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CABEZALES DE POZO
La instalación de un wellhead o cabezal de pozo es de suma importancia ya
que estos serán necesarios tanto para la perforación, completación y
producción de un pozo.
Weatherford es una de las empresas líderes en diseñar y producir este tipo de
equipos además también de instalarlos y darles mantenimiento y reparación de
rutina planificados.
Terminación de un pozo
Terminada la perforación, el pozo está listo para empezar a producir. En el
momento de la producción puede ocurrir que el pozo sea puesto en
funcionamiento por surgencia natural, lo que no ocurre en la mayoría de las
perforaciones. Una serie de factores como, la profundidad del yacimiento, su
presión, la permeabilidad de la roca reservorio, las pérdidas de presión en los
punzados o en la tubería, etc. hace que el fluido llegue a la superficie con
caudales satisfactorios o no satisfactorios. Los fluidos de un yacimiento de
petróleo, gas, agua entran a los pozos impulsados por la presión a los que
están confinados en el mismo. Si la presión es suficiente, el pozo resultará
"Surgente", es decir produce sin necesidad de ayuda, en este caso solo es
necesaria la instalación de un conjunto de válvulas conocido como “Árbol de
Navidad”. Si la presión sólo alcanza para que los fluidos llenen el pozo
parcialmente, se debe bajar algún sistema para terminar de subirlos a la
superficie con bombas o algo equivalente, esto es conocido como “Sistemas de
Levantamiento Artificial”
El mecanismo de surgencia natural es el más económico, ya que la energía es
aportada por el mismo yacimiento. Los controles de la producción se realizan
en la superficie por medio del llamado "árbol de Navidad", compuesto por una
serie de válvulas que permiten abrir y cerrar el pozo a voluntad. La surgencia
se regula mediante un pequeño orificio cuyo diámetro dependerá del régimen
de producción que se quiera dar al pozo.
Cuando la energía natural que empuja a los fluidos deja de ser suficiente, se
recurre a métodos artificiales para continuar extrayendo el petróleo. Con la
extracción artificial comienza la fase más costosa y dificultosa de la explotación
del yacimiento.
Tanto para producir un pozo por surgencia natural como por medios artificiales
se emplean las mismas tuberías de producción (tubing), en tramos de
aproximadamente 31 pies de longitud (9.45 m), unidos por rosca y cupla, y en
distintos diámetros, desde 1 5/8” a 4 ½” pulgadas según lo requiera el volumen
de producción.
EQUIPO INSTALADO EN SUPERFICIE: CABEZAL DE POZO Y ARBOL DE
NAVIDAD
Los Equipos instalados en superficie durante la perforación y producción del pozo esta
conformado por el cabezal del pozo, que se va instalando conforme se van perforando
las diferentes fases del pozo y el árbol de navidad que es un conjunto de válvulas que
permiten controlar el flujo durante la producción del pozo.
Cabezales de pozo:
El término Cabezal está definido, en la industria como todo el equipo permanente entre
la porción superior del revestimiento de superficie y la brida adaptadora (adapter
flange).
El Cabezal del pozo (Wellhead) provee la base para el asentamiento mecánica del
ensamblaje en superficie. Tiene las siguientes características:
1. Suspensión de tubulares (casings y tubings), concéntricamente en el pozo.
2. Capacidad para instalar en superficie un dispositivo de control de flujo del pozo
como:
a. Un BOP (Blowout Preventer) para la perforación.
b. Un Árbol de Navidad ( Xmas Tree) para la producción o inyección
3. Acceso hidráulico al anular entre casing para permitir el desplazamiento durante la
cementación y entre el casing de producción y el tubing para la circulación del pozo.
Durante la perforación del pozo:
El cabezal del pozo está sellando el espacio anular de cada revestidor
instalado en el pozo y a su vez está unido al equipo preventor de reventones y
un multiple de estrangulación. Un preventor anular (“bag-type preventer”)
comúnmente conocido como Hydril M, está instalado en la parte superior del
conjunto de BOP. Esta unidad contiene un inserto elastomérico con aletas de
acero que puede ser ensanchado hidráulicamente para obturar el espacio
anular. Debajo del preventor anular se instalan preventores de reventones de
ariete, los cuales están provistos de arietes accionados hidráulicamente que se
cierran contra la tubería o contra sí mismos, empujando hacia dentro, a partir
de los lados opuestos de la tubería.
El equipo de perforación incluye: casing head, casing spool y casing hanger,
incluyendo los sellos de aislamiento, cuando los anteriores elementos lo
requieren. Estos componentes están asociados con todas las sartas de
revestimiento anteriores al revestimiento de producción.
Cuando el Pozo esta terminado:
Se instala el Árbol de Navidad (Xmas Tree) que tiene como objetivo
proveer un control de válvulas de los fluidos producidos o inyectados
al pozo. El Xmas Tree es normalmente bridado al sistema de cabezal de
pozo después de correr el tubing de producción. El sistema de cabezales
esta formado por el cabezal unido al revestidor de superficie, cabezal unido
al revestidor intermedio y cabezal unido al cabezal de producción.
