10 selección de materiales

Schlumberger Private
Programa de Entrenamiento
Acelerado para Supervisores
Selección de Materiales

IPM
Al terminar el presente Módulo USTED deberá
estar conocer:
· La selección de materiales con base en el
medio ambiente del campo petrolero
· El rango de categorías de servicio del medio
ambiente del campo petrolero
· La selección de sellos de polímeros para
medio ambientes petroleros típicos
· Los varios tipos de sellos y la razón de su uso
2
Objetivos del Módulo:

IPM
· Resistencia es la capacidad de un metal de soportar
esfuerzos.
· Las cargas que pueden afectar un metal son: de
tensión, de impacto, de compresión, de fatiga, de
torsión y de corte.
· Resistencia Final a la Tensión – Es la carga máxima
que un material puede soportar antes de fallar
· Límite Elástico es el esfuerzo máximo que el metal
soporta sin sufrir una deformación permanente.
· La Resistencia a la Cedencia para los materiales
más comunmente utilizados es el Límite Elástico.
3
Deformación de Metales

IPM
· Resistencia a la Tensión
· Resistencia a la Cedencia
· Dureza:
· Rockwell C o B
· BHN
4
Propiedades Mecánicas
· Tenacidad

IPM
5
Ubicación de las muestras para la
Medición de la Resistencia

IPM
Especímen para Prueba de Elongación
6

· Forma de prueba no destructiva para estimar las
propiedades de tensión de un metal
· Los métodos comunes incluyen la prueba de
Brinell - utilizada para pruebas repetitivas con
carga de 3,000kg
· Prueba de Dureza Rockwell - escalas B y C. La
escala B más común con carga de 100kg. La
escala C utiliza carga de 150kg
· Prueba de Dureza de Vickers o Dureza de
Pirámide de Diamante que se utiliza en trabajos
de investigación, micro-estructuras, sensible a la
preparación de la superficie
IPM
7
Pruebas de Dureza

IPM
8
Tipos de Dentados de Dureza
· La dureza de pirámide de
diamante se utiliza para
verificar micro-estructuras
y características finas - se
utiliza principalmente en
laboratorios.
· Rockwell y Brinell se
utilizan más comunmente
en plantas industriales.

IPM
9
Dureza a través de las Paredes

IPM
· Ésta es una prueba de impacto en la cual una muestra
de barra con muesca, fija en ambos extremos, es
golpeada por un péndulo que cae. La energía que se
absorbe, determinada por la elevación subsiguiente del
péndulo, es una medida de la resistencia al impacto o
tenacidad del material. Este valor se conoce como
valor de Impacto Charpy y normalmente expresado en
Julios o en pie x libra. La temperatura de prueba y la
orientación del espécimen también son parámetros
importantes que se deben reportar.
10
Tenacidad: Prueba Charpy
(de Resistencia al Impacto)

Ubicación del Especimen para la prueba CHARPY
IPM
11
(Prueba de Resistencia al Impacto)

IPM
Tamaño del Espécimen para el “CHV”
Valor Charpy – Resistencia al Impacto
12

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)
Group Grade Type Min. Max. Min. Max. Min. Max. Min. Max. Max. Max. Max. Max. Max.
1 H40 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 0.030 0.030 ¾
2 L80 1 ¾ 0.43 ¾ 1.90 ¾ ¾ ¾ ¾ 0.25 0.35 0.030 0.030 0.45
3 P110 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 0.030 0.030 ¾
4 Q125 1 ¾ 0.35 ¾ 1.00 ¾ 0.75 ¾ 1.20 0.99 ¾ 0.020 0.010 ¾
IPM
J55 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 0.030 0.030 ¾
K55 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 0.030 0.030 ¾
N80 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 0.030 0.030 ¾
L80 9Cr ¾ 0.15 0.30 0.60 0.90 1.10 8.00 10.00 0.50 0.25 0.020 0.010 1.00
L80 13Cr 0.15 0.22 0.25 1.00 ¾ 12.00 14.00 0.50 0.25 0.020 0.010 1.00
C90 1 ¾ 0.35 ¾ 1.00 0.25 0.75 ¾ 1.20 0.99 ¾ 0.020 0.010 ¾
C90 2 ¾ 0.50 ¾ 1.90 ¾ N.L. ¾ N.L 0.99 ¾ 0.030 0.010 ¾
C95 - ¾ 0.45 ¾ 1.90 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 0.030 0.030 0.45
T95 1 ¾ 0.35 ¾ 1.20 0.25 0.85 -0.40 1.50 0.99 ¾ 0.020 0.010 ¾
T95 2 ¾ 0.50 ¾ 1.90 ¾ ¾ ¾ ¾ 0.99 ¾ 0.030 0.010 ¾
Q125 2 0.35 ¾ ¾ 1.00 ¾ N.L. ¾ N.L 0.99 ¾ 0.020 0.020 ¾
Q125 3 ¾ 0.50 ¾ 1.90 ¾ N.L. ¾ N.L. 0.99 ¾ 0.030 0.010 ¾
Q125 4 ¾ 0.50 ¾ 1.90 ¾ N.L. ¾ N.L. 0.99 ¾ 0.030 0.020 ¾
13
Química de Tubulares API
Carbon Manganese Molybdenum Chromium Nickel Copper Phosphorous Sulfur Silicon

