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NOTA TÉCNICA

Experiencia de Uso de Varillas BlueRod como solución

en Pozo con Altas Cargas y Corrosión Moderada Gustavo Cartisano, Andres Alam, Fernando Godoy, Federico Camara.

Abstract

Las condiciones de producción en sistemas de bombeo artificial de los campos maduros,

representan un desafío de Ingeniería debido a los elevados volúmenes de producción con

altos cortes de agua que implican un progresivo avance de ambiente corrosivo y riesgo de

fallas por mecanismos de corrosión-fatiga.

Es fundamental contar con un correcto criterio de selección de materiales y conexiones que

resulten en soluciones técnico-económicas rentables para extender la vida útil del pozo. Este

criterio de selección debe estar alineado a una precisa interpretación y caracterización de los

agentes corrosivos además de la verificación de cargas y solicitaciones mecánicas.

Para el siguiente estudio se abordó el caso de un pozo con repetición de fallas, (pozo T- 50)

del Yacimiento Tupungato de Petrolera El Trebol en Mendoza Norte.

Los antecedentes indicaban fallas en cuerpo de varillas Tenaris TS-MMS en un ambiente de

corrosión moderada con contenido de sulfhídrico y un régimen de alta carga.

El objetivo del siguiente documento es compartir los criterios de selección de

materiales/conexiones utilizados para esta aplicación mostrando los resultados de la

experiencia.

Introducción

El pozo analizado es el T-50 ubicado en el Yacimiento Tupungato en la zona de Mendoza

Norte operado por la empresa Petrolera El Trebol, con un índice de 5 fallas/año y producción

bruta promedio de 70 m3/día.

El diseño original estaba compuesto por una sarta API 86 Grado Tenaris TS-MMS conexión

API, y que luego de pescas reiteradas en cuerpo se analizaron en detalle los motivos de falla

y sobre esta base se propuso el cambio de configuración (material y conexión).

Las condiciones iniciales de carga del pozo determinaron el uso de varillas alta resistencia

(TS-MMS) con conexión API. Con esta configuración se observaron reiteradas pescas debido

a un proceso de corrosión-fatiga por presencia de ambiente sulfhídrico, característico en el

Yacimiento.

Bajo las actuales condiciones de alta carga y moderada corrosión se propone cambiar la

configuración y utilizar varillas grado D con conexión BlueRod, donde el acero es menos

susceptible a la corrosión y una conexión Premium que permite resistir los niveles de carga,

incluso mayores a los aplicados a TS-MMS.

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NOTA TÉCNICA

A continuación se repasan los antecedentes de pescas, se analizan los criterios adoptados

en la decisión final de selección de material, concluyendo con un análisis económico que

muestra comparativamente los resultados obtenidos con las varillas D BlueRod respecto de

las grado TS-MMS utilizadas anteriormente.

Características del pozo

Cuadro resumen con las características del pozo con la instalación con varillas TS-MMS.

(Características de Grado Tenaris TS-MMS en Anexo 1)

Parámetro Situación Anterior

Varillas TS-MMS conexión API

Período analizado 1,6 Años (20 meses)

(September 2011– Mayo 2013)

Sistema de extracción Bombeo Mecánico

Profundidad de bomba 2.013 metros

Producción Media 70 m3/día (Ver Fig.1)

Diseño de Varillas API 86

93 Var 1”; 97 Var 7/8”; 54 Var ¾”; 20 BDP 1 ½”

Grado de Acero TS-MMS

Carga (% Goodman FS:0,9)

Grado TS-MMS: 83 % (Ver Fig.2 y 3)

Intervenciones 7 Fallas de varillas

Ratio Falla 4.2 fallas por año

Motivos de Falla Corrosión-fatiga asistida por H2S

Run-Life máximo (días) 236 días

Bomba Bomba 2"

AIB 912-365-168

GPM 8

Sumergencia 200 metros

Corrosión H2S

Corte de agua 80%

Condiciones de carga con varillas TS-MMS.

