Resumen
El uso de Tubería de Producción Endurecida EndurAlloy en las zonas críticas de una terminación ha probado que es posible incrementar en varios órdenes de magnitud la vida útil de toda la sarta de tubería de producción. Estos resultados han sido logrados donde los usuarios estaban conscientes del hecho de que padecían de un problema de desgaste debido a abrasión y/o fricción por arrastre de la varilla de succión contra la tubería de producción.
Evidentemente, si existe una circunstancia de producción diferida debido a desgaste prematuro de la tubería de producción o fallas debido a corrosión, entonces es fácil reconocer que el problema debe ser solucionado, lo más pronto posible, con cualquier método o productos disponibles en el mercado. En este caso, la gerencia está perfectamente clara que si existe una tubería de producción disponible que pueda soportar los mecanismos de falla por desgaste (debido a abrasión, fricción y/o erosión) y/o corrosión (típicamente debido a H2S, CO2 o agua de formación), entonces su implementación oportuna reducirá la producción diferida.
Hay casos en los cuales la producción diferida no se debe a fallas en la tubería de producción. Cuando esto ocurre, sigue siendo importante establecer la cantidad de juntas de tubería de producción que pueden ser recuperables. Esta actividad es típicamente realizada por las compañías de servicio de inspección y enroscado que deben inspeccionar los tubos a fin de determinar si en realidad son recuperables. Lo que pasa es que si un tubo no pasa las pruebas, entonces es descartado; pero si las pasa, entonces se vuelve a roscar y se regresa al cliente a fin de que lo reinstale en cualquier otro pozo.
La idea en todo caso es reducir el número de tubos de producción a ser descartados y a su vez incrementar la vida útil de aquellos que se encuentran instalados, así como reducir el costo por barril de petróleo producido por la utilización de taladros de servicio o “service rigs”.
En principio, cada área de producción debería realizar un análisis con el objeto de determinar el impacto económico potencial al reemplazar tubería de producción convencional por la tubería de producción endurecida EndurAlloy, particularmente en las zonas críticas de los pozos.
Introducción
Los mecanismos de desgaste y/o corrosión que ocasionan fallas en las tuberías de producción, pueden ocurrir separada o conjuntamente. Los principales mecanismos pueden ser por abrasión (desgaste entre metales que se contactan en presencia de arena u otros sólidos suspendidos), fricción (desgaste a consecuencia de la fuerza que resiste el movimiento relativo de superficies en contacto) y tal vez en un menor grado, erosión (desgaste debido a remoción de material del sustrato de una superficie sólida debido a la acción de partículas suspendidas en el petróleo). La corrosión en producción de petróleo (degradación gradual del sustrato por la reacción química de algunos compuestos del crudo) se debe básicamente a la presencia de H2S, CO2 y/o agua de formación. La peor condición operacional ocurre cuando ambos mecanismos de falla por desgaste y corrosión actúan simultáneamente, por cuanto a nivel molecular a medida que el sustrato pierde algunos átomos debido a abrasión, fricción y/o erosión, las moléculas incompletas restantes se tornan muy activas y el efecto corrosivo del fluido se exacerba.
Los mecanismos de falla debido a desgaste por abrasión y corrosión se presentan debido a que la superficie externa de la sarta de varillas de succión (o varilla continua) y la superficie interna de la tubería de producción, están sujetos a movimiento relativo entre ellos. El problema se agrava cuando el corte de agua en el crudo producido es elevado, debido a la baja lubricidad del agua. Si el movimiento es reciprocante, como es el caso con bombeo mecánico, entonces las varillas de succión y sus acoples (o la varilla continua) causarán preferencialmente desgaste a lo largo del interior de la tubería de producción, hasta que la presión interna genere una grieta o fisura, tal y como se señala en la Fotografía No. 1. Si el movimiento es rotacional, entonces las varillas de succión, particularmente sus acoples (o a un menor grado, la cabilla continua) causarán desgaste alrededor de la periferia dentro de la tubería de producción, hasta que finalmente se genera una perforación, tal y como se señala en la Fotografía No. 2.
El mecanismo de falla debido a desgaste por erosión se presenta típicamente en la curvatura de los “dog legs” o en la porción inclinada de pozos desviados. En este caso, la varilla de succión se recuesta repetitivamente en el mismo sitio y obliga a que el petróleo se desplace preferencialmente por la zona de mayor área de flujo. Si el petróleo contiene arena, este flujo preferencial poco a poco podrá socavar el sustrato generando una perforación, tal y como se señala en la Fotografía No. 3.
Los mecanismos de falla por corrosión que actúan sobre el sustrato de la tubería de producción, se originan por algunos constituyentes del crudo producido, tal como H2S, CO2 y/o agua de formación que puede contener altos niveles de iones de cloruros, tal y como se señala en la Fotografía No. 4. El problema se exacerba a medida que la temperatura del ambiente corrosivo incrementa durante el proceso de inyección de vapor o cualquier otro método de calentamiento utilizado con el propósito de bajar la viscosidad del crudo. La corrosión eventualmente removerá suficiente material del sustrato, permitiendo que la presión interna de la tubería de producción genere perforaciones, grietas o fisuras.
En los casos de mecanismos de falla debido a desgaste y corrosión antes descritos, la producción de petróleo se suspende, ya que dicho fluido se limita a recircular desde el interior de la tubería de producción al espacio anular entre el revestidor (“casing”) y dicha tubería de producción, a través de las aperturas (grietas, fisuras o perforaciones) recién generadas en la pared de la tubería de producción.
Es fácil de entender que para pozos desviados u horizontales, haya una gran posibilidad de que se produzca desgaste debido a arrastre por varillas de succión contra la superficie interna de la tubería de producción, particularmente, si existe presencia de arena en el crudo producido. Los mecanismos de desgaste evidentemente se deben a abrasión y/o fricción y a menor grado a erosión. En este caso, es muy posible que la falla de la tubería de producción (generada por una grieta, fisura o perforación) cause producción diferida; ya que la mayoría de las veces la bomba de subsuelo se encuentra perfectamente operativa.
Una solución para reducir los problemas de desgaste generados por arrastre de varillas de succión, consiste en la implementación de centralizadores de varilla. Existen varios diseños en el mercado que sirven para movimiento traslacional o rotacional, pero la mayoría utiliza polímeros o ruedas. Evidentemente, existen problemas básicos cuando se implementan estos artefactos, ya que los polímeros difícilmente pueden tolerar altas temperaturas, mientras que los artefactos que utilizan ruedas, pasan a ser un problema cuando los elementos rotacionales se traban debido a la arena o sólidos suspendidos y/o por la corrosión. Adicionalmente, tal vez el perjuicio más importante se manifiesta cuando se trata de implementar dichos artefactos para la producción de crudos pesados o extrapesados (o sea, de alta viscosidad), en donde el área transversal de estos centralizadores reduce significativamente el área de flujo dentro de la tubería de producción.
