Analisis de Fallas en Varillas-Norris

8/12/2019 Analisis de Fallas en Varillas-Norris

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Anlisis de lasFallas de las

Varillas de BombeoUn informe especial de Norris


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Mecanismos de las fallas ............................................. 1

Fallas de diseo y operacin ....................................... 5

Fallas mecnicas ......................................................... 8

Fallas de la varilla por flexin ....................................... 8

Fallas por daos superficiales ...................................... 9

Fallas de conexin ....................................................... 10

Fallas de fatiga por corrosin ....................................... 14

Corrosin por cido ........................................... 15Corrosin por cloruros ....................................... 16

Corrosin por CO2 ............................................. 16

Corrosin de metales distintos .......................... 17

Corrosin por H2S ............................................. 17

Corrosin influenciada microbiolgicamente(MIC) ................................................................. 18

Bacterias productoras de cido .............. 18

Bacterias reductoras de sulfato .............. 19Corrosin intensificada por oxgeno (O2) .......... 19

Corrosin por corrientes parsitas .................... 20

Corrosin por subdepsitos .............................. 20

Defectos de fabricacin ................................................ 20

Formulario para solicitud de anlisis de las fallas ........ 23

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El anlisis de la causa raz de las fallas esesencial para la reduccin de la frecuenciade las fallas en los pozos con extraccinartificial.

La mayora de las fallas asociadas conlos sistemas de levantamiento artificial puedeser atribuida a uno de los tres componentesprincipales del fondo del pozo la bomba delfondo, varilla de bombeo o sarta de la tuberade produccin. Una falla de la bomba delsubsuelo, de la varilla de bombeo o de lostubos es definida como cualquier eventocatastrfico que requiere que el personal de

servicio extraiga o reemplace uno o ms deestos componentes. Por esta definicin elndice de la frecuencia de las fallas es elnmero total de las fallas de los componentes,que ocurren por pozo, por ao. Los pozos queproducen marginalmente con ndices altos defrecuencia de fallas son clasificados, amenudo, como pozos problema y lasprcticas efectivas del manejo de las fallaspueden significar la diferencia entre operar ytaponar estos pozos. El manejo de las fallas

incluye, impedir, identificar, implementar yregistrar la raz de la causa real de cada fallay es importante para la gestin eficaz engeneral de los activos, en funcin de loscostos. Para el propsito de este ensayofotogrfico, nos ocuparemos slo de las fallasde las varillas de bombeo.

La gestin eficaz de las fallas enfuncin de los costos, empieza con laprevencin y el momento de detener laprxima falla es ahora, antes de un incidente!

Simplemente, rescatar y colgar el pozodespus de una falla de una varilla debombeo, no evitar la repeticin de la falla.Realmente, la mayora de las fallas continancon mayor frecuencia hasta que toda la varillade bombeo sea extrada y reemplazada. Lasreducciones de la frecuencia de las fallas quese puedan obtener requieren de un anlisispreciso de la causa raz de falla, y laimplementacin de medidas de accin

correctiva, para impedir la repeticin de lafalla. Se necesita una base de datos capaz deaveriguar el historial de los servicios delpozo, para rastrear e identificar las tendenciasde las fallas. Una vez que se identifica latendencia de una falla, se deberanimplementar medidas para remediarla durantelas operaciones de servicio del pozo, a fin de

impedir las fallas prematuras de la varilla debombeo. El historial de fallas en la base dedatos debera incluir informacin del tipo,lugar, profundidad, causa raz de la falla y lasmedidas de accin correctiva implementadas.

Puede suceder que las varillas debombeo fallen prematuramente. El entenderlos efectos de daos aparentemente menoresa las varillas de bombeo y saber cmo esosdaos pueden producir fallas catastrficas, esmuy importante para el personal de

produccin. El anlisis de las fallas de lavarilla de bombeo es un reto y se necesitapoder esperar lo obvio y buscar pistas de loque no es tan obvio. Todo el personal deproduccin debera tener un conocimiento ycapacitacin adecuados en el anlisis de lacausa raz de las fallas. Entender cmoidentificar las fallas y sus factorescontribuyentes, nos permite unaentendimiento de qu se requiere paracorregir la causa raz de la falla. Se debentomar las medidas que se puedan paraeliminar las fallas prematuras de la varilla debombeo. Los programas de capacitacincontinuos, concernientes a las varillas debombeo, deberan incluir foros, formales einformales que aconsejen el cumplimiento delas recomendaciones de los fabricantes, paralos procedimientos del diseo,almacenamiento y transporte, mantenimientoy manipulacin, instalacin y reinstalacin ylos procedimientos de enrosque ydesenrosque. Actualmente hay disponibles

una variedad de escuelas de capacitacin y,con un aviso por anticipado, la mayorapueden ser preparadas para satisfacer lasnecesidades especficas del personal deproduccin.

Mecanismo de las fallasTodas las fallas de la varilla de bombeo,

varilla corta y de acoples son fallas por tensino fatiga. Las fallas por tensin ocurren cuando


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la carga aplicada excede la resistencia a latensin de la varilla. La carga se concentraren algn punto de la sarta de varillas, y creanuna apariencia de estrechamiento alrededor dela circunferencia de la varilla, y la fracturaocurre donde se reduce la seccin transversal.Este raro mecanismo de las fallas, slo ocurrecuando se aplica demasiada carga en la sarta

de varillas como al intentar sacar de suasentamiento una bomba atascada. Paraevitar las fallas por tensin, el indicador depeso mximo utilizado, para una varilla debombeo en condiciones como nueva, nuncadebera exceder el 90% de fuerza de rupturapara la dimensin y grado conocidos de lavarilla de bombeo de dimetro ms pequeo.En caso de condiciones, dimensiones o gradosdesconocidos de la varilla de bombeo, sedebera aplicar un factor de reduccinsuficiente al peso mximo utilizado. Todas las

otras fallas de la varilla de bombeo, varilla cortay acoples son fallas por fatiga.

Las fallas por fatiga son progresivas ycomienzan como pequeas grietas poresfuerzo que crecen bajo la accin de losesfuerzos cclicos. Los esfuerzos asociadoscon esta falla, tienen un valor mximo que esmenor que la resistencia a la tensin del acerode la varilla de bombeo. Debido a que la cargaaplicada es distribuida casi igualmente sobre el

rea de la seccin transversal de la sarta de lasvarillas de bombeo, cualquier dao quereduzca el rea de la seccin transversal,aumentar la carga o el esfuerzo en ese punto,y es un elevador de esfuerzo. Una pequeagrieta por fatiga por esfuerzo se forma en labase del elevador de esfuerzo y se propagaperpendicular a la lnea de esfuerzo o del ejedel cuerpo de la varilla. A medida que la grietapor fatiga debido al esfuerzo avanzagradualmente, las superficies de la fracturaque casan, opuestas a la cara de la fractura

que avanza, tratan de separarse bajo la cargay estas superficies se vuelven lisas y pulidaspor la friccin. A medida que progresa la grietapor fatiga, reduce el rea efectiva de la seccintransversal de la varilla de bombeo, hasta queno queda metal suficiente para sostener lacarga y la varilla de bombeo, simplemente sefractura en dos. Las superficies de la fracturade una tpica falla por fatiga, tienen una partepor fatiga, una parte de desgarramiento por

tensin y un desgarramiento final por esfuerzocortante.

Las fallas por fatiga son iniciadas poruna multitud de elevadores de esfuerzo. Loselevadores de esfuerzo son discontinuidadesvisibles o microscpicas que causan unaumento del esfuerzo local en la sarta de

varillas durante la carga. Los elevadores deesfuerzo visibles tpicos, en las varillas debombeo, varillas cortas y acoples soninflexiones, corrosin, grietas, daosmecnicos, roscas y desgaste o cualquiercombinacin de lo anterior. Este efectoaumentado del esfuerzo es el ms crticocuando la discontinuidad en la sarta devarillas es transversal (normal) al esfuerzo detensin principal. Para determinar el origen deun elevador de esfuerzo en una falla porfatiga, la parte de la fatiga opuesta aldesgarramiento final por esfuerzo cortante

(extrusin y protrusin) debe ser limpiada concuidado y examinada minuciosamente. Lasfallas por fatiga tienen caractersticasidentificables visibles o macroscpicas en lasuperficie de la fractura, las cuales ayudan aidentificar la ubicacin del elevador deesfuerzo. Podra decirse, que las marcas detrinquete y las marcas de playa son dos de lascaractersticas ms importantes para laidentificacin de las fallas por fatiga. Lasmarcas de trinquete son lneas que resultande la interseccin y conexin de mltiples

grietas de fatiga por esfuerzo, mientras quelas marcas de playa indican la posicinsucesiva de la falla por fatiga en avance. Lasmarcas de trinquete son paralelas a ladireccin general del crecimiento de la fisura yconducen al punto de inicio de la falla. Lasmarcas de playa son anillos elpticos osemielpticos que irradian hacia afuera delorigen de la fractura e indican las posicionessucesivas del crecimiento de la fisura de fatigapor esfuerzo.

