Análisis de Fallas es Esencial para la Reducción de Frecuencia de Fallas en los Pozos con Levantamiento Artificial.

por: Clayton T. Hendricks, Gerente Internacional de Ventas y Servicios, Norris Russell D. Stevens, Coordinador de Servicios Técnicos, Norris La mayoría de las fallas asociadas a los sistemas de elevación artificial pueden ser atribuidas a uno de tres componentes pozo abajo: bomba, varilla de bombeo o tubería de producción. Una falla de bomba, varilla de bombeo o tubería de producción se define como un evento catastrófico que requiere que el personal de servicio saque o cambie uno o más de estos componentes. Por esta definición, la tasa de frecuencia de fallas es la cantidad total de fallas de componentes que ocurren por pozo, por año. Marginalmente, los pozos productores con altas tasas de frecuencia de fallas a menudo se clasifican como pozos “problemáticos” y las prácticas eficaces de gerencia de fallas pueden significar la diferencia entre operar y taponar estos pozos. La gestión de fallas incluye prevención, identificación, implementación y registro de la causa de cada falla y es esencial a una gestión global de activos eficaz en costo. Para efectos de este ensayo fotográfico, trataremos sólo con fallas de cabillas de bombeo.

La gestión de fallas eficaz en costo comienza con prevención y el momento de detener la siguiente falla es ahora—antes de un incidente. Simplemente el pescar y colgar el pozo después de una falla de varilla de bombeo no impedirá la repetición de fallas. De hecho, la mayoría de las fallas continua con mayor frecuencia hasta que llega el momento en que toda la sarta de cabillas tiene que sacarse y reemplazarse. Las

reducciones de frecuencia de fallas que pueden lograrse exigen un análisis preciso de la causa y la implementación de medidas correctivas para impedir la repetición de las fallas. Se necesita una base de datos capaz de indagar la historia del “servicio de acondicionamiento” del pozo a fin de rastrear e identificar las tendencias de fallas. Una vez que la tendencia de fallas sea identificada, se deberá poner en práctica las medidas correctivas durante los trabajos de acondicionamiento para impedir fallas prematuras de sartas de cabillas. La historia de fallas en la base de datos debe incluir la información sobre el tipo de fallas, localización, profundidad, causa y las medidas correctivas puestas en práctica.

Puede que las cabillas de bombeo fallen prematuramente. Para el personal de producción es muy importante entender los efectos de daños que parezcan ser de poca envergadura y saber cómo ese daño puede ocasionar fallas catastróficas. El análisis de fallas de cabillas de bombeo es desafiante y uno tiene que ser capaz de mirar más allá de lo obvio y buscar pistas de lo que no es tan obvio. Todo el personal de producción debe tener capacitación y conocimientos adecuados de análisis de causa de fallas. El entendimiento de cómo identificar fallas y sus factores contribuyentes nos permiten unas nociones de lo que se necesita para corregir la causa de la falla. Cada paso que se pueda efectuar para eliminar las fallas prematuras de las cabillas de bombeo se debe tomar. Los programas de entrenamiento en ejecución relacionados con las cabillas de bombeo deben incluir forums formales e informales que profesen seguir las recomendaciones de fabricantes para el diseño de levantamiento artificial, procedimientos de preservación y manejo, almacenamiento y transporte, instalación y reinstalación; enrosque y desenrosque. En la actualidad, existe una variedad de escuelas de entrenamiento y, con aviso anticipado, la mayoría de los

cursos que éstas ofrecen, pueden ser dictados para satisfacer las necesidades específicas del personal de producción.

Mecanismos de Fallas Todas las fallas de cabillas de bombeo, cabillas cortas y acoples son fallas de tensión o fatiga. Las fallas de tensión ocurren cuando la carga aplicada excede la resistencia a la tensión de la varilla. La carga se concentrará en un punto en la sarta de cabillas, crea una apariencia de encuellado descendente en torno a la circunferencia de la varilla y ocurre una fractura cuando se reduce la sección transversal. Este extraño mecanismo de falla sólo ocurre cuando se aplica demasiada carga en la sarta de cabillas, tal como al tratar de sacar una bomba atascada de su asentamiento. Para evitar las fallas de tensión, el indicador de peso máximo para una sarta de cabillas en condiciones “como nueva” nunca debe exceder 90% de la resistencia cedente para el tamaño y grado conocidos de la varilla de bombeo con el menor diámetro. Para condiciones, tamaños o grados de cabillas de bombeo no conocidos, un factor suficiente de desclasificación debe aplicarse al peso máximo halado. Todas las otras fallas de cabillas de bombeo, cabillas cortas y acoples son fallas de fatiga.

Las fallas de fatiga son progresivas y empiezan como grietas pequeñas por esfuerzo que crecen bajo la acción de esfuerzos cíclicos. Los esfuerzos asociados a esta falla tienen un valor máximo que es menor que la resistencia a la tensión del acero de la varilla de bombeo. Puesto que la carga aplicada es distribuida casi igualmente sobre la superficie completa transversal de la sarta de cabillas, todo daño que reduce la superficie transversal aumentará la carga o el esfuerzo en ese punto y aumenta el esfuerzo. Una grieta pequeña por fatiga se forma en la base del elevador del esfuerzo y se propaga perpendicular a la línea de esfuerzo o al eje del cuerpo de la varilla. A la vez que la grieta de

esfuerzo por fatiga avanza poco a poco, las superficies de fractura hermanantes opuestas al frente de la grieta que avanza tratan de separarse bajo la carga y estas superficies se vuelven lisas y pulidas de la raspadura. A la vez que la grieta de fatiga avanza, se reduce la zona transversal efectiva de la varilla de bombeo hasta que no queda suficiente metal para sostener la carga y la varilla de bombeo simplemente se fractura en dos pedazos. Las superficies de fractura de una falla típica de fatiga tienen una parte de fatiga, una parte de tensión y un desgarramiento por cizalladura final.

Las fallas de fatiga son iniciadas por una multiplicidad de elevadores de esfuerzo. Los elevadores de esfuerzo son discontinuidades visibles o microscópicas que ocasionan un aumento en el esfuerzo local sobre la sarta de cabillas durante la carga. Los elevadores típicos visibles de esfuerzos en las cabillas de bombeo, cabillas cortas y acoples son los dobleces, corrosión, grietas, daño mecánico, roscas y desgaste o cualquier combinación de los antedichos. Este efecto de esfuerzo incrementado es más crítico cuando la discontinuidad sobre la sarta de cabillas es transversal (normal) al esfuerzo tensor principal. Al determinar el elevador de esfuerzo de una falla de fatiga, la parte de fatiga opuesta al desgarramiento de corte final (extrusión/protrusión) tiene que limpiarse con cuidado y ser examinado completamente. Las fallas de fatiga tienen características identificadoras visibles o macroscópicas sobre la superficie de la fractura que sirven para identificar la ubicación del elevador de esfuerzo. Se puede argumentar que las marcas de estrías y marcas de playa son dos de los aspectos más importantes en la identificación de fallas de fatiga. Las marcas de trinquete son líneas que resultan de la intersección y conexión de grietas múltiples de fatiga por esfuerzo mientras que las marcas de playa indican la posición sucesiva de

la grieta por fatiga que avanza. Las marcas de trinquete son paralelas a la dirección general del crecimiento de la grieta y conducen al punto de inicio de la falla. Las marcas de playa son anillos elípticos o semielípticos irradiantes al exterior del origen de la fractura e indican las posiciones sucesivas del crecimiento de la grieta de fatiga por esfuerzo que avanza.