Una posible solución para reducir los problemas por corrosión, consiste en la implementación de materiales sofisticados, tal como aceros con 13% cromo u otros altamente aleados. El problema es que estos aceros se comportan muy bien para resistir el ambiente corrosivo, pero son un tanto vulnerables cuando también se presentan problemas por desgaste.
En pozos verticales o levemente desviados, el desgaste entre las varillas de succión y la tubería de producción es un tanto reducida. En estos pozos, los problemas de desgaste son más evidentes cuando se bombean crudos de alta viscosidad, ya que la sarta de varillas de succión se pandea y tanto segmentos de la varilla de succión como sus acoples pueden raspar la superficie interna de la tubería de producción a medida que el pistón de la bomba de subsuelo desciende. En estas completaciones o terminaciones las perforaciones o fisuras en las paredes de la tubería de producción son menos comunes y en consecuencia, la producción diferida debido a daños de dichas tuberías se mantienen al mínimo; sin embargo, existen otras razones operacionales (tales como: arenamiento, cambio de la profundidad de la bomba de subsuelo, inyección de vapor u otras causas) que requieren que la tubería de producción sea reemplazada. Cuando se extrae dicha tubería de producción, por más cuidado o atención que se tenga, lamentablemente algunos tubos son doblados o aplastados, pero son las roscas de los acoples y dichas tuberías las que típicamente sufren más deterioro.
En todo caso, los tramos de tubería de producción extraídos deben ser inspeccionados para verificar si presentan daños y determinar si son reutilizables. En ocasiones, una simple inspección visual es suficiente para descartar un tubo, pero en la mayoría de las veces es necesario implementar otras técnicas de inspección. En muchas ocasiones, este trabajo es realizado por empresas de servicio especializadas en inspección y roscado de tuberías.
Es importante aclarar que es del interés de la empresa petrolera y de las empresas de servicio especializadas en inspección y roscado de tuberías que los tramos de tubería de producción se mantengan en condición reutilizable. Evidentemente si los tubos son recuperables, la empresa petrolera reduce gastos y la empresa de servicios queda complacida, por cuanto su beneficio principal proviene de las operaciones de roscado y no tanto de las inspecciones.
Con base en lo antes expuesto, es claramente del beneficio de todas las partes involucradas que la tubería de producción endurecida según el proceso EndurAlloy sea instalada en las zonas de desgaste críticas de la sarta de tuberías, ya que puede extender la vida útil de dicha sarta de tuberías en varios órdenes de magnitud (típicamente de 3 a 10 veces) con respecto a la tubería de producción convencional. Adicionalmente, es importante señalar que la mencionada tubería endurecida es mucho más reutilizable que la tubería convencional.
Objetivos
Los objetivos de este artículo son: (i) explicar las razones por las cuales la tubería de producción endurecida por difusión térmica de boro según el proceso EndurAlloy es capaz de incrementar la vida útil de la sarta de tuberías de producción, y (ii) analizar los ahorros potenciales para una empresa petrolera al implementar esta tecnología específica en sus pozos productores.
Antecedentes
El propósito principal del presente artículo es plantear una solución para reducir los efectos de los mecanismos de falla por desgaste y degradación por corrosión. La solución por medio de ingeniería de superficies, que ha sido aplicado exitosamente para protección contra desgaste y corrosión de tuberías de producción con extensión de su ciclo de servicio y mejora en el rendimiento, es difusión térmica.
La tecnología de difusión térmica provee alta integridad sin astillamiento y/o desconchamiento a todo lo largo de la superficie de trabajo interna de la tubería de producción. La difusión formada tiene una estructura micro-cristalina uniforme en todo su espesor. Esta solución técnica provee una extensión significativa de la vida útil de toda la sarta de tuberías sometida a condiciones de deslizamiento severo o abrasión rotativa, fricción y/o mecanismos de desgaste por erosión y/o ambientes corrosivos (típicamente de 3 a 10 veces dependiendo de las condiciones de producción del pozo).
Todo pozo que utiliza sistemas de levantamiento artificial sea para producción en frío o por medio de procesos de drenaje por gravedad asistido por vapor (“steam assisted gravity drainage” o SAGD) o estimulación cíclica por vapor (“cyclic steam stimulation” o CSS), que utilizan la inyección de vapor para la estimulación térmica de los yacimientos (bajando la viscosidad de los crudos pesados), requieren de tubería de producción con resistencia superior a la abrasión, fricción y erosión, así como resistencia a la corrosión.
Recientemente, la aplicabilidad de difusión térmica en la superficie interna de tubería de producción de acero al carbono está siendo considerada para pozos productores de gas altamente corrosivo en reemplazo de tubería de producción de aceros altamente aleados. En este caso, aparte de la corrosión, el mecanismo de desgate predominante es erosión, ya que los mecanismos de desgaste por abrasión y fricción no están presentes en lo absoluto. Otra aplicación de difusión térmica en la superficie interna de tubería de producción que está siendo considerada, es para inyección cíclica de vapor en reemplazo de tubería de producción N80 a un costo significativamente menor; esto cuando la tubería térmica (“vacuum isolated tubing” o VIT) no se encuentre disponible o no se justifique su implementación.
Uno de los gastos más importantes en operaciones de campo se debe a fallas de tuberías de producción debido a problemas de desgaste y/o corrosión en aplicaciones de bombeo por medio de varillas de succión. El desgaste de las varillas de succión, acoples y tubería de producción debido a abrasión, fricción y/o erosión y/o corrosión, ocurre debido a: (i) movimiento reciprocante de la superficie externa de las varillas de succión y acoples contra la superficie interna de la tubería de producción en completaciones o terminaciones de bombeo mecánico, particularmente cuando el arrastre del acople contra la tubería es el resultado de movimiento en la zona de desviación en pozos desviados u horizontales, o (ii) movimiento rotacional de la superficie externa de las varillas de succión y acoples (o varilla continua) debido a oscilaciones armónicas contra la superficie interna de la tubería de producción en completaciones o terminaciones de bombas de cavidad progresiva (BCP). Los problemas de desgaste se aceleran significativamente cuando los fluidos a su vez son muy corrosivos debido a presencia de cloruros, sulfatos, CO2, H2S, bacterias y algunas sustancias químicas introducidas especialmente que pueden contener partículas abrasivas. Todos estos problemas, individualmente o en combinación, conllevan a fallas de las tuberías de producción en el pozo.