Diameter (mm) Length (m) Rod Type Rod Loading 1) 25,4 * 710 TENARIS TS-MMS 81 2) 22,225 739 TENARIS TS-MMS 82 3) 19,05 411 TENARIS TS-MMS 83 4) 38,1 152 API D 27 * Requires slimhole couplings. Service Factor for Steel Rod : 0,9 (Valores obtenidos mediante simulación en Software de diseño SROD)

Bajo las condiciones de carga observadas no se recomienda el uso de varillas grado D

conexión API ya que el nivel de solicitación mecánica excede las prestaciones esperadas de

estas varillas.

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NOTA TÉCNICA

Antecedentes y motivos de falla en Varillas TS-MMS

Desde Septiembre 2011 a Mayo 2013 (20 meses 1,6 años) se observaron 7 pescas de varillas

TS-MMS ubicadas en cuerpo en el tramo superior (5 pescas en Varillas 1”, 2 pescas en

Varillas 7/8”).

El mecanismo de falla observado fue por corrosión-fatiga debido a la exposición del material

a ambiente corrosivo con presencia de H2S. La falla se origina en un pit de corrosión, con una

propagación por fatiga, produciendo una ruptura final abrupta por disminución en la sección

de material resistente. Sin embargo, el cuerpo de las varillas en la zona cercana a la falla se

observaba visualmente en muy buen estado de integridad, sin un ataque severo por corrosión.

(Ver Fig. 4)

En el análisis de las varillas TS-MMS a través de difracción de Rayos-X (DRX) no se

detectaron productos de corrosión, pero a través de análisis SEM/EDS realizados en el lateral

y zona de inicio, muestran porcentajes elevados de azufre. Complementariamente el análisis

cualitativo con el reactivo Baroid mostró una reacción positiva a la presencia de Sulfuros. Este

hallazgo no se observó en los análisis de fluidos del pozo.

El motivo principal de las pescas prematuras por corrosión sin un ataque generalizado en el

cuerpo se debe una combinación de fatiga-corrosión agravada por un alto nivel de cargas

sobre el tramo superior. La presencia de H2S no fue observada en el fluido del pozo por lo

cual se intensificó la causa raíz a través de una cromatografía, confirmando la presencia de

SH2 en gas, en un nivel que ubica la condición como ambiente agrio.(Ver Fig. 6)

Criterios para el cambio en la selección de acero y conexión

Bajo el escenario planteado con altas cargas y corrosión moderada por SH2 queda

fundamentado que se debe buscar un material con menor tendencia a la propagación de

fisuras por corrosión, pero que permita trabajar bajo las mismas condiciones de carga.

El acero Grado TS-MMS posee alta resistencia mecánica pero limitada tenacidad,

confiriéndole mayor tendencia a la fisuración y propagación de fallas. Esta característica

condiciona el grado TS-MMS a un bajo desempeño para trabajo en entorno corrosivo.

En una condición de nivel de carga y corrosión moderada del pozo se espera un resultado

aceptable utilizando una configuración acero Grado D (4142M) con conexión API, pero bajo

las condiciones de altas cargas como las requeridas es estrictamente necesario utilizar una

conexión que permita soportar los niveles de resistencia a fatiga equivalentes o superiores a

la varilla Grado TS-MMS con conexión API. Por este motivo se definió utilizar la conexión

BlueRod.

Como referencia, en la figura 9 se muestran las tensiones de fluencia y tenacidades relativas

de los aceros TS-MMS, DALLOY, KD y DS852.

A futuro para entornos con mayor nivel de corrosión se debe utilizar aceros con mayor

tenacidad tales como el Grado KD (4320M) y en mayor medida Grado DS852 (nuevo

desarrollo) en el cual a través de un acero cuya composición química, proceso de aceración

y tratamiento térmico, diseñados para esta aplicación permiten conferirle a las varillas una

excelente combinación de resistencia mecánica y tenacidad. Estas propiedades son logradas

a través de un acero de extrema limpieza microinclusionaria, refinamiento de la microestuctura

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NOTA TÉCNICA

con nanoprecipitados, y microestructura óptima para mejorar notablemente la performance en

ambientes corrosivos.