IPM
Requerimientos de Tensión y Dureza
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)
14
para Tubulares API
Fuerza de
Cedencia
Dureza,
Máxima
Grupo Grado Tipo
Mínima
(psi)
Máxima
(psi)
Fuerza de
Tensión,
Mínima
(psi)
HRC BHN
Espesor de Pared
Especificado
(pulgadas)
Variación
Permisible de
Dureza
(HRC)
1 H40 40,000 80,000 60,000 ¾ ¾
J55 55,000 80,000 75,000 ¾ ¾
K55 55,000 80,000 95,000 ¾ ¾
N80 80,000 110,000 100,000 ¾ ¾
2 L80 1 80,000 95,000 95,000 23 241
L80 9Cr 80,000 95,000 95,000 23 241
L80 13Cr 80,000 95,000 95,000 23 241
C90 1, 2 90,000 105,000 100,000 25.4 255 0.500 o menor 3.0
C90 1, 2 90,000 105,000 100,000 25.4 255 0.501 a 0.749 4.0
C90 1, 2 90,000 105,000 100,000 25.4 255 0.750 a 0.999 5.0
C90 1, 2 90,000 105,000 100,000 25.4 255 1.000 y mayor 6.0
C95 95,000 110,000 105,000 ¾ ¾
T95 1, 2 95,000 110,000 105,000 25.4 255 0.500 o menor 3.0
T95 1, 2 95,000 110,000 105,000 25.4 255 0.501 a 0.749 4.0
T95 1, 2 95,000 110,000 105,000 25.4 255 0.750 a 0.999 5.0
3 P110 110,000 140,000 125,000 ¾ ¾
4 Q125 1-4 125,000 150,000 135,000 ¾ ¾ 0.500 o menor 3.0
Q125 1-4 125,000 150,000 135,000 ¾ ¾ 0.501 a 0.749 4.0
Q125 1-4 125,000 150,000 135,000 ¾ ¾ 0.750 y mayor 5.0

MATERIALES API
Corrosión

IPM
Aspectos Básicos de la Corrosión
· La corrosión es un proceso electromecánico que
requiere que se lleven a cabo una reacción anódica y
una reacción catódica al mismo tiempo.
· Se requiere la presencia de agua y de otros
materiales corrosivos para que ocurra la corrosión.
· Para la mayor parte de los ambientes en el campo
petrolero, las reacciones catódicas comunes son la
reducción de iones de hidrógeno a hidrógeno y la
reducción de oxígeno.
16
Conceptos de Corrosión

IPM
· Esquema de celdas
de ánodo y de cátodo
en un fluido corrosivo
· Las reacciones se
llevan a cabo al
mismo tiempo sobre
la superficie del
metal.
17
Celda de Corrosión

IPM
· Ejemplo de una
reacción en una
superficie de hierro
con una salmuera
ácida
· Muestra la
disolución del hierro
y la emanación del
hidrógeno
18
Celda de Corrosión
sobre una Superficie Metálica

Análisis de un Número Seleccionado de Fallas
en Industrias Relacionadas con el Petróleo
IPM
19
Tipo de falla Frecuencia
(%)
Relacionada con CO2 28
Relacionada con H2S 18
Soldadura preferencial 18
Picaduras y hendiduras 15
Corrosión por erosión y choque 12
Galvánica 6
Corrosión por esfuerzo 3

Análisis de un Número Seleccionado de Fallas
en Industrias Relacionadas con el Petróleo
IPM
20
Tipo de falla Frecuencia
(%)
Corrosión (de todos tipos) 33
Fatiga 18
Daño / sobrecarga mecánica 14
Defectos de fabricación (excluyendo defectos
de soldadura)
9
Defectos de soldadura 7
Otros 10

IPM
· Agua (Esencial)
· Oxígeno
· Sulfuro de Hidrógeno (H2S)
· Bióxido de Carbono (CO2)
· Cloruros (Cl-)
· Azufre Libre
· Ácidos
21
Ambientes Corrosivos
· Temperatura
· Esfuerzos

Formas de Falla por Esfuerzos de Corrosión
· Fractura por Corrosión de Sulfuro (SSC) -
Falla de fragilidad por efecto combinados de
esfuerzo de tensión y corrosión con agua y
H2S.
· Fractura por Corrosión con Cloruro - Falla de
ruptura bajo esfuerzo combinado de tensión y
corrosión por la presencia de cloruros y agua.
IPM
“Stress Corrosion Cracking” – SCC
22