En la industria se utilizan diferentes métodos (recubrimientos o tratamientos de endurecimiento) en ingeniería de superficies; sin embargo, la mayoría de estos métodos enfrenta serias limitaciones debido a la dificultad de ser aplicados en elementos largos con diámetro pequeño, como es el caso específico de las tuberías de producción. Adicionalmente, muchos de estos métodos experimentan astillamiento y/o desconchamiento de la capa protectora o destrucción rápida bajo desgaste severo, corrosión, fatiga o microgrietas debido a diferencia en la expansión térmica del sustrato con respecto al recubrimiento. Al contrario, otro método en ingeniería de superficies, específicamente difusión térmica, basado en principios de Deposición Química de Vapor (“Chemical Vapor Deposition” o CVD) pueden ser empleados para superar estos serios desafíos de aplicación, servicio y manufactura[1].
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Conceptos de difusión térmica
En principio, la Deposición Química de Vapor (“Chemical Vapor Deposition” o CVD) es un proceso donde precursores químicos son transportados en fase de vapor para descomponerse sobre una superficie caliente para formar una zona de difusión. La modificación química del metal del sustrato, por medio de la Deposición Química de Vapor (“Chemical Vapor Deposition” o CVD), ocurre a través de la difusión de átomos depositados dentro de la estructura granular de la superficie calentada del material del sustrato y la formación de nuevas fases inorgánicas duras entre el metal del sustrato y dicho átomo activo y finalmente, difusión y crecimiento de estas nuevas fases, los cuales modifican la estructura y propiedades de la superficie del material base. Las nuevas fases inorgánicas duras entre el metal del sustrato y el átomo activo de un elemento específico (o átomos, iones o moléculas de elementos diferentes) constituyen la zona de difusión. La zona de difusión abarca la influencia del átomo activo de un elemento específico (o átomos, iones o moléculas de elementos diferentes) dentro del sustrato comenzando en la superficie del sustrato hasta la profundidad de penetración máxima dependiendo del tiempo y temperatura del proceso de tratamiento o hasta que se encuentre con una barrera de difusión. La zona de difusión puede contener compuestos intermetálicos correspondientes a diferentes fases de los elementos aleantes, zonas de transición y aún capas de difusión (que pueden ser creados por las fases, difusión de elementos diferentes en cierta secuencia o por la aplicación de presión y temperatura a capas de metales de composición diferente).
A estas alturas, es muy conveniente señalar la diferencia entre un recubrimiento y una difusión, ya que dependiendo de las condiciones de servicio, un recubrimiento puede estar sujeto a astillamiento o desconchamiento, mientras una difusión no fallaría bajo esas circunstancias.
Básicamente, un recubrimiento consiste en una capa de cierto elemento, sustancia, material, compuesto o aleación que se aplica sobre una superficie expuesta; mientras que una difusión, tal y como se explicó anteriormente, consiste en la formación de nuevas fases inorgánicas duras entre el metal del sustrato y el átomo activo de un elemento específico (o átomos de elementos diferentes) dentro del sustrato de la superficie expuesta.
Con el propósito de incrementar la adherencia de algunos recubrimientos al sustrato o para mejorar las propiedades del substrato, es posible implementar ciertos procedimientos que promuevan que algunos elementos o componentes de una aleación de un recubrimiento se difundan dentro de la superficie del sustrato. En este caso, un recubrimiento y una difusión protegen simultáneamente al sustrato; sin embargo, la capa de recubrimiento se mantiene propensa al astillamiento o desconchamiento. Es importante señalar que lo contrario no es cierto, ya que no importa qué procedimientos sean implementados, una difusión quedará tal y como es y no podrá convertirse (ni siquiera parcialmente) en un recubrimiento; ofreciendo en consecuencia, una ventaja significativa con respecto a cualquier recubrimiento, por cuanto una difusión no puede desconcharse ya que es parte del sustrato.
Consideramos necesaria la explicación anterior con respecto a la diferencia entre un recubrimiento y una difusión, ya que existe una que otra literatura técnica y publicidad en donde la difusión se identifica erróneamente como un recubrimiento.
La difusión puede ser epitaxial, policristalina o amorfa dependiendo de los materiales y condiciones del reactor. El proceso de Deposición Química de Vapor (“Chemical Vapor Deposition” o CVD) depende de un gran número de parámetros que deben ser optimizados precisa y reproduciblemente, a fin de producir compuestos intermetálicos por difusión confiables. El elemento o combinación de elementos usados en el mencionado proceso, evidentemente variará las propiedades de estos compuestos intermetálicos por difusión.
Para el alcance del presente artículo, el elemento de difusión es Boro (B) y de interés son los compuestos intermetálicos correspondientes a boruro de hierro en las fases FeB y Fe2B.
Boronizado de tubería de producción y acoples
Algunos procesos de Deposición Química de Vapor (“Chemical Vapor Deposition” o CVD) son ampliamente conocidos y tienen una denominación específica, tal es el caso del “boronizado” donde el elemento de difusión es boro. El boronizado de aceros y otras aleaciones puede ser utilizado para crear compuestos duros y químicamente inertes de difusión intermetálica basados en boruros de hierro y algunos otros boruros, que pueden proteger exitosamente componentes metálicos contra el desgaste y la corrosión a temperaturas elevadas[1]. Es importante señalar que la difusión de boruro de hierro dentro de la superficie de aceros y aleaciones ofrecen una menor tasa de abrasión, fricción y erosión en comparación con aceros cementados y nitrurados y recubrimientos de cromo y níquel fosforado y otros recubrimientos compuestos de Cr3C2, CrB, NiCrBC, WC y algunos otros materiales obtenidos de Deposición Física de Vapor (“Physical Vapor Deposition” o PVD), metalizado por plasma y otros métodos de Deposición Química de Vapor (“Chemical Vapor Deposition” o CVD)[2]. Los compuestos de difusión intermetálica de boro también ofrecen resistencia a la acción de ambientes corrosivos, tales como ácidos y sales, así como oxidación a altas temperaturas debido a gases corrosivos[3,4].
Con respecto al proceso de boronizado por difusión térmica, el elemento boro (B) de que difunde dentro de la base de hierro (Fe) puede ocurrir principalmente a través de dos mecanismos: 1) difusión a través de las vacantes, ya que el material base del acero tiene defectos estructurales superficiales, particularmente desarrollándose a altas temperaturas, y 2) difusión intersticial, debido a que el radio atómico del boro (~0.85-0.87 pm) es significantemente menor que radio atómico del hierro (~1.40-1.56 pm). La difusión de boro dentro de la retícula (“lattice”) estructural de aceros resulta en una leve distorsión de dicha retícula (“lattice”), lo cual promueve la dureza (similar a la acción del carbono en hierro y aceros, pero en una extensión significativamente mayor).
