Caracterización Por Meb/Eds De La Microestructura De Productos Tubulares De Acero Al Carbono Utilizados En Pozos De Producción

 

XIII Congreso Venezolano de Microscopía y Microanálisis
Cumaná 9 al 13 de noviembre de 2008

CARACTERIZACIÓN POR MEB/EDS DE LA MICROESTRUCTURA DE PRODUCTOS TUBULARES DE ACERO AL CARBONO UTILIZADOS EN POZOS DE PRODUCCIÓN S. Paredes Dugarte1, B. Hidalgo-Prada1, R. Ávila Godoy2, A. González Palomo1 y E. Guerra González1 1 Laboratorio de Caracterización de Materiales, Departamento de Cienciade Materiales, Instituto de Investigaciones en Biomedicina y Ciencias Aplicadas, Universidad de Oriente. 2Laboratorio de Análisis Químico y Estructural de Materiales, Facultad de Ciencia, Mérida.
sparedes@sucre.udo.edu.ve; bhidalgo@sucre.udo.edu.ve
RESUMEN Los aceros de bajo carbono son comúnmente utilizados en la fabricación de productos tubulares para la perforación de pozos de producción decrudo con gran profundidad, altas presiones y altas temperaturas. Estos ambientes son más exigentes cuando se involucran fluidos corrosivos como H2S y CO2, elevados cortes de H2O, sales disueltas, presencia de arenas y de bacterias reductoras de sulfatos. Adicionalmente, las condiciones agresivas de los pozos de producción en la industria petrolera pueden variar significativamente en una misma zonade explotación, por lo cual es importante caracterizar los aceros que se utilizan en estos pozos, particularmente los elementos microestructurales relacionados con su composición química, de los cuales depende la eficiencia de cada tipo de acero utilizado en los tubos de producción. El objetivo de este trabajo consistió en inspeccionar por MEB/EDS la microestructura de productos tabulares dehacer de bajo carbono utilizados en pozos de producción. Para este estudio se escogieron aceros de bajo carbono grados API J-55, K-55, N-80 y P-110, cuya composición química se presenta en la tabla N°1. De cada uno de estos aceros se prepararon probetas metalográficas siguiendo el procedimiento convencional de corte, montaje y pulido especular. Se utilizó Nital al 10% v/v para el revelado de lamicroestructura. Las observaciones por MEB se realizaron en un MEB HITACHI S-2500 y el análisis por EDS se hizo utilizando un equipo THERMO-NORAN acoplado al MEB. Los resultados mostraron que los aceros J-55 y K-55 están estructuralmente constituidos por una mezcla bifásica de perlita+ferrita (Figura 1a y 1b), mientras que los aceros N-80 y P-110 están compuestos por estructuras martensíticas con lapresencia de cristales en forma de laminillas (Figura 2a y 2b). La diferencia de estas estructuras está asociada al contenido de carbono presente en los aceros y a los tratamientos térmicos impartidos durante su fabricación. En el caso del J-55 el alto contenido de carbono favorece el predominio de colonias de perlita en su estructura, tal y como se observa en la Figura 1a. En todos los aceros seencontraron partículas intermetálicas de diferentes composiciones químicas, como puede verse en la Tabla N° 2; con predominio de inclusiones tipo sulfuros en el J-55 y nitruros en los aceros K55, N-80 y P-110. La Figura 3a muestra una inclusión tipo sulfuro encontrada en el J-55 con su respectivo espectro de EDS (Figura 3b). Este tipo de inclusiones presentaron formas irregulares, mientras que lasinclusiones tipo nitruros mostraron morfologías definidas: globulares, cuadradas y rectangulares, como se aprecia en las Figuras 4(a-c). La presencia de Al y Ca en las inclusiones tipo sulfuro puede explicarse debido a que durante el proceso de obtención de los aceros se adiciona Al para la desoxidación del

 

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mismo y Ca para impartirle fluidez al acero durante la colada. Las inclusiones metálicas contribuyen al mejoramiento de las propiedades mecánicas de los aceros, sin embargo pueden afectar su comportamiento frente a la corrosión en diferentes medios agresivos.

Tabla N° 1. Composición química elemental obtenida por espectroscopía de emisión de chispa y LECO al carbono de los aceros...