Figura 1


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La Figura 1 es un ejemplo de losmecanismos de fallas por tensin y fatiga. Losdos ejemplos de la derecha son fallas portensin. Una falla por tensin se caracterizapor una reduccin del dimetro de la zona de laseccin transversal en el punto de la fractura.Las fallas por tensin tpicas tienen mitades defracturas en cono y embudo. El segundo

ejemplo de la derecha es tpico en aparienciade las fallas por tensin. Las fracturas de lasfallas por tensin, tienen rotura o esfuerzocortante de ngulos de 45 a los esfuerzosaplicados. Un buen ejemplo del esfuerzocortante es la caracterstica en cono y embudode las superficies de las fracturas de una fallapor tensin tpica. El cuerpo de la varilla de laderecha, es un ejemplo excelente de lanecesidad de no esperar lo obvio por lo no tanobvio. Una fisura de fatiga por esfuerzo esprincipalmente responsable de esta falla, a

pesar que la fractura haya ocurrido al tratar desacar la bomba de su asentamiento. Unexamen ocular de la superficie de la fracturarevela una fisura de fatiga por esfuerzo,pequea y semielptica. Esta varilla de bombeoha tenido fisuras de fatiga por esfuerzo,transversales preexistentes, por los esfuerzosen el servicio. Una de las fisuras de fatiga porel esfuerzo se abri durante la carga recta yconstante que se aplic al intentar sacar labomba de su asentamiento y se produjo lafractura. La falla por tensin es secundaria yresulta en la apariencia inusual de la superficiede la fractura - con la pequea parte por fatiga,parte grande por tensin e inusualmentegrandes, desgarramientos dobles con bordesdel esfuerzo cortante de 45.

Los ejemplos restantes son fallas porfatiga en: varillas de bombeo carburizadas;varillas de bombeo normalizadas y revenidasy varillas de bombeo templadas y revenidas.El ejemplo del extremo izquierdo es una falla

por fatiga torsional de una bomba de cavidadprogresiva. Las marcas de trinquete halladasen la parte grande de la fatiga y originada enla superficie del cuerpo de la varilla, rodeancompletamente la superficie de la fractura y laparte pequea de la desgarramiento portensin, se muestra ligeramente fuera delcentro medio. El cuerpo de la segunda varilla,de la izquierda es una falla por fatigacarburizada. La caja que rodea el dimetro del

cuerpo de la varilla lleva la carga de estavarilla de bombeo de alta resistencia a latensin, y si se penetra la caja, se destruyeeficazmente la capacidad de soportar carga,de este tipo de varilla de bombeo fabricada.La fisura de fatiga por esfuerzo avanzaalrededor de la caja y progresa a travs delcuerpo de la varilla hasta que ocurre la

fractura completa. Una falla por fatiga en unavarilla de bombeo carburizada generalmentepresenta una parte pequea por fatiga y undesgarramiento grande por tensin (a menosque haya estado cargada ligeramente). Elcuerpo de la tercera varilla a la izquierda, estpica en apariencia de la mayora de las fallaspor fatiga. Las fallas por fatiga tpicas tienenuna parte por fatiga, una parte por tensin yun desgarramiento final de esfuerzo cortante.El ancho de la parte por fatiga es unaindicacin de la carga involucrada con la

fractura. El dao mecnico puede impedir odificultar el anlisis de la falla al destruir losindicios oculares y las caractersticasidentificables que normalmente son halladasen una superficie de fractura por fatiga. Sedebe tener cuidado al manipular las mitadesde las fracturas. Es muy importante resistir latentacin de encajar las superficies que casande la fractura, debido a que casi siempre sedestruyen (borran) las caractersticasmicroscpicas que ayudan a determinar lacausa de la falla. Para evitar los daosmecnicos, nunca se debera tocar lassuperficies de la fractura cuando se encajanlas superficies de la fractura.

Fallas de diseo y operacinLa prevencin de las fallas de la varilla

de bombeo comienza con el diseo. Es posibleque las sartas de varillas deficientementediseadas contribuyan a las fallas de otroscomponentes del sistema de levantamientoartificial, tales como el corte de los tubos de la

varilla, como resultado de cargas compresorasde la varilla. El diseo del sistema deextraccin artificial es un compromiso entre lacantidad de trabajo por hacer y el gasto parahacerlo, durante un perodo econmico detiempo. Para el diseador del sistema haydisponibles numerosas combinaciones deprofundidades, tamaos de los tubos,volmenes de fluido, tamaos yconfiguraciones de las bombas, tamaos y


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geometras de las unidades de bombeo,longitudes de las carreras, velocidades debombeo y ahusamientos de las sartas devarillas. La seleccin del tamao y grado de lavarilla de bombeo depende de muchosfactores, incluyendo, esfuerzos mximosprevistos, mrgenes de los esfuerzos yambientes de operacin.

Los programas de diseo porcomputadora disponibles comercialmente,permiten al diseador del sistema optimizar elequipo de produccin con el menor gasto paralas condiciones existentes de los pozos, en elmomento del diseo. Sin embargo, despusdel diseo inicial e instalacin de la sarta devarillas, se debera utilizar estudios peridicoscon el dinammetro, para determinar que losparmetros de carga del equipo estn dentrode los considerados aceptables. Un buen

diseo inicial puede convertirse en un diseodeficiente si cambian las condiciones del pozo.Los cambios en el volumen de los fluidos, elnivel de los fluidos, la longitud de la carrera, lascarreras por minuto o el tamao de la bomba,impactan con severidad el sistema total deextraccin artificial. Los cambios en lacapacidad de corrosin pueden afectar la vidade tolerancia a la fatiga de las varillas debombeo y puede conducir a fallas prematuras.Cuando una de las condiciones precedentes

cambia, el diseo del sistema de extraccinartificial debe ser nuevamente evaluado.

Las figuras 2 y 3 son ejemplos de fallas

mecnicas inducidas por el diseo y lasoperaciones. El desgaste, la fatiga por flexinunidireccional y las fallas de la fatiga por elesfuerzo indican cargas compresoras de lavarilla, hoyos desviados, golpeteo del mbolocontra el fluido, interferencia del gas, varillasde bombeo sometidas a mucho esfuerzo,tubos sin anclar o anclados inadecuadamente,

o alguna combinacin de lo precedente.

El desgaste abrasivo causa las fallas de

la sarta de varillas al reducir la seccintransversal del metal y expone la superficie delmetal nuevo a la corrosin y causa las fallasen la conexin de la varilla de bombeo porimpacto y dao del reborde. En la Figura 2, elacople de Clase T de la izquierda y el acoplede Clase SM del medio, son ejemplos dedesgaste abrasivo. En la Figura 3, el cuerpo dela varilla de la izquierda, es un ejemplo dedesgaste abrasivo. El desgaste abrasivo de lasarta de varillas es definido como una

remocin progresiva del metal superficial, porcontacto con la sarta de tubos. El desgasteabrasivo que es igual en longitud, ancho yprofundidad, sugiere usualmente un hoyodesviado o torcido. Los patrones de desgasteabrasivo angular indican sartas de varillas queestn contactando agresivamente, en ngulo,con los tubos, generalmente como resultadodel golpe del mbolo con el fluido, lainterferencia del gas, la bomba hace contacto

Figura 2

Figura 3


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con la sarta de tubos en forma severa, o tubossin anclaje o anclados en forma inadecuada.La masa de la varilla, en el medio de la Figura3, representa corrosin y abrasin. El desgasteabrasivo tambin remueve las pelculas queinhiben la corrosin y expone la superficie delos metales nuevos a los fluidos corrosivos, loscuales aceleran la tasa de corrosin. El acople

de Clase T, en el extremo derecho de la Figura2, tiene una resalto endurecido por el trabajo,del golpe de los tubos. El golpe de los tubos esel resultado del apilamiento de la sarta devarillas, probablemente como resultado delgolpe severo del mbolo contra el fluido, lainterferencia del gas o porque la bomba tocacon la sarta de tubos. El material endurecidopor el trabajo no se desgasta tan rpido comoel material ms blando, en cualquiera de loslados de la zona endurecida por el trabajo, ydeja uno resalto de material, a medida que se

desgasta el resto del material ms blando.

El segundo cuerpo de la varilla de laizquierda y el primer cuerpo de la varilla de laderecha, en la Figura 3, son fallas de fatiga porflexin unidireccional. Las fallas de fatiga porflexin unidireccional ocurren porque elmovimiento de la sarta de varillas tiene unmovimiento lateral constante durante el ciclode bombeo. Las fisuras de fatiga por elesfuerzo se concentrarn a lo largo de la zona

de la varilla de bombeo, donde hayan ocurridolos mayores esfuerzos de flexin. Las fisurasde fatiga por esfuerzo, que sean finas ytransversales estarn en una mitad de lacircunferencia del cuerpo de la varilla,espaciadas estrechamente cerca de losengrosamientos de la varilla y se separan,gradualmente, movindose hacia el medio delcuerpo de la varilla. La mayora de las fallas defatiga por flexin unidireccional ocurren encimade la conexin de la zona de transicin delcuerpo de la varilla, entre el acople rgido y el

rea de engrosamiento y el cuerpo de la varillams flexible. Las fallas de fatiga por flexinunidireccional no mostrarn inflexionespermanentes, debido a que este problemaocurre cuando la sarta de varillas est enmovimiento. El ejemplo del extremo derechoes una falla de fatiga por flexin unidireccional.Este tipo de falla generalmente tiene dospuntas que sobresalen encima de la superficiede la fractura. Estas caractersticas distintivas

de la falla indican un desgarramiento de doblereborde por el esfuerzo cortante. Losdesgarramientos de doble reborde por elesfuerzo cortante son el resultado directo delos esfuerzos de flexin unidireccional, confracturas que ocurren bajo cargascompresoras de la varilla. Las cargascompresoras de la varilla pueden ser el

resultado de bombas grandes del hoyo convarillas de bombeo de dimetro pequeo ovarios ahusamientos en pozos superficiales.