IPM
SCC- Puntos Importantes a Recordar
· La SCC (Falla por Esfuerzos de Corrosión) puede
ocurrir tanto en aceros de baja aleación y en aceros
de alta aleación de Ni con diferentes mecanismos y a
una variedad de temperaturas.
· La falla inducida por esfuerzo corrosivo del hidrógeno
asociado con material de alta resistencia, aleaciones
de Cr con alto contenido de Ni. La solución consiste
en limitar el grado de CW o de fuerza endurecida con
la edad. Los límites se definen en MR-0175.
· Sinergia entre Cl y H2S en el proceso anódico. El
H2S acelera la corrosión, aumenta la acidificación en
picaduras y grietas, aumenta la absorción de
hidrógeno de CRAs con base en Fe.
· La susceptibilidad a la temperatura varía con el tipo
de aleación.
23

IPM
· Picaduras Localizadas
· Falla por esfuerzo corrosivo de Sulfuro : El agua, el
H2S y un esfuerzo de tensión deben estar
presentes, para provocar la falla del material.
· Mientras mayores sean los esfuerzos, menor será el
tiempo para que ocurra la falla.
· A mayor temperatura, menor será la susceptibilidad.
· Dureza máxima de acuerdo con NACE MR-01-75
24
Sulfuro de Hidrógeno

IPM
Corrosión por Sulfuro de Hidrógeno
· El H2S reacciona con el acero en presencia de agua,
para formar sulfuro de hierro e hidrógeno.
· El hidrógeno atómico puede migrar en defectos en la
estructura de cristal de acero. Bajo esfuerzos de
tensión, se puede crear una grieta que pueda migrar
a la superficie. Una falla asociada con este fenómeno
se llama SSC (Falla por Esfuerzos de Corrosión).
· La prevención consiste en hacer máximas la
resistencia y la dureza al carbón, emplear aceros de
baja aleación y tipo “martensíticos”. Seguir los
lineamientos de la Norma NACE MR-0175.
25

IPM
· Simplemente porque se encuentre en la lista
de las Normas de NACE como la Norma
MR0175, no significa que sirva para todas las
condiciones de servicios ácidos.
· Mayor Resistencia = mayor será el riesgo de
falla por esfuerzo de corrosión
· Las nuevas Normas MR0175 / ISO 15156 se
enfocan a los límites ambientales para
grupos de aleaciones.
26
Servicio en ambiente de ácido

· A medida que aumenta la Resistencia de
una aleación, la tolerancia a la cantidad
de H2S se reduce.
· La susceptibilidad a la falla por esfuerzos
corrosivos (SSC) también se reduce a
medida que aumenta la temperatura.
IPM
Susceptibilidad de los Aceros de Baja Aleación
27
A la Temperatura y al H2S

· El H2S generalmente se expresa en ppm. Es
necesario convertir a porcentaje en moles. 10,000
ppm = 1% de mole o multiplicar ppm X 10(-6)
para obtener fracción de moles.
Ejemplo: 60 ppm de H2S en un gas con presión
de fondo de10,000 psi
La presión Parcial del H2S será:
IPM
Cálculos Parciales de Presión- H2S
60 X 10(-6)= .00006 x 10,000psi = 0.6 psi de H2S
28

IPM
29

IPM
La Severidad de los Ambientes Amargos
Dominio 0 “Servicio dulce”
Dominio 1 “Servicio amargo ligero”
Dominio 2 “Servicio amargo intermedio”
Dominio 3 “Servicio amargo severo”
Al definir la severidad del ambiente que contiene H2S, debe considerarse el
impacto en la adecuación de los materiales, con la posibilidad de la exposición
significativa a fases de agua condensada de bajo pH o a ácidos que se utilizan
para la estimulación del pozo y / o el contraflujo del ácido “gastado”.
30

IPM
Región Amarga para los Sistemas de Gas
31

IPM
Grados API para Tubulares operando en
32
Ambientes de Gas Amargo

IPM
Aleaciones para el Servicio en Ambientes
de Gas Amargo - Norma NACE MR0175
33
TYPE
MAXIMUM
HARDNESS HRC
per MR0175
CONDITION
Carbon & low alloy steels 1018, 4130, 4140, etc. 22 Hot rolled, annealed, N, NT, NQT, QT
Martensitic Stainless Steel 410, 410-13 Cr, 420 Mod. 22 Q & Double T, Q&T
Austenitic Stainless Steel 304, 316 S.S. 22 Annealed
Precipitation Hardening S.S., 17-4 PH 33 Annealed & Double aged
Custom 450 31 Annealed & aged
Duplex Stainless Steel, 25 Cr 28 Annealed
Nickel Based Alloys
Monel 400 35
Monel K 500 35 No cold working
Incoloy 825 35 Cold worked
Incoloy 925 38
Inconel X-750 spring 50 Cold worked & aged
Inconel 625 35
625 Mod/725 40
Inconel 718 40 No cold working
Hastelloy C-276 35 Can be cold worked
MP35N 51 Cold worked & aged
MP35N Spring 55 Cold worked & aged
Elgiloy-spring 60 Cold worked & aged

