Si construye una varilla de bombeo mejor, ¿los compradores estarán dispuestos a cambiar?

Oct 28, 2023

Cuando la bomba se descompone y el aceite deja de fluir, lo más probable es que se deba a una varilla de bombeo defectuosa.

"Las estadísticas son bastante sólidas. Si bien uno pensaría que la bomba de varilla o la bomba de cavidad progresiva es el componente con más problemas, es la sarta de varillas" la que suele tener la culpa, dijo Lonnie Dunn, vicepresidente de tecnología de Lifting. Soluciones.

Ese es un hecho crítico para Dunn, quien trabaja para el mayor fabricante de lo que se conoce como varillas de bombeo continuas. En lugar de conectar varillas individuales en una cadena lo suficientemente larga como para correr desde la superficie hasta la bomba, una sola varilla larga se introduce en el pozo como si fuera una tubería flexible.

Mientras hablaba de varillas de bombeo enrolladas en la Conferencia y Exhibición de Elevación Artificial de la SPE, un competidor en la conferencia, ChampionX, anunciaba una novedad: un revestimiento anódico protector para sus varillas de bombeo continuas que previene la corrosión y reduce la resistencia cuando una varilla roza contra la tubería circundante (SPE 209751).

A diferencia de los competidores que se han basado en recubrimientos que brindan una barrera física, la defensa de ChampionX se basa en un recubrimiento de metal en polvo que cortocircuita las reacciones electroquímicas que pueden causar una corrosión rápida.

Esta es una tecnología emergente en la que los componentes clave están probados desde hace mucho tiempo. La varilla continua se patentó hace casi 50 años, y los métodos que utilizan métodos anódicos de protección contra la corrosión existen incluso desde hace más tiempo, con usos que van desde la protección de tuberías ascendentes submarinas hasta clavos galvanizados.

Aún así, ambas ideas son nuevas en este sector de servicios que cambia lentamente, donde ha habido pocos cambios en las dimensiones de las varillas y los elementos de diseño clave generalmente se basan en especificaciones API.

Estas empresas se encuentran entre un puñado de innovadores que trabajan para convencer a los operadores de que una varilla continua es una mejor opción en un momento en que los pozos presentan más desafíos, desde pozos que se curvan por diseño o por accidente hasta yacimientos que producen fluidos cada vez más corrosivos.

Ha sido un cambio lento porque "las varillas de bombeo existen desde hace mucho tiempo y el producto y las prácticas de servicio están bien establecidas, mientras que la varilla continua, especialmente en el lado del servicio, representa un cambio significativo", dijo Dunn.

Si bien existen ventajas, desde tiempos de ejecución más rápidos hasta fallas reducidas, cuando se trata de este producto básico de campo petrolero establecido desde hace mucho tiempo, sospecha que algunos clientes asumen que "todo lo que se puede hacer se hace".

Las varillas continuas eliminan el tiempo necesario para realizar los cientos de conexiones necesarias para formar una sarta de varillas. El riesgo de fallas en las conexiones se reduce reemplazando múltiples varillas con una varilla larga que requiere conexiones solo en la unidad de bombeo en la superficie y la bomba de fondo de pozo.

Para respaldar la promesa de varillas más duraderas, las empresas de este sector están agregando recubrimientos resistentes a la corrosión. "El consenso general es que los pozos se volverán cada vez más corrosivos, y la industria buscará petróleo y gas en condiciones más duras", dijo Alex Perri, director de línea de productos de ChampionX.

ChampionX está tratando de superar a los competidores que han estado vendiendo varillas continuas con revestimientos de barrera protectora.

Lifting Solutions cubre la superficie con una capa de barrera de polietileno de alta densidad, mientras que Weatherford usa su propio revestimiento no metálico patentado, dijo Dunn.

El recubrimiento de varillas es un desafío de ingeniería complicado en múltiples niveles.

Todo lo que se aplique a la superficie de una varilla debe soportar un manejo rudo desde el momento en que pasa por las pinzas durante la instalación hasta que la varilla en constante movimiento roza contra la tubería, lo que es cada vez más probable que suceda en pozos curvos.