A continuación un cuadro resumen del material recomendado según sus condiciones de carga

y de corrosión de ambiente.

Simulación con Varillas Grado D conexión BlueRod

Cuadro resumen de condiciones de utilización de varillas Grado D conexión BlueRod.

Parámetro Situación Actual

Varillas D conexión BlueRod

Período analizado 2 Años

(Junio 2013– Junio 2015)

Sistema de extracción Bombeo Mecánico

Profundidad de bomba 2.015 metros

Producción Media 90 m3/día

Diseño de Varillas

API 86

92 Var 1”; 97 Var 7/8”; 54 Var ¾”; 20 BDP 1 ½”

Material Grado D conexión BlueRod

Carga (% Goodman FS:0,9)

Grado D BR: 84 %

Intervenciones Sin Fallas

Ratio Falla Sin Fallas

Motivos de Falla Sin Fallas

Run-Life máximo (días) 730

Bomba Bomba 2"

AIB 912-365-168

GPM 8

Sumergencia 150 metros

Corrosión H2S en gas disuelto

Corte de agua 80%

Grado de Acero Conexión Grado de Acero Conexión Grado de Acero Conexión Grado de Acero Conexión

Muy Alta Carga D 4142M BlueRod KD 4320M BlueRod KD 4320M BlueRod DS852 BlueRod

Alta Carga MMS API D 4142M BlueRod KD 4320M BlueRod DS852 BlueRod

Mediana Carga D 4142M API D 4142M API KD API DS852 API

No Corrosivo Baja Corrosión Media Corrosión Alta Corrosión

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NOTA TÉCNICA

En la simulación abajo se observa condiciones de carga que llevan a un límite de 84%

Goodman (FS:0,9). En la Fig 7 la carta dinamométrica actual con varillas D BlueRod.

Diameter (mm) Length (m) Rod Type Rod Loading

1) 25,4 * 710 TENARIS PREMIUM CON 81 2) 22,225 739 TENARIS PREMIUM CON 81 3) 19,05 411 TENARIS PREMIUM CON 84 4) 38,1 152 API D 27 * Requires slimhole couplings. Service Factor for Steel Rod : 0,9

Análisis económico de utilización de Varillas grado D conexión BlueRod

Para evaluar el impacto económico del cambio de varillas BlueRod en lugar de varillas API se

consideran los siguientes criterios:

Período de evaluación 2 años.

Costo de material API nuevo según lugar de pesca (Pesca alta o cambio total de sarta)

Costo de material BlueRod nuevo

Costo de intervención de Pulling según operación (Pesca alta o cambio total de sarta)

% De recambio en pozo API en pesca

A efectos de comparar el desempeño API vs BlueRod se analizan los dos materiales durante

el mismo período de tiempo de 2 años. El cálculo del costo total con varillas TS-MMS se

obtuvo considerando un índice de fallas de 4,2 Fallas/año con varillas TS-MMS y 0 fallas/año

con varillas D BlueRod. Los costos promedio por materiales se obtuvieron de los antecedentes

de intervenciones anteriores con varillas TS-MMS.

Los costos totales durante 2 años con varillas MMS fueron de U$S 392.303, mientras que los

costos con varillas D BlueRod fueron de U$S 69.684.

Resultados económicos:

Analizando la evolución de costos de la alternativa API respecto de la BlueRod se espera

recuperar la inversión en la segunda intervención. (Figura 8)

Por otro lado, considerando que durante el mismo período de prueba la sarta BlueRod no

presentó problemas de pesca se estima se generó un ahorro estimado de U$S 322.619. En

el anexo 2 los cálculos de costos y beneficios.

Sobre los beneficios económicos no se consideró la producción perdida durante las

intervenciones con las sartas API.