La Figura 1 es un ejemplo de mecanismos de falla por tensión y fatiga. Los dos ejemplos a la derecha son fallas por tensión. Una falla por tensión se caracteriza por una reducción del diámetro de la zona transversal en el punto de fractura. Las fallas típicas por tensión tienen mitades de fractura cónica. El segundo ejemplo desde la derecha es típico en aspecto para fallas por tensión. Las fracturas de fallas por tensión se quiebran o cortan en ángulos de 45° a los esfuerzos aplicados. Un buen ejemplo del esfuerzo cortante constituye las superficies de fractura cónica característica de una falla típica por tensión. El cuerpo de la varilla es principalmente responsable de esta falla aunque la fractura haya ocurrido mientras que se trata de sacar de su asiento a una bomba atascada. El examen visual de la superficie de la fractura revela una pequeña grieta semielíptica por fatiga de esfuerzo. Esta varilla de bombeo tiene grietas preexistentes de fatiga tipo esfuerzo transversal, debido a esfuerzos en servicio. Una de las grietas por fatiga de esfuerzo se abrió durante la carga recta y constante aplicada al tratar de

desalojar la bomba y entonces ocurrió la fractura. La falla por tensión es secundaria y resulta en el aspecto inusitado de la superficie de fractura con la parte pequeña de fatiga, la parte grande de tensión y desgarramientos dobles por esfuerzo cortante inusitadamente grandes de 45°.

Los ejemplos restantes son fallas por fatiga en: cabillas de bombeo endurecidas superficialmente, cabillas de bombeo normalizadas y templadas y vástagos enfriados y templados. El ejemplo en el extremo izquierdo es una falla por fatiga torsional de una bomba de cavidad progresiva. Las marcas de trinquete encontradas en la parte grande de fatiga y originadas en la superficie del cuerpo de la varilla, circundan completamente la superficie de la fractura en que se muestra la parte de desgarradura pequeña por tensión un poco fuera del centro medio. El segundo cuerpo de la varilla a la izquierda es una falla por fatiga endurecida superficialmente. La carcasa que circunda el diámetro del cuerpo de la varilla soporta la carga para esta varilla de bombeo de alta resistencia a la tensión y si uno penetra la carcasa, se destruye efectivamente la capacidad de soportar carga que tiene este tipo de varilla de bombeo fabricado. La grieta por fatiga de esfuerzo avanza alrededor de la carcasa y progresa a través del cuerpo de la varilla. Una falla por fatiga en una varilla de bombeo endurecida superficialmente generalmente presenta una pequeña parte de fatiga y un desgarramiento grande por tensión. El tercer cuerpo de varilla desde la izquierda es típico en aspecto para la mayoría de las fallas por fatiga. Las fallas típicas por fatiga tienen una parte de fatiga, una parte de tensión y un desgarramiento por cizalladura final. La anchura de la parte de fatiga es una indicación de la carga implicada con la fractura. El daño mecánico puede impedir o perjudicar el análisis de falla al destruir los indicios visuales y características identificadoras que se hallan normalmente en una superficie

de fractura por fatiga. Se debe tener cuidado al manejar las mitades de la fractura. Es muy importante resistir la tentación de ajustar las superficies hermanantes de fractura puesto que esto casi siempre destruye (mancha) las características microscópicas. Para evitar daño mecánico, las superficies de la fractura nunca deben tocarse al hacer coincidir las superficies de la fractura.

Fallas de Diseño y Operación La prevención de fallas de la varilla de bombeo comienza con el diseño. Es posible que las sartas de cabillas diseñadas deficientemente contribuyan a fallas de otros componentes en el sistema de elevación artificial, tales como tubería cortada por varilla resultante de cargas compresivas de la varilla. Diseñar el sistema de elevación artificial es un compromiso entre la cantidad de trabajo a realizar y el gasto de realizar esta labor sobre un período de tiempo eficaz en costo. Al diseñador del sistema se le ofrece una buena cantidad de combinaciones de profundidades, tamaños de tubería, volúmenes de fluido, tamaños y configuraciones de bombas, tamaños de unidades de bombeo y geometrías, longitudes de carrera, velocidades de bombeo y sarta de cabillas. El tamaño y la selección de grados de cabillas dependen de muchos factores incluyendo el pronóstico de esfuerzos máximos, rangos de esfuerzos y ambientes operativos.

Los programas de diseño por computadora que se ofrecen comercialmente permiten que el diseñador de sistemas optimice los equipos de producción al costo más bajo para las condiciones de pozos existentes en el momento del diseño. Después del diseño inicial y la instalación de la sarta de cabillas, se deben utilizar estudios dinamométricos periódicos para confirmar que los parámetros de carga de los equipos están dentro de los considerados como aceptables. Un

buen diseño inicial puede convertirse en mal diseño si las condiciones del pozo cambian. Los cambios en el volumen de fluidos, nivel fluido, longitud de carrera, emboladas por minuto o tamaño de bomba afectan severamente el sistema total de elevación artificial. Los cambios en corrosividad de fluidos pueden afectar la vida de resistencia a la fatiga de las cabillas y pueden dar lugar a fallas prematuras. Cuando una de las condiciones antedichas cambia, el diseño del sistema de elevación artificial debe ser reevaluado..

Las Figuras 2 y 3 son ejemplos de fallas mecánicas inducidas operacionalmente y por diseño. El desgaste, la fatiga por flexión, fatiga por flexión unidireccional y fallas por fatiga de esfuerzo indican cargas compresivas de la varilla, pozos desviados, golpe de fluido, interferencia de gas, cabillas de bombeo bajo gran esfuerzo, tubería anclada incorrectamente, bombas golpeando el fondo, émbolos de bombas que se atascan, tubería

desanclada o alguna combinación de

los ya mencionados.

El desgaste ocasiona las fallas de cabillas reduciendo la sección transversal del metal, exponiendo el nuevo metal superficial a la corrosión, ocasionando fallas de conexión por impacto y daño de resalto. El acople Clase T a la izquierda, el acople Clase SM segundo de la izquierda y el cuerpo de la varilla a la izquierda son todos ejemplos de desgaste. El desgaste en la sarta de cabillas de bombeo se define como la remoción progresiva del metal superficial por contacto con la tubería. El desgaste que es igual en longitud, anchura y profundidad normalmente sugiere un pozo desviado o torcido. Los patrones angulados indican sartas de cabillas que de manera agresiva tocan la tubería a un ángulo, normalmente como resultado de golpe de fluido o tubería desanclada (anclada incorrectamente). El cuerpo de varilla del medio representa un desgaste de corrosión-abrasión.

El desgaste también quita la pelicula inhibidora de corrosion y expone nuevos metales superficiales a fluidos de pozos corrosivos que aceleran la tasa de corrosión. El acople Clase T al extremo derecho tiene una cresta endurecida por el trabajo de golpeteo de la tubería. El desgaste de golpeteo de tubería es el resultado de apilamiento de sarta de cabillas — probablemente como resultado de golpeteo de bomba, interferencia de gas o golpe de fluido. El material endurecido por trabajo no se gasta

tan rápido como el material más blando en ambos lados de la zona endurecida por trabajo, y deja una cresta de material a medida que el

resto del acoples se desgasta.