La falla del cuerpo de la segunda varillade la derecha en la Figura 3, es una falla defatiga por esfuerzo. Las fallas de fatiga poresfuerzo ocurren en varillas de bombeoaltamente esforzadas, como resultado devarillas de bombeo desgastadas, sobrecargaso cargas de la varilla extremadamente altas,por cortos perodos de tiempo. Las fallas de

fatiga por esfuerzo tienen fisuras de fatiga porel esfuerzo, espaciadas estrechamente, finasy transversales, que rodean completamente lacircunferencia del cuerpo de la varilla.

Las fisuras de fatiga por esfuerzoestarn en el cuadrado de la llave y sobre todala longitud del cuerpo de la varilla. En lasvarillas de bombeo, muy viejas y desgastadas,

Figura 4


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las fisuras y las fallas de fatiga por esfuerzopueden ocurrir dentro de las cargas normalesde la operacin diaria.

La Figura 4 es un ejemplo de golpe delacople contra el tubo. El golpe del acoplecontra el tubo es el resultado del ngulo decontacto extremadamente agresivo, al tubo

por la sarta de varillas. Este contacto agresivoes el resultado directo de golpe severo delmbolo contra el fluido, tubos sin anclar (oanclados en forma inadecuada), el mbolobuzo de la bomba est pegado (o atascado) ocualquier combinacin de lo anterior.

La Figura 5 es un ejemplo del daorelacionado a la gua de la varilla. El ejemplode la izquierda es una varilla de bombeoreacondicionada, de alta resistencia a latensin. El flujo turbulento del fluido, asociadocon guas de varilla moldeadas por inyeccincon extremo romo, permiti la corrosin porgrietas en la zona crtica de lavado, alrededordel extremo de la gua. Antes de inspeccionar,

las guas moldeadas de la varilla fueronretiradas del cuerpo de la varilla parareacondicionarlas. Las varillas de bombeoreacondicionadas, de Clase 1 no puedentener discontinuidades mayores de 20 mils(0,020), segn la Especificacin API 11BR.La corrosin por grietas estaba debajo los 20mils permitidos para una varilla de bombeoreacondicionada de la Clase 1. Sin embargo,la sensibilidad de la muesca (intolerancia de la

discontinuidad) de una varilla de bombeo dealta resistencia a la tensin, es alta. En otraspalabras, las picaduras pequeas pueden iren detrimento de los altos esfuerzos detensin asociados con la varilla de bombeo dealta resistencia y las varillas de bombeo dealta resistencia reacondicionadas deberan serreducidas en su capacidad nominal, para

carga. El ejemplo del medio es una falla porerosin y corrosin, como resultado de guasde varillas cortas, de extremo romo, aplicadasen el campo, en tubos pequeos con altasvelocidades de fluidos. A las picaduras porerosin y corrosin se les cortar el fluidocon fondos lisos. Las caractersticas en formade picaduras pueden incluir bordes agudos ylados pronunciados, si son acompaadas conCO2o picaduras anchas y blandas con bordesbiselados si son acompaadas con H2S. Elejemplo de la derecha es desgaste por

abrasin de una gua de varilla, aplicada encampo, que se mueve hacia arriba y haciaabajo en el cuerpo de la varilla, durante elciclo de bombeo. Generalmente hablando, lasguas de varilla moldeadas proveen mejor flujolaminar, un mnimo de tres a cuatro vecesms adhesin y retencin, y son mseconmicas que las guas de varilla aplicadasen ampo.

Fallas mecnicas

Las fallas mecnicas son responsablesde un gran porcentaje del nmero total detodas las fallas de las sartas de varillas. Lasfallas mecnicas incluyen todos los tipos defallas, excepto las fallas por corrosin y losdefectos de fabricacin. El dao mecnico a lasarta de varillas contribuye a un elevador deesfuerzo, el cual causar las fallas de lasvarillas de bombeo. El momento de la fallaestar motivado por muchas variables, de lascuales, el esfuerzo mximo, el ambiente de laoperacin, la orientacin del dao, la qumica

de la varilla de bombeo, el tipo de tratamientocon calor de la varilla de bombeo, el margendel esfuerzo y el tipo de dao, sern los msimportantes. El dao mecnico puede sercausado por el diseo ineficaz del elevadorartificial, procedimientos inadecuados decuidado y manipulacin, procedimientosdescuidados de montaje y desconexin,prcticas de operacin descontinuadas ocualquier combinacin de estos elementos.

Figura 5


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Fallas de la varilla por flexinLas fallas de fatiga por flexin son

responsables de un considerable nmero detodas las fallas mecnicas. Es un hecho quetodas las varillas de bombeo dobladas,eventualmente fallan. Las varillas de bombeonuevas son fabricadas con una rectitud decuerpo de no menos de 1/16 de pulgada en

cualesquier doce pulgadas de longitud delcuerpo de la varilla. Las varillas de bombeo,con esta tolerancia de rectitud, rodarn confacilidad en un estante con apoyos de cinconiveles. Cualquier grado de flexin mayor queste, causar un aumento del esfuerzo local enel punto de flexin, durante la carga aplicada.Cuando el cuerpo de la varilla doblada eshalada en forma recta durante la carga, sealcanza rpidamente la resistencia a la roturadel material. El ciclo de exceder continuamentela resistencia de rotura del material, es repetida

durante el ciclo de bombeo y causa fisuras defatiga por esfuerzo en el lado cncavo de laflexin. Estas fisuras de fatiga por esfuerzoprogresan a travs de la barra durante lacarga, hasta que no quede suficiente metal enla barra, para sostener la carga y ocurre lafractura.

Enderezar el material en bruto debarras, es el primer paso en el proceso de lafabricacin de las varillas de bombeo.Enderezar la barra en fro deforma la

estructura del grano a menos de sutemperatura de recristalizacin causandotensin en la barra, que es acompaado de unefecto de endurecimiento por acritud. Duranteel proceso de fabricacin, la funcin deltratamiento con calor es para liberacin deesfuerzo, esfuerzos residuales y los inducidos,causados por el rodamiento de la barra, losprocesos de enderezamiento de la barra y porfraguar los engrosamientos de la varilla. Eltratamiento con el calor cambia la estructurametalrgica de los extremos forjados, para

igualar el del cuerpo de la varilla y tambincontrola las propiedades mecnicas de lavarilla de bombeo. Cualquier flexin del cuerpode la varilla, creado despus del tratamientocon el calor causa endurecimiento por acritud,lo cual crea una zona de endurecimientodiferente que las superficies circundantes. Estacondicin es referida como un punto duro yes un elevador de esfuerzo para cargar. Elproceso mecnico, tal como pasar la varilla de

bombeo doblada terminada a travs de unsistema de rodillos, intentar retirar el doblezpara que el cuerpo de la varilla quede recta.Sin embargo, los procesos de

acondicionamiento no son capaces de liberarel esfuerzo de las varillas de bombeo

dobladas. Una varilla de bombeo dobladaqueda permanentemente daada y no sedebera usar debido a que todas las varillas debombeo dobladas eventualmente fallarn .

La Figura 6 es un ejemplo de fallas defatiga por flexin. Las fallas de fatiga porflexin pueden ser identificadas por lasuperficie angular de la fractura, la cual estara un ngulo distinto a 90, al eje del cuerpo dela varilla. El ejemplo de la izquierda ilustra una

fractura causada por una flexin con un radiolargo, o un arco de barrido gradual en elcuerpo de la varilla (ejemplo de la parte dearriba de la Figura 7). La superficie de lafractura es normal en apariencia, pero tieneun ligero ngulo cuando es comparado con eleje del cuerpo de la varilla. El ejemplo delmedio es una flexin de radio pequeo(ejemplo de la parte de debajo de la Figura 7).La superficie de la fractura est a un ngulomayor al eje del cuerpo de la varilla con unaparte pequea por fatiga y una parte grande

de desgarramiento por tensin. El ejemplo dela derecha es el resultado de una varilla debombeo helicoidal. Note lo sinuosa que esten apariencia la superficie de la fractura.Como regla general, mientras mayor sea laflexin en el cuerpo de la varilla, mshelicoidales aparecen las superficies de lafractura. En operacin, el momento en que lavarilla se fractura es acortado enormemente.Los procedimientos de mantenimiento y

Figura 6


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manipulacin deficientes causan usualmentevarillas de bombeo flexionadas.

Fallas por daos superficialesSe debera hacer todo lo posible para

impedir el dao mecnico en la superficie a lasvarillas de bombeo, varillas cortas y acoples.Los daos superficiales aumentan el esfuerzodurante las cargas aplicadas, causandopotencialmente, fallas de la sarta de varillas. El

tipo de dao y su orientacin, contribuye a esteefecto de esfuerzo aumentado. La orientacindel dao contribuye a mayores esfuerzos y eldao transversal tiene esfuerzosincrementadas sobre aquellas relacionadascon los daos longitudinales. Una mella agudacrear una concentracin ms alta de esfuerzoy estara en mayor detrimento a una carga, queuna depresin superficial de ancha base. Lasvarillas de bombeo con indicacin de daos enla superficie no se deben usar y deben ser

reemplazadas. Se debe evitar todo contacto demetal con metal que podra ocasionarabolladuras, mellas o raspaduras. Para impedirel dao potencial de la varilla de bombeo,coloque lminas de madera entre losanaqueles de metal para almacenamiento, yentre cada capa de varillas de bombeo, paraevitar el contacto de metal con metal. Use lasvarillas de bombeo para lo que fuerondiseadas, para elevar una carga. Nunca usevarillas de bombeo como pasadizo o mesa detrabajo. Mantenga las herramientas de metal

que no son para usar en las varillas de bombeoy otros objetos metlicos, apartado de lasvarillas de bombeo. Asegrese que laherramienta que usa es la adecuada para elpropsito y asegrese que est en buenascondiciones.