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NOTA TÉCNICA

Conclusiones

Se desprende de la experiencia que un pozo con condiciones de altas cargas y corrosión

moderada por presencia de sulfhídrico potencia la generación de falla en varillas de bombeo.

Esta situación afecta en mayor medida a varillas de alta resistencia con limitada tenacidad,

como es el caso del acero grado TS-MMS.

La necesidad de una solución que soporte altas cargas y un acero más tolerante a la corrosión

motivó la utilización de Varillas grado D conexión BlueRod. Esta opción obtuvo resultados

exitosos ante altas cargas y corrosión moderada. Complementariamente se pudo aumentar la

producción bruta hasta niveles de 90 m3/día.

Con el uso de varillas D BlueRod se disminuyó el índice de fallas de 4,2 fallas/año a 0

fallas/año.

Se obtuvieron ahorros asociados a la disminución de intervenciones y ahorros por no tener

pérdidas de producción por pozo parado, observando beneficios (ahorros) a partir de la

segunda intervención. El ahorro total durante el período analizado es de aproximadamente

U$S 322.619.

A futuro, la solución con mejores resultados esperados en pozos con altas cargas en

ambientes con corrosión más severa es manteniendo la conexión BlueRod utilizar un acero

que posea mayor tenacidad, tales como Grado KD o DS-852.

Referencias

1) Análisis de fallas externo (Godoy Cruz – Mendoza) Pozo T-50 Según Normas ASM

Metals Hanbook Vol 19, ASTM E30 y 1329 y ASTM E 370. 02-12-2012

2) Análisis de Falla 13-259 realizado por laboratorios de Tenaris. 12-04-2013

3) Análisis de Falla LMT 634 – M1- REV 00 – 2012 - UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

COMAHUE 17-08-2012.

4) Análisis de Falla LMT 634 – M2- REV 00 – 2012 - UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

COMAHUE 17-08-2012.

5) Tenaris Sucker Rods General Catalog. Tenaris.

http://www.tenaris.com/en/MediaAndPublications/BrochuresAndCatalogs/SuckerRods

.aspx.

6) API RP 11BR, “Recommended Practice for Care and Handling of Sucker Rods”

7) API Spec 11B, “Specification for Sucker Rods”

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NOTA TÉCNICA

Anexo 1 – Propiedades Varillas Grado Tenaris TS-MMS y D ALLOY

Anexo 2 – Comparativa económica de varillas TS-MMS vs DBlueRod

TS-MMS D ALLOY

4138M 4142M

COMPOSICIÓN QUÍMICA

C 0.36-0.43 0.40-0.45

Mn 1.10-1.40 0.75-1.00

S 0.025 MAX 0.025 MAX

P 0.025 MAX 0.025 MAX

Si 0.20-0.40 0.15-0.35

Ni 0.30 MAX 0.25 MAX

Cr 0.50-0.90 0.80-1.10

Mo 0.25-0.50 0.15-0.25

V 0.04-0.07 -

Nb 0.02-0.05 -

Al 0.01-0.07 0.01-0.04

Cu 0.25 MAX 0.25 MAX

PROPIEDADES MECANICAS

YS (KSI) 115 MIN 100*

UTS (KSI) 138-155 120-140

TRATAMIENTO TERMICO

NORMALIZADO

REVENIDO

NORMALIZADO

REVENIDO

Grado de Acero

Intervenciones

por año

Cantidad de

intervenciones

en 2 años

MesesCosto total por

intervenciones

Costo total por

materiales

Costo total

Acumulado

TS-MMS 4,2 8,4 24 264.000$ 128.303$ 392.303$

D BlueRod 0 0 24 31.429$ 38.255$ 69.684$

322.619$ Beneficio BlueRod

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NOTA TÉCNICA

Agradecimientos

Gustavo Cartisano – Ingeniero de Producción Petrolera El Trebol

Edgardo Lopez – Tenaris

Matías Pereyra – Tenaris

Martín Buhler - Tenaris