CORROSIÓN
Corrosión por CO2

IPM
· La interacción del CO2 con el acero provoca
corrosión con pérdida de peso o corrosión dulce.
Esto ocurre con una presión parcial del CO2 de 3
psia.
· La corrosión se manifiesta en forma de picaduras
muy bien definidas sobre la superficie del metal.
· La corrosión por CO2 empeora con el aumento de
temperatura – A diferencia de la corrosión con
H2S.
· Para controlar el ataque del CO2: inhibición
química, recubrimiento plástico o cerámico, Acero
al 13% de cromo.
35
Corrosión Dulce, CO2

IPM
Factores que Afectan la Corrosión con CO2
· Presión Parcial del CO2
· Temperatura
· pH
· Flujo
· Contenido de Agua
· Química del Agua
· H2S
· Factor de depósito de costras
36

IPM
· Presión Parcial del CO2 = [% de moles de
CO2] x [Presión de Trabajo (psi)] / 100
· Existen muchos paquetes de software para
predecir índices de corrosión. En la empresa
utilizamos el software Predict.
37
Corrosión por Bióxido de Carbono

Efecto de la Temperatura sobre el Índice de Corrosión
IPM
del Acero al Carbón (Prueba de Autoclave)
Fuente: A. Ikeda, M. Veda y S. Mukia, “Comportamiento a la Corrosión
38
por CO2 y Mecanismo del Acero al Carbón y de la Aleación de
Acero “CORROSIÓN/83”

CORROSIÓN
Falla del Material
Por Corrosión con Cloruro

IPM
Fallas por Corrosión con Cloruro
· La falla del material por esfuerzo de corrosión con
cloruro generalmente se asocia con altas
temperaturas y la susceptibilidad aumenta con los
cloruros.
· Existe preocupación a la falla por esfuerzos
corrosivos (SCC) en los aceros austeníticos
inoxidables (SS) de la serie 300 y en otros SS.
· Se obtiene resistencia significativa a la corrosión por
Cloruros cuando la aleación contiene más del 20%
de Cr y más del 35% de Ni.
40

IPM
Criterios para la Selección de Materiales
1. Propiedades Mecánicas
A. Resistencia del tubular usado en el campo
B. Resistencia de Diseño
2. Resistencia a la Corrosión
A. Compatibilidad Ambiental
B. Resistencia de los Componentes
42

· NACE MR0175 Materiales para Servicio en H2S
· ASME SECCIÓN IX Soldadura
· API 5CT Tubería de Producción y de
· API 14A Válvulas de Seguridad
· API 6A Equipo del Cabezal del Pozo
· ASTM Requerimiento de Materiales
· NORMAS ISO Normas varias
IPM
43
Normas Aplicables
Revestimiento.
Sub-Superficial

IPM
Fe + C Acero
Fe + Cr Acero Inoxidable
Fe + Cr + Ni + Mo Acero Inoxidable
Ni + Fe + Cr + Mo Incoloy
Ni + Cr + Mo Inconel Hastelloy
44
Aceros Ferrosos
Austenítico

IPM
45
Aleaciones Ferrosas
Metal/Alloy Composition Example Remarks
Iron Fe Pig Iron Not used
Carbon steel
Fe+C
(C up to 2%)
1018, 1020 Low strength structural steel
Low Alloy Steel
Fe+C (Mn, Cr, Ni, Mo
less than 3%)
4130, 4140, 8620 Various strength levels, common
Med. Alloy Steel
Fe+C, (Cr, Mo more
than 5%)
9 Cr-1 Moly
High strength - corrosion
resistant. Will rust slightly
Stainless Steel Minimum 12% Cr Will not rust
Ferritic S.S. 12-27% Cr Ferritic 430,440
Generally non-heat treatable.
Not commonly used.
Martensitic S.S.
Fe+Cr, Cr 12-%
Fe+Cr+Ni+Mo
410, 13Cr
Super 13Cr
Heat treatable. Good for CO2
Austenitic S.S.
Fe+18% Cr+8% Ni
+2-3% Mo
304, 316 Soft, non-heat treatable
Precipitation
Hardening S.S.
Fe+Cr+Ni+Cu+
Cb+Ta
17 Cr+4Ni
(17-4PH)
High Strength
Duplex S.S.
Austenitic/Ferritic
Fe+Cr+Ni+Mo+
Cu+N
22Cr
25Cr
(918)
Higher strength
Good for CO2
Cast Iron Fe+C (C, 2-4%) Inexpensive
Gray Cast Iron Fe+Graphite (C) Used in packer
Ductile Cast Iron Fe+Cemintite (Fe3C)
More ductile than gray cast iron.
Packer parts