La Figura 8 es un ejemplo de variasfallas por daos superficiales. El ejemplo de laizquierda muestra una ligera depresin de una

llave, herramienta u otro objeto metlico. Elsegundo ejemplo de la izquierda, es dao deuna llave Stillson usada para aplicar guas devarilla instaladas en campo. El segundo

ejemplo de la derecha tiene una pequearaspadura longitudinal por un contacto demetal con metal; posiblemente, por permitirque las varillas de bombeo rueden sobre otrasvarillas en una pila de varillas, durante lainstalacin. El ejemplo de la derecha muestraun dao transversal superficial.

Figura 8

Figura 9

Figura 7


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La Figura 9 es un ejemplo de un daosuperficial causado por los elevadores de lasvarillas de bombeo. El ejemplo de abajo es undao de asientos del elevador, desgastados omal alineados. Despus de un amplio perodode servicio, los asientos del elevador sedesgastan y daan y desarrollan una formaoval, en lugar de una forma redonda. En la

medida que la forma oval crezca, el anillotangencial del engrosamiento de la varilla,hacia la cara del asiento del elevador se bajaen la mitad delantera del asiento. A medidaque el asiento contina desgastndose, laposicin del engrosamiento de la varilla en elasiento se mueve hacia delante de la lneacentral del mun del elevador. Esto causa undescentrado en la carga del gancho e inclinahacia delante el cuerpo del elevador. Cuandoel elevador levanta la carga de la sarta devarillas, la carga del gancho doblar la lnea

central de la varilla de bombeo, para quecoincida con la lnea central del mun delelevador. A medida que el peso de la sarta devarillas aumente, la carga del gancho doblartodas las varillas de bombeo enganchadas poreste elevador. Las fallas de las varillas debombeo dobladas que ocurren en el anillo decentrar engrosado debajo de la superficie,pueden ser por los asientos malos delelevador. El ejemplo de arriba es el daocausado por los enganches del elevador. Estetipo de daos ocurren normalmente comoresultado de levantar o dejar en dobles.Nunca levante o dejar ms de una sola varillade bombeo. Cualquier otra cosa causa que losenganches del elevador acten como unfulcro y permite que los esfuerzos de flexinse concentren en la zona de transicin delcuerpo de la varilla y del engrosamientoforjado.

Fallas de conexinLa conexin API de la varilla de bombeo

est diseada como una conexin con soporterotativo cargado con friccin. Debido a que laresistencia de la conexin de la varilla debombeo es baja, cuando se le somete a cargascclicas, es necesario limitar las cargas cclicascon precarga de unin macho (pin). Si laprecarga del pasador es mayor que la cargaaplicada, la carga en la conexin permanececonstante y no ocurre fatiga de cargas cclicas.La carga por friccin que se desarrolla entre la

cara del soporte de la unin macho y la caradel soporte del acople ayuda a afianzar laconexin, para impedir que se suelte en elfondo del hoyo. Sin embargo si la precarga esmenor que la carga aplicada, la cara delsoporte de la unin macho y la cara del soportedel acople se separarn bajo la carga, duranteel movimiento cclico de la unidad de bombeo.

Una vez que estas caras se separen, laconexin es cargada cclicamente yocasionar una falla por prdida dedesplazamiento o prdida de ajuste. Las fallaspor prdida de desplazamiento pueden ocurrirpor una lubricacin no adecuada, por montaje(apriete) inadecuado, exceso de torsin,desgaste por golpeteo de los tubos o cualquiercombinacin de estos elementos.

La Figura 10 es un ejemplo de fallas deunin macho, debido a una prdida dedesplazamiento. La muestra de la derecha esapariencia tpica de una falla de la uninmacho por prdida de desplazamiento. Unapriete insuficiente o la prdida de ajustecausaron que la cara del soporte de la uninmacho y la cara del soporte del acople sesepararan. Cuando estas caras se separan seagrega un momento de flexin a la carga detensin la rosca pin (macho). La seccinroscada de la unin macho es mantenidargida, mientras que el resto de la unin machose dobla. El movimiento de la sarta de varillascausa fisura de fatiga por esfuerzo, que se

inicia en el primer filete totalmente formado dela raiz de la rosca, sobre el aliviador de tensino undercut. Pequeas fisuras de fatiga poresfuerzo se empiezan a formar a lo largo de laraz de la rosca durante la carga aplicada yeventualmente se consolida en una fisuramayor de fatiga por esfuerzo. La superficie dela fractura por una tpica prdida dedesplazamiento de la unin macho tiene unapequea parte por fatiga que cubre una tercera

Figura 10


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parte de la superficie de la fractura,aproximadamente, y la parte deldesgarramiento por tensin y eldesgarramiento final por esfuerzo cortantecubren la parte restante de la superficie. Losejemplos de la izquierda y del medio ocurrirncomo resultado de carga de esfuerzo, cuandolos factores de levantamiento del esfuerzo,

tales como la corrosin o los daos mecnicosestn presentes en la superficie del alivio deesfuerzos, o socavacin de la unin macho.

La Figura 11 es otro ejemplo de dostipos de fallas de la unin macho. La muestrade la izquierda es la tpica apariencia de unafalla de la unin macho por prdida dedesplazamiento. Sin embargo, esta fractura dela unin macho fue causada por las tenazashidrulicas de la varilla durante el montaje,como est comprobado por el desgarramientode tensin escalonado. No es extrao queocurran fracturas de la unin macho en elmontaje, si la unin macho tiene una fisura porfatiga por el esfuerzo preexistente, debido a laalta torsin requerida con las varillas de

bombeo de alta resistencia a la tensin, y dedimetro grande, Clase D. La muestra de laderecha es un ejemplo de torsin excesiva enuna unin macho blanda. La superficie de lafractura tiene una parte grande de fatiga, convarias marcas de trinquete en la raz de roscade unin macho y una parte pequea portensin.

La Figura 12 es un ejemplo de una falla

del acople, por prdida de desplazamiento. Lafractura se inici en la raz de la rosca delacople, opuesta a la primera rosca del primerfilete de rosca macho totalmente formado.Mitades de fracturas de un tercio y dos tercios,en longitud, con marcas de trinquete, que seoriginan en raz de la rosca, indican una fallade acople por prdida de desplazamiento. Lasuperficie de la fractura de una tpica falla delacople por prdida de desplazamiento tieneuna parte pequea de fatiga y una partegrande de desgarramiento por tensin. Lasfallas del acople por prdida dedesplazamiento estn asociadasprincipalmente con las varillas de bombeo deClase D y varillas de bombeo de altaresistencia a la tensin.

Las fracturas de los acoples, de longitudmedia, con marcas de trinquete que vienendesde el exterior, indican otro tipo de falla. Lafisura por fatiga por el esfuerzo empieza por lasuperficie externa del acople, y progresa hacia

el interior hacia las roscas, luego, alrededor dela pared del acople a una fractura por tensin.Las fracturas de longitud media indican fallasde acople por daos mecnicos a la superficiedel acople, excediendo el lmite de toleranciade fatiga por el esfuerzo del material. o undefecto de fabricacin. La mayora de lasfracturas de acople de longitud media sonconsecuencia de daos mecnicos osobrecarga. Las fracturas de acople de

Figura 11

Figura 12


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longitud media debido a una sobrecarga tienenuna parte pequea de fatiga y una partegrande de desgarramiento por tensin. Estafalla es comn en varillas de bombeo de altaresistencia y acoples de Clase SM. Useacoples de Clase T con las varillas de bombeode alta resistencia para evitar las fallas deacople de longitud media.

La Figura 13 es un ejemplo de desgastepor rozamiento (galling) de la rosca en laconexin de la varilla de bombeo. El desgastepor rozamiento de la rosca es un daomecnico a las roscas de la unin macho y/odel acople. Esos desgastes por rozamiento dela rosca es el resultado de roscas daadas ocontaminadas que causan la interferenciaentre las roscas, y son lo suficientemente

grandes como para rasgar y desgarrar lassuperficies de ellas. Las roscas se unen entres durante el montaje y se separan en ladesconexin, y la conexin es daada ydestruida y no se podrn usar. Los daos por elenchufado fuerte de los tubos a la roscadelantera y las roscas contaminadas son lascausas principales del desgaste porrozamiento de las roscas. La limpieza de ellasantes el montaje, su lubricacin adecuada y

seguir con atencin los procedimientos elmontaje impedirn la mayora de losproblemas del desgaste por rozamiento de lasroscas.

La Figura 14 es un ejemplo de una falladel cuadrado de la llave. Las fallas delcuadrado de la llave son muy raras y apenasocurren, a menos que sea por daosmecnicos, corrosin o defectos defabricacin. El ejemplo que se muestra es unafalla del cuadrado de la llave por daomecnico severo. Las piezas de reserva

sueltas o descuidadas en las tenazashidrulicas de la varilla han redondeado laesquina del cuadrado de la llave. La fisura por

Figura 13

Figure 14

Figure 15


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fatiga por el esfuerzo comenz en la esquinadel cuadrado de la llave y progres hasta laruptura o fractura final.