El vapor de boro (B) formado que ocurre debido al tratamiento térmico de una mezcla específica, interactúa con la superficie expuesta del sustrato metálico de hierro (Fe) produciendo boruros de hierro y esta interacción continúa con difusión de los boruros de hierro dentro del sustrato. Así se tiene que el boruro de hierro formado Fe2B reacciona con el boro (B) que se está difundiendo y produciendo FeB y este mismo FeB se difunde dentro del sustrato e interactúa con átomos de hierro (Fe), los cuales a su vez difunden desde el sustrato hacia FeB con la formación de Fe2B. De este modo, la difusión y la interacción ocurren en dos direcciones:
B + Fe2B 2FeB
y
FeB + Fe Fe2B
El proceso de difusión contribuye de una manera importante en el desarrollo de la zona de reacción. La formación del compuesto intermetálico de difusión térmica de boruro de hierro tiene un comportamiento parabólico que ha sido confirmado por numerosos estudios[5]. Debido a esto, la formación de fases y particularmente el espesor de la difusión puede ser regulada por la modificación de temperatura (Ver Figura No. 1) y tiempo (ver Figura No. 2) de tratamiento para alcanzar el mayor rendimiento conforme a los requerimientos de las condiciones de servicio.
La formación de la superficie cristalina de boruro de hierro con una estructura homogénea consolidada que “crece” de materiales de sustratos compuestos de hierro debido al proceso de difusión, proveen una dureza superior que resulta en un incremento significativo de las propiedades para su aplicación, particularmente resistencia al desgaste; la cual tiene una correlación directa con la dureza y estructura densa consolidada[6]. La Figura No. 3 señala que los aceros boronizados tienen un nivel de dureza mayor que es superior comparativamente a aceros, recubrimientos de alta dureza y otros procesos de Deposición Química de Vapor (“Chemical Vapor Deposition” o CVD) comúnmente usados en la industria petrolera.
La difusión de boro (boronizado) tiene una morfología similar a los dientes de una sierra cuando se utilizan como sustratos, aceros al carbono o con bajo contenido de elementos aleantes, tal y como se presenta en la Fotografía No. 5.
Con respecto a la determinación de la profundidad de la difusión, esta se mide desde la superficie del sustrato hasta la mitad de la indentación. Generalmente, la zona interna (la más alejada de la superficie) consiste mayoritariamente de la fase Fe2B; mientras que la zona externa (próxima a la superficie) consiste mayoritariamente de la fase FeB. Los cálculos basados en datos obtenidos del “Energy Dispersive X-ray Spectrometry” o EDS confirman lo antes señalado. Debido a la optimización de la composición de la mezcla y parámetros del proceso, las fases Fe2B y FeB tienen una morfología similar a los dientes de una sierra a pesar de poseer diferentes parámetros de su retícula (“lattice”) cristalina. Por lo tanto, la fase FeB crece sobre la fase Fe2B, repitiendo la morfología de esta última. La estructura obtenida permite una excelente unión entre las capas de difusión sin desconchamiento o fractura cuando los granos con estructura columnar de dichas capas de difusión refuerzan en general al compuesto intermetálico por difusión y este efecto ofrece un alto nivel de integridad del mencionado compuesto intermetálico. Tampoco se observa una interfase entre el compuesto intermetálico por difusión de boruro y el sustrato, ni porosidad de Kinkerdall[7] dentro de dicho compuesto intermetálico por difusión.
El proceso de difusión térmica ofrece más bien un compuesto intermetálico por difusión uniforme a toda la superficie tratada sin presentarse problemas de desconchamiento. Es importante señalar que este nivel de uniformidad de difusión se alcanza a todo lo largo del tubo de producción tratado con una longitud mayor de 10 metros (aproximadamente 33 pies) para todos los diámetros nominales, cuando se mantiene un alto nivel de uniformidad en la temperatura de los hornos de producción. La aplicación del proceso de difusión térmica de boro, no se limita a tubos de producción, aunque probablemente esta sea la aplicación más rentable para la industria petrolera, sino que también se puede implementar en muchos otros elementos tubulares rectos, como revestidores (“casing”), o con doblez, tales como bajantes de cajas de estrangulación (“chokes”) y carretos “spools”.
Resistencia al desgaste del boronizado
La Tabla 1 presenta las propiedades físicas y mecánicas de aceros al carbono sin tratamiento alguno y los productos de acero protegidos por estos compuestos intermetálicos por difusión de boro (B). El compuesto intermetálico por difusión entre el boro (B) y el hierro (Fe) con un espesor de difusión de 100 a 250 micras (milésimas de milímetro) tienen una dureza (determinado en escala de dureza Knoop con una carga de 0.1Kgf o HK0.1 en concordancia con el estándar ASTM E384-10) de unas 10 veces mayor que el acero al carbono sin tratamiento alguno y es significativamente mayor que muchos materiales manejados por la tubería de producción (entre ellos, arena y sólidos suspendidos). Tal como se mencionó anteriormente, la dureza es uno de los parámetros más importantes que define la resistencia al desgaste, particularmente en condiciones abrasivas[6]. El espesor total de la difusión dentro de la superficie interna de la tubería de producción (usualmente en el orden de 170 a 230 micras), establece cuanto de las fases Fe2B y FeB se encuentran presentes. La zona interna del compuesto intermetálico por difusión constituida principalmente por la fase Fe2B tiene una dureza (de HK0.1 de 1400 a 1500) levemente menor que la dureza de la zona externa del mismo compuesto intermetálico (de HK0.1 de 1650 a 1850) constituida por la fase FeB. Sin embargo, si el espesor del compuesto intermetálico por difusión es menor de 100 micras, tal y como es el caso de la superficie interna roscada de los acoples de tubería de producción, los valores de dureza disminuyen a unos HK0.1 de 1600 a 1650 debido a que este compuesto intermetálico por difusión más delgado contiene mayor cantidad de la fase Fe2B (la cual como se señaló anteriormente, es levemente menos dura que la fase FeB). A estas alturas, es importante señalar que las propiedades de tensión de los aceros boronizados cumplen con los requerimientos establecidos en los estándares ASTM y API.
Ensayos de abrasión deslizante conducida en condiciones secas (conforme a lo establecido en el estándar ASTM G65, procedimiento B) demostró que el acero boronizado (con profundidad de difusión de 125 a 275 micras) se desempeñó unas 10 veces mejor que aceros al carbono, Inconel 718 y acero al carbono recubierto de níquel fosforado (“electroless nickel” o ENP), tal y como se señalan en las Figuras Nos. 4 y 5. En este ensayo, arena de sílice (AFS malla 50 a 70, con tamaño de partícula levemente más áspera que arenas suspendidas en el crudo) fue provista entre los cupones de ensayo y la rueda rotativa cubierta de goma por una duración de ensayo de 2000 revoluciones.