El segundo cuerpo de varilla desde la izquierda es una falla de fatiga por flexión. Las fallas de fatiga por flexión ocurren por un movimiento lateral o de lado constante durante el ciclo de bombeo. Las grietas de fatiga por esfuerzo debidas a la flexión se concentrarán a lo largo de la superficie de la varilla, donde ocurren los esfuerzos mayores de flexión. Las grietas finas, transversales de fatiga por esfuerzo estarán en una mitad de la circunferencia del cuerpo de la varilla con poca separación cerca de los resaltos de la varilla. La mayoría de las fallas por fatiga de flexión ocurren sobre la conexión en la zona de transición del cuerpo de la varilla entre el acoples rígido y la zona de resalto y el cuerpo de varilla más flexible. Las fallas por fatiga de flexión no presentarán curvas permanentes puesto que este problema ocurre mientras que la sarta de cabillas está en movimiento. El ejemplo al extremo derecho es una falla de fatiga por flexión unidireccional. Este tipo de falla generalmente tiene dos puntas sobresalientes sobre la superficie de la fractura. Estas características distintas de fallas indican un desgarramiento de borde doble cizallado. Los desgarramientos de borde doble cizallado son el resultado directo de los esfuerzos de flexión unidireccional, con fracturas que

ocurren en cargas compresivas de varilla. Las cargas compresivas de varilla pueden ser el resultado de bombas grande con cabillas de bombeo de pequeño diámetro o ahusados múltiples en pozos someros. La segunda muestra de cuerpo de varilla a la derecha es una falla de fatiga por esfuerzo. Las fallas de fatiga por esfuerzo ocurren en cabillas de bombeo sujetas a gran esfuerzo como resultado de cabillas desgastadas, sobrecargas o cargas de varilla sumamente grandes durante lapsos cortos de tiempo. Las fallas de fatiga por esfuerzo tienen grietas de fatiga por esfuerzo finas, transversales de poca separación que circundan completamente la circunferencia del cuerpo de la varilla. Las grietas de fatiga por esfuerzo estarán en el cuadrado de la llave y por toda la longitud del cuerpo de la varilla. Con cabillas de bombeo muy viejas, pueden ocurrir grietas y falla de fatiga por esfuerzo dentro de las cargas operativas normales de cada día.

La Figura 4 es un ejemplo de golpeteo de acople a tubería. El golpeteo de acoplador a tubería es el resultado de contacto de ángulo extremadamente agresivo con la tubería por la sarta de cabillas. Este contacto agresivo es el resultado directo de golpe severo de fluido, tubería desanclada (o anclada incorrectamente), atascamiento de émbolos de bomba (o émbolos atascados), o cualquier combinación de los mencionados.

La Figura 5 es un ejemplo de daño relacionado con guía para varilla. El ejemplo a la izquierda es una varilla de bombeo de alta resistencia a la tensión, reacondicionada. El flujo turbulento, asociado a las guías cortas para varilla moldeadas por inyección de extremo romo, permitió corrosión de fisura en la zona crítica de lavado alrededor del extremo de la guía. Antes de la inspección, se sacaron las guías para varilla moldeadas del cuerpo de la varilla para reacondicionamiento. Las cabillas de bombeo Clase 1 reacondicionadas no

pueden tener discontinuidades mayores a 20 milipulgadas (0,020") según Especificación API 11BR. La corrosión de fisura era menor a 20 mili pulgadas permitidas para una varilla de bombeo Clase 1 reacondicionada. Sin embargo, la sensibilidad de la muesca (intolerancia de discontinuidad) de una varilla de bombeo de alta resistencia a la tensión es alta. En otras palabras, pequeños huecos pueden ser perjudiciales a los esfuerzos de alta resistencia a la tensión asociados a la varilla de bombeo de alta resistencia y las cabillas de bombeo de alta resistencia reacondicionadas deben ser degradada en su capacidad de carga. El ejemplo en el medio es una falla de erosión/corrosión resultando de guías cortas de varilla con extremo romo, aplicadas en campo, en tubería pequeña con altas velocidades de fluido. Los huecos de erosión/corrosión serán cortados por fluido con fondos muy lisos. Las características en forma de hueco incluyen bordes afilados y lados empinados si están acompañados de huecos lisos anchos o de CO2 con bordes biselados si están acompañados de H2S. El ejemplo a la derecha es desgaste por abrasión de una guía aplicada en campo moviéndose hacia arriba y abajo en el cuerpo de la varilla durante el ciclo de bombeo. Generalmente, las guías para varilla moldeadas proporcionan un mejor flujo laminar, una fuerza de adhesión y sujeción como mínimo tres a cuatro veces mayor y son más eficaces en costo que las guías para varilla aplicadas en campo.

Fallas Mecánicas Las fallas mecánicas representan un porcentaje grande del número total de todas las fallas de sarta de cabillas. Las fallas mecánicas incluyen todo tipo de desperfecto excepto defectos de fabricación y fatiga por esfuerzo/corrosión. El daño mecánico a la sarta de cabillas contribuye a un elevador de esfuerzo que ocasionará fallas de varilla de bombeo. El tiempo a la falla será influenciado por muchas

variables, de las cuales las más importantes serán el esfuerzo máximo, ambiente operativo, orientación del daño, química de la varilla de bombeo, tipo de tratamiento térmico de la varilla, gama de esfuerzos y tipo de daño. El daño mecánico puede ser causado por diseño inadecuado, procedimientos incorrectos de preservación y manejo, procedimientos descuidados de enrosque y desenrosque, prácticas operativas desactualizadas o cualquier combinación de estos elementos.

Fallas de Cabillas Dobladas Las fallas de fatiga por flexión representan un número significativo de todas las fallas mecánicas. Es un hecho que todos las cabillas de bombeo doblados fallarán algún día. Las cabillas nuevas de bombeo son fabricadas a la rectitud de un cuerpo de no menos de 1/16 pulgadas en cualquier tramo de doce pulgadas de largo de cuerpo de varilla. Las cabillas de bombeo dentro de esta tolerancia de rectitud rodarán con facilidad en un soporte a nivel con cinco apoyos. Cualquier grado de flexión mayor que esto ocasionará un aumento del esfuerzo local en el punto de la flexión durante la carga aplicada. Cuando el cuerpo de la varilla doblada se hala recto durante la carga, se alcanza rápidamente la resistencia máxima del material. El ciclo de exceder continuamente la resistencia máxima del material se repite durante el ciclo de bombeo y causa grietas de fatiga por esfuerzo en el lado cóncavo de la flexión. Estas grietas de fatiga por esfuerzo avanzan a través de la barra, durante la carga, hasta que no queda suficiente metal en la barra para sostener la carga y así ocurre la fractura.

Enderezar el material bruto de barra es el primer paso en el proceso de fabricación de las cabillas de bombeo. El enderezamiento en frío de la barra deforma la estructura granular a un punto inferior a la temperatura de recristalización, lo que impone una tensión en la barra que va acompañada de su efecto de

endurecimiento. Durante el proceso de fabricación, la función de tratamiento térmico es aliviar el esfuerzos residuales e inducidos ocasionados por la laminación de las barras, los procesos de enderezamiento de barra y del fraguado de los resaltos de las cabillas. El tratamiento térmico cambia la estructura metalúrgica de los extremos forjados para coincidir con la del cuerpo de la varilla y también controla las propiedades mecánicas de la varilla de bombeo.

