Presiones parciales de: 70 – 100 psi (condición corrosiva)


Fallas por corrosiónAISI 4320- Pozo A

Se observan las varillas del pozo A sin la presencia de corrosión por dióxido de carbono.

20 meses de operación. El pozo se trató continuamente con inhibidor. En este pozo contabilizamos 500 ppm de SH2.


Fallas por corrosiónAISI 4320 – Pozo D

Varillas AISI 4320 Barras de Peso (AISI 4142)

Las varillas operaron 7 meses por cambio de sistema de extracción a BES. Las varillas AISI 4320 en la inspección fueron clasificadas grado 2, en cambio las barras de peso AISI 4142 se observan con ataque de dióxido de carbono. En este pozo se detecta 1900 ppm de SH2.


Fallas por corrosiónAISI 4320 – Pozo 1

Después de 33 meses de operación, se observan las varillas AISI 4320 sin evidencias de ataque corrosivo. En este pozo se midió 250 ppm de SH2.


Fallas por corrosiónAISI 4320- Pozo 4

En el pozo 4 se utilizaron combinadas las varillas de 1” AISI 4142 con 7/8” AISI 4320. Después de 19 meses de operación se produce una intervención por un cambio e bomba.

Se observan las varilla de 1” AISI 4142 con evidencia de ataque corrosivo. En este pozo se contabilizó 800 ppm de SH2 disuelto en gas.

Varillas 1” (AISI4142)

Varillas 7/8” (AISI4320)


Fallas por corrosiónSelección de Materiales – Test de laboratorio

La velocidad de corrosión para entornos con dióxido de carbono del acero AISI 4320 comparado con el resto de los aceros es las de mejor performance.


Fallas por corrosión Análisis de falla

De un conjunto de análisis, test e inspecciones se trata de determinar el origen de la falla.

Básicamente un análisis de falla consta de lo siguiente:

•Espectrometría: Determina la composición química.

• Durómetros: Determina la dureza.

• Examen visual o con instrumentos ópticos.

• Caracterización microestructural.

• Inspección de las muestras con SEM/EDAX.

Permite identificar los elementos componentes de los productos de corrosión y/o depósitos

• Análisis químicos para determinar el agente corrosivo.


Fallas por corrosión Análisis de falla – Formulario para análisis

Planilla de análisis de falla para ser

completadas por el usuario

Varillas de Bombeo - Departamento de Asistencia TécnicaFormulario para Análisis de Falla en Laboratorio

INFORMACIÓN DEL POZO

DATOS DEL MATERIAL FALLADO*Marcar según corresponda.

Descripción:

INFORMACIÓN SOBRE LA SARTA DE BOMBEO

*Para diseños de sarta de mayor utilidad, indicar los diámetros de varillas y barras de peso utilizadas.

Cuplas: Slim Hole / Diámetro Reducido Full Size

Observaciones:

INFORMACIÓN DE LOS FLUIDOS

Agua %: ph:

Na:

Gas

POZOS DIRIGIDOSSI NO

*De ser posible, adjuntar un reporte complete de desviación

COMENTARIOS ADICIONALES

Describir causa y frecuencia de intervención del pozo.

Identificación:Fabricante:

Barra de PesoVarilla

Cuerpo

Grado de Acero:Fecha de Fabricación:Código de Colada: Posición:

Tarjeta de Línea:Diámetro:

Modelo: Centralizadores por Varilla:

Cebolla

Vástago

Centralizadores de Varillas:

Gravedad del Crudo: % Arena:

GOR:

Viscosidad (cp) Temperatura

CO2:

4

Trozo de Maniobra

Modelo de la Bomba:

Casing: Presión de Casing:

Profundidad del Ancla:

Pozo:Compañía: Yacimiento/Área:País: Fecha:

Profundidad de la Bomba:Llenado de la Bomba (%):Tubing:Presión de Tubing:

GPM / RPM: Nivel de Fluido:

2

Grado de Acero(Factor de Servicio 0.8)

% Goodman(C, K, D, etc.)

Tramo N°

1

AIB / Cabezal:

Producción de Gas: Producción Bruta:

Carrera del AIB:

CuadranteHombroPin Cupla

Fecha de Rotura:Equipo Operador: Responsable:

Fecha de Instalación:

3

CantidadDiámetro

CO2: SH2:Fe (libre):

Salinidad:

Densidad:Sulfatos:

SH2:

Bicarbonatos:Carbonatos:Cloruros:


Fallas por corrosiónAnálisis de falla – Desarrollo y contenido

Fotografía material recibidoAnálisis macroscópicoEnsayo con el reactivo de BaroidAnálisis metalográficoAnálisis de productos de corrosión (DRX)Medición durezaEspectrometría óptica



Pit observado cercano a la zona de inicio y ubicación para el corte realizado para el análisis metalográfico (18 x)

Vista lateral del Pit

Superficie de fractura sin limpieza

(10 x)

Zona de inicio de la fractura

(20 x)



Zona A: Inicio. Zona B: Propagación (25 x)

A

B

Medición picado zona de inicio (50 x)

Reactivo de Baroid



Analisis semicuantitativo por difracción de rayos x los compuestos determinados corresponden a siderita (FeCO3),

Troilite (FeS), mackinawita (Fe9S8) y óxido de hierro



Medición de dureza

Análisis químico – Espectrometría óptica


Las compañías de inspección disponen de sus procedimientos propios según las solicitaciones específicas de cada cliente. Analizan cuerpo, roscas y cuplas.La inspección visual debe “buscar” tal cual lo mencionado anteriormente deficiencias en:

• Cuerpo (pitting/marca mecánica)• Espejo (deformación)• Cuadrante (marcas de llave)• Roscas (engranes/roturas)

Inspección de VarillasCriterios de Descarte


Inspección de VarillasIdentificación de colores


Inspección de VarillasClasificación

Clase INingún daño visible (rozamiento).Grietas y pit no mayores a 20 milésimas (0.020”).