Los valores de pérdida de volumen por desgaste de los materiales ensayados fueron calculados por medio de la pérdida de peso y su densidad. Los resultados obtenidos confirman una mayor resistencia al desgaste de la difusión de boruro de hierro con respecto a aceros sin tratamiento coincidiendo con los resultados reportados por otros autores, quienes también realizaron ensayos de resistencia al desgaste, pero utilizando otros métodos[8,9].
Las muestras boronizadas con diferentes espesores de difusión se comportan de una manera idéntica; sin embargo, las muestras con espesor de difusión de 175 a 200 micras demostraron la menor pérdida de peso y volumen.
Los estudios tribológicos conducidos para aceros al carbono boronizados contra aceros al carbono sin tratamiento alguno en condiciones secas y lubricadas usando la unidad TE77 de ensayos Cameron-Plint (deslizamiento reciprocante de una barra metálica bajo carga sobre una superficie plana de muestras tratadas y no tratadas) demostraron que el acero boronizado en todos los casos, se desempeñó significativamente mejor que el acero sin tratamiento alguno, tal y como se señala en las Figuras Nos. 6 y 7 para los ensayos en condiciones secas. Los estudios tribológicos en condiciones lubricadas fueron conducidos usando una mezcla de agua y petróleo en una relación de 75 a 25, simulando condiciones de producción actuales. Es bien sabido que un alto contenido de agua en el sistema de lubricación debería acelerar el desgaste de los materiales comparado con solo petróleo como lubricante. Como era de esperarse, los surcos de desgaste en las placas planas ensayadas en condición lubricada, en la unidad TE77 de ensayos Cameron-Plint, fueron más pequeñas y menos profundas que las placas planas ensayadas en condición seca, a pesar de que la duración de los ensayos lubricados fueron mucho mayores con respecto a la de los ensayos secos. En consecuencia, la diferencia en pérdida de material por fricción entre el acero sin tratamiento alguno y el acero boronizado en el caso de condiciones lubricadas fueron considerablemente menores que en condiciones secas.
En realidad, durante el servicio, el agua y el petróleo comienzan a penetrar dentro de los defectos de la superficie del acero, generados por la fricción, con el consecuente efecto de acuñamiento o “wedging” (por cuanto la mezcla de agua y petróleo forman un surfactante con baja viscosidad), en donde la destrucción de las superficies de acero desprotegidos crecerán exponencialmente. En el caso de aceros boronizados, la penetración del líquido lubricante será significativamente menor debido a una menor humectación de la superficie boronizada y en consecuencia, habrá una menor destrucción de la superficie. Los datos obtenidos de coeficientes de fricción para las muestras ensayadas (tal y como se señala en las Figuras Nos. 8 y 9) comprobaron que las muestras boronizadas tuvieron un comportamiento estable durante la duración del ensayo demostrando un alto nivel de resistencia a la fricción.
Se puede observar que el coeficiente de fricción durante los ensayos en condiciones secas apenas crece al comienzo del ensayo de fricción, debido a que al principio se alisa la rugosidad superficial original de la superficie endurecida por difusión. Luego, cuando la superficie ya se ha vuelto más lisa, el comportamiento es aún más estable, y la tasa de desgaste por fricción disminuye. Opuesto al comportamiento estable del coeficiente de fricción de la difusión de boruro de hierro, el coeficiente de fricción del acero al carbono desprotegido creció de una manera importante (aproximadamente el doble) durante el ensayo de fricción, lo cual indica un desgaste significativo asociado con el daño de la superficie afectada. El material desgastado que queda atrapado entre las superficie de los cupones de ensayo y la barra de acero reciprocante, promueven una mayor degradación y desgaste en el caso del acero al carbono desprotegido; sin embargo, la superficie endurecida por difusión de boro es mucho más resistente a la acción de las micro-partículas producto del desgaste. El cambio mínimo del coeficiente de fricción de las muestras boronizadas contra tiempo de fricción, indican que el equilibrio tribológico fue alcanzado en poco tiempo. Esta adaptación puede ser relacionada a la oxidación leve de boruros de hierro bajo la acción del modo de fricción con la formación de una nano-capa de (Fe,B)xOy que reduce el coeficiente de fricción, promoviendo el deslizamiento y en consecuencia, reduciendo el desgaste.
En condiciones reales de producción de petróleo, el desgaste traslacional o rotacional por abrasión y fricción, así como la corrosión, pueden manifestarse separada o simultáneamente en la superficie interna de la tubería de producción y únicamente corrosión en la superficie interna roscada de los acoples. En consecuencia, el alto rendimiento de los compuestos intermetálicos por difusión de boro en condiciones reales de abrasión, fricción y corrosión es debido a la combinación de alta dureza, estructura uniforme de la difusión con la morfología de dientes de sierra y una cantidad mínima de micro-grietas, formación de una película tribológica autolubricada durante el ciclo de servicio y la habilidad de no astillarse ni desconcharse.
Boronizado para resistencia a la corrosión
En lo relativo a la resistencia a la corrosión de la difusión de boro, estudios de laboratorio con cupones de ensayo de acero al carbono desprotegido y acero inoxidable SS347 contra cupones de acero al carbono boronizado, demostraron que estos últimos (con un espesor de difusión de 200 micras o 0.008”) lograron más de 10 veces mayor resistencia a la corrosión al estar expuestos por 5 días en un ambiente corrosivo de ácido clorhídrico (HCl) diluido al 50%, tal y como se señala en la Figura No. 10.
La tasa de corrosión (calculada con base a la pérdida de peso, densidad, área de la superficie expuesta al ácido y duración del ensayo) para el acero al carbono fue de aproximadamente 0.33×10-3 hr-1 y para el acero inoxidable SS347 fue de aproximadamente 0.09×10-3 hr-1, mientras que la tasa de corrosión del acero al carbono boronizado fue únicamente de aproximadamente 0.011×10-3 hr-1. Mientras que la pérdida de peso y cambios dimensionales para aceros desprotegidos es asociada con la disolución uniforme del metal en el ácido (aproximadamente del 5% del espesor del acero al carbono desprotegido) como se señala en la Fotografía No. 6(a), la pérdida de peso del acero al carbono boronizado es asociada a corrosión por picadura (“corrosión pitting”), manteniéndose invariable el espesor original del cupón de ensayo. Los estudios microscópicos demostraron que en el caso de aceros al carbono boronizados, el compuesto intermetálico por difusión permaneció y la corrosión no se propagó a través de la estructura de boruro de hierro, tal y como se señala en la Fotografía No. 6(b).