Toda curva de cuerpo de varilla creada después del tratamiento térmico ocasiona endurecimiento que crea una zona de dureza diferente de las superficies circundantes. Esta condición se denomina “punto duro” y es un elevador de esfuerzo a la carga.

El procesamiento mecánico, tal como pasar la varilla de bombeo acabado por un sistema de rodillos, intentará

eliminar la doblez de manera que parezca recta. Sin embargo, los procesos de reacondicionamiento no son capaces de aliviar los esfuerzos de las cabillas de bombeo dobladas. Una varilla de bombeo doblada está dañada permanentemente y no se debe usar ya que llegará el momento en que todas las cabillas de bombeo dejarán de funcionar.

La Figura 6 (con la Figura 7 interpuesta) es un ejemplo de fallas de fatiga por doblez. Las fallas de fatiga por flexión pueden ser identificadas por una superficie de fractura a un ángulo, que se encontrará a cierto ángulo que no sea a 90° del eje del cuerpo de varilla. El ejemplo a la izquierda ilustra una fractura provocada pro una flexión de radio largo o arco gradual en el cuerpo de la varilla (el ejemplo a la izquierda en el Figura 7). La superficie de la fractura tiene un aspecto normal pero cuenta con un ángulo ligero cuando se compara con el eje del cuerpo de la varilla. El ejemplo del medio es una doblez de radio corto (ejemplo a la derecha en la Figura 7). La superficie de la fractura está a un ángulo mayor del eje del cuerpo de la varilla con una parte pequeña de fatiga y una parte grande de desgarramiento por tensión. El ejemplo a la derecha es el resultado de una varilla de bombeo en forma de sacacorchos. Observe lo complicadísimo que es el aspecto de la superficie de la fractura. Por lo general, mientras mayor sea la doblez en el cuerpo de la varilla, más complicado será el aspecto en las superficies de fracturas. La aplicación de malos procedimientos de preservación y manejo normalmente ocasionan que se doblen las cabillas.

Fallas de Daños Superficiales Se debe hacer todo lo posible para impedir daños mecánicos superficiales a las cabillas de bombeo, cabillas cortas y acoples. Los daños

superficiales aumentan los esfuerzos durante las cargas aplicadas, con la potencialidad de ocasionar fallas de la sarta de cabillas de bombeo. El tipo de daños y su orientación contribuye a este efecto de esfuerzos mayores. La orientación del daño contribuye a mayores esfuerzos con daño transversal teniendo un aumento de esfuerzos sobre aquellos asociados a daño longitudinal. Una picadura aguda creará una mayor concentración de esfuerzo y sería más perjudicial a la carga que una depresión somera esparcida por la zona. Las cabillas de bombeo con indicaciones de daños superficiales no deben ser usadas y deberán cambiarse. Se debe tener cuidado en evitar todo contacto de metal con metal que resulte en abolladuras, picaduras o arañazos. Para impedir un posible daño a las cabillas de bombeo, coloque tiras de madera entre los soportes metálicos de almacenamiento y entre cada hilera de las cabillas de bombeo de modo que el contacto de metal con metal se evite. Use las cabillas de bombeo para lo que las mismas han sido diseñadas — para levantar una carga. Nunca use las cabillas de bombeo como un pasadizo o banco de trabajo. Mantenga las herramientas de metal que no se destinan para uso en las cabillas de bombeo y todos los demás objetos de metal apartados de las cabillas. Cerciórese que la

herramienta que utiliza está destinada para la función que realiza y asegúrese que esté en condiciones apropiadas de operación.

La Figura 8 es un ejemplo de diversas fallas por daños superficiales. El ejemplo a la izquierda muestra una depresión ligera de una llave, herramienta u otro objeto de metal. El segundo ejemplo de la izquierda ilustra un daño de una llave para tubería usada en la aplicación de guías para varilla instaladas en el campo. El segundo ejemplo de la derecha tiene un arañazo longitudinal pequeño por contacto de metal con metal, al permitir que las cabillas de bombeo corran por otras cabillas en un haz de cabillas durante instalación. El ejemplo a la derecha presenta daño superficial transversal.

La Figura 9 es un ejemplo de daño superficial ocasionado por elevadores para cabillas de bombeo. El ejemplo inferior representa un daño de asientos de elevador desgastados o desalineados. Después de un período prolongado de servicio, los asientos de elevador se desgastan, tanto, que desarrollan una forma ovalada en vez de una forma redonda. A medida que la forma ovalada crece, el anillo de tangencia del resalto de la varilla hacia la cara del asiento del elevador se baja en la mitad delantera del asiento. A la vez que el asiento sigue desgastándose, la posición de asiento del resalto de la varilla se mueve adelante de la línea central del muñón del elevador. Esto causa un desplazamiento en la carga del gancho y hace que se incline el cuerpo del elevador hacia adelante. Cuando el elevador levanta la carga de la sarta de cabillas, la carga del gancho doblará la línea central de la varilla de bombeo para que coincida con la línea central del muñón del elevador. A la vez que el peso de la sarta de cabillas aumenta, la carga del gancho doblará todas las cabillas de bombeo que este elevador engancha. Las fallas de las cabillas de bombeo dobladas que ocurre abajo de la cresta del resalto superficial pueden ser debido a malos

asientos de elevador. El ejemplo superior es un daño ocasionado por los pestillos del elevador. Este tipo de daño ocurre normalmente como resultado de levantar o tender piezas en dobles. Nunca se debe levantar o tender en el piso más de una sola varilla de bombeo. Todo lo demás ocasiona que los pestillos del elevador actúen como un fulcro y permita que los esfuerzos de flexión se concentren en la zona de transición del cuerpo de la varilla y el resalto forjado.

Fallas por Conexión La conexión API de la varilla de bombeo está diseñada como conexión por fricción. Puesto que la resistencia a la fatiga de la conexión de la varilla de bombeo es baja cuando esta sometida a cargas cíclicas, es necesario limitar las cargas cíclicas con precarga de unión macho (pin). Si la precarga de unión macho es mayor que la carga aplicada, la carga en la conexión sigue constante y no ocurre fatiga de cargas cíclicas. La carga de fricción que se desarrolla en la cara del reborde de la unión macho y la carga del reborde del acoplador sirve para afianzar la conexión entre las dos para impedir que se desenrosque dentro del pozo. Sin embargo si la precarga es menor que la carga aplicada, la cara del reborde de la unión macho y el reborde del acoplador se separará durante el movimiento cíclico de la unidad de

bombeo. Una vez que estas caras se separan, la conexión se carga cíclicamente y resultará en una falla

consistente en pérdida de desplazamiento o pérdida de apriete. Las fallas de pérdida de desplazamiento pueden surgir de lubricación inadecuada, enrosque inadecuado, demasiada fuerza de apriete, desgaste de golpeteo de tubería o cualquier combinación de estos elementos.

La Figura 10 es un ejemplo de fallas de unión macho debido a una pérdida de desplazamiento. La muestra a la derecha es típica en aspecto para una falla de pérdida de desplazamiento de la unión macho. El enrosque insuficiente o la pérdida de apriete causó la separación de la cara del reborde de la unión macho y la cara del reborde del acoplador. Cuando estas caras se separan, un movimiento de flexión se agrega a la carga de tensión en la unión macho.