Clase IIGrietas y pit no mayores a 40 milésimas (0.040”)

Clase IIIGrietas y pit mayores a 60 milésimas (0,060”) son motivo de rechazo


Tanto las varillas Nuevas como Usadas deben ser controladas previo a la instalación. Es importante realizar una inspección visual de las mismas a fin de encontrar desgastes en cuerpo y/o roscas dañadas. Todo imperfecto observado motivo para su descarte (luego inspeccionada/recuperada en la compañía responsable del servicio).Las cuplas en mal estado deben ser reemplazados.

Inspección de VarillasInspección Visual en Boca de Pozo


Fallas VarillasEjemplos

Tensión Excesiva en cuerpo



Fatiga en cuerpo – Origén de corrosión



Fatiga en cuerpo – Origén de sulfhídrico



Fatiga en cuerpo – Origén bacterias



Corrosión en cuerpo por bacterias



Corrosión por CO2



Rozamiento



Rozamiento en cuplas



Ajuste en exceso



Daño por golpe en cuerpo



Daño por elevador en mal estado



Corrosión asistida por erosión



Rozamiento y corrosión

CO2



Corrosión en cupla - Carbónico



Corrosión en cupla - Sulfhídrico



Fatiga por corrosión.

En este caso la caracterización del agente corrosivo

nos mostró la presencia de CO2 y

SH2.



Rozamiento en PCP



Fatiga en PCP


Experiencia de campoCorrosión – Cupla T AISI 4140Cupla Acero Diam Agente Rozamiento P. Bomba Sarta Centralizada

T 4140 7/8” Sulfhídrico No - 86 No

DRX, realizado en el laboratorio. Confirma como productos de

corrosión sulfhídrica,

mackinawita

Reractivo de baroid, leve burbueo. Se manifestó olor

caracteristico “huevo podrido”

Este pozo se encontraba sin inhibición. Posterior a la caracterización del agente corrosivo se procede a implementar un

progama de inhibición.


Experiencia de campoVelocidad de flujo/Corrosión – Cupla T AISI 4140

Cupla Acero Diam Agente Rozamiento P. Bomba Sarta Centralizada

T 4140 7/8” Sulfhídrico No - 86 No


corrosión sulfhídrica, mackinawita

Reractivo de baroid, coloración amarillenta. Se

manifestó olor caracteristico “huevo podrido”

Picado observado en la cupla 2

Cuplas de un mismo pozo.


Experiencia de campoCorrosión – Varilla MMS AISI 4138

Varilla Acero Diam Agente Rozamiento P. Bomba Sarta Centralizada

MMS 4138 7/8” Carbónico No 2730 86 No

Se observa varilla cortada en cuerpo. Se muestra picado y reactivo de baroid.


corrosión carbónica la

Siderita

Se observa la carta de fondo con una carrera descendete con un presunto

golpe d fluido. El llenado de bomba es del 49%.

En estas condiciones se puede afectar la zona más rígida de las varillas “zona

unión – cebolla” acelerando las posibilidades de falla. En esa zona se encontraron los picado que iniciaron la

propagación de la fisura.


Experiencia de campoCorrosión – Varilla D AISI 4142Varilla Acero Diam Agente Rozamiento P. Bomba Sarta Centralizada

D 4142 7/8” Sulfhídrico No 1100 76 No


corrosión sulfhídrica, la

Piryte

Cuerpo de la varilla con picado


Experiencia de campoCorrosión – Cupla T AISI 4140

DRX, realizado en el laboratorio. Confirma como

productos de corrosión sulfuro de hierro

Cupla T utilizada en bombeo mecánico. Se observa erosión

asistida por corrosión


Varilla Acero Diam Agente Rozamiento P. Bomba Sarta Centralizada

MMS 4138 7/8” Sulfhídrico No 1500 86 No

Experiencia de campoCorrosión – Varilla D AISI 4142

En este pozo se trabajo en seleccionar grado DAISI 4142, en reemplazo de las MMS y desde ese

momento no se registraron fallas.

Se monitorea la aplicación de inhibidores. Se realiza supervisión de bajada de sarta 100 % de

asistencia en boca e pozo.

DRX, realizado en el laboratorio. Confirma como productos de corrosión sulfuro de hierro


Experiencia de campoCorrosión – erosión – Varilla D y cupla T

Reactivo de baroid. Reacción amarillenta

Cristales de Sulfuro en el cuerpo de las muestras

Cuerpo de la varilla que trabajo en PCP en donde se puede apreciar el daño producido por el flujo y la corrosión

Cuerpo de la cupla que trabajo en PCP en donde se puede apreciar el daño producido por el flujo y la corrosión

Se observan cupla y varilla con daño de erosión asistido por

corrosión, en este caso el agente corrosivo es el sulfhídrico.

En estos pozos también hay producción de arena que ayuda a

acelerar el proceso. Adicionalmente la arena barre o elimina la capa pasivante del

inhibidor.


Experiencia de campoCorrosión – erosión – Cupla T


corrosión carbónica la

Siderita

Se observan cupla daño de erosión asistido por corrosión, en este caso el agente corrosivo es

el carbónico.

Esta cupla trabajó en PCP.

Hay producción adicionalmente de arena

Resumen

microsoft powerpoint - 1- fallas varillas f.godoy.pdf

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