El boronizado exitoso de cilindros largos con diámetro pequeño, como es el caso específico de las tuberías de producción y revestidores (“casing”) es actualmente realizado de acuerdo al proceso EndurAlloy. Este proceso propio toma en consideración el espesor óptimo de la difusión de boro y las fases apropiadas de FeB y Fe2B con el propósito de asegurar una máxima resistencia al desgaste. En lo que a resistencia a la corrosión se refiere, el proceso EndurAlloy está siendo utilizado exitosamente en condiciones reales de corrosión y corrosión/abrasión (actuando simultáneamente) en el procesamiento de ambientes de agua, vapor, petróleo y lodos con alto contenido de minerales con la presencia de H2S, CO+CO2, compuestos de azufre, hidrocarburos y cloruros, a alta presión y temperatura. La resistencia a la corrosión de la zona de difusión por boro conforme a este proceso se caracteriza por mantener alta estabilidad termodinámica, alto nivel de enlaces covalentes de boruro de hierro y estructura densa.
Luego de la implementación de más de 200,000 tubos de producción endurecidos en su superficie interna por difusión de boro, instalados típicamente en las zonas críticas de las sartas de tubería de producción, dichas tuberías de producción y acoples boronizados según el proceso EndurAlloy han demostrado extender la vida útil de toda la sarta de tuberías de 3 a 10 veces (comparado con tuberías de producción de acero al carbono API J55 desprotegidos) en condiciones operacionales severas y a su vez reducir: (i) gastos de producción (al reducir el número de entradas de taladro de servicio o “service rig”), (ii) costos de mantenimiento, y principalmente (iii) reducción significativa de producción diferida.
Fotografía No. 6.- Presenta en: (a) Superficie del acero al carbono desprotegido presentando disolución generalizada de la superficie expuesta, disminuyendo significativamente su espesor de pared; mientras que en (b) Superficie del acero al carbono boronizado presentando corrosión por picadura (“corrosion pitting”) pero sin disolución de su superficie expuesta, manteniendo el espesor de pared original.
Casos de estudio (Reducción
de producción diferida)
Existen algunos casos de estudio que demuestran una reducción en la producción diferida al mejorarse el rendimiento de la sarta de tubería de producción utilizando tuberías de producción boronizados según el proceso EndurAlloy. A continuación, se presentan dos casos que comprueban la alta resistencia al desgaste y la corrosión:
Caso de Estudio 1.- Pruebas de campo realizadas en 18 pozos pertenecientes a la empresa Pioneer Natural Resources USA, Inc. [10].
Para las pruebas, se utilizó tubería de producción en acero al carbono API J55 de un diámetro nominal de 2 3/8” endurecidos en su interior por difusión de boro según el proceso EndurAlloy en sistemas de levantamiento artificial por bombeo mecánico, en lugar de tubería de producción convencional en acero al carbono desprotegido. Estos reemplazos se realizaron debido al elevado número de tubos de producción que presentaban fugas por desgaste por abrasión y fricción (debido al arrastre de varillas de succión) y simultáneamente corrosión. En particular, los tubos de producción endurecidos según el proceso EndurAlloy fueron instalados al final de la sarta de tubería de producción, en donde se observó la mayor tasa de fallas (siendo los últimos tubos los que típicamente presentaban las fugas), así como en otros tramos de la sarta de tubería de producción con diferentes variantes de tuberías desprotegidas y tuberías endurecidas.
Es de hacer notar que la única variable en la prueba de campo, fue la implementación de las tuberías endurecidas según el proceso EndurAlloy en las zonas críticas (ya que se utilizaron las mismas varillas de succión, bombas de subsuelo y tuberías de producción desprotegidas en el resto de la sarta); por lo tanto, cualquier variación (reducción o incremento de años de operación versus falla) en las causas de fallas, sería a consecuencia directa de dichas tuberías endurecidas. Para tener una idea de la longitud de las sartas de tubería de producción, se señala que la profundidad promedio de la zapata de asentamiento de la bomba de subsuelo fue de 7,219 pies.
Con base a más de 2 ½ años de monitoreo del rendimiento de las tuberías de producción, se observó un importante incremento de rendimiento (interpretado como reducción de fallas). La interpretación de los resultados de la prueba de campo demostró un incremento de la tasa promedio de vida útil, determinado en nuestro caso, por el número de años produciendo petróleo versus falla debido a cualquier motivo (sea por fuga en la tubería de producción, rotura de las varillas de succión o falla de la bomba de subsuelo) de 0.28 año/falla (para las tuberías de producción desprotegidas) a más (para las tuberías de producción endurecidas según el proceso EndurAlloy): (i) 2.20 año/falla en 8 pozos; (ii) 0.8 año/falla en un pozo; (iii) 0.6 año/falla en 3 pozos; y (iv) 0.55 año/falla en 6 pozos.
El resultado más impactante fue que ninguno de los tubos de producción endurecidos según el proceso EndurAlloy presentó fugas, en otras palabras, las causas de falla se limitaron a problemas de fugas en tuberías de producción desprotegidas o daños en bombas de susbsuelo o rotura en las varillas de succión. Los mejores resultados (el mayor tiempo promedio entre fallas) ocurrieron cuando los tubos endurecidos según el proceso EndurAlloy fueron colocados en el extremo inferior de la sarta de tuberías de producción.
Este alto rendimiento de dichos tubos endurecidos según el proceso EndurAlloy, además de incrementar la vida útil de todas las sartas de tuberías de producción en donde se realizaron las pruebas, proporcionaron beneficios muy significativos a la mencionada empresa petrolera, al tomarse en consideración la reducción en producción diferida y gastos de reparación asociados, así como disminución en pérdidas de producción (debido a la operación segura del equipo).
Caso de Estudio 2.- Prueba de campo realizada en 82 pozos en la empresa COG Operating (TX, USA) durante 6 meses.
Para esta prueba de campo también se utilizó tubería de producción de acero al carbono API J55 de un diámetro nominal de 2 3/8” endurecidos en su interior por difusión de boro según el proceso EndurAlloy en sistemas de levantamiento artificial por bombeo mecánico, en lugar de tubería de producción convencional en acero al carbono desprotegido. La profundidad típica de los pozos oscila entre 7.500 y 10.500 pies. Estos pozos fueron estimulados por fractura usando aproximadamente 100.000 libras de partículas suspendidas (“proppant”) y 3.200 barriles de fluido por etapa. El promedio de gradientes de fractura oscila entre 0.85 libras/pie a 0.50 libras/pie dependiendo de la profundidad del pozo. Los reemplazos de tubería de producción, se realizaron debido al elevado número de tubos de producción desprotegidos que presentaban fugas por desgaste por abrasión y fricción (debido al arrastre de varillas de succión) y simultáneamente corrosión. Para esta prueba de campo, COG Operating instaló más de 800 tubos de producción endurecidos según el proceso EndurAlloy en las zonas críticas de las sartas de tubería de producción en 82 pozos durante una campaña de medio año.
