Abstracto
El objeto de este estudio es evaluar el uso del producto Mi-Glow 834® del fabricante Circle Systems como alternativa al producto tradicional Magnaglo 20B del fabricante Magnaflux en las operaciones de inspección con ensayos no destructivos en las herramientas de perforación, terminación y mantenimiento de pozos de petróleo y gas.
Introducción
En las operaciones con ensayos no destructivos en ocasiones se hace necesario aplicar la técnica de partículas magnéticas siguiendo los procedimientos establecidos en estándares internacionales aceptados por la industria en Colombia, como lo son DS-1 y API RP 7G-2 entre otras. Generalmente el uso de partículas magnéticas húmedas fluorescentes es requerido únicamente para la inspección de las conexiones de las herramientas ferromagnéticas mientras que para la inspección de los cuerpos de estas herramientas se tiene la opción de aplicar tanto partículas magnéticas húmedas como partículas magnéticas secas.
Dado que en Colombia un alto porcentaje de las compañías de inspección ha optado por utilizar partículas magnéticas húmedas fluorescentes en la mayoría de sus aplicaciones de la técnica MT se decide hacer un estudio de estos consumibles seleccionando aquellos productos que con más frecuencia se han evidenciado en uso durante los servicios de aseguramiento y control de calidad que el autor de este estudio de viabilidad ha tenido la oportunidad de atestiguar en inspecciones de herramientas para operaciones críticas de aguas profundas en México y EE.UU.
Cabe anotar que en consulta con el fabricante Circle Systems sobre las compañías que prestan servicios de ensayos no destructivos y que actualmente utilizan este producto, resaltan algunas de la lista como lo son: TENARIS todas las plantas de TENARIS en EE.UU. actualmente están utilizando productos de partículas magnéticas US Steel TechnipFMC Hi Tech Tubular (Quail Oil Tools) entre otros.
Historia
En Colombia tradicionalmente se ha utilizado los productos de la marca Magnaflux para los ensayos no destructivos realizados en herramientas utilizadas en pozos de petróleo y gas.
Magnaflux fue fundada en 1930 por dos ingenieros estadounidenses Alfred Victor de Forest y Foster Doane. Previo a su fundación más exactamente en 1928 Alfred Victor de Forest participó en una investigación de falla de un drill pipe en donde se preguntó cómo los cracks en la tubería usada pudieran ser identificados previo al despacho de las herramientas. Esta investigación le hizo merecedor de la Dudley National Medal otorgada por la American Society of Testing Materials – ASTM – como reconocimiento al perfeccionamiento de un ensayo no destructivo de materiales.
Circle Systems fue fundada en 1961 y en el año de 1971 vende su primer producto de partículas magnéticas a la compañía estadounidense US Steel quienes no solo son fabricantes de aceros sino también de tubería de revestimiento, tubería de producción y tubería de línea.
Por su parte las partículas magnéticas húmedas fluorescentes fueron introducidas al mercado de ensayos no destructivos en el verano de 1942. Magnaflux vio un gran potencial para esta tecnología y aseguró una licencia exclusiva con los creadores de esta patente lo que resultó en el desarrollo del producto Magnaglo. Este acuerdo de exclusividad ayudó a posicionar los productos Magnaglo de la marca Magnaflux en el mercado de ensayos no destructivos.
Normas y estándares
Para el propósito de este estudio de viabilidad de uso se toma como referencia para la aplicación de la técnica de inspección con partículas magnéticas la norma ASTM E709 – 21 y se soporta igualmente con lo requerido por la práctica recomendada API RP 7G-2 el estándar DS-1 Volumen 3, el estándar DS-1 Volumen 4 y el estándar DS-1 Volumen 5. La edición para los estándares DS-1 referenciados es la 5ta Edición.