La Figura 15 es un ejemplo del daoque ocurre como consecuencia de apretar enexceso la conexin de la varilla de bombeo. Elejemplo que se muestra es un acople de

apriete permanente que se ha abocinado oabultado cerca de la cara de contacto. Losacoples de dimetro reducido son mssusceptibles a este tipo de daos por aprieteen exceso, que los acoples de tamaocompleto.

Los acoples de tamao completo, envarillas Clase D, y en las varillas de bombeo dealta resistencia exhiben generalmente ligerosabultamientos y tienen resalto de material condeformacin concntrica, en la cara del

reborde del acople, de la impresin de la caradel reborde de la unin macho. El apriete enexceso de las tenazas hidrulicas de la varillaretorcer a las uniones macho blandas, dandocomo resultado una apariencia de falla portensin. La socavacin de la unin macho serebajar y la fractura ocurrir rpidamente. Enlas varillas de bombeo de Clase D, unaindicacin de exceso de apriete es el resalto dematerial con deformacin concntrica, en lacara del reborde de la unin macho, de la

impresin de la cara del reborde del acople. Elapriete en exceso en las varillas de bombeo dealta resistencia a la tensin, normalizadas yrevenidas, comenzar a sacar las roscas delacople.

La Figura 16 es un ejemplo de fisuraspor impacto en los acoples. No se deberapermitir la prctica de calentar o el martilleoen los acoples, con el objeto de aflojarlos. Esteejemplo muestra la forma en que el dao porimpacto a un acople de Clase T, causa fisurasde fatiga por esfuerzo alrededor de los puntosde impacto y corrosin acelerada localizada. El

martilleo en los acoples de Clase SM (spraymetal metal rociado) causa fisuras de fatigapor esfuerzo en la superficie dura formado porrociadura, y origina fallas del acople debido afatiga por corrosin.

La Figura 17 es un ejemplo de fallas devarillas pulidas. La mayora de todas las fallasde las varillas pulidas ocurren en el cuerpo,

justo debajo de la abrazadera de la varillapulida o en la unin macho. Las fallas delcuerpo de la varilla pulida, debajo de laabrazadera de la varilla pulida, se originan porel agregado de esfuerzos por flexin. Estos

esfuerzos por flexin pueden ser impuestospor unidades de bombeo fuera dealineamiento, barras de transportador que noestn niveladas, barras de transportadordesgastadas, celdas de carga mal alineadas ola instalacin incorrecta de la abrazadera de lavarilla de bombeo pulida. La falla de la varillapulida, de la izquierda, es un ejemplo de unaabrazadera de una varilla pulida, en la parterociada de una varilla pulida con metal rociado.

Figure 16

Figure 17


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Las varillas pulidas con metal rociado tienenuna parte sin rociar para colocar la abrazaderade la varilla pulida. Nunca coloque unaabrazadera de una varilla pulida en la partepulida de la varilla, que ha sido pulida conmetal rociado. La falla de la varilla pulida, de laderecha, tiene raspaduras pequeas ylongitudinales causadas por el mal manipuleo.

Las fallas de las uniones macho de las varillaspulidas ocurren debido a la instalacin de losacoples de las varillas de bombeo. Lasuniones macho de las varillas pulidas tienenuna rosca ahusada de 9, entre la seccinroscada recta y el reborde. Los acoples de lasvarillas de bombeo tienen una rosca de iniciode 30 y un rebajo profundo que no enganchatodas las roscas de la unin macho de lavarilla pulida. Los acoples de las varillaspulidas tienen roscas de inicio de 9 y un perfil

diseado para encajar adecuadamente con launin macho de la varilla pulida. El rebajopoco profundo de la primera rosca distinguefcilmente los acoples de las varillas pulidas,de los acoples de las varillas de bombeo ypermite que se enganchen todas las roscasde la unin macho de las varillas pulidas.

Fallas de fatiga por corrosinLa corrosin es uno de los mayores

problemas que se encuentran en los fluidos

producidos y es responsable por casi dostercios de todas las fallas de las varillas debombeo. La corrosin es el resultadodestructor de una reaccin electroqumicaentre el acero utilizado para hacer varillas debombeo y el medio ambiente de la operacin alcual estn sometidas. Simplemente, lacorrosin es la forma en que la naturalezarevierte un material de un estado de energams alto (acero), hecho por el hombre, a sucondicin bsica (mineral natural), tal como fuehallado en la naturaleza. El elemento hierro del

acero, se combina con la humedad o loscidos, para formar otros compuestos, talescomo, xido, sulfato, carbonato, de hierro, etc.

Alguna forma y concentracin de agua estpresente en todos los pozos consideradoscorrosivos y la mayora contienen cantidadesconsiderables de impurezas y gases disueltos.Por ejemplo, los gases cidos de dixido decarbono (anhdrido carbnico CO2) y elsulfato de hidrgeno (cido sulfhdrico H2S),

comunes en la mayora de los pozos, sonaltamente solubles y se disuelven rpidamenteen el agua - la cual tiende a bajar su pH. Lacapacidad de corrosin del agua es unafuncin de la cantidad de estos dos gases queestn contenidos en solucin. Toda el aguacon valores bajos de pH es consideradacorrosiva al acero, con valores ms bajos que

representan mayor acidez, o capacidad decorrosin.

Todos los ambientes del fondo del pozoson corrosivos hasta cierto grado. Algunosfluidos corrosivos pueden ser considerados nocorrosivos si la tasa de penetracin de lacorrosin, registrada en mm (milmetros) deprdida de espesor por ao (mpy), es losuficientemente baja, que no causarproblemas. Sin embargo, la mayora de lospozos en produccin estn plagados con

problemas de corrosin y ninguna varilla debombeo fabricada en la actualidad puedesoportar con xito, sola, los efectos de estacorrosin. A pesar que la corrosin no puedeser eliminada completamente, es posiblecontrolar su reaccin. Todos los grados de lasvarillas de bombeo deben ser protegidasadecuadamente, mediante el uso deprogramas eficaces de inhibicin qumica(referencia a ediciones actuales de, PrcticaRecomendada de API 11BR y Estndar

RPO195 NACE). Algunos grados de varillas debombeo, debido a las diferentescombinaciones de elementos de aleacin,microestructuras y niveles de dureza, soncapaces de tener una vida ms larga deservicio en los pozos con corrosin inhibida,que las de otros grados de alta o bajaresistencia a la tensin.

Por qu parece que las varillas debombeo nuevas se corroen ms rpido que lasms antiguas, en la misma sarta de varillas?

Dos varillas de bombeo con la mismacomposicin qumica forman una celdagalvanizada de corrosin, si la condicin fsicade una es diferente al de la otra. Lasdiferencias fsicas en una varilla de bombeopueden ser causadas por el cuidado y lasprcticas de manipulacin deficientes (esto es,dao en la superficie que origina depresiones,mellas, rayaduras, inflexiones, etc.) y/odepsitos de corrosin (incrustaciones de


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xido de hierro, carbonatos y sulfatos, etc.).Debido a que las varillas de bombeo nuevasvan dentro del pozo sin depsitos de corrosin,a menudo se corroen, con preferencia, conrelacin a varillas de bombeo que estnrevestidas con depsitos de corrosin. Lacorrosin en el acero empieza muyagresivamente, pero a menudo reduce su

accin, tan pronto como una pelculaobstructora de superficie, de depsito decorrosin (incrustacin) se forma sobre lasuperficie del metal. Por ejemplo, el CO2genera incrustaciones de carbonato de hierro,como un subproducto de su corrosin. Estaincrustacin cubre la varilla de bombeo yretarda la tasa de penetracin de la corrosin -el cual tiende a retardar la accin de lacorrosin. Sin embargo, si este depsito seraja continuamente y es removido por unmovimiento de flexin o por abrasin, la

corrosin agresiva local contina en el readonde se ha removido la incrustacin, en lavarilla de bombeo, lo cual origina picadurasprofundas de corrosin.

Pueden usarse las varillas de bombeode alta resistencia a la tensin, en un ambientede corrosin? Generalmente, las varillasblandas toleran mejor la corrosin, que lasvarillas duras y, como mtodo prctico, sedebera usar siempre la varilla ms blanda que

pueda manipular la carga. Sin embargo, si losrequisitos de carga disponen el uso de unavarilla de bombeo de alta resistencia a latensin, luego, es importante proteger la sartade varillas con una pelcula de superficie, deinhibidor de corrosin efectivo. En la mayorade los casos, si se puede protegeradecuadamente al equipo del fondo del hoyo,de la corrosin, debera tambin poderproteger adecuadamente, a las varillas debombeo de alta resistencia a la tensin, de lacorrosin, al aumentar la frecuencia de

aplicacin del programa de corrosin -inhibidor. En otras palabras, si se trataefectivamente por lotes, una vez por semana,con 40 partes por milln (ppm) de inhibidor decorrosin, para las varillas de bombeo deClase D, se necesitar tratar por lotes, dosveces pos semana, con 40 ppm de inhibidor decorrosin, a las varillas de bombeo de altaresistencia a la tensin. Los volmenes detratamiento varan y dependen de muchos

factores, muy numerosos para listarlos aqu.Consulte siempre con un especialista encontrol de corrosin antes de la instalacin detodas las sartas de varillas, especialmentecuando se sospecha que la fatiga por corrosines la causa de fallas anteriores.