Equipo de Completación en Función de los
IPM
·J-55, C-75, N-80, L-80 •4130 / 4140
•4130 Modificado (90 ksi), T-95,
925 para pasajes pulidos
·13Cr (420 Modificado) •410 / 13Cr, 420 Modificado.
·Super 13Cr •Super 13Cr
·22 / 25Cr (Duplex) •25 Cr ó 718
·825 •925, 718
·C-276 •725
46
Grados de Tubulares
·C-90/ T-95
Material del Equipo de
Completación
Tubular

IPM
ALEACIiN 4130/4140 9Cr - 1Mo 410 - 13CR 420M Super 13 Cr 925 718 725 C - 276
QUzMICA
Carb—n, C 0.28 - 0.45 0.15 0.15 0.18 -
Cromo, Cr 0.80 - 1.20 8.00 - 10.00 12.5 - 13.5 12.5 -
Molibdeno, Mo 0.15 - 0.025 0.90 - 1.10 0.50 0.20 - - - 2.5 - 3.5 2.80 - 3.30 7 - 9.5 15.0 - 17.0
N’quel, Ni - - - - - - - - - - - - 4.00 - 6.00 42.0 - 46.0 50.0 - 55.0 55.0 - 59.0 Balance
Cobre, Cu - - - - - - - - - - - - - - - 1.5 - 3.5 0.23 - - - - - -
Hierro, Fe Balance Balance Balance Balance Balance 22.0 Min. Balance 1.00 4.0 - 7.0
Manganeso, Mn 0.40 - 1.00 0.30 - 0.60 1.00 1.00 1.00 1.00 0.35 0.35 1.00
Azufre, S 0.025 0.025 0.005 0.005 0.010 0.03 0.01 0.01 0.01
F—sforo, P 0.025 0.025 0.020 0.020 0.030 0.03 0.01 0.015 0.04
Silic—n, Si 0.15 - 0.35 0.25 - 1.00 0.50 1.00 1.00 0.5 0.35 0.20 0.08
Columbio +
Tantalio
47
Propiedades de las Aleaciones
0.22
0.03 0.03 0.045 0.03 0.01
14.0
11.5 - 14.0 19.5 - 22.5 17.0 - 21.0 19.0 - 22.5 14.5 - 16.5
Cb+Ta (Nb+Ta)
- - - - - - - - - - - - 0.15 - 0.45
V = 0.50
0.50 4.75 - 5.50 2.7 - 4.0 3.0 - 4.5
Cobalto, Co - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1.0 Balance 2.5
Titanio, Ti - - - - - - - - - - - - 0.50 1.9 - 2.4 0.80 - 1.15 1.0 - 1.7 V = 0.35
Aluminio, Al - - - - - - - - - - - - N-0.10 0.1 - 0.5 0.40 - 0.60 0.35
PROPIEDADES
M‡x, HRc 22 22 22 22 30 38 40 40 35
0.2% Cedencia de
Correlaci—n (ksi) 80 80 80 80 95 110 120 120 110 - 160
Tratam. de Calor Enfriar Enfriar Enfriar y Enfriar Enfriar Sol. Recocer Sol. Recocer Sol. Recocer Trabajo Fr’o
Templar Templar Templar Doble Templar Templar Y envejecer Y envejecer Y envejecer
Costo Relativo
4130 = 1.00 1.00 1.5 2.25 2.50 3.00 8.00 10.00 15.00 25.00
H2S Bueno Satisf. Pobre Pobre Satisf. Excelente Excelente Excelente Excelente
CO2 Pobre Bueno Bueno Bueno Bueno Excelente Excelente Excelente Excelente
Temp. Aprox.
300 300 300 300 350 350 350 400 450
LzMITE OF

Guía General para Selección de Materiales
IPM
Ambiente Aleación Recomendada
· Servicio No-Corrosivo · 4130/4140 (pasajes pulidos 9 Cr-1 Mo)
· 4130 Externa (22 HRc máx) 9 Cr-1 Mo
(Flujo Mojado)
· Corrosión Ligera a Moderada, Bajo
H2S, CO2 + Temperaturas Bajas de
Agua, <250°F
· Corrosión por CO2, Rastro de H2S · 22/25Cr S.S.
· Corrosión por CO2, Bajo H2S · 22/25Cr S.S.
Temperaturas Más Altas
· Severamente Corrosivo H2S, CO2, · 925/718 (Ni-Cr) aleaciones
hasta 300°F
· Severamente Corrosivo + · 725, C-276, etc.
Temperaturas mayores a 300°F
48