En este caso también, la única variable en la prueba de campo fue la implementación de las tuberías endurecidas según el proceso EndurAlloy en las zonas críticas (ya que se utilizaron las mismas varillas de succión, bombas de subsuelo y tuberías de producción desprotegidas en el resto de la sarta); por lo tanto, cualquier variación (reducción o incremento) en las causas de fallas, sería a consecuencia directa de dichas tuberías endurecidas.
La prueba de campo consistió en comparar la tasa promedio de fallas antes (tomando como referencia la tasa promedio de fallas durante el año previo a la prueba de campo) y después de la instalación de dichas tuberías de producción endurecidas. Esta comparación demostró que por solo cambiar la tubería de producción desprotegida por la tubería de producción endurecidos según el proceso EndurAlloy, se obtuvo aproximadamente un 30% de reducción en la tasa general de fallas (al reducirse la tasa promedio de fallas de 1.27 fallas/pozo/año antes de la instalación versus 0.92 fallas/pozo/año después de la instalación). En uno de los pozos, antes de la instalación de los tubos endurecidos, el pozo funcionó por 117 días desde su puesta en operación hasta la falla; mientras que después de la instalación de dicha tubería endurecida según el proceso EndurAlloy, el pozo funcionó 215 días, o sea que duró en operación más del 80% adicional. No se facilitaron más datos de la prueba de campo, ya que todos los otros pozos quedaron operativos y excedieron los 215 días de operación considerándose la prueba como exitosa.
Al igual que en el caso anterior, cuando por fin empezaron a fallar (ya la evaluación de la tubería de producción endurecida había culminado) los pozos en prueba, se encontró que ninguno de los 800 tubos de producción endurecidos según el proceso EndurAlloy presentó fugas, en otras palabras, las causas de falla se limitaron a problemas de fugas en tuberías de producción de acero al carbono API J55 desprotegidas ubicadas por debajo o por encima de las tuberías de producción endurecidas.
El alto rendimiento de dichos tubos endurecidos según el proceso EndurAlloy, además de incrementar la vida útil de todas las sartas de tuberías de producción en donde se realizaron las pruebas, proporcionaron ahorros muy significativos a la mencionada empresa petrolera, en el orden de US$ 2,600,000 (según valor en esa época) al tomarse en consideración la reducción en el uso de taladro de servicio o “service rig”, así como la reducción en producción diferida y gastos de reparación asociados.
Caso de Estudio (Reducción del Requerimiento de Reemplazo de Tubería de Producción)
Cuando la producción diferida debido a fallas en las tuberías de producción no es el problema principal, aun así es ventajoso utilizar tubería de producción endurecida por difusión de boro según el proceso EndurAlloy, tal y como se demuestra en el siguiente Caso de Estudio 3:
Caso de Estudio 3: Potencial de reducción en el requerimiento de tuberías de producción utilizadas por PDVSA División Costa Oriental del Lago (COL).
La División Costa Oriental del Lago (COL) de PDVSA, agrupa a los Distritos Bachaquero, Lagunillas y Tía Juana ubicados en tierra al este del Lago de Maracaibo. De acuerdo a información suministrada por el grupo de optimización, los pozos son intervenidos por PDVSA Servicios, debido a cualquiera de los siguientes motivos:
a.- Arenamiento (causa más común)
b.- Fugas en las tuberías de producción debido a desgaste y/o corrosión
c.- Cambio en el esquema de completación de pozos
d.- Otras causas, tales como:
d.1.- Fuga en los acoples de tubería de producción después de uno o más ciclos de inyección de vapor
d.2.- Bajar la bomba de subsuelo dentro de un revestidor (“casing”) de menor diámetro
d.3.- Otras causas menos recurrentes
Una vez que los tubos de producción hayan sido retirados del pozo, son llevados al patio de tuberías para luego ser transportados a las diferentes empresas de servicio responsables de la inspección y recuperación de dichos tubos. Estas empresas de servicio siguen los pasos establecidos en los estándares y prácticas recomendadas API aplicables, con el fin de validar las condiciones operacionales y verificar los parámetros de las tuberías de producción, así como corregir las desviaciones que sean detectadas durante la inspección, a fin de asegurar el debido funcionamiento de dicha tubería de producción.
Este procedimiento de inspección se realiza de acuerdo a los pasos siguientes:
a.- Inspección Visual: la condición general de la tubería de producción es verificada visualmente, de manera que los tubos que son evidentemente irrecuperables sean descartados y así evitar gastos subsiguientes. Básicamente, esta inspección verifica si los tubos presentan corrosión evidente o están demasiado doblados o aplastados. Aquellos tubos que pasan la inspección visual son limpiados y cepillados (con cepillo de alambre).
b.- Inspección del Diámetro Interno y Rectitud de la Tubería de Producción: se procede a pasar un calibre (“drift”) de uno de los extremos de la tubería al otro, conforme a lo establecido en el estándar API 5CT y práctica recomendada API 5A5. Si el calibre se atasca, sea por presentar un golpe (aplastamiento localizado) o doblez, entonces el tubo es descartado.
c.- Inspección del Cuerpo Externo de la Tubería de Producción: ahora se procede a medir la longitud del “upset” en cada uno de los extremos del tubo. Si alguno es muy corto, entonces el tubo es descartado. Luego, se revisa si hay daños por mordazas o corrosión externa. Si los daños son profundos, entonces el tubo es descartado.
d.- Inspección de la Superficie Interna de la Tubería de Producción: ahora se realiza un ensayo de partículas magnéticas en búsqueda de discontinuaciones. Si una discontinuación aparece y es una grieta o fisura, el tubo se descarta de inmediato; de otra manera, se debe determinar si la discontinuación se encuentra dentro de los límites establecidos en los estándares API. Naturalmente, la tubería es descartada si se encuentran fuera de uno de los límites aceptables.
e.- Inspección del Espesor de Pared de la Tubería de Producción: para este ensayo, se utiliza un sensor ultrasónico con el propósito de determinar el espesor de pared a todo lo largo del tubo. Si alguna de las medidas está por debajo del espesor mínimo de pared de tubo establecido en los estándares API, entonces el tubo es descartado.
f.- Inspección de las Roscas: lo primero que se hace es ver señales sobre torque (roscas ennegrecidas), (ii) desgarramiento, (iii) corrosión y/o picaduras. Si cualquiera de estos defectos aparecen, entonces el extremo o extremos de la tubería son enroscados nuevamente. Si se encuentran fuera de límites de reparación, entonces el tubo es descartado.
g.- Prueba Hidrostática: una vez que el tubo de producción haya pasado todas las inspecciones antes señaladas, se somete a una prueba hidrostática por el tiempo y presión, según lo establecido en el estándar API 5CT. Si la prueba no es satisfactoria, entonces se debe cambiar el acople o se requiere repetir el proceso de enroscado, siempre y cuando la longitud del “upset” lo permita.