Propiedades de las partículas magnéticas húmedas fluorescentes seleccionadas
De acuerdo al propósito de este estudio, los dos tipos de consumible a ser evaluados son Mi-Glow 834® y Managlo 20B. Según las fichas técnicas de cada uno de estos productos se resume en la siguiente tabla las principales características de estos productos.
| Característica | Magnaglo 20B | Mi-Glow® 834 |
|---|---|---|
| Tipo de partículas | Premezclada | Premezclada |
| Apariencia | Polvo café | Polvo verde |
| Color de fluorescencia | Amarillo – Verde | Amarillo – Verde |
| Tamaño promedio de partículas | 6 μm | 3 μm |
| Sensibilidad SAE | 8 – 9 | 8 |
| Temperatura de trabajo | 6° C a 48° C | 0° C a 49° C |
| Medio de suspensión | H2O | H2O |
El cuadro comparativo tiene varias propiedades en los que los dos productos son similares y otras propiedades en las que difiere. Las propiedades que son similares son:
- Son productos premezclados. Es decir, tienen una mezcla formulada por el fabricante del polvo del producto de partículas magnéticas (Magnaglo 14A para el caso de Magnaflux y Mi-Glow® 800 para el caso de Circle Systems) y del polvo acondicionador de agua (WA-2B para Magnaflux y WA-34 para Circle Systems).
- Ambos vienen en presentación en polvo. El producto 20B tiene un color café mientras el producto 834 tiene un color verde oscuro.
- Los dos productos declaran que el color de fluorescencia es amarillo verde. Sin embargo, en la práctica se evidenció que el producto de Magnaflux tiene una fluorescencia amarilla verdosa, mientras el producto de Circle Systems tiene una fluorescencia mucho más verde.
Con respecto a las propiedades en las que difieren estos dos productos resaltan:
- El tamaño de las partículas. En el producto Mi-Glow® 834 el tamaño promedio de las partículas es la mitad del tamaño promedio de las partículas del producto Magnaglo 20 B. Un menor tamaño de las partículas beneficiará el proceso de inspección, ya que tendrá una mayor sensibilidad a indicaciones finas. Cabe anotar que de acuerdo a ASNT, el tamaño mínimo de las partículas puede ser de hasta 0.125 μm.
- Sensibilidad SAE. El método de evaluación de sensibilidad refiere al número de indicaciones visibles en un anillo de acero. La ficha técnica del producto Magnaglo 20B estipula que la sensibilidad es 8 – 9. Esto indica que, de acuerdo al número lo estipulado en ASTM E709 y E1444, el número de indicaciones visibles puede ser 8 o puede ser 9. Un punto intermedio para esta evaluación de sensibilidad no es posible, ya que no existe una indicación en la posición 8.5.
De igual manera para el producto Mi-Glow® 834, el fabricante declara que la sensibilidad es de 8.
Comparando el requisito establecidos en ASTM E709 tabla X7.3 y ASTM E1444 A4.2 el requisito mínimo de indicaciones que se deben apreciar a un máximo de 3400 amperios es de 6. En este caso, ambos productos tienen una sensibilidad similar la cual superior a la requerida por ASTM. - Temperatura de operación. Otro punto de diferencia en las fichas técnicas de estos dos productos es la temperatura de operación. Si bien ambas fichas técnicas tienen un rango de operación que se ajusta a la mayoría de en las que se desarrollan ensayos no destructivos con partículas magnéticas en Colombia, el límite de temperatura inferior tiene una diferencia notable. El producto Magnaglo 20B tiene un límite inferior de temperatura de trabajo de 6° C mientras que el producto Mi-Glow® 834 tiene un límite inferior de temperatura de trabajo de 0° C. Esto toma relevancia en las inspecciones que se realizan en los primeros meses del año en municipios aledaños de Bogotá (Cota, Chia) en donde, según datos oficiales del IDEAM, el 5 Febrero del 2020 se registró[1] una temperatura mínima de hasta 0.3° C grados.