La parte roscada de la unión macho se mantiene rígida mientras que el resto de la unión macho se dobla. El movimiento de la sarta de cabillas ocasiona que empiece agrietamiento de fatiga por esfuerzo en la raíz de la rosca que se forma completamente primero sobre el subcorte. Las pequeñas grietas de fatiga por esfuerzo empiezan a lo largo de la raíz de rosca y se consolidan en una grieta principal de fatiga por esfuerzo. La superficie de la fractura de una pérdida típica de la falla por desplazamiento de la unión macho tiene una pequeña parte de fatiga que cubre aproximadamente un tercio de la superficie de la fractura con la parte de desgarramiento por tensión y el desgarramiento final de cizalla que

abarca la superficie restante de la fractura. Los ejemplos a la izquierda y en el medio ocurrirán como resultado de carga de esfuerzo cuando los factores elevadores de tensión tales como corrosión o daño mecánico estén presentes en la superficie del subcorte de la unión macho.

La Figura 11 es otro ejemplo de dos tipos de fallas de unión macho. La muestra a la izquierda es típica en aspecto de una falla debido a pérdida de desplazamiento. Sin embargo, esta fractura de unión macho fue ocasionada por las llaves hidráulicas para cabillas durante el enrosque según evidenciado por el desgarramiento por tensión escalonado. No es poco común que las fracturas de unión macho ocurran en el enrosque, si la unión macho tiene una grieta preexistente de fatiga por esfuerzo debido a la gran fuerza torsional exigida durante el enrosque de juntas con las cabillas de bombeo de todos los tamaños de alta resistencia a la tensión y de gran diámetro Clase D. La muestra a la derecha es un ejemplo de fuerza torsional excesiva en una unión macho blanda. La superficie de la fractura tiene una parte grande de fatiga, con múltiples marcas de trinquete en la raíz de la rosca de unión macho y una pequeña parte de tensión.

La Figura 12 es un ejemplo de una falla por pérdida de desplazamiento. La fractura iniciada en la raíz de rosca del acople opuesta a la rosca inicial de

la unión macho completamente formada primero. Las mitades de la fractura de un tercio y dos tercios, en longitud, con marcas de catraca que se originan en la raíz de la rosca indican una falla de acople por pérdida de desplazamiento. La superficie de la fractura de una pérdida típica de falla de acople por desplazamiento tiene una parte de fatiga pequeña y una parte grande de desgarramiento por tensión. Las fallas de pérdida de acople por desplazamiento están asociadas principalmente a las cabillas de bombeo Clase D y las cabillas de bombeo de alta resistencia a la tensión.

Las fracturas de acoplador a media longitud con marcas de trinquete que vienen del exterior indican otro tipo de falla. La grieta de fatiga por esfuerzo empieza desde la superficie exterior del acoplador, avanzando internamente hacia las roscas, luego en torno a la pared del acoplador a una fractura por tensión. Las fracturas a media longitud indican fallas de acople debido a daño mecánico a la superficie del acople, excediendo el límite de resistencia de la fatiga por esfuerzo del material o un defecto de fabricación. La mayoría de las fracturas de acople a media longitud debidas a la sobrecarga tienen una pequeña parte de fatiga y una parte grande de desgarramiento por tensión. Esta falla es común con las cabillas de bombeo de alta resistencia a la tensión y acoples Clase SM. Use acoples Clase T para evitar fallas de acople a media longitud con las

cabillas de bombeo de alta resistencia a la tensión.

La Figura 13 es un ejemplo de desfileteado de roscas en la conexión de las cabillas de bombeo. El desfileteado de roscas es un daño mecánico a la varilla de bombeo y/o a las roscas de acople. El desfileteado de roscas es el resultado de roscas dañadas o contaminadas que ocasionan que la interferencia entre las roscas sea lo suficiente para desgarrar y destrozar las superficies de las roscas. Las roscas se funden durante el enrosque y se separan desfileteándose al desenrosque y la conexión se daña y destruye, imposibilitando su uso posterior. El daño de enchufado fuerte a la rosca delantera y las roscas contaminadas son las causas principales del desfileteado de las roscas. La limpieza de las roscas antes del enrosque, lubricando correctamente las roscas y siguiendo procedimientos cuidadosos de enrosque, impedirán el desfileteado de las roscas.

La Figura 14 es un ejemplo de fallas del cuadrante de la llave. Las fallas de cuadrado de llave son extremadamente raras y ocurren con poca frecuencia a menos que sea de un daño mecánico, corrosión o defecto de fabricación. El ejemplo a la izquierda es una falla de cuadrante de llave debido a daño mecánico severo. Una retención suelta o descuidada en

las llaves hidráulicas para cabillas ha redondeado la esquina cuadrada de llave. La grieta de fatiga por esfuerzo empezó en la esquina del cuadrado de llave y avanzó hasta la ruptura o fractura final. El ejemplo a la derecha es una falla de cuadrado de llave debida a un defecto de fabricación. La falla comenzó en la marca de estampa del troquel y es un ejemplo de falla de profundidad de estampa de troquel excesiva. Las marcas de estampa de los dados pueden convertirse en entalladuras que sirven como elevadores de esfuerzo si la profundidad del estampado por troquel durante el proceso de forjado, no es controlado y mantenido dentro de las pautas de la Especificación API 11B, Tolerancias Admisibles.

La Figura 15 es un ejemplo del daño que ocurre como resultado de apretar demasiado y severamente la conexión de las cabillas de bombeo. El ejemplo ilustrado es un acople apretado demasiado que se ha abombado o combado cerca de la cara de contacto. Los acoples de diámetro pequeño (slim hole) son más susceptibles a este tipo de daño de apriete excesivo, que los acoples de tamaño completo. Los acoples de tamaño completo

apretados demasiado en las cabillas de bombeo Clase D y de alta resistencia, generalmente presentan abultamientos ligeros y tienen la cresta de deformación concéntrica de material en la cara de resalto del acoplador debido a la impresión de la cara de resalto de la unión macho. El apriete excesivo con llaves hidráulicas para cabillas doblara las uniones

macho (pines) suaves resultando en un aspecto de falla por tensión. El subcorte de la unión macho se reducirá y la fractura ocurre rápidamente. Con las cabillas de bombeo Clase D, una indicación de demasiado apriete, es la cresta de deformación concéntrica de material en la cara de resalto de la unión macho, debido a la impresión de la cara de resalto del acople. El apriete excesivo sobre las cabillas de bombeo normalizadas y templadas de alta resistencia a la tensión, empezará a sacar las roscas del acople.

La Figura 16 es un ejemplo de grietas de impacto en acoples. No se debe permitir la práctica de “calentar” o martillar sobre acoples para aflojarlos.

Este ejemplo muestra cómo el daño de impacto a un acople Clase T ocasiona grietas de fatiga por esfuerzo entorno los puntos de impacto y corrosión localizada acelerada. Martillar sobre acoples Clase SM ocasiona grietas de fatiga por esfuerzo en la superficie dura de rociado y resulta en una falla de acoples debido a fatiga por esfuerzo/corrosión..