Cuando Perri explicó el pensamiento detrás del desarrollo del recubrimiento de ChampionX, equivalió a una crítica de la competencia cuyos recubrimientos están diseñados para servir como barreras para proteger las varillas de acero del fluido corrosivo que se encuentra en muchos pozos.

Cuando ChampionX encuestó a los clientes que usaban esas varillas con revestimientos de barrera, dijo que respondieron que funcionaron bien al principio, pero que se desvanecieron con el tiempo, reduciendo la protección con el tiempo.

Dunn respondió que han corrido más de 3,000 sartas de varillas continuas recubiertas en aplicaciones de pozos direccionales corrosivos, extendiendo los tiempos de ejecución desde unos pocos meses con varilla desnuda hasta varios años o más con su varilla recubierta.

Basado en el papel de ChampionX, su recubrimiento puede reducir la fricción en un 25 % cuando entra en contacto con el metal y puede continuar protegiendo las áreas donde se ha desgastado.

Los métodos de ChampionX se basan en explicaciones científicas que han existido durante mucho tiempo sobre cómo las reacciones químicas pueden crear una corriente eléctrica y conducir a la corrosión y en los avances recientes en las ciencias de los materiales que se utilizaron para crear un revestimiento resistente que se adhiere firmemente a la barra.

Los métodos de protección anódica limitan la corrosión al agregar un recubrimiento hecho de un metal que se sacrifica para proteger las varillas de acero de la corrosión.

Sin protección, el ambiente ácido en un pozo (el fluido de prueba de ChampionX contenía sulfuro de hidrógeno (H2S) y dióxido de carbono (CO2)) interactuará directamente con la varilla de acero. Los electrones del acero viajan a través del fluido del pozo causando que el acero se corroa rápidamente.

Básicamente funciona como una batería. "El hierro es tanto el ánodo como el cátodo, y el fluido que contiene H2S y CO2 actúa como electrolito. Las complicadas interacciones entre estos componentes dan como resultado una reacción de oxidación debido a la pérdida de electrones en la superficie del acero, lo que provoca picaduras y más. grandes daños si no se trata", dijo Angela Sultanian, ingeniera de materiales sénior de ChampionX.

El recubrimiento cortocircuita ese proceso al agregar un metal cuya carga, en relación con el hierro, lo convierte en el ánodo mientras sus electrones fluyen hacia el acero, interrumpiendo esa reacción destructiva. Esta protección continúa incluso si parte del revestimiento anódico se ha desgastado o rayado porque no depende de la creación de una barrera física.

Aún así, ChampionX trabajó para minimizar esas brechas mediante el desarrollo de un método para adherir fuertemente el recubrimiento anódico a la superficie flexible de la tubería flexible mediante un método de aplicación continua que redujo el costo de aplicar el recubrimiento a miles de pies de varilla.

Esta protección no dura para siempre. Está limitado por el volumen del metal en el revestimiento de protección anódica. La ingeniería de revestimiento de varillas requiere equilibrar la necesidad de maximizar la vida útil de las varillas, que en última instancia está limitada por la fatiga del metal, con el precio que los compradores están dispuestos a pagar por un artículo básico de campo petrolífero.

Si bien la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de EE. UU. ha desarrollado recubrimientos protectores de ultra alto rendimiento, cuestan más de lo que nadie está dispuesto a pagar para proteger una varilla de bombeo, dijo Dunn.

ChampionX probó su revestimiento insertando una varilla de 2620 pies de largo en un pozo donde el fluido era corrosivo (2,3 % H2S y 15,7 % CO2). Los 820 pies superiores de la varilla de acero (AISI 4120M) no se recubrieron mientras que los 1800 pies inferiores se trataron con su recubrimiento anódico.

Después de 22 semanas, extrajeron la varilla de bombeo y observaron daños por corrosión en la sección sin tratar, con picaduras y una reducción de hasta un 5 % en el diámetro de los puntos. El papel no informó de "desgaste significativo" en la sección inferior revestida.

A las 38 semanas, la sección sin recubrimiento de la cuerda se rompió en un punto a unos pocos pies por debajo del nivel del suelo donde hubo "daños considerables por corrosión", escribieron los autores del artículo.