Cumplimiento y certificaciones de normas internacionales
El cumplimiento de las partículas magnéticas con los requisitos establecidos en normas internacionales es un factor determinante para evaluar el uso de las partículas magnéticas en las operaciones de TUBENSS. Para esto, se verifica los cumplimientos de las partículas contra los requisitos de las diferentes normas internacionales, los cuales se encuentran declarados en los certificados de los dos lotes de partículas (un lote por fabricante) de la siguiente manera:
| Cumplimiento de Normas | Mi-Glow® 834 | Magnaglo 20B |
|---|---|---|
| ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section V | SI | SI |
| ASTM E-709-21 | SI | SI |
| NAVSEA 250-1500- | SI | SI |
| ASTM E-1444/E1444M-16 | SI | SI |
| MIL-STD-2132 | SI | SI |
| NTR 1E | SI | NO |
| MIL-STD-1949 | SI | NO |
| AMS 3044 | SI | NO |
| API RP 5A5 | SI | NO |
| SAE AS 4792 | SI | NO |
| ASTM E 3024 | SI | SI |
En el cuadro comparativo de las certificaciones y/o cumplimiento de las partículas contra normas internacionales se logra evidenciar que ambos productos están certificados y/o cumplen con los principales estándares y normas de inspección internacionales como lo son ASME y ASTM.
El cuadro comparativo también resalta que cinco estándares, filas 7, 8, 9, 10, 11 del cuadro, están declaradas como cubiertas bajo el certificado de las partículas magnéticas Mi-Glow® 834 y no se declaran cubiertas bajo el certificado de las partículas magnéticas Magnaglo 20 B.
En resumen, ambos productos de partículas magnéticas cumplen con la necesidad de la industria de petróleo y gas en el área de ensayos no destructivos. Igualmente, y según lo declarado en los certificados de los lotes evaluados, el producto Mi-Glow®834 cumple con total de 12 normas/estándares internacionales mientras que la certificación del producto Magnaglo 20B únicamente declara conformidad contra 7 normas/estándares internacionales.
Calibración de equipos
Para la realización de este estudio de viabilidad se utilizan equipos calibrados bajo los requisitos del estándar internacional DS-1 Vol. 3 Tabla 2.1 página 13 y DS-1 Vol. 4 Tabla 1.3 página 9. Igualmente, se verifica que los lotes de los productos objeto de este estudio tengan una fecha de fabricación menor a un año.
Preparación de las partículas magnéticas
La preparación de las partículas magnéticas para los dos productos se realiza con la misma proporción de producto (7g) y agua potable (600ml). También, se realiza una mezcla inicial de los productos y se prepara una “pasta” de producto antes de incorporar el volumen total de agua. Adicionalmente, se utilizó el mismo tubo centrífugo ASTM de 100 ml para evaluar la concentración de las partículas. Finalmente, al ser productos premezclados, se toma el valor del pH de la solución preparada.
| Condiciones de Preparación | 834 | 20B |
|---|---|---|
| pH | 9.91 | 9.19 |
| Concentración después de 30 minutos | 0.24 – 0.25 ml/100 ml | 0.20 ml/100 ml |
| Temperatura | 27°C | 27°C |
Si bien el tiempo de decantación fue contabilizado en ambas preparaciones, se evidenció que el producto 20B dejó una cantidad más alta de producto en las paredes del tubo centrífugo en comparación con el producto 834. Es posible que esto también se vea reflejado en las paredes de la manguera de aspersión de la fumigadora, lo que afectaría la cantidad de partículas esparcidas sobre la superficie a inspeccionar.
Finalmente, el pH del producto preparado fue evaluado para ambos productos, evidenciando que el producto Mi-Glow® 834 es más alcalino que el producto Magnaglo 20B. Sin embargo, ambas preparaciones están dentro de los límites de pH estipulados en ASTM E709-21.
