La especificación API 11B establece la norma del sector para el acero y los productos relacionados con la varilla utilizados en las bombas de varilla alternativa; la selección correcta del grado, tamaño, acoplamiento y tratamiento superficial de la varilla -además de una manipulación, control de par e inspección adecuados- suele proporcionar la mejor vida operativa en un pozo. Para el bombeo convencional en tierra, la selección del grado API correcto (C, K, D, HA/HS o aleaciones especiales/FRP) en función de la carga máxima de la varilla, el riesgo de corrosión y la profundidad del pozo es el paso más importante que pueden dar los operadores para reducir los fallos en el fondo del pozo y los costes de explotación.

¿Qué es la API 11B?

La Especificación API 11B define los requisitos dimensionales, las formas de rosca, las pruebas mecánicas, el marcado y los controles de calidad del producto para las varillas de bombeo de acero y productos relacionados (varillas de bombeo, acoplamientos, varillas pulidas, calibradores de rosca, etc.). El American Petroleum Institute mantiene el programa de monogramas API y las actualizaciones editoriales de la norma; la última edición publicada (28ª) contiene los requisitos más actuales sobre roscas, pruebas e identificación de productos en los que confían los operadores.

Por qué es importante: la conformidad con la norma API 11B garantiza la intercambiabilidad entre proveedores, la coherencia de las declaraciones de rendimiento mecánico y la disponibilidad de calibres de roscas y acoplamientos calibrados. Los productos no conformes aumentan significativamente el riesgo de un ajuste inadecuado de la rosca, una resistencia mecánica por debajo de las especificaciones y un fallo prematuro.

Anatomía básica y función de una cuerda de ventosas

Una sarta de varillas de bombeo transmite el movimiento alternativo desde el motor principal de superficie (bomba) a la bomba alternativa de fondo de pozo (émbolo y cilindro). Componentes principales:

• Equipos de superficievarilla pulida, prensaestopas, balancín y cabeza de caballo.

• Cuerda de varillaVarillas de bombeo estándar (longitudes típicas de 7-9 m / 25-30 pies) roscadas en ambos extremos y unidas mediante acoplamientos.

• Componentes de fondo de pozoBomba: cilindro de bombeo, émbolo, válvula estacionaria y válvula de desplazamiento.

Las sartas de varillas deben resistir la tensión/compresión axial, la flexión por desviación lateral del pozo, la torsión en caso de rotación y la fatiga cíclica por millones de golpes.

Longitudes típicas de venta al público: 7,62 m (25 pies) y 9,14 m (30 pies). Los diámetros típicos del cuerpo oscilan entre 5/8″ y 1-1/4″ en función de la aplicación.

Tamaños y datos geométricos comunes

(Nota: los pasadores, las longitudes de rosca y las dimensiones de los resaltes varían según el fabricante y deben comprobarse con las tablas de calibres API durante la inspección).

Grados API, propiedades mecánicas y opciones de materiales

La designación API de las varillas de bombeo agrupa los productos por sus propiedades de tracción mínimas y máximas y, a menudo, por su composición química. A continuación se muestra una tabla práctica condensada. Utilice las hojas de datos del fabricante para obtener especificaciones y certificaciones precisas.

API 11B proporciona rangos de tracción y métodos de ensayo mecánico específicos para cada grado; los operadores deben exigir informes de ensayo de materiales (MTR) y trazabilidad con cada envío.

Nota práctica: Los grados de tracción más altos proporcionan una mayor capacidad axial, pero a menudo reducen la vida a fatiga si el acabado superficial, el tratamiento térmico y la manipulación no son correctos. Una selección adecuada equilibra la capacidad de carga estática y la resistencia a la fatiga en condiciones de carga cíclica.

Formas de rosca, acoplamientos y calibrado

API 11B normaliza la geometría de las roscas (espiga y caja), las dimensiones y la práctica de calibrado. El ajuste de la rosca debe comprobarse con calibradores calibrados de tapón y anillo; las recomendaciones de par de apriete y la lubricación de la rosca durante el montaje son esenciales para evitar el gripado y alcanzar el engrane diseñado. Los proveedores suelen suministrar calibradores de roscas de espiga y de caja que se ajustan a las especificaciones API.

Tipos de acoplamiento habituales:

• Acoplamientos normalizados (redondos) para conexiones de varilla del mismo tamaño.