Figura 17 es un ejemplo de fallas de cabillas pulidas. La mayoría de las fallas de cabillas pulidas ocurren en el cuerpo, justamente debajo de la grapa de la barra pulida o en la unión macho. Las fallas del cuerpo de varilla pulida debajo de la abrazadera de la varilla pulida se deben a la añadidura de esfuerzos de flexión. Estos esfuerzos de flexión pueden ser impuestos por equipos de bombeo desalineados, barras portadoras que no asientan a nivel, barras portadoras desgastadas, celdas de carga desalineadas o instalación incorrecta de la abrazadera del varilla pulida. La falla de la varilla pulida a la izquierda es un ejemplo de una abrazadera de varilla pulida en la parte rociada de una varilla pulida metalizada por soplete. Las cabillas pulidas metalizadas por soplete tienen una parte no rociada para la colocación de la abrazadera de varilla pulida. Nunca ponga una abrazadera en la parte rociada de una varilla pulida. La falla del varilla pulida a la derecha tiene pequeños arañazos longitudinales ocasionados por mal manejo..

Las fallas de la unión macho del varilla pulida generalmente ocurren debido a la instalación de acoples de cabillas de bombeo. Las uniones macho de la varilla pulida tienen un ahusado de rosca de 9° entre la parte roscada recta y el resalto. Los acoples de las cabillas de bombeo tienen una rosca inicial de 30° y un rebajo profundo que generalmente no engancha todas las roscas de la unión macho del varilla pulida. Los acoples de la varilla pulida tienen una rosca inicial de 9A y un perfil diseñado para encajar correctamente en la unión

macho del varilla pulida. El rebajo somero de la rosca distingue fácilmente los acoples de varilla pulida de los acoples de cabillas de bombeo y permite que todas las roscas de la unión macho de la varilla pulida encajen.

Fallas por Corrosión La corrosión es uno de los mayores problemas que se encuentran con los fluidos producidos y representa alrededor de la mitad de todas las fallas de las cabillas de bombeo. La corrosión es el resultado destructivo de una reacción electroquímica entre el acero usado en la fabricación de las cabillas de bombeo y el ambiente operativo al que se somete. Dicho en palabras sencillas, la corrosión es la manera en que la naturaleza convierte un material hecho por el hombre de un estado de mayor energía (acero), de vuelta a su estado elemental (mineral nativo) como se encuentra en la naturaleza. El hierro elemental en el acero se combina con la humedad o ácidos para formar otros compuestos tales como sulfuro, carbonato, óxido de hierro, etc. Alguna forma y concentración del agua está presente en todos los pozos considerados como corrosivos y la mayoría contiene cantidades considerables de gases e impurezas disueltas. Por ejemplo, los gases ácidos que son el ácido carbónico (CO2) y el ácido sulfídrico (H2S), comunes en la mayoría de los pozos, son sumamente solubles en agua y se disuelve rápidamente en la misma, lo que tiende a bajar su pH. La corrosividad del agua es una función de la cantidad de estos dos gases que se mantienen en solución. Todas las aguas con valores pH bajos se consideran corrosivas al acero, con los valores más bajos representando mayor acidez o corrosividad. Todos los ambientes pozo abajo son corrosivos hasta cierto punto. Algunos fluidos corrosivos pueden ser considerados no corrosivos si la tasa de penetración de la corrosión, registrada como milésimas de pulgadas perdidas por año (mpy) es

suficientemente baja para no ocasionar problemas. Sin embargo, la mayoría de los pozos productores se ven afectados por problemas de corrosión y no existe ninguna varilla de bombeo fabricada en la actualidad que pueda resistir con éxito los efectos de esta corrosión por si sola. Aunque la corrosión no se puede eliminar completamente, es posible controlar su reacción.

Todos los grados de las cabillas de bombeo deben ser protegidas de manera adecuada mediante el uso de programas eficaces de inhibición química (se hace referencia a ediciones actuales de la Especificación API 11BR y Norma RPO195 NACE). Algunos grados de cabillas de bombeo, debido a combinaciones diferentes de elementos de aleación, microestructuras y niveles de dureza, son capaces de dar una vida de servicio más larga en pozos corrosivos inhibidos químicamente que otros grados de aceros de baja o alta resistencia a la tensión.

¿Por qué parece que las cabillas de bombeo nuevas se corroen más rápidamente que las cabillas de bombeo viejas en la misma sarta? Dos cabillas de bombeo con el mismo análisis químico formarán una celda de corrosión galvánica si el estado físico de una es diferente de la otra. Las diferencias físicas en una varilla de bombeo puede ser ocasionado de prácticas deficientes de preservación y manejo (o sea, daño superficial resultando en dobleces, golpes, picaduras) y/o depósitos de corrosión. Puesto que las cabillas de bombeo nuevas entran en el pozo sin depósitos de corrosión, a menudo se corroen preferentemente en relación con las cabillas que están revestidas de depósitos de corrosión. La corrosión en acero empieza de manera muy agresiva pero a menudo se hace más lenta tan pronto como una película superficial obstructiva de depósito de corrosión (escama) se forma sobre la superficie de metal. Por ejemplo, el CO2 genera una escama de carbonato de hierro como

subproducto de su corrosión. Esta escama reviste las cabillas de bombeo y retarda la tasa de penetración de la corrosión que tiende a disminuir la velocidad de corrosión. Sin embargo, si este depósito es agrietado continuamente por un movimiento de flexión o eliminado por abrasión, la corrosión local agresiva continúa en la zona con la escama eliminada y da lugar a una picadura profunda de corrosión.

¿Pueden las cabillas de bombeo de alta resistencia a la tensión ser usadas en un ambiente corrosivo? Generalmente, las cabillas blandas toleran la corrosión mejor que las cabillas duras y, es la regla general que uno siempre debe usar la varilla más blanda que maneje la carga. Sin embargo si los requisitos de carga dictan el uso de las cabillas de alta resistencia a la tensión, entonces es importante proteger las cabillas con una eficaz película superficial de inhibidor de corrosión. En la mayoría de los casos, si usted puede proteger adecuadamente los equipos pozo abajo contra la corrosión, uno debe ser capaz de proteger adecuadamente contra la corrosión a las cabillas de bombeo de alta resistencia a la tensión si aumenta la frecuencia de aplicación del programa de inhibidor de corrosión. En otras palabras, si uno trata eficazmente una vez por semana con 40 partes por millón (ppm) de inhibidor de corrosión para las cabillas clase D, se necesitará tratar por dosificación dos veces a la semana con 40 ppm de inhibidor de corrosión para las cabillas de alta resistencia a la tensión. Los volúmenes de

tratamiento varían y dependen de muchos factores que son muy numerosos para nombrar. Siempre consulte con un especialista de control de corrosión antes de la instalación de toda sarta de cabillas, especialmente cuando se sospecha una fatiga de corrosión por esfuerzo como la causa origen de la falla.

La Figura 18 es un ejemplo de fatiga por corrosión de CO2. El tamaño del hueco, respecto a cuando puede causarle perjuicio a la varilla, depende de dos factores: tipo y dureza del

material. Las cabillas de bombeo Clase K pueden desarrollar picaduras más grandes y más profundas que la varilla de bombeo tipo D antes que se vuelva perjudicial a las cabillas. las cabillas de bombeo Clase D pueden desarrollar picaduras más profundas y más grandes que una varilla de alta resistencia a la tensión antes que se vuelva perjudicial a las cabillas. Los materiales más blandos con bajo nivel de esfuerzo de varilla toleran picaduras mayores que los materiales más duros con esfuerzo más alto de varilla. Por lo tanto, las picaduras pequeñas pueden ser perjudiciales a las cabillas de bombeo de alta resistencia a la tensión por oposición a una varilla más blanda que no tenga tanto esfuerzo de varilla.