Finalmente, la tubería de producción es protegida en su exterior y se coloca grasa y protectores de rosca en sus extremos.
Una vez culminadas las actividades antes señaladas, las compañías de servicios deben preparar unos informes a fin de que puedan cobrar por sus servicios de inspección y enroscado. De estos informes es sencillo determinar las causas inevitables para descartar un tubo; sin embargo, existen otras causas que pueden ser consideradas como evitables o parcialmente evitables en caso de implementarse los tubos de producción endurecidos por difusión de boro según el proceso EndurAlloy en lugar de los tubos convencionales desprotegidos. La Figura No. 11 presenta una torta representando los porcentajes (que deberían ser bastante realistas, ya que se basan en información disponible desde hace 4 años) correspondientes a las causas por las cuales se descartan los tubos.
Una vez culminada todas las inspecciones por parte de las empresas de servicio responsables de la inspección y enroscado, los porcentajes resultantes son, ver Figura No. 12, correspondientes a los tubos que: (i) satisfacen los requerimientos de los estándares y prácticas recomendadas de API, (ii) son recuperables, y (iii) son irrecuperables. La información que se desprende de esta torta es sumamente importante, ya que aproximadamente el 64% de los tubos de producción son descartados después de la inspección visual, así como, todas las otras inspecciones realizadas por las compañías de servicio. Muchos de los tubos que aparecen en el segmento de tubos irrecuperables pudiesen encontrarse en el segmento de tubos recuperables, si se hubiera utilizado la tubería de producción endurecida según el proceso EndurAlloy.
Algunos otros daños, particularmente en las roscas de los tubos de producción, pudieran ser significativamente reducidos, implementando acoples endurecidos en sus roscas también según el proceso EndurAlloy, debido a que estos ofrecen mucho menor coeficiente de fricción durante el enroscado, así como resistencia a la corrosión. Actualmente, una gran cantidad de acoples son descartados debido a roscas sobre torqueadas, desgarradas, corroídas o con picadura. La mayoría de estas causas pudieran ser consideradas como evitables.
Lo que sí es una causa inevitable para descartar acoples es cuando éstos presentan en su superficie externa desgarramiento profundo originado por las mordazas durante las operaciones de roscado y desenroscado. La torta en la Figura No. 13 señala el porcentaje de las causas inevitables para descartar los acoples.
De acuerdo a los informes suministrados por las empresas de servicio responsables de las inspecciones y enroscado, es posible determinar los porcentajes de causas inevitables, evitables y parcialmente evitables para descartar tubos de producción, tal y como se señala en la Figura No. 14. Con la implementación de tubería de producción endurecida según el proceso EndurAlloy, las causas que son parcialmente evitables pudiesen ser reducidos en aproximadamente 15% (o más), ya que como se mencionó anteriormente, los acoples también están protegidos en su superficie roscada interna, ofreciendo un menor coeficiente de fricción, así como resistencia a la corrosión, comparado con acoples de acero al carbono convencional.
El porcentaje de causas evitables proviene de la suma de: (i) alrededor del 15% debido a perforaciones o fisuras (descartadas durante la inspección visual) y desgaste interno (descartado por no tener suficiente espesor de pared), más (ii) alrededor de 17% debido a corrosión interna (debido a que no pasaron la inspección de partículas magnéticas o medida mínima determinada por medio de ultrasonido). El porcentaje del 3% de las causas parcialmente evitables proviene de considerar únicamente una pequeña proporción de tubos considerados como “Otras Causas”, también descartados por las empresas de servicios de inspección y enroscado. En consecuencia, la cantidad de tubos de producción descartados pudiese ser reducida simplemente reemplazándolos por tubos de producción endurecidos por difusión de boro según el proceso EndurAlloy.
Aparte de los ahorros significativos de reemplazar los tubos de producción descartados que pudiesen ser considerados evitables y parcialmente evitables, es también necesario tomar en consideración los ahorros significativos debido a la reducción en uso de taladros de servicio o “service rigs”, así como la reducción en el desgaste de las varillas de succión debido al menor coeficiente de fricción de la superficie interna de los tubos de producción endurecidos según el proceso EndurAlloy.
Esta misma división de PDVSA está considerando como un Proyecto de Investigación, para aquellos casos donde no se justifique utilizar tuberías térmicas de aislamiento al vacío (“Vaccum Insulated Tubing” o VIT), en donde se propone el reemplazo de tubos de producción N80 por la tubería de producción endurecida según el proceso EndurAlloy en los procesos de estimulación cíclica de vapor (“cyclic steam stimulation”), ya que aparentemente los tubos N80 están limitados en el número de ciclos de inyección de vapor que puedan resistir.
Conclusión
Con base en lo anterior, debe quedar claro que la implementación de la tubería de producción endurecida por difusión de boro según el proceso EndurAlloy, disminuye los gastos relativos a la producción de petróleo, ya que el número de tubos de producción y acoples descartados, así como las intervenciones de los taladros de servicio o “service rigs”, pueden ser reducidos significantemente; mientras que la vida útil de la sarta de varillas de succión puede ser incrementada.
Agradecimiento
El autor de este artículo desea expresar su agradecimiento a (i) las empresas de servicio responsables de la inspección y enroscado de tuberías, particularmente a SERTICA, TRANSMOLEROCA, ALIANZA y TUBOS SERVICIOS, ubicados en la costa oriental del Lago de Maracaibo, por la valiosa información suministrada a través de sus informes, (ii) a Yaquelín Medina y Francisco Barreto, estudiantes del último año en Ingeniería del Petróleo en la Universidad del Zulia, Núcleo Cabimas, por recopilar e interpretar los informes provenientes de las antes mencionadas empresas de servicios, y particularmente (iii) al Ing. José Sandoval, Gerente de Producción del Distrito Tía Juana de PDVSA por su apoyo e interés en reducir el número de tubos de producción y acoples que actualmente son descartados en sus unidades de producción.
Referencias
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