• Acoplamientos reductores para unir diferentes diámetros cuando sea necesario.

• Acoplamientos especiales con arcenes o topes al pasar por equipos restringidos.

Práctica de aforo: Comprobar la forma, el paso, la excentricidad y la longitud de engrane de las roscas; rechazar las varillas con roscas desgastadas o que no cumplan los límites de calibre.

Tratamientos superficiales, revestimientos y mitigación de la corrosión

El acabado de la superficie y los tratamientos protectores afectan de forma drástica a la vida a fatiga y al comportamiento frente a la corrosión. Opciones:

• Fosfatado o parkerizado para el control de la corrosión leve en instalaciones económicas.

• Cromado duro para zonas de varillas pulidas; rara vez se utiliza en varillas de bombeo debido a problemas de grosor/tolerancia.

• Nitruración u otro endurecimiento por difusión mejora la dureza superficial y la resistencia al desgaste cuando se aplica correctamente.

• Recubrimientos poliméricos o envolturas epoxídicas para una protección parcial contra la corrosión manteniendo las tolerancias.

• Varillas de FRP/composite eliminan muchos problemas de corrosión, pero requieren prácticas de unión diferentes.

Elija tratamientos que no comprometan las tolerancias de la rosca o la tenacidad del núcleo inducida por el tratamiento térmico. Consulte los datos del proveedor porque no todos los revestimientos son compatibles con los calibres de rosca API.

Fatiga, desgaste y mecanismos de fallo dominantes

Las varillas de bombeo funcionan bajo fatiga de alto ciclo; mecanismos de fallo típicos:

• Fractura por fatiga de la tensión axial cíclica y la flexión cerca de los defectos superficiales o en las raíces de los hilos.

• Desgaste de la rosca y gripado por un par de apriete inadecuado, una lubricación deficiente o roscas desajustadas.

• Corrosión (general, picaduras, H2S/CO2) lo que provoca concentración de tensiones y fatiga acelerada.

• Erosión por arena y partículas abrasivas.

• Pandeo y flexión en pozos desviados provocando contacto lateral y rozamiento.

Tabla - Modo de fallo frente a mitigación común:

Trabajos técnicos notables demuestran que los materiales compuestos se comportan de forma diferente (la flexión rotacional produce modos de fractura únicos) y que las pruebas de fatiga en laboratorio en entornos corrosivos son importantes a la hora de especificar varillas para pozos agrios o arenosos.

Cómo seleccionar el grado y el tamaño de la varilla para un pozo específico

La selección debe tener en cuenta:

• Carga de tracción estática máxima en la barra pulida (más el factor de seguridad).

• Amplitud de carga dinámica durante los golpes de bombeo (picos de tensión y compresión).

• Profundidad del pozo y el peso de la cuerda de la caña.

• Presencia de especies corrosivas (CO2, H2S, cloruro).

• Riesgo de arena/abrasión y probabilidad de carga lateral.

• EconomíaCoste inicial de la varilla frente a la vida útil prevista; los revestimientos de mayor calidad suelen recuperar los costes gracias a una vida útil más larga.

Tabla de decisiones rápidas (simplificada):

Las tablas de selección del fabricante (de los principales OEM) correlacionan la carga del vástago (lbf) frente a la profundidad para cada grado; consulte los catálogos del proveedor para conocer los límites precisos.

Manipulación, montaje, práctica del par de apriete y procedimientos de funcionamiento

La práctica en el campo afecta significativamente a la vida útil de las varillas. Recomendaciones clave:

• Utilice llaves dinamométricas y siga las tablas de pares de apriete del proveedor durante el montaje del acoplamiento; evite martillear las roscas.

• Aplique un compuesto para roscas aprobado tanto para lubricación como para protección contra la corrosión; asegúrese de que el compuesto no altere el ajuste del calibre.

• No rote en exceso ni rote continuamente a menos que la varilla esté especificada para la rotación; la rotación de varillas de acero convencionales aumenta los esfuerzos de torsión y reduce la vida a fatiga. Algunas bombas de tornillo requieren la rotación del vástago; utilice vástagos y acoplamientos homologados para el par de torsión.

• Almacenar con cuidado: mantener las varillas alejadas del suelo y protegidas de la humedad; inspeccionar las roscas antes de ponerlas en funcionamiento.

