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

RESUMEN La tecnica de estimulacion hidraulica, consiste en “fracturar” la formacion (roca reservorios) por intermedio de un fluido bombeado a alta presion y caudal. Esta operacion se lleva a cabo mediante el empleo de bombas de fractura hidraulica. Los pistones de dichas bombas son los componentes mecanicos que realizan la admision y compresion del fluido de fractura, mediante movimiento alternativo. Durante este ciclo, se produce el ingreso de finos de arenas al huelgo que media entre superficie del piston y sellos, provocando el desgaste localizado del piston. La tecnologia de endurecimiento superficial empleada en la actualidad para la fabricacion de estos componentes es el Thermal Spray, que presenta fallas propias de la tecnica y de su forma de aplicacion: inhomogeneidad quimica y estructural, porosidad y falta de adherencia al sustrato debido a discontinuidad metalurgica entre metal base y recubrimiento. Este trabajo presenta los resultados obtenidos al reemplazar dicha tecnica por la de endurecimiento superficial de Nitruracion por Plasma propuesta por Y-TEC. La capa obtenida tiene una dureza superficial del orden de 1100 HV (Dureza Vickers), frente a los 550 HV alcanzables mediante la tecnica reemplazada. El material base utilizado es un acero de Nitruracion DIN 34CrAlNi7. El tratamiento propuesto se complementa con un segundo tratamiento de endurecimiento superficial mediante la tecnica de PVD: Physical Vapor Deposition, que produce un recubrimiento monocapa de Al-Cr-N de 5 µm de espesor, con una dureza final de 2500 HV. El tratamiento de endurecimiento descripto, fue utilizado para fabricar una serie de pistones de bomba de fractura hidraulica, los que fueron ensayados en un piloto tecnologico de campo (PTC), complementado con ensayos de laboratorio estandarizados sobre probetas testigo del proceso de fabricacion utilizado. La durabilidad medida de los pistones con la nueva tecnologia implementada es 313% mayor a los de la tecnologia Thermal Spray.