La Figura 18 es un ejemplo de fatigapor corrosin, por el gas cido CO2. El tamaode la picadura, hasta que se vuelva perjudiciala la varilla de bombeo, depende de tresfactores carga, tipo de material y dureza.Las varillas de bombeo de Clase K puedendesarrollar picaduras ms profundas ygrandes que una varilla de bombeo de ClaseD, antes que se vuelvan perjudiciales a lavarilla de bombeo. Las varillas de la Clase Dpueden desarrollar picaduras ms profundas y

grandes que una varilla de bombeo de altaresistencia a la tensin, antes que se vuelvanperjudiciales a la varilla de bombeo. Losmateriales ms blandos con esfuerzo devarilla ms bajo, toleran picaduras msgrandes que los materiales ms duros conesfuerzo de varilla ms alto. Por lo tanto, laspicaduras pequeas pueden ser perjudicialesa las varillas de bombeo de ms altaresistencia a la tensin, en oposicin a las

Figura 18


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varillas de bombeo ms blandas que no tienentanto esfuerzo de la varilla.

Corrosin por cido

La Figura 19 es un ejemplo decorrosin por cido. Las compaas deservicios usan cido para los trabajos deestimulacin y limpieza del pozo. Todos lostrabajos con cido deberan tener un inhibidorefectivo mezclado con el cido, antes deinyectarlo dentro del pozo. Los cidos usadosson an corrosivos al acero y el pozo deberaser lavado el tiempo suficiente pararecuperar todo el cido utilizado. Raras veces,

algunas aguas producidas contienen cidosorgnicos que se han formado en el fondo delhoyo, tales como los cidos actico,clorhdrico y sulfrico. La corrosin por loscidos es un adelgazamiento general delmetal, que deja la superficie con la aparienciade ndulos de metal residual agudos,plumeados o como una trama. En laspicaduras no se formarn incrustaciones demetal.

Corrosin por cloruros

La Figura 20 es un ejemplo de corrosinpor cloruros. Los cloruros contribuyen a laposibilidad de un aumento de la corrosin,relacionada con las fallas de las varillas debombeo. La corrosividad del agua aumenta, amedida que aumenta la concentracin de loscloruros. Los inhibidores de corrosin tienenms dificultad en penetrar y proteger lasuperficie de acero de las varillas de bombeo,en los pozos con alta concentracin de

cloruros. La corrosin del agua con altaconcentracin de cloruros, tiene la tendenciade ser ms agresiva a las varillas de bombeo

de acero al carbono, que a las varillas debombeo de acero aleado. La corrosin porcloruros tienden a picar uniformemente todo elrea de la superficie de las varillas de bombeode acero al carbono, con picaduras

Figura 19

Figura 20

Figura 21


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superficiales, de fondo plano y de formairregular. Las caractersticas de la forma de laspicaduras incluyen, paredes empinadas ybordes agudos de picaduras.

Corrosin por CO2La corrosin por el gas cido CO2, se

combina con el agua para formar el cido

carbnico - el cual reduce el pH del agua. Elcido carbnico es muy agresivo al acero yorigina reas grandes de prdida rpida delmetal, lo cual puede erosionar completamentelas varillas de bombeo y los acoples. Laseveridad de la corrosin aumenta con elincremento de la presin y temperatura parcialdel CO2. Las picaduras de la corrosin porCO2, tienen fondo redondo, profundas conparedes empinadas bordes agudos depicaduras. Las picaduras estn generalmenteinterconectadas en lneas largas, pero en

ocasiones pueden ser individuales y estaraisladas. Los fondos de las picaduras sellenarn con incrustaciones de carbonato dehierro, un depsito gris, de adherencia suelta,el cual es un subproducto de la corrosin delgas cido CO2.

Las figuras 21 y 22 muestran ejemplostpicos de la corrosin por el gas cido CO2. LaFigura 19 es un ejemplo de la corrosin por elgas cido CO2en un acople y la Figura 20 es

un ejemplo de la corrosin por el gas cidoCO2en los cuerpos de las varillas.

Corrosin de metales distintos

Una falla extremadamente rara, lacorrosin de metales distintos puede originarsecuando se juntan dos metales con diferenciasen potenciales de solucin, en la mismasolucin. Un metal tiene una tendenciamarcada a ser corrodo, con preferencia al otro

y bajo ciertas condiciones de fluido, el metalmenos noble se corroe a una tasa ms alta. Lacorrosin en metales distintos es usualmentemayor, cerca de la unin de los dos metales.Debido a que la mayora de los materiales delas varillas de bombeo son compatibles, estacorrosin es rara vez vista en la sarta devarillas.

Corrosin por H2S

La corrosin por el gas cido H2S es defondo redondo y de profundos bordesbiselados de la picadura. Es usualmentepequea, ocasional y dispersada sobre toda lasuperficie de la varilla de bombeo. Un segundoagente de corrosin, generado por el H2S, es laincrustacin de sulfuro de hierro. Lassuperficies de las varillas de bombeo y de laspicaduras quedarn cubiertas con unaincrustacin negra muy adherente. Laincrustacin de sulfuro de hierro es altamenteinsoluble y catdica al acero la cual tiende a

acelerar las tasas de penetracin de lacorrosin. Un tercer mecanismo de corrosines la friabilidad del hidrgeno, lo cual causaque la superficie de la fractura tenga unaapariencia friable o granular. Un punto deiniciacin de la fisura puede o no, ser visible yuna parte de la fatiga puede o no, estarpresente en la superficie de la fractura. Eldesgarramiento por el esfuerzo cortante deuna falla por la acritud del hidrgeno es

Figure 22

Figura 23


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inmediato durante la fractura, debido a laabsorcin de hidrgeno y la prdida deductilidad del acero. A pesar que es un cidorelativamente dbil (cuando se compara con elgas cido CO2), cualquier cantidad de trazas,que se pueda medir, del gas cido H2S, esconsiderada una justificacin para losprogramas de inhibicin qumica, cuando

tambin est presente alguna cantidad detrazas de agua (H2O), que se pueda medir.

Las figuras 23 y 24 son ejemplos decorrosin por el gas cido H2S. Las tresmuestras del cuerpo de las varillas, de laizquierda, son ejemplos de corrosinlocalizada (picaduras) y las dos muestras delcuerpo de las varillas, de la derecha, sonejemplos de corrosin general adelgazadorapor corrosin por depsito de incrustaciones.La muestra de la Figura 24, es un ejemplo de

una falla de la unin macho, debido a lafriabilidad del hidrgeno.

Corrosin influenciadamicrobiolgicamente

La Figura 25 muestra varios ejemplosde corrosin influenciada microbiolgicamente(MIC) en los cuerpos de las varillas. Ciertacantidad de forma de vida microscpica estpresente en esencialmente todos los pozos en

produccin. De gran inquietud respecto a la

sarta de varillas, son los organismosunicelulares capaces de vivir en toda clase decondiciones y multiplicarse con increblevelocidad - comnmente referido a ellos comobacterias o bichos. Las bacterias estnclasificadas de acuerdo a sus requerimientosde oxgeno (O2): aerbicas (requieren O2),anaerbicas (no requieren O2) y facultativas(cualquier forma de requerimiento). Algunasbacterias generan H2S, producen cidosorgnicos o enzimas, oxidan el hierro solubleen el agua producida o cualquier combinacinde lo anterior.

La MIC es muy agresiva y todas lasvarillas de bombeo se corroen rpidamente enambientes del fondo del hoyo que contenganbacterias. Los fluidos sospechables deberanser controlados continuamente, mediantemuestro, identificacin y conteo de lasbacterias. La tcnica de dilucin de extincines usada comnmente para cultivar bacteriasa fin de calcular el nmero de stas que estn

presentes en el pozo. Se debera usarbactericida o biocida en todos los fluidossospechables, para controlar las poblacionesde bacterias.

Bacterias productoras de cidoLa Figura 26 es un ejemplo de bacterias

productoras de cido (APB-Acid ProducingBacteria) en un cuerpo de varillas, y la Figura27 es un ejemplo de APB en un acople. Las

Figura 24

Figura 25


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picaduras de la corrosin debido a las APBtienen las mismas caractersticas bsicas deforma de picadura que la corrosin por el gascido CO2. Las picaduras de la corrosin porlas APB tienen paredes con aparienciacavernosa, con bordes cortantes y la base esgeneralmente estriada o granulosa. Lapicadura no contiene depsitos deincrustaciones.

Bacterias reductoras de sulfato (SRB)

La Figura 28 es un ejemplo de lasbacterias reductoras de sulfato (SRB-SulfateReducer Bacteria) en un cuerpo de varillas.Las SRB, aquellas que producen H2S,probablemente causan ms problemas alequipo del fondo del hoyo, que cualquier otrotipo de bacterias. La corrosin debida a lasSRB tiene las mismas caractersticas bsicasde la forma de corrosin por el gas cido H2S, amenudo con mltiples fisuras por esfuerzo en

la base de la picadura, tneles alrededor de losbordes de las picaduras (picaduras dentro depicaduras), racimos de picaduras y/o

anomalas inusuales (esto es, manchasbrillantes en la superficie de las varillas). Lasmltiples fisuras en la base de las picadurasson el resultado del subproducto del sulfuro dehidrgeno subproducto del estilo de vida de lasbacterias, el cual corroe y vuelve friable lasuperficie del acero, que est bajo la colonia.