• Marque y realice un seguimiento de las tiradas de varilla y reutilícelas únicamente según las recomendaciones del proveedor; mantenga tarjetas de tirada que documenten las sustituciones y los fallos.

Inspección, pruebas no destructivas y criterios de sustitución

La inspección rutinaria debe incluir:

• Calibrado de roscas (enchufe y anillo) antes de funcionar.

• Inspección visual para detectar picaduras de corrosión, daños en las roscas, mellas y defectos superficiales.

• Pruebas por ultrasonidos o partículas magnéticas para varillas críticas cuando se sospeche un daño por fatiga.

• Verificación de la dureza y ensayos de tracción en lotes muestreados para garantizar la calidad.

Sustituir las varillas con roscas desgastadas más allá de la aceptación del calibre, con grietas detectadas por END, o con picaduras/pérdidas de sección significativas que reduzcan el área de la sección transversal o la resistencia a la fatiga.

Alternativas emergentes: FRP y varillas compuestas híbridas

Las varillas de PRFV (fibra de vidrio o de carbono con matriz epoxídica) ofrecen ventajas:

• Menor peso (reduce la carga estática y puede aumentar la profundidad de bombeo permitida).

• Resistencia a la corrosión de los fluidos de formación.

• Aislamiento eléctrico (ayuda en caso de corrientes parásitas o problemas galvánicos).

Limitaciones:

• Diferentes sistemas de unión y acoplamiento; requiere formación especial.

• Diferentes modos de fallo (fisuración de la matriz, delaminación) y diferentes criterios de inspección.

• El coste por pie suele ser más elevado, pero la economía del ciclo de vida puede favorecer al FRP en pozos corrosivos. Los catálogos técnicos y los estudios de casos sobre el ciclo de vida deben consultarse al considerar los materiales compuestos.

Consideraciones económicas: coste del ciclo de vida frente al desembolso inicial

Evalúa:

• Tiempo medio entre fallos (MTBF) de los tipos de varillas candidatos en pozos similares.

• Coste del tiempo de inactividad por avería (pérdida de producción + reparación).

• Coste unitario por pie y coste de revestimientos o manipulaciones especiales.

• Políticas de reutilización y costes de reacondicionamiento.

A menudo, una varilla de mayor calidad o una sarta de FRP reducen el coste total anual al prolongar la vida útil y reducir la frecuencia de las operaciones de reparación.

Lista de comprobación rápida

• Declaración de conformidad API 11B y edición citada.

• Informes de pruebas de molienda (MTR) para propiedades químicas y mecánicas.

• Certificaciones y registros de calibración de calibres de rosca.

• Trazabilidad (número de colada, identificación del lote).

• Tablas de pares de apriete recomendados e instrucciones de montaje.

• Documentación sobre corrosión/revestimiento, si procede.

• Garantía o política de sustitución en caso de averías prematuras.

Cuadros prácticos e instantáneas comparativas

Tabla A - Resumen de propiedades mecánicas típicas

(Consulte la API 11B y los datos del proveedor para conocer los valores legalmente vinculantes).

Tabla B - Longitud de la varilla y uso recomendado

Casos prácticos de fracaso

• Caja - fatiga de la rosca en el hombro del pasador: A menudo causados por una longitud de enganche insuficiente y pequeñas ranuras de mecanizado cerca de la raíz de la rosca. Medidas correctoras: mejora de las tolerancias de mecanizado, control del radio de la raíz y END rutinario de los lotes sospechosos.

• Caso - fatiga asistida por corrosión en pozo ácido: El operador cambió a varillas con cojinetes de níquel o aleaciones especiales y aplicó inhibidores de corrosión agresivos; la vida útil mejoró significativamente, aunque aumentó el coste del material.

Lista de control de las mejores prácticas sobre el terreno

• Mantenga los soportes para varillas secos y alejados del suelo.

• Registre el número de serie de cada varilla y su estado.

• Utilice herramientas dinamométricas calibradas y los compuestos recomendados.

• Inspeccionar las roscas antes de la confección y, después de tirar, marcar las varillas sospechosas para someterlas a END.

• Adaptar la selección de barras a las cargas estáticas y a los esfuerzos cíclicos; simular los ciclos cuando sea posible.