Corrosión por ácidos Las compañías de servicio usan ácidos para estimulación y labores de limpieza de pozos. Todas las labores de ácido deben tener un inhibidor mezclado con el ácido antes de la

inyección en el pozo. Los ácidos gastados aun son corrosivos al acero y el pozo, y el pozo debe ser “lavado” lo suficiente para recuperar todo el ácido. En raros casos, algunas aguas producidas contienen ácidos orgánicos que se han formado pozo abajo, tales como los ácidos acético, sulfhídrico y sulfúrico. La corrosión de ácido es un adelgazamiento de metal, que deja la superficie con el aspecto de nódulos metálicos residuales agudos, plumados o como telaraña. Las escamas metálicas no se formarán en las picaduras. La muestra a la izquierda en la Figura 5 es un ejemplo de corrosión de ácido.

Corrosión por Cloruros Los cloruros contribuyen a la probabilidad de un aumento de fallas relacionadas con las cabillas de bombeo. La corrosividad del agua aumenta a la vez que la concentración de cloruros aumenta. Los inhibidores de corrosión tienen más dificultad en llegar y proteger la superficie de acero de las cabillas de bombeo en pozos con altas concentraciones de cloruros. La corrosión, de las aguas con altas concentraciones de cloruros, tienen la tendencia de ser más agresiva a las cabillas de bombeo de acero al carbono que a las cabillas de bombeo de acero aleado. La corrosión por cloruros tiende a picar uniformemente toda la superficie de las cabillas de bombeo con picaduras someras con fondo plano y de forma irregular. Las características de forma de picaduras incluyen paredes empinadas y bordes afilados de picaduras.

Corrosión por CO2

El CO2 se combina con agua para formar ácido carbónico que baja el pH del agua. El ácido carbónico es muy agresivo al acero y resulta en grandes zonas de pérdida rápida de metal que pueden desgastar completamente las cabillas de bombeo y acoples. La severidad de la corrosión aumenta con el aumento parcial de presión y temperatura del CO2. Las picaduras de corrosión CO2 son de forma redonda, profundas con paredes empinadas y bordes afilados. La picadura se interconecta usualmente en líneas largas pero ocasionalmente son individuales y aisladas. Las bases de la picadura estarán llenas de escamas de carbonato de hierro, un depósito gris que se adhiere de

manera suelta, generado del CO2.

Las Figuras 19 y 20 muestran ejemplos típicos de corrosión por CO2. La Figura 19 es un ejemplo de corrosión por CO2 en acoples y la Figura 20 es un ejemplo de corrosión CO2 en cuerpos de cabillas.

Corrosión de Metales Distintos Una falla extremadamente rara, la corrosión de metales distintos pueden ocurrir cuando se juntan dos metales con diferencias en potenciales de solución juntos en la misma solución. Un metal tiene una tendencia acentuada de corroerse antes que el otro, y bajo ciertas condiciones de fluidos, el metal menos noble se corroe a un ritmo más rápido. La

corrosión de metales distintos es normalmente mayor cerca de la conexión de los dos metales. Puesto que la mayoría de los materiales de las cabillas de bombeo son compatibles, esta falla no es frecuente.

Corrosión H2S La picadura por H2S es redonda en su base, profunda con paredes empinadas y bordes biselados. Normalmente es pequeña, aleatoria y esparcida sobre toda la superficie de la varilla. Un segundo corrosivo generado por H2S es escama de sulfuro de hierro. Las superficies de la varilla de bombeo y de la picadura estarán cubiertas de escama negra que se adhiere de manera apretada. La escama de sulfuro de hierro es sumamente insoluble y catódica al acero que tiende acelerar las tasas de penetración de la corrosión. Un tercer mecanismo corrosivo es el resquebrajamiento por hidrógeno, que ocasiona que la superficie de la fractura tenga un aspecto granular o quebradizo. Un punto de inicio de grieta puede ser visible o no y una parte de fatiga puede no estar presente en la superficie de la fractura. El desgarramiento por corte de una falla de resquebrajamiento por hidrógeno es inmediato durante fractura debido a la absorción del hidrógeno y la pérdida de ductilidad en el acero. Aunque un ácido relativamente débil, cualquier cantidad muy pequeña medible de H2S se considera justificación para programas de inhibición química cuando cualquier cantidad muy pequeña medile de agua también está presente.

Las Figuras 21 y 22 son ejemplos de corrosión por H2S. Las tres muestras de cuerpos de varilla a la izquierda son ejemplos de corrosión localizada (picadura) y las dos muestras de cuerpo de varilla a la derecha son ejemplos de corrosión general adelgazante por depósito de corrosión debajo de escamas. La muestra en la Figura 22 es un ejemplo de falla de unión macho debido a resquebrajamiento por hidrógeno.

Corrosión Influenciada Microbiológicamente (MIC) Alguna cantidad de forma de vida microscópica está presente en esencialmente todo pozo productor. De gran preocupación para las cabillas de bombeo son los organismos monocelulares capaces de vivir en todo tipo de condiciones y de multiplicarse con velocidad increíble — denominados comúnmente bacterias o “microbios”. Los fluidos sospechables deben ser monitoreados continuamente en cuanto a bacterias

mediante muestreo, identificación y conteo de las bacterias. La técnica de dilución por extinción se usa comúnmente para hacer cultivos de bacterias a fin estimar la cantidad de bacterias presentes en el pozo. El bactericida debe usarse en todos los fluidos sospechables para controlar poblaciones de bacterias. Las bacterias se clasifican de acuerdo con sus requisitos de oxígeno: aeróbicas (requiere oxígeno), anaeróbicas (sin oxígeno), y facultativas (una u otra). Algunas bacterias generan H2S, producen enzimas o ácidos orgánicos, oxidan hierro soluble en aguas producidas o cualquier combinación de los anteriores.

MIC tiene las mismas características básicas de forma de picaduras del H2S, a menudo con múltiples grietas por esfuerzo en la base de la picadura, con tunelización alrededor del borde de la picadura y/o anomalías inusitadas (es decir, manchas brillosas) en la superficie de la varilla. Las bacterias son muy agresivas y todos los grados de las cabillas de bombeo se corroen rápidamente en ambientes pozo abajo que contienen bacterias. Los reductores de sulfato (SRB) aquéllos que producen H2S, causan probablemente más problemas a los equipos de levantamiento artificial que cualquier otro tipo de bacterias. El agrietamiento múltiple en las bases de picaduras se origina del subproducto de ácido sulfhídrico del estilo de vida bacteriano que corroe y resquebraja la superficie del acero bajo la colonia.

La Figura 23 muestra varios ejemplos de corrosión influenciada microbiológicamente (bacterias) en cuerpos de varilla de bombeo.

Corrosión Acrecentada por Oxígeno La corrosión acrecentada por oxígeno será la más prevaleciente en acoples, con pocos casos que ocurren en resaltos de cabillas. La corrosión acrecentada por oxígeno se ve raramente en el cuerpo de la varilla. De hecho, la corrosión acrecentada por oxígeno agresiva puede desgastar los acoples sin dañar las cabillas de bombeo en cualquier lado. La tasa de corrosión acrecentada por oxígeno es directamente proporcional a la concentración de oxígeno disuelto, el contenido de cloruros del agua producida y/o la presencia de otros gases ácidos. El oxígeno disuelto puede causar corrosión severa a concentraciones extremadamente bajas y evaporar grandes cantidades de metal. La picadura es usualmente

somera, con fondo plano y esparcida en su base con la tendencia de una picadura para combinarse con otra. Las características de conformación de picadura pueden incluir bordes afilados y lados empinados si está acompañada de CO2 o amplios cráteres lisos con bordes biselados si está acompañada de H2S. Las tasas de corrosión aumentan a la vez que aumentan las concentraciones del oxígeno disuelto.