Materiales para los equipo de Completación
IPM
Niple 9CR 13CR 925/718 17-4PH o 25Cr
49
4140 ext., 17-
4PH o 25Cr
partes f.w.
925/718 f.w.
4140 ext.
13CR f.w.
4140 ext.
Obturador 4130/4140
17-4PH, a la
Especial 450,
25Cr
SPM 4130 410 925/718
17-4PH o 25Cr
El oxígeno se
mantiene al
mínimo
925/718 f.w. o
todo 925/718
(para tubería
dúplex o de
825)
13CR fl
mojado 4140
ext o (todo
13CR para
tubería de
13CR)
9CR, 4140
sumergida en
fluido ext.
SSSV
Servicio de
Inyección de
Agua
Servicio
severo y/o
H2S-CO2
Servicio
intermedio y/o
CO2
Servicio
General y/o
amargo

Equipo para Servicio en H2S Normal ó Bajo
IPM
· Aceros de baja aleación, 4130 / 4130 utilizados para
la mayor parte de los equipos de completación.
· Los componentes de válvulas de seguridad
sumergidas se hacen de 9Cr-1Mo. Los componentes
de pasaje pulido como las sillas de asentamiento se
fabrican de 9Cr-1Mo o de aleaciones más altas.
· Los aceros LA y 9Cr-1Mo normalmente están
tratados con calor hasta un punto de cedencia de
80ksi y su dureza está controlada en HRC 22 de
acuerdo con las normas NACE.
50

IPM
· Se da una consideración importante a
problemas de corrosión con pérdida de
peso. La meta es una vida de servicio
de 10-20 años o mayor si se requiere.
· Generalmente se utilizan aleaciones
13Cr, y Super 13Cr.
51
Servicio en Ambiente Intermedio
y/o de Corrosión por CO2

· Ofrecen más alta Resistencia
como los aceros de Grado 95 y 110 Ksi
· Tienen mayor Tenacidad
· Ofrecen mayor Resistencia a corrosión con CO2
· Son de un aumento moderado en el Costo
· Disponibilidad de Acero en Barras
· Pobres para resistir corrosiones con H2S
IPM
Aceros Inoxidables 13Cr Modificados
52

IPM
Materiales para Ambientes corrosivos
con H2S – CO2 – Cl – Temperatura
· 9 CR - 1 Molibdeno
· Para Baja Temperatura
· 718
· Para Alta Temperatura
· Para Mayor Resistencia
53

IPM
· La aleación aeroespacial se optimizó para su uso en la
industria del petróleo y gas.
· Se utiliza en válvulas de seguridad, válvulas de
levantamiento neumático, obturadores, etc.
· Se ha hecho un gran esfuerzo para optimizar los
tratamientos con calor para obtener una combinación de
aguante a los esfuerzos, tenacidad y resistencia a la
corrosión requeridas.
· Solución recocida entre 1,850°F y 1,900°F de 1hr a 2hrs
· Envejecimiento entre 6hrs y 8hrs a 1,425-1,475°F
· Propiedades típicas: YS de120 ksi, valor de impacto
Charpy minimo de 35 pies-lbs, dureza HRC de 32 a 40
54
Aleación 718

IPM
· Resistencia a la Cedencia: 925 - 110 ksi Min.
· Isotrópica
· Excelente Resistencia a la Corrosión
· Disponible en Acero en Barras de todos los tamaños
· Cumple con la Norma NACE MR0175
· No hay problema con la acidificación
· Probada en ambientes de HP/HT
· Diámetro externo menor / Diámetro interno mayor
· Reducción en la Cedencia menor al 5% a 350ºF
· Puede soldarse
55
Aleación 925/718
718 - 120 ó 130 ksi Min.

IPM
56
Costo Relativo
RAW MATERIAL BAR STOCK
ALLOY $/lb.
4130 1.0
4140 1.0
9Cr 1.5
410-13Cr 2.0
420 Mod. 2.0
17-4 3.0
304 2.5
316 3.0
S13Cr 5.0
450 6.0
918 5.5
Monel K-500 12
925 11.5
718 12
625M 20
725 20
C-276 50
MP35N 60

IPM
Metal/Alloy Composition Example Remarks
Aluminum Al 6061-T6 Soft
Copper Cu -- Soft, electrical use
57
Usos de Aleaciones No-Ferrosas
Brass Cu+Zn
Yellow Brass (half
hard)
Shear pins,
various strengths available
Bronze Cu+Sn (tin)
Phosphorus-Bronze
Al Bronze
Bearings - busings, etc.
Monel Ni+Cu Monel 400 Soft, corrosion resistance.
Ni+Cu+Al+Ti Monel K-500
High strength,
corrosion resistance.
Inconel Ni+Cr Soft
Ni+Cr+Fe+Cb Inconel X-750
High strength,
used as spring material
Ni+Cr+Fe+Mo+Ti/Cb
Monel 718,
Inconel 725, 625M
Highly corrosion resistant.
Incoloy Ni+Cr+Fe Incoloy 825 Soft, corrosion resistance.
Ni+Cr+Fe+Ti Incoloy 925 High strength, corrosion resistance.
Cobalt Cb+Ni+Cr+Mo MP35N
Ultra-high strength,
high corrosion resistant, normally
used as spring material.
Titanium Ti Ti 6-2-4-6
Ultra high strength,
high corrosion resistance.