Corrosin intensificada por oxgeno (O2)

La corrosin intensificada por O2ser lams predominante en los acoples, con unospocos casos hallados en los engrosamientos

Figura 26

Figura 27

Figura 28

Figura 29


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de las varillas. La corrosin intensificada porO2es rara vez vista en el cuerpo de las varillas.En realidad, la corrosin agresiva intensificadapor O2, puede erosionar acoples sin daar lasvarillas de bombeo en alguno de los lados. Elndice de la corrosin intensificada por O2esdirectamente proporcional a la concentracinde O2 disuelto, al contenido de cloruros delagua producida y/o a la presencia de otrosgases cidos. El O2disuelto puede causar unacorrosin severa en concentracionesextremadamente bajas y erosionar grandescantidades de metal. Las picaduras songeneralmente superficiales, de base plana yancha, con la tendencia de una picadura acombinarse con otra. Las caractersticas de laforma de las picaduras pueden incluir bordesagudos y lados empinados, si son

acompaadas con CO2, o crteres anchos ysuaves con bordes biselados, si sonacompaadas con H2S. Los ndices decorrosin aumentan con concentracionesincrementadas de O2disuelto.

Las figuras 29 y 30 son ejemplos decorrosin intensificada por O2. El acople de laizquierda es un ejemplo de los efectos de lacorrosin por el gas cido CO2 intensificado

por O2. El acople de agujero reducido, queaparece en el medio, y el acople de tamaocompleto, de la derecha, son ejemplos de losefectos de corrosin por el gas cido H2S,intensificado por O2. Las muestras de lasvarillas de bombeo de la Figura 30 muestranlos efectos de la corrosin por el gas cido CO2intensificado por O2, cerca del engrosamiento

(izquierda) y en el cuerpo de las varillas (derecha).

Corrosin por corrientes parsitasEs raramente vista en la mayora de los

pozos, la corrosin por corrientes parsitas serefiere a las corrientes elctricas inducidas oextraviadas que fluyen a, o de, la sarta devarillas. La corrosin por corrientes parsitaspuede ser causada al conectar a tierra, elequipo elctrico del cabezal del pozo, de latubera de revestimiento o de los sistemas deproteccin catdica cercanos (tuberas). Los

arcos originados por la sarta de varillas dejanpicaduras profundas de forma irregular, conlados lisos y bordes agudos, y un pequeocono en la base de la picadura. Los arcosoriginados por la tubera dejan picadurasprofundas con lados lisos y bordes agudos,que son aleatorios en dimensin e irregularesen forma. Las picaduras de la corrosin por lascorrientes parsitas son usualmente nicas yaisladas en una hilera debajo de un lado de lavarilla de bombeo, cerca de losengrosamientos.

Corrosin por subdepsitosSe debera impedir que las

incrustaciones, tales como, sulfato de bario,carbonato de calcio, sulfato de calcio,carbonato de hierro, xido de hierro(herrumbre), sulfuro de hierro y sulfato deestroncio, se formen en las varillas de bombeo.

A pesar que las costras en las varilla debombeo retrasa la tasa de penetracin de lacorrosin, tambin reduce la efectividad de los

inhibidores qumicos. La corrosin severalocalizada, en la forma de picaduras, ocasionaque en cualquier momento la incrustacin seraje por un movimiento de flexin o se quite porabrasin.

Defectos de fabricacinLas fallas debidas a los defectos de

fabricacin son raras y ocurren pocas veces.Los defectos de fabricacin son fcilmente

Figura 30


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reconocidos y es importante que se entiendacmo son estos defectos, si se va a presentarreclamos precisos, para un reembolso degaranta. Ningn fabricante est excluido de laposibilidad de defectos en el material o demano de obra y los ejemplos siguientesincluyen defectos de varios fabricantesdiferentes.

La Figura 31 es un ejemplo de defectosde fbrica. Los defectos de fbrica a lo largo deun lado del cuerpo de la varilla y estasdiscontinuidades, tienen normalmente basesahusadas longitudinalmente y bordes agudoscon indicaciones de fisuras longitudinales en labase de la discontinuidad. El ejemplo delextremo izquierdo, y el cuerpo de la varilla,tercero de la izquierda, son ejemplos de unaastilla. (En el ejemplo, tercero de la izquierda,la protuberancia doblada contra la superficiede la fractura durante el rescate). El cuerpode la varilla, segunda de la derecha, es unejemplo de una costra. Una astilla es unsegmento pequeo suelto o roto y una costraes un segmento grande, suelto o roto, dematerial arrollado longitudinalmente dentro dela superficie de la barra. Un extremo de laastilla o costra es normalmente ligadometalrgicamente dentro del cuerpo de lavarilla, mientras que el extremo restante esarrollado en la superficie y adherido

fsicamente. Las fallas por fatiga, que seoriginan por astillas o costras, tendrn unpedazo de material suelto que se proyectasobre la parte de fatiga de la superficie de lafractura. El cuerpo de la varilla, segunda de laizquierda, es un ejemplo de arrollada conincrustaciones. Arrollada con incrustaciones esuna discontinuidad de la superficie, cuando laincrustacin (xido de metal) formada duranteun calentamiento anterior, no ha sido removida

antes de arrollar la barra. El cuerpo de lavarilla, del extremo derecho, es un ejemplo deuna solapa laminada. Las solapas laminadasson discontinuidades longitudinales en lasuperficie que tienen el aspecto de una fisurapor el arrollado, con esquinas agudas dobladasy arrolladas en la superficie de la barra sinadhesin metalrgica.

La Figura 32 es un ejemplo de defectosde forjado. La fractura empieza internamente,debajo de una fisura por el forjado en el reade engrosamiento y es quebradiza o granuladaen apariencia. El lugar inicial de la fisura,puede o no ser visible, y una parte de fatigapuede o no estar presente en la superficie de lafractura por fatiga. Los ejemplos de la izquierday del medio, ocurren como resultado de forjadoa bajas temperaturas. El ejemplo de laizquierda es de un cerrado en fro y el ejemplodel centro es de una fisura de forjado. Lafractura de la derecha es una falla causada poruna fisura longitudinal debajo de la superficie,ubicada cerca del extremo de la barra en bruto.Durante el proceso de forjado la orientacin deesta discontinuidad fue cambiadatransversalmente.

La Figura 33 es un ejemplo de fusin

incipiente de la superficie lmite de los granos,un defecto de fabricacin extremadamentepoco comn. Esta condicin es causada porforjar el extremo del engrosamiento de lavarilla, a una temperatura muy alta para elacero. Lamentablemente, no hay inspeccinque pudiera darse cuenta de esto antes deembarcar. Afortunadamente, estos ejesfriables generalmente se desprenden duranteel montaje. Ningn punto inicial de una fisura

Figura 32

Figure 31


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es visible y ninguna parte de fatiga estarpresente en las superficies de la fractura. Lospirmetros pticos del equipo de forjado haneliminado virtualmente este problema.

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

es un acople que ha sido procesado medianteuna operacin de esmerilado para reducir eldimetro.

En ambos ejemplos, una diferencia enla dureza del material ha ocasionado un ataquede corrosin preferencial.

La Figura 35 es un ejemplo de undefecto de fresado y un defecto de maquinado.El ejemplo de abajo es una falla debida a unainclusin grande, interna, no metlica en launin macho. La fractura empez

internamente y es friable o granulada enapariencia. Un lugar inicial de una fisura puedeo no, ser visible y una parte de fatiga puede ono, estar presente en las superficies de lafractura. El ejemplo de arriba es un defecto dehaber corrido dos veces, de arrollar dosveces las roscas de la unin macho. Arrollardos veces las roscas ha aplanado la cresta dela rosca de la unin macho y no podr lograrsela carga de friccin correcta, requerida para elmontaje.

Su inversin inicial en varillas debombeo es considerable. Adems, los costosrelacionados con el reemplazo de las varillasde bombeo daadas sobrepasa generalmenteel costo inicial de la nueva sarta de varillas.Proteger su inversin y obtener la vidamxima de servicio de sus varillas debombeo, simplemente tiene sentido. Esimportante diagnosticar con precisin lasfallas de las varillas e implementar las

Figura 33

Figura 34

Figure 35



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medidas de accin correctiva, para impedirocurrencias futuras de fallas. Se pretende queeste ensayo fotogrfico sea usado como guade referencia en los anlisis de las fallas delas varillas de bombeo. ste explica la formaen que ocurren las fallas de las varillas yexpone los mtodos para identificar lascaractersticas de los mecanismos de las

fallas. En lo que se refiere a las fallas de lasvarillas de bombeo, no existen absolutos yninguna falla luce exactamente a otra. Pero, alreconocer los indicios oculares e identificar lascaractersticas de las diferentes fallas, sepueden tomar las medidas de accincorrectiva para impedir las fallas de las varillasde bombeo, por lo tanto, permite al operadorproducir pozos marginalmente rentables yms eficaces en funcin de los costos.


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SOLICITUD DE ANLISIS DE LAS FALLASCuando solicite un anlisis de las fallas, por favor, llene este formulario tan exacta y completamente, como sea posible. Estainformacin y las muestras que acompaan servirn como base para determinar la causa de la falla.

