La tubería de producción endurecida por difusión térmica de boro según el proceso EndurAlloy es capaz de incrementar la vida útil de las tuberías de producción y generar ahorros potenciales
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 aminorar el número de entradas de taladro de servicio o “service rig”), (II) costos de mantenimiento, y principalmente (III) disminución significativa de producción diferida.
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 las bombas de subsuelo fue de 7,219 pies.
Con base en 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 de: (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 (para las tuberías de producción endurecidas según el proceso EndurAlloy).
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 desprotegido que presentaba 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 sólo cambiar la tubería de producción desprotegida por la tubería de producción endurecida, 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). 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 encuentra 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 de 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 gráfica 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 culminadas 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 gráfica es sumamente importante, ya que aproximadamente el 64% de los tubos de producción es descartado 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 es descartada debido a roscas sobre torqueadas, desgarradas, corroídas o con picadura. La mayoría de estas causas pudiera ser considerada como evitable.
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 gráfica 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 reducidas 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” y producción diferida, pueden ser reducidos significantemente; mientras que la vida útil de la sarta de varillas de succión puede ser incrementada.
Agradecimientos
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 es descartado en sus unidades de producción.