Uso de las partículas magnéticas en operaciones de inspección
Una vez analizadas las diferentes propiedades y variables de los productos de partículas magnéticas, se realiza una inspección a una pieza con una indicación conocida para verificar el funcionamiento de los productos preparados.
| Condiciones de Inspección | Resultado |
|---|---|
| AC Yoke – Prueba de Levante 10 lb | OK |
| Verificación Limpieza de Pieza a Inspeccionar | OK |
| Verificación con Tirilla Indicadora | OK |
| Intensidad de Luz Blanca Superficie a Inspeccionar (fc) | 1.12 |
| Intensidad de Luz UV a 15” (µW/cm²) | 2320 |
| Prueba de Rotura de Agua | OK |
Durante la inspección de prueba realizada, se evidenció buena respuesta de ambos productos, logrando identificar la indicación conocida sobre la pieza inspeccionada.
Igualmente, se evidenció que para el producto Mi-Glow® 834, en 10 litros de agua se requieren 75 gramos de producto para lograr una concentración de 0.15 ml/100 ml.
Conclusiones
Aunque tradicionalmente en Colombia se han utilizado productos de la marca Magnaflux, el estudio de viabilidad de uso de las partículas magnéticas húmedas fluorescentes del producto Mi-Glow® marca Circle Systems, demuestra que el producto cumple con los requisitos de normas internacionales como lo son ASTM y API. Adicional a la información declarada por cada uno de los fabricantes respecto a los cumplimientos de normas internacionales, las pruebas de comprobación realizadas evidenciaron el correcto funcionamiento de las partículas al identificar una indicación conocida.
Finalmente, el hecho de que empresas mundialmente reconocidas como Tenaris confíen sus procesos de ensayos no destructivos con partículas magnéticas en Estados Unidos a los productos de la marca Circle Systems, refuerza aún más la calidad de sus productos. Por lo tanto, basados en la información recopilada en este estudio, se puede afirmar que el producto Mi-Glow® 834 de Circle Systems es seguro para el uso en la aplicación de ensayos no destructivos con partículas magnéticas húmedas fluorescentes en los procesos de inspección durante la fabricación de herramientas y/o la inspección de herramientas y componentes usados.
Referencias
ASTM E709-21. Standard Guide for Magnetic Particle Testing, ASTM International, Pensilvania – United States.
ASTM E1444-16. Standard Practice for Magnetic Particle Testing. ASTM International, Pensilvania – United States.
API RP 7G-2. 2020, Inspection and Classification of Used Drill Stem Elements, 2nd Edition, Washington, D.C. – United States.
BETZ, C.E. 1967, Principles of Magnetic Particle Testing, First Edition, Chapter 15, Magnaflux, Illinois – United States.
Circle Systems. Certificate of Compliance Mi-Glow® 834. BATCH 21929.
Circle Systems, 10/2019, Mi-Glow® 834 Datasheet.
Circle Systems, 2020.05.20, Technical Bulletin 204 Mi-Glow® 834.
DS-1 Volume 3, 2020, Drill Stem Inspection, Fifth Edition, Chapter 3, Bureau Veritas, Houston Texas – United States.
DS-1 Volume 4. 2020, Drilling Specialty Tools, Fifth Edition, Chapter 7, Bureau Veritas, Houston Texas – United States.
DS-1 Volume 5. 2020, Bit Inspection Technical Standard, Fifth Edition, Chapter 3, Bureau Veritas, Houston Texas – United States.
Iowa State University. Center of Nondestructive Education website https://www.nde-ed.org/.
Magnaflux. Certificate. 20B Magnaglo Powder. BATCH 21K042.
Magnaflux. 2020.07, 20B Product Datasheet.
Nondestructive Testing Handbook Volume 8 Magnetic Testing. 2008. Third Edition. American Society for Nondestructive Testing. Columbus, Ohio – United States.
https://www.jstor.org/stable/1653875.
https://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn378/idn378.htm#:~=Magnetic%20particle%20crack%20detection&text=Real%20industrial%20application%20was%20made,an%20Italian%20in%201932%3A%20Giraudi.