Diez especificaciones prácticas para incluir en una orden de compra

1. Citar el número de edición API 11B y exigir la conformidad del proveedor.

2. Especifique el grado y el intervalo de tracción según la designación API.

3. Solicite MTR para cada lote térmico con análisis químico y ensayos de tracción/dureza.

4. Certificados de calibre de roscas exigidos por el Estado.

5. Declarar el revestimiento/tratamiento de la superficie con tolerancias.

6. Exigir el embalaje para evitar daños en las roscas.

7. Incluir plan de muestreo de aceptación para END.

8. Definir los términos de la garantía en caso de fallo prematuro por fatiga.

9. Especifique la compatibilidad del compuesto para roscas y los valores de par de apriete.

10. Exigir el marcado de trazabilidad en cada varilla (número de colada).

Preguntas frecuentes

P1: ¿Qué es API 11B y por qué obligarlo en las órdenes de compra?
A1: API 11B es la especificación aceptada para varillas de bombeo y productos relacionados con las varillas; incluir la edición en una orden de compra garantiza que los proveedores deben cumplir con formas de rosca, pruebas y prácticas de marcado estandarizadas. Esto reduce los problemas de intercambio y protege las operaciones sobre el terreno.

P2: ¿Cómo puedo elegir entre varillas de acero o de plástico reforzado con fibra de vidrio?
A2: Evaluar los niveles de corrosión, la reducción deseada del peso de la varilla y el coste total de propiedad. El acero es económico en muchos pozos dulces; el FRP puede ser superior en aplicaciones altamente corrosivas o de levantamiento profundo en las que la reducción de peso y la resistencia a la corrosión suponen un ahorro neto.

P3: ¿Puedo girar las barras de acero API?
A3: Sólo si el sistema de varillaje y los acoplamientos están dimensionados para el par y la rotación; la rotación aumenta los esfuerzos de torsión y flexión; la práctica habitual es evitar la rotación a menos que lo exija el diseño de la bomba y el material del varillaje lo permita.

P4: ¿Cuáles son las causas más frecuentes de fallo de las roscas?
A4: Par de apriete incorrecto, roscas contaminadas, calibres desgastados o desajustados y mal control de la forma de la rosca en la fabricación. La comprobación periódica y la aplicación correcta del par de apriete mitigan estos fallos.

P5: ¿Con qué frecuencia deben inspeccionarse las varillas?
A5: Inspeccionar cada varilla visualmente y con calibradores de rosca antes de su funcionamiento. En el caso de roscas sospechosas o tras sucesos inusuales, aplique END, como pruebas de partículas magnéticas o ultrasónicas, en las varillas muestreadas.

P6: ¿Existen tablas de pares de apriete estándar?
A6: Sí, la mayoría de los fabricantes de equipos originales publican tablas de par de apriete por tamaño de varilla y acoplamiento; se deben seguir estas tablas y calibrar las herramientas. Consulte la documentación del proveedor para conocer los valores exactos.

P7: ¿Qué calidades resisten la corrosión ácida?
A7: Los grados de níquel y las varillas de alta aleación, o las varillas FRP, resisten mejor los ambientes agrios y clorados que el acero al carbono normal; adapte siempre el material a las condiciones químicas y de presión/temperatura.

P8: ¿Cómo puedo reducir la fatiga de las varillas en pozos desviados?
A8: Utilizar centralizadores, manguitos de desgaste, aumentar el diámetro del vástago, reducir la carga lateral mediante un mejor acondicionamiento del pozo y especificar un grado/acabado tolerante a la fatiga.

P9: ¿Puedo renovar y reutilizar varillas viejas?
A9: Algunas varillas pueden reacondicionarse roscándolas de nuevo e inspeccionándolas siempre que la sección transversal restante y el tratamiento térmico cumplan los límites de diseño; consulte siempre al proveedor y realice ensayos no destructivos antes de reutilizarlas.

Q10: ¿Qué documentación debe llegar con cada envío de varillas?
A10: MTR, certificación de calibre de roscas, números térmicos, verificación de marcado e instrucciones de manipulación y montaje. Estos documentos respaldan la trazabilidad del producto y las reclamaciones de garantía.

Recomendaciones finales

1. Exigir la conformidad API 11B en el PO y confirmar la edición.

2. Adecuar el grado a la carga dinámica y al entorno de corrosión; en caso de duda, consultar las tablas de selección del OEM.

3. Implemente protocolos disciplinados de calibrado, control de par e inspección para evitar los fallos de campo más comunes.