aegis tech line · sucker rod joint makeup give the proper procedure to ensure adequate joint...

8
Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 1| Page SUCKER ROD FAILURE ANALYSIS This volume deals with sucker rod failures and analysis of those failures. This is a problem in the oilfield particularly in mature fields where this type of oil production is very common. Sucker Rod Body Breaks Sucker rod body failures (breaks) are shown in the drawing below: Except for case hardened rods, body breaks (including those at the beginning of the rod to pin taper) will invariably have the appearance shown in the drawing below. The size of the smooth surface area reflects that the until the area is reduced to where the yield strength of the rod is reached, the crack continually opens and closes peening the surface. Once the yield strength of the steel is exceeded, only a few pump strokes are required for the complete failure of the rod body and generation of the modified typical tensile cup/cone failure appearance. Sucker Rod Coupling Breaks With standard couplings, the metal cross‐sectional area is large compared to other cross‐sections of the rod string components. This results in corrosion failures being infrequent.

Upload: others

Post on 02-Apr-2020

7 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: Aegis Tech Line · Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing. Endurance Limit Failure A factor frequently overlooked in sucker rod failure

Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 

 

  

1 | P a g e  

SUCKER ROD FAILURE ANALYSIS  This volume deals with sucker rod failures and analysis of those failures.  This is a problem in the oilfield particularly in mature fields where this type of oil production is very common.  

Sucker Rod Body Breaks  Sucker rod body failures (breaks) are shown in the drawing below:  

 

Except for case hardened rods, body breaks (including those at the beginning of the rod to pin taper) will invariably have the appearance shown in the drawing below.  The size of the smooth surface area reflects that the until the area is reduced to where the yield strength of the rod is reached, the crack continually opens and closes peening the surface.  Once the yield strength of the steel is exceeded, only a few pump strokes are required for the complete failure of the rod body and generation of the modified typical tensile cup/cone failure appearance. 

   

Sucker Rod Coupling Breaks  With standard couplings, the metal cross‐sectional area is large compared to other cross‐sections of the rod string components.  This results in corrosion failures being infrequent.  

 

Page 2: Aegis Tech Line · Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing. Endurance Limit Failure A factor frequently overlooked in sucker rod failure

Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 

 

  

2 | P a g e  

Sucker Rod Pin Breaks  While corrosion as a cause of failure in sucker rod pin breaks is extremely rare, failures when the pin and coupling are not properly mated are frequent.  The principle cause of this is inadequate torque.  Inadequate torque causes slight separation at the coupling and bin bearing surfaces with a slight bending at this interface.  Under these conditions, the threads act as stress raisers with failure occurring within the threaded section of the pin.  The drawing below lists the various conditions for pin failures.  Failures in the undercut area are unusual except in thin wall couplings.  When failures occur frequently in the pin threads, API RP 11BR, Section 4 on Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing.  

   

Endurance Limit Failure  A factor frequently overlooked in sucker rod failure analysis is the possibility of the Endurance Limit having been exceeded.  When a rod has a multiple crack appearance as in the image below, an Endurance Limit failure has occurred. All steel items that undergo repeated stress reversals will eventually fail by exceeding the Endurance Limit.  

  The curves below illustrate the Endurance Limit for a steel immersed in air and in water.  Steel specimens for these tests have a smooth surface without any apparent stress raisers.  When immersed in water, the electrochemical reaction will develop minute pits that serve as stress raisers to reduce the Endurance Limit.  

  Sucker rod design is based on the water conditions with a stress reversal range beyond the knee of the curve.  With this stress range and a good corrosion control program, at lease 108 cycles should be possible before the Endurance Limit is reached.  When wells are pumping from gas drive reservoirs with less than 25% water, the rods will be oil wet and the curve for air will control the Endurance Limit.  With this condition, sucker rods will last for many years.   

Page 3: Aegis Tech Line · Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing. Endurance Limit Failure A factor frequently overlooked in sucker rod failure

Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 

 

  

3 | P a g e  

Propagation of Fatigue Failure  The drawing and photograph below illustrate the propagation of fatigue failure in a rod:  

  

    

Photographic Evidence of Sucker Rod Failures  Provided below are photographs of different types of sucker rod failures.  