Materiales de Sellado
Elastómeros

IPM
Tipos de Materiales
59
Elastómeros
· Nitrilo
· HNBR
· Viton
· Aflas
· Chemraz

IPM
60
Nitrilo
Aplicaciones:
· En Empaques tipo “V”, Anillos “O”,
Sellos con Adherencia, Elementos de
sello en Obturadores
· Para temperaturas de trabajo £275°F
· Servicio Estándar

IPM
61
HNBR (HSN)
Aplicaciones:
· Para temperaturas de trabajo de
275°F a 325 °F
· Usado en elementos de sello en
obturadores
· Para sellos con adherencia
· En empaques tipo “V”
· En anillos “O”

IPM
62
Viton
Aplicaciones:
· Para temperaturas de 300°F a max. 400°F
· En ambientes de gas amargo sin inhibidor a
base de Aminas
· En anillos “O”
· En sellos “T”
· Para asientos suaves
· Sellos con adherencia

IPM
63
Aflas
Aplicaciones:
· Para temperaturas de 300°F a 400°F máx.
· 95°F límite mínimo para anillos “O” a 10,000 psi
· Para servicio en ambiente de gas amargo
Inhibido
· Requiere de Dispositivo Anti-Extrusión
· En anillos “O” y en Sellos “T”
· Para Empaques tipo “V”
· Para elementos de sello en obturadores

IPM
64
Chemraz
Características:
· Bajo Peso Molecular y Densidad de Cadena
Cruzada
· Bajas Propiedades Mecánicas
· Requiere dispositivo Anti-Extrusión
· De costo elevado
· Empleado en anillos “O” y en Sellos “T”
· Para empaques tipo “V”

Guía General para Selección de Elastómeros
IPM
65
Environment: Nitrile HNBR Viton® Aflas® Chemraz® Kalrez®
Maximum Temperature 275°F 350°F 400°F 400°F 400°F 400°F
Crude Oil OK OK OK OK OK OK
Hydrocarbons Hasta 275°F Hasta 325°F OK OK OK OK
Methane Gas OK OK OK OK OK OK
Water Hasta 275°F Hasta 300°F Hasta 300°F OK OK OK
H2S** Hasta 100 ppm Hasta 1000 ppm Hasta 300°F Hasta 400°F Hasta 400°F Hasta 400°F
CO2 Gas OK OK OK OK OK OK
Water Based Muds OK OK Hasta 300°F OK OK OK
Oil Based Muds OK OK OK OK OK OK
Brine Completion Fluid OK OK Hasta 300°F OK OK OK
Sea Water OK OK Hasta 300°F OK OK OK
Zinc Bromide NO NO Hasta 300°F Hasta 400°F Hasta 400°F Hasta 400°F
Amine Inhibitors Hasta 250°F Hasta 300°F Hasta 200°F Hasta 400°F Hasta 400°F Hasta 400°F
HCl Acid Hasta 250°F Hasta 300°F Hasta 300°F Hasta 400°F Hasta 400°F Hasta 400°F
Methanol Hasta 250°F Hasta 300°F Hasta 300°F OK OK OK
Steam NO NO NO OK OK OK

Principios de las Pruebas
No Destructivas – NDT

IPM
· Se realizan pruebas, exámenes o
evaluación de un componente para
detectar defectos / fallas internos o
superficiales en materiales
empleando técnicas que no dañan
ni destruyen el componente que se
está evaluando.
67
Evaluación No-Destructiva

· Principio: La superficie de prueba se cubre con un
líquido penetrante que busca grietas conectadas con
la superficie. El líquido brota de las grietas y mancha
otro recubrimiento de potencia que se aplica a la
superficie después de remover el exceso de la
primera película líquida de la superficie, para someter
los objetos a prueba.
· Tipos de Penetrantes
· Objeto de la prueba: Localizar Grietas, hoyuelos,
astillas, costuras, fracturas por enfriamiento, fugas, etc
IPM
· Que pueda lavarse con agua
· Que pueda removerse con solvente
68
Pruebas Penetrantes

Para asegurar la visibilidad, el penetrante líquido contiene un tinte
de color que se ve fácilmente con luz blanca o un tinte fluorescente
que se ve con luz negra (ultravioleta).
IPM
69

IPM
· Principio: El objeto de prueba o parte de éste se
encuentra magnetizado. Se aplica polvo magnético
sobre la superficie y se acumula en regiones donde
el campo magnético hace erupción o emerge como
resultado de defectos en la superficie o bajo ella.
· La indicación depende de la dirección y de la fuerza
del campo magnético así como del polvo y vehículo
para aplicarlo.
· Técnicas de Magnetización
· Inducción directa (pinchazos) – Corriente Alterna Vs. Directa
· Inducción indirecta (juntas) – Requerimientos de corriente
70
Partícula Magnética