Compaa: Contacto:

Nmero del arriendo y del pozo: Lugar:

Telfono de la oficina: Facsmil de la oficina:

Telfono celular: Direccin de correo electrnico:

MuestrasIncluyen lo siguiente:

1. Fallas de acoples:Incluya ambas mitades del acople o el acople entero, dependiendo del tipo de falla.2. Fallas de la unin macho y del engrosamiento:Incluya el extremo de la unin macho rota, y el acople con el fragmento de la unin

macho roto o el extremo de la unin macho con las roscas de la unin macho raspadas y el acople con las roscas raspadas.a. Todas las fallas deberan incluir el extremo estampado, para identificacin de la muestra. (Se estampa slo un extremo

para la identificacin y rutina de rastreo).3. Cuerpo de la varilla de bombeo y el cuerpo de la barra de percusin / fallas del cuello del elevador:Incluya aproximadamente

18 de cualquier lado de la falla. Si la falla est dentro de las 18 del extremo de la unin macho, incluya el extremo de la unin

macho / cuerpo de la barra de percusin del otro lado de la falla.a. Todas las fallas deberan incluir el extremo estampado, para la identificacin de la muestra. (Se reestampa slo un

extremo, para identificacin y rutina de rastreo).4. Fallas de la gua de varillas:Incluya toda la gua de la varilla o pedazos de la gua de la varilla, dependiendo del tipo de falla. Si la

gua de la varilla todava est en el cuerpo de la varilla, pero se ha rajado o se ha movido, o est empezando a romperse, corte elcuerpo de la varilla y deje 6 del cuerpo de la varilla de cualquier lado de la gua de la varilla.

DatosNos comunicaremos con usted si se requiere informacin adicional para completar nuestro anlisis.

Solicitud: Fecha de instalacin: Fecha de la falla:

Profundidad de la falla (PF): Fabricante: Tamao:

Longitud: Tipo / Clase: Gradpo:

Producto: Cdigo de temperatura Fecha de fabricacin:

Comentarios adicionales

EmbarquesPor favor, comunquese por adelantado con el centro de servicios, para avisarnos que embarcar una muestra para ser analizada..

Internacional Regin del Continente Medio (EE.UU.) Regin Occidental (EE.UU.)Norris Norris NorrisPO Box 1496 PO Box 60575 4001 Alken Street(4801 West 49

thStreet (74107)) (7902 West I-20 (79706)) Bakersfield, CA 93308

Tulsa, OK 74101-1496 Midland, TX 79711-0575 Attn: Servicio Tcnico

Attn: Servicio Tcnico Attn: Servicio Tcnico Telfono: (661) 589-5280Telfono: (918) 445-7600 Telfono: (432) 561-8101 Facsmil: (661) 589-6381Facsmil: (918) 445-7632 Facsmil: (432) 561-8182

Informacin y/o muestras suministradas por:

Compaa: Lugar: Contacto:

Telfono de la oficina: Facsmil de la oficina: Celular:

Direccin de correo electrnico:

Despus del anlisis, Norris le enviar por correo electrnico, correo o facsmil, un informe de los hallazgos. Las preguntas y/oinquietudes debern ser dirigidas al centro de servicios que recibi su embarque.

Form 106A, Rev. B

1/08/2007


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INTERNATIONAL AGENT

Argent ina Germany Romania

Guillermo Teitelbaum Midco-Deutschland GmbH Midco-Deutschland GmbH

Av. Cervino 3920 9 'A' Marika Karpenstein Marika Karpenstein

C1425AGV - Buenos Aires Maschweg 13 Maschweg 13

54-11-4802-1737 phone D-29227, Celle D-29227, Celle54-11-4803-8459 fax 49-5141-9880-0 phone 49-5141-9880-0 phone

[email protected] 49-5141-9880-40 fax 49-5141-9880-40 fax

[email protected] [email protected]

Brazil

Interoil, Ltda. Guatemala Trinidad

Av. Marechal COAMPSA TOSL Eng., Ltd.

Floriano, 19 - 22nd Floor Alfredo Sanchez Dave Ragoonath, Eng Mgr

Centro Rio de Janerio, RJ 15 Calle 6-38, Zona 10; Of. 403 Neil Ragoonanan, Sales Rep

22250-020 Brazil Guatemala, Guatemala 01010 8-10 Maharaj Ave.

55-21-3213-1100 Phone: 502-2-337-0971 Marabella

Antonio Monterio Fax: 502-2-337-0041 Trinidad WI

[email protected] [email protected] 868-652-1687 phone

868-652-1678 phone

Brunei Kuwait 868-653-5404 fax

TENDRILL Co. Int'l Business Development, LLC [email protected]

Raymond Tan Mohammed Al-SaidUnit 13, 1st Floor, Baiduri Bank Berhad Office No. 207, 2nd Floor Parsons Bldg United Kingdom

Jalan Sultan Omar Ali, Seria Way No. 4509, Building No. 1135 IOES, Ltd.

KB1133, Brunei Al Khuwair, Muscat Robert Wilkinson

673-322-7484 phone 968-244-87147 phone Unit 6 Princeton Court

673-322-7485 fax 968-244-86401 fax 55 Felsham Rd

[email protected] [email protected] Putney, London SW15 1AZ

44-20-8780-1222 phone

Colombia Libya 44-20-8780-1812 fax

HV Petrosupply, Ltda. Tibisti Oil Services [email protected]

Benigo Albarracin Nabil ABUSREWIL

Carrera 7 No. 74-21 Piso 10 P.O. Box 82668 Venezuela

Bogota Addul Street Petrotex, C.A. Inc.

57-1-211-7400 phone Tripoli, Libya Erwin Caraballo

57-1-212-0478 fax 21-8-21-361-1589 phone Calle 79 No. 3E-56

[email protected] 21-8-91-215-1989 cell Sector la Lago

21-8-21-360-7782 fax 15161 Maracaibo

Egypt [email protected] 58-261-791-5413 phone

Lufkin - Egypt 58-261-792-9666 fax

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U.S. STOCKING POINTS

Ab ilene, TX 79606 Farmington, NM 87401 Levelland, TX 79336

Smith Pipe Of Abilene Energy Pump & Supply Paul Musselwhite Trucking

7435 Hwy 277 S. 2010 Troy King Road 1700 10Th Street325-676-8543 fax 325-691-9526 505-564-2874 fax 505-324-9019 806-894-3151 fax 806-894-1291

Jeff Bussell 432-559-4897 Jim Hunter 303-688-2414 Damon Watkins 806-894-2427

Don Vetsch 903-452-4444

Ar tes ia, New Mexico 88210 Gil let te, WY 82718

Artesia Field Services Wilson Supply Company Midland, TX 79711

2405 Parkland Ave. 304 Industrial Park Drive Norris Warehouse

505-390-4683 fax 505-393-5048 307-687-3171 fax 307-687-3173 7900 W. I-20

Jonathan Dimock 432-561-8101 fax 432-561-8182

Great Bend, KS 67530 Rudy Sanchez

Baker , MT 59313 Oilfield Mfg. Whse Lindon Dugan

Encore Operating 115 Patton Rd.

#30 County Road 603 620-792-4388 fax 620-792-2958 Oklahoma Ci ty, OK 73160 46

406-778-3361 fax 406-778-3716 Jim Patterson 918-671-3280 Norris WarehouseLarry Laqua 701-774-8691 12500 S. Sunnylane

Heidelberg, MS 39439 Moore, Ok 73160

Bakersfi eld, CA 93308 A & B Pump & Supply Phil Vickers - Mark Mitchell

Norris Warehouse Hwy 528 405-799-7270 fax 405-799-7216

4001 Alken Street 601-787-3741 fax 601-787-4761

661-589-5280 fax 661-589-6381 D.D. Smith 601-446-5203 Wichi ta Falls, TX 76307

Brett White Norris Warehouse

Hobbs, NM 88240 8491 Jacksboro Hwy

Bridgepor t, IL 62717 Norris Warehouse 940-766-4087 fax 940-766-1706

Bradford Supply Hwy 250 911 Texaco Rd. Mike Hickey 405-203-9511

618-945-2611 (Don Harness) 505-393-7032 fax 505-393-5048

Jim Patterson Ray Berta 806-894-2427 Wooster, OH 44691

Jonathan Dimock Norris Rods

Casper, WY 82602 3745 Triway LaneRichardson Trucking Hugoton, KS 67951 330-202-7637 fax 330-202-7638

6850 West Yellowstone Hwy Passmore Brothers Rod Musselman 330-466-6218

307-237-7724 (Duane Putzier) Hwy 170

Brad Clair 307-265-8477 620-544-2189 fax 620-544-2682 Willi ston , ND 58801

Mailing: PO Box 1690, Mills, WY 82644 Mark Mitchell 405-826-2607 Norris Warehouse

702 4Th St. East

Denver City , TX 79323 Ki lgo re, TX 75663 701-774-8691 fax 701-572-9512

Oxy Permian Sabine Pipe Larry Laqua 701-570-0233

1 Mile N. On Hwy 214 1206 E. Hwy 31

806-592-6447 fax 806-592-6460 903-983-3277

Damon Watkins 806-894-2427 Don Vetsch 903-452-4444


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P.O. Box 1496, Tulsa, OK 74101-1496 4801 W. 49th Street, Tulsa, OK 74107(918) 445-7600 (800) 767-7637 EE.UU Facsmil (918) 445-7632

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Analisis de Fallas en Varillas-Norris

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