Reemplazaron la sección sin recubrimiento y la movieron a la parte inferior de la barra debajo de la sección recubierta. Desde entonces, la combinación ha estado funcionando durante 158 semanas sin incidentes, lo que, según Sultanian, es un "aumento dramático en el tiempo de ejecución".

La prueba se ajusta al patrón de tiempos de funcionamiento más prolongados informados para varillas continuas con protección contra la corrosión. Pero las comparaciones son complicadas porque el tiempo de funcionamiento de las varillas de bombeo varía ampliamente según la química del pozo, las especificaciones de las varillas, la calidad del pozo y qué tan bien se mantiene el sistema de bombeo, entre otros factores.

Los fabricantes de varillas continuas están invirtiendo en recubrimientos, suponiendo que se requerirá una mayor protección en el futuro, dijo Perri.

La competencia más dura a la que se enfrentan las empresas que venden varilla continua son las varillas de bombeo tradicionales.

La varilla en espiral se usa ampliamente en Canadá, donde nació, y se ha extendido a Omán, Colombia y algunos otros países productores de petróleo más pequeños. En los EE. UU., la demanda de continuo es relativamente fuerte en California, y hay usuarios en Dakota del Norte, Texas, Nuevo México y Colorado, incluidos algunos clientes potenciales o de prueba, dijo Dunn.

Las razones de la lenta aceptación en los EE. UU. van desde la falta de equipos y cuadrillas para hacer funcionar la varilla continua, que está mejorando, hasta la tarea que lleva mucho tiempo de convencer a los usuarios de varillas de bombeo de que existe una varilla de bombeo mejor.

El cambio requiere considerar las compensaciones, dijo Dunn.

Por un lado, al eliminar conexiones se eliminan los collares cilíndricos que sobresalen de la varilla. Estos conectores de 4 pulgadas de largo crean un punto de contacto cada 25 pies que puede desgastar la tubería a medida que gira u oscila. Dunn dijo que las guías a menudo se agregan a las varillas de bombeo articuladas para distribuir el contacto de manera más uniforme, pero esto introduce restricciones de flujo, turbulencia en la tubería y aumenta el costo.

La varilla continua también puede entrar en contacto con la tubería, pero su superficie uniforme significa que la fuerza se distribuye más ampliamente que con un collar. Sin embargo, la varilla continua está en desventaja en los pozos que producen cera debido a la ausencia de conexiones o guías que sirvan para evitar la acumulación de cera en la tubería, dijo.

No es que se desconozcan los problemas asociados con los cientos de conexiones necesarias para un pozo pérmico promedio. Un documento de Occidental Petroleum presentado en la conferencia de elevación ofreció un análisis detallado de la alta tasa de fallas en una operación que utiliza varillas de bombeo de fibra de vidrio.

Según el análisis y los comentarios de los que estaban en el campo, los conectores eran el eslabón débil que causaba un alto porcentaje de roturas de varillas. Occidental respondió haciendo cambios, incluido un programa para garantizar que las conexiones se hicieran correctamente (SPE 209731).

Dunn reconoció que la atención a los detalles podría reducir significativamente la tasa de fallas, pero pasar a la varilla continua eliminaría por completo la fuente del problema.

La venta de varillas de bombeo continuas en el Pérmico requerirá adaptar el producto al enorme tamaño de las unidades de bombeo y la profundidad de los prolíficos pozos. Para hacerlo, dijo Dunn, "será necesario adaptarse a los pozos profundos y altamente cargados ya la tortuosidad asociada con los perfiles de sus pozos, que representan un paso adelante en la dificultad de la base actual de aplicación de varillas continuas".

Demostrar el valor de las varillas de bombeo continuas requiere convencer a los clientes potenciales de que realmente duran mucho más, "lo que significa que el proceso de prueba lleva tiempo", dijo Dunn.

Para leer más

La varilla en espiral anódica SPE 209751 mitiga el daño por corrosión en un pozo con condiciones agresivas de CO2 y H2S por Alexander Claudio Perri y Angela Sultanian, ChampionX.

SPE 209731 Rentabilidad de la varilla de bombeo de fibra de vidrio: un estudio de caso de la cuenca del Pérmico por Melanie Brewer y Chaohui Su, Occidental; Steve Gault, occidental (retirado)