IPM
71

Cuando se fuerza el campo de fuga fuera de la pieza,
las partículas de hierro son atraídas, mostrando una
indicación de discontinuidad.
Aún algunas discontinuidades bajo la superficie se
pueden detectar si el campo de fuga es
suficientemente fuerte como se muestra a
continuación:
IPM
72

IPM
Radiografía con Rayos X ó Gamma
· Principio: La radiación penetrante emitida por una
fuente de isótopo es impuesta sobre el objeto que se
prueba. La radiación transmitida o atenuada por el
objeto de prueba se utiliza para formar una imagen o
detectar la estructura interna y/o los defectos en las
secciones cruzadas gruesas de materiales gruesos.
· Tipos de radiación
73
· Rayos Gamma
· Rayos X

IPM
74
Radiografía con Rayos Gamma
Características:
· Para detectar grietas, porosidad, huecos e
inclusiones
· Normalmente se aplica a materiales
metálicos densos o gruesos.
· Objetos completos o estructuras con amplio
rango de formas y tamaños
· Piezas fundidas, componentes gruesos o
grandes y en especial, configuraciones no
accesibles a los generadores de rayos x
· Peligro de Radiación

IPM
75

IPM
76
Radiografía con Rayos X
Características:
· Para detectar grietas, porosidad, huecos e inclusiones
· Metales, no-metales, compuestos y materiales mixtos
· Objetos o estructuras completas con amplia variedad
de formas y tamaños
· Control de calidad de uniones y soldaduras
· Partes sueltas o perdidas y mecanismos de rotura
· La sensibilidad disminuye con el aumento de espesor.
· Las grietas deben estar orientadas de forma paralela a
las vigas.
· Peligro de radiación

IPM
77
Pruebas de Ultrasonido
· Aplicaciones:
· Medición de espesor de pared
· Medición de espesor de pared a temperatura
elevada
· Detección de defectos en las vigas en ángulo
· Grietas, huecos, laminación, inclusiones y
desconexiones

La mayor parte de los
traductores de pruebas de
contacto tienen placas de
desgaste frente al elemento
piezoeléctrico para
protegerlo. La excepción a
ello es el traductor de
cuarzo.
Como se muestra, los
traductores de contacto
pueden ser de “viga recta”
o de “viga en ángulo”.
IPM
78

IPM
Aplicaciones de Pruebas de Contacto
79

· Principio: Se aplica la Inspección Visual Directa y la
Inspección con Ayuda Óptica a las superficies de los
objetos, para detectar indicaciones de defectos y
anomalías de manera independiente y en combinación
con otras técnicas de Evaluación No Destructiva, NDE.
· Luz visible (luz ultravioleta con materiales
fluorescentes)
· Fotones reflejados o transmitidos
· Medios: Ojos, ayuda óptica, lupas, exploradores de
conductos
· Imagen Visual
· Medición Directa: se utiliza con otras técnicas para la
interpretación directa (por ejemplo: penetrantes líquidos,
partícula filtrada, partícula magnética)
IPM
80
Visual - Óptica

ESPECIFICACIONES
PARA LAS SOLDADURAS

IPM
· Sólo por el hecho de que se pueda dibujar,
no significa que puede soldarse.
· Se requiere de calificación del procedimiento
de soldadura conforme a la norma ASME
Sección IX.
· Se debe dar consideración a soldaduras de
alta presión y temperatura, en especimenes
bajo esfuerzos o con distorsión del material.
82
Soldadura

IPM
83

· Acero al Carbón
y Acero de Baja Aleación
IPM
· Carbón Equivalente
· Precalentar
· Tratamiento de calor posterior
a la soldadura
· Liberación de esfuerzo
· Enfriar y templar
84
Procedimiento de Soldadura
· Acero Inoxidable
· 410 Vs.. 13Cr
· Precalentar
· Tratamiento de calor
posterior a la soldadura
· Aleaciones de Níquel
· Soldadura en la
condición de recocido
· Recocido y
envejecimiento posterior
a la soldadura

Enfriar lentamente Recocido Suave
Enfriar con Aire Normalizar Grano Uniforme
Enfriar Rápido Enfriar Duro
Templar Propiedades Mecánicas Deseadas
Liberar Esfuerzo Esfuerzos liberados
Aleaciones de Níquel y Acero Inoxidable Austenítico
Recocer en Solución Enfriar Rápido Suave
IPM
85
Tratamiento de Calor
Acero
Envejecer Precipitar Duro

IPM
86

IPM
87

IPM
88

IPM
89

IPM
90

IPM
91

IPM
92

IPM
93

IPM
94

IPM
95

GTAW - Soldadura de Arco con Gas de Tungsteno
IPM
96
(Quemado con Gas o Arco de Helio)

IPM
97

SMAW - Soldadura de Arco con Metal Cubierto
IPM
98
(Barra)

IPM
99

Fin del Módulo

10 selección de materiales

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