H2S Corrosion 

  

CO2 Corrosion Pit 

  

Page 4: Aegis Tech Line · Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing. Endurance Limit Failure A factor frequently overlooked in sucker rod failure

Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 

 

  

4 | P a g e  

Abrasion on Coupling 

  

Wear on Coupling 

  

Erosion‐Corrosion in Rod Guide 

  

Overtightening Sucker rod pin overtightened using power tongs. Note the 

necking down of the pin undercut 

  

Stuck Sucker Rod Pulled In‐Two Sucker rod pulled in two when a stuck sucker rod string was 

overpulled 

 

Page 5: Aegis Tech Line · Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing. Endurance Limit Failure A factor frequently overlooked in sucker rod failure

Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 

 

  

5 | P a g e  

Mill Defect 

   

Notch Fatigue Failure 

   

Under‐Torquing Damage to the first full thread root 

  

Under‐Torquing Damage to the coupling 

     

Page 6: Aegis Tech Line · Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing. Endurance Limit Failure A factor frequently overlooked in sucker rod failure

Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 

 

  

6 | P a g e  

Mishandling During Transportation 

  

   

REFERENCES  

Downhole Diagnostics 

Weatherford Manual – Sucker Rods 

Dover – Sucker Rods 

Corrosion Detection and Control Handbook – Champion Chemicals 

API Recommended Practice 11BR, Ninth Edition, August 2008 – Sucker Rods  Order copy through API 

 

Page 7: Aegis Tech Line · Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing. Endurance Limit Failure A factor frequently overlooked in sucker rod failure

Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 

 

  

7 | P a g e  

Aegis Facilities / Locations  

CONTACT NUMBER: For all Aegis locations, call the toll‐free number and select the from the options presented.  

Toll‐free number ‐ (855) 532‐2033  

Corporate Headquarters Houston 

4560 Kendrick Plaza Dr., #190 Houston, TX 77032 

Permian BasinMidland 

2200 Market St. Midland, TX 79703 

Permian BasinAbilene 

4410 Vista Grande Abilene, TX 79606 

Permian Basin Breckenridge 566 FM 2231 E 

Breckenridge, TX 76424 

Permian BasinCarlsbad 

2411A East Greene Street Carlsbad, NM 88220 

Permian BasinForsan 

300 West 1st St. Forsan, TX 79720 

Permian Basin Lubbock 

13622 Hwy 87 S. Slaton, TX 79423 

Permian BasinMonahans 

1332 PR Thrasher Ln. Monahans, TX 79756 

East TexasKilgore 

4524 State Hwy 42 N. Kilgore, TX 75662 

East Texas Teague 

931 W. Hwy 84 Teague, TX 75860 

East Texas (North Louisiana)Haughton 

140 Sligo Industrial Dr. Haughton, LA 71037 

South TexasFreer 

5743 Hwy 44 Freer, TX 78357 

South Texas Asherton 

664 Hwy 190 Asherton, TX  78827 

South TexasCuero 

424 U.S. Hwy 87 S. Cuero, TX  77954 

South TexasJourdanton 

8229 S. State Hwy 16 Jourdanton, TX 78026 

South Texas San Antonio 

311 N. Frank Luke Dr. Building 1440, Suite #103 San Antonio, TX 78226 

South LouisianaElizabeth 

3552 Highway 10 Elizabeth, LA 70638 

South Louisiana (E. TX)Raywood 

203904 Hwy 90 East Raywood, TX 77582 

Mid‐Con Ratliff City 

P.O. Box 98, 1500 Old Hwy 7 Ratliff City, OK 73481 

Mid‐ConEl Reno 

801 N. Willie L. Minor, #B‐1 El Reno, OK 73036 

Mid‐ConHennessey 

1117 S. Main Street Hennessey, OK 73742 

    

Page 8: Aegis Tech Line · Sucker Rod Joint Makeup give the proper procedure to ensure adequate joint torqueing. Endurance Limit Failure A factor frequently overlooked in sucker rod failure

Aegis Tech Line Aegis Chemical Solutions Technical Newsletter Volume 10, March 2019 

 

  

8 | P a g e  

 

THIS PAGE INTENTIONALLY BLANK