Las Figuras 24 y 25 son ejemplos de corrosión acrecentada por oxígeno. La muestra de acople a la izquierda es un ejemplo de los efectos de la corrosión por CO2 ampliada por oxígeno (izquierda), corrosión por H2S (en el medio) y corrosión por cloruro (derecha) mientras que las muestras de las cabillas en la Figura 25 exhiben los efectos de corrosión por CO2 acrecentada por oxígeno cerca del resalto (izquierda) y la corrosión por CO2 en el cuerpo de la varilla (derecha).

Corrosión de Escamas En las cabillas de bombeo se debe impedir la formación de escamas, tales como las de sulfato de bario, carbonato de calcio, sulfato de calcio, carbonato de hierro, óxido de hierro (herrumbre), sulfuro de hierro y sulfato de estroncio. Aunque las escamas en una varilla de bombeo retarda la tasa de penetración de la corrosión, también reduce la eficacia de los inhibidores químicos. La corrosión localizada severa en forma de picadura sobreviene en todo momento en que la escama se ve agrietada por un movimiento de flexión o es removida por abrasión.

Corrosión por Corrientes Desviadas Raramente en la mayoría de los pozos productores, la corrosión por corriente desviada se refiere a las corrientes eléctricas inducidas o desviadas que van y vienen de la sarta de cabillas. La corrosión por corrientes desviadas

puede ser ocasionada cuando se conecta a tierra algún equipo eléctrico a la tubería de revestimiento del pozo o debido a sistemas de protección catódica cercanos. Los arcos que se

originan de las cabillas de bombeo dejan un hueco profundo de forma irregular con lados lisos, bordes agudos y un cono pequeño en la base del hueco. Los arcos que se originan de la tubería de producción dejan huecos profundos con lados lisos y bordes agudos que son de dimensiones aleatorias y de forma irregular. Los huecos por corrosión de corrientes desviadas por lo general son individuales y aislados en una hilera por un lado de la varilla de bombeo cerca de los resaltos.

Defectos de Fabricación Las fallas debidas a los defectos de fabricación son raras y ocurren pocas veces. Los defectos de fabricación se reconocen fácilmente y es importante que se entienda el aspecto que tienen estos defectos si uno va a presentar de manera exacta reclamaciones para reembolso de garantía. Ningún fabricante está excluido de la posibilidad de defectos de material o de mano de obra y los siguientes ejemplos de fallas incluyen defectos de toda fabricación.

La Figura 26 es un ejemplo de defectos de fábrica. Los defectos de fábrica ocurren a lo largo de un lado del cuerpo de la varilla y estas discontinuidades normalmente tienen un fondo en forma de “V” agudo, longitudinalmente cónico con indicios

de la costura longitudinal en la base. El ejemplo en el extremo izquierdo es

un ejemplo de una astilla. El tercer cuerpo de la varilla empezando por la izquierda también es un ejemplo de una astilla. Al pescar la falla de la varilla, el fleco se dobló contra la superficie de la fractura. El segundo cuerpo de varilla de la izquierda es un ejemplo de una coagulación, una astilla es un pequeño segmento suelto o desgarrado y una coagulación es un segmento grande suelto o desgarrado de material enrollado longitudinalmente hacia dentro de la superficie de la barra. Un extremo de la astilla o de la costra normalmente está ligado metalúrgicamente al cuerpo de varilla mientras que el otro extremo está enrollado dentro de la superficie y adherido físicamente. Las fallas de fatiga que surgen de astillas o costras, tendrán un pedazo de material suelto que sobresale por la parte de fatiga de la superficie de la fractura. El segundo cuerpo de varilla empezando por la izquierda es un

ejemplo de escama enrollada al interior. La escama enrollada al interior es una discontinuidad superficial causada cuando la escama (óxido de metal), formado durante un

calentamiento previo, no se ha quitado antes del proceso de laminación de barra. La muestra del cuerpo de varilla en el extremo derecho es un ejemplo de un pliegue laminante. Los pliegues laminantes son discontinuidades superficiales longitudinales que tienen el aspecto de una costura de laminación, con esquinas agudas dobladas y enrolladas al interior de la superficie de la barra sin adhesión metalúrgica.

La Figura 27 es un ejemplo de defectos de forjado. La fractura empieza internamente abajo de una grieta de forjado en la zona de resalto y es de aspecto quebradizo o granular. Un punto de inicio de la grieta puede que sea visible o no, y una parte de la fatiga puede estar ausente en la superficie de la fractura de fatiga. Los ejemplos de la izquierda y en el medio ocurren como consecuencia de bajas temperaturas de forjado. El ejemplo a la izquierda es una falla de cierre frío y el ejemplo en el medio es una falla de grieta de

forjado. La fractura a la derecha es una falla ocasionada por una costura longitudinal subsuperficial ubicada cerca del extremo del material de barra en bruto. Durante el proceso de forjado, la orientación de esta discontinuidad cambió transversalmente.

La Figura 28 es un ejemplo de fusión incipiente de borde de grano, un defecto de fabricación extremadamente raro. Esta condición es causada por el fraguado del extremo de resalto de la varilla a una temperatura demasiado alta para el

acero. Desgraciadamente, no existe inspección alguna que descubra esta condición antes del despacho de la varilla. Afortunadamente, estas cabillas quebradizas normalmente se quiebran durante el enrosque. Ningún punto de inicio de grieta es visible y ninguna parte de fatiga estará presente en la superficie de la fractura. Los pirómetros ópticos sobre los equipos de fraguado prácticamente eliminan este problema.

La Figura 29 es un ejemplo de defectos de proceso. El ejemplo inferior es una varilla de bombeo endurecida superficialmente y el ejemplo superior es un acople que ha sido elaborado por un trabajo de amoladura para reducir el diámetro. En ambos ejemplos, una diferencia en la dureza del material ha dado lugar a un ataque de corrosión preferencial.

La Figura 30 es un ejemplo de un defecto de fábrica y un defecto de maquinado. El ejemplo de abajo es una falla debido a una inclusión interior grande no metálica en la unión macho. La fractura empezó internamente y tiene aspecto quebradizo o granular. Un punto de inicio de la grieta puede ser visible o no, y una parte de la fatiga puede estar ausente en la superficie de la fractura de fatiga. El ejemplo superior proviene de laminar las roscas de las uniones macho dos veces. La laminación dos veces ha achatado la cresta de las roscas de la unión macho y no podrán lograr la carga de

fricción correcta exigida para el enrosque.

Su inversión inicial en las cabillas de bombeo es considerable. Además, los costos relacionados con el reemplazo de las cabillas de bombeo dañadas generalmente son mayores que el costo original de la nueva sarta de cabillas. La protección de su inversión y obtener la vida máxima de servicio de su sarta es razonable. Es importante diagnosticar las fallas de cabillas con precisión e implementar medidas correctivas para impedir casos futuros de fallas.