Extensión de durabilidad de pistones de bombas de fractura hidraúlica mediante el empleo de tecnología de nitruración por plasma y PVD

Abstract

En la industria del Gas y el Petróleo (Oil&Gas), el concepto de fractura hidráulica consiste en “romper” la formación (reservorios) por intermedio de un fluido, básicamente formado por agua y arena (agente de sostén), que bombeado a una determinada presión y un dado caudal, supere la resistencia de la formación (gradiente), de manera de colocar dentro de las fisuras creadas un ordenamiento del agente de sostén, impidiendo el cierre de las mismas . Las bombas de fractura hidráulica son de tipo aspirante-impelente: aspiran el fluido con el agente de sostén y lo bombean a altas presiones a fondo de pozo. Los pistones de estas bombas realizan la succión y la compresión; en su movimiento alternativo se produce el eventual ingreso de finos de arena al huelgo que queda entre la superficie del pistón y los sellos, siendo esta la principal causa de desgaste localizado del pistón, las camisas y los sellos del conjunto. Existen al menos dos mecanismos de desgaste: generalizado, atribuible a los finos del agente de sostén y localizado, atribuible a claras deficiencias en el recubrimiento duro comúnmente aplicado. La tecnología de endurecimiento superficial empleada actualmente para fabricar estos componentes es el Thermal Spray, que presenta ante estas prestaciones, fallas propias de la técnica y de su forma de aplicación: heterogeneidad química y microestructural, porosidad y falta de adherencia entre metal base y recubrimiento. Siguiendo criterios ampliamente difundidos en la ingeniería de superficie, se propuso por tanto reemplazar esta técnica de endurecimiento superficial por la de Nitruración por Plasma, la cual genera una transición gradual de durezas desde el núcleo hacia la superficie, eliminando la presencia de interfases. El tratamiento desarrollado se complementa con un segundo endurecimiento superficial, mediante la técnica de PVD (Physical Vapor Deposition). El tratamiento de endurecimiento descripto, fue utilizado para fabricar nuevos pistones de bomba de fractura hidráulica, y ensayados en un piloto tecnológico de campo.