El equipo de completación Incluye como componentes principales; los
Tubing head, Tubing hanger, Tubing head adapter, christmas tree, valves,
crosses and tee and chockes.
Los sistemas de cabezal de pozo deben diseñarse para:
1. Soportar cargas de tensión de tubulares suspendidos.
2. Tener la capacidad de sellar a presión.
a. Aislar el pozo del ambiente exterior.
b. Aislar entre revestidores y formaciones de fondo de pozo.
c. Mantener presión durante operaciones de control de pozo,
pruebas de pozo o períodos de cierre.
Fig.6 EQUIPO TIPICO EN POZO SURGENTE
ARBOL DE NAVIDADCABEZAL DEL POZO1. Cabezal de revestidor de superficie2. Tapón ciego3. Niple válvula con tapón4. Brida Obturador5. Cabezal de tubing o eductor6. Brida con tapon ciego adaptada para manometro7. Tornillos de cierre8. Brida adaptadora cabezal – tubing
TUBO MULTIPLE PARA DISTRIBUCIÓN (2 alas, 3 válvulas)9. Válvula maestra10. Válvula de alero11. Te12. Válvula de aguja13. Medidor de presión14. Estrangulador positivo con cambio de tapones15. Niple con estrangulador
SARTA REVESTIDORASPRIMERA TUBERIA REVESTIDORA16. Tubería conductora17. Zapato flotadorSEGUNDA SARTA REVESTIDORA18. Revestidor intermedio19. Zapato flotadorTERCERA SARTA REVETIDORA DE PRODUCCION20. Revestidor de producción21. Agujeros22. Cesta de cementación y zapata23. Tubería ranurada de fondo24. Obturador tipo colgador de tubería ranurada, cuñas y resorte de anclajeSARTA EDUCTORA O TUBERIA DE PRODUCCION25. Eductor o tubing26. Obturador de eductor con elemento obturante, cuñas y resorte de anclaje
CABEZALES DE POZOS
Equipo de cabezal de pozo es un término que se usa para describir en general
el equipo ensamblado en la parte superior de los materiales tubulares de un
pozo. Sirve para soportar las sartas de tuberías de revestimiento, aportando
aislamiento entre ellas, y para controlar la producción del pozo.
Se denomina máxima presión de trabajo a la presión de operación a que se
somete el equipo. La presión estática de prueba es la presión estática a la cual
se somete en prueba el cuerpo del equipo, y que es impuesta por el fabricante
a fin de suministrar adecuado diseño, materiales y artesanía.
Ocasional y accidentalmente o a propósito el equipo y válvulas del cabezal del
pozo se somete a presiones que son mayores que las presiones de trabajo,
durante operaciones de reparación que se ejecutan a alta presiones.
Todos los fabricantes diseñan sus materiales con factores de seguridad que se
basan en normas técnicas y la experiencia, pero es imposible pronosticar el
esfuerzo que originan la vibración, el impacto de las cargas, y la variación de la
temperatura.
PARTES DEL CABEZAL DE UN POZO DE FLUJO NATURAL
ENSAMBLAJE DEL ARBOL DE NAVIDAD ( Christmas – tree assembly)
Es un ensamblaje de válvulas y conexiones que se usan para controlar la
producción y suministrar acceso a la sarta de tubería de producción. Incluye
todo el equipo sobre la brida tope del cabezal de producción. Se dispone de
muchas variaciones en los arreglos de estas conexiones a fin de satisfacer
las necesidades de cualquier aplicación particular.
BRIDA ADAPTADORA DEL CABEZAL DE LA TUBERIA (Tubing –
head adapter flange): Es una brida intermedia que se usa para
conectar la brida tope del cabezal de la tubería a la válvula maestra,
y suministrar un soporte para la tubería.
VALVULAS (VALVES): Las válvulas API, lo mismo que el equipo
para cabezal de pozo API, se fabrican a bases de aleaciones de
acero de alta resistencia a fin de suministrar servicio libre de
accidentes. Las válvulas A.S.A se fabrican de acero al carbono y no
deben utilizarse para servicios en el cabezal del pozo. Las válvulas
que se utilizan en el cabezal del pozo son básicamente de dos tipos:
válvulas de compuerta y válvulas de tapón. Ambas pueden ser de
conexiones a bridas.
CONEXIONES DE ARBOL DE NAVIDAD (Christmas – tree fittings):
Incluye tees, cruces, y otras conexiones necesarias para suministrar
el arreglo más deseable para una aplicación particular.
ADAPTADOR PARA PRUEBAS DE FONDO DEL HOYO (Bottom –
hole test adapter): Es un dispositivo que se anexa al tope del
ensamblaje del árbol de navidad para suministrar segura y rápida
adaptación de un lubricador para suabear o probar el pozo. Puede
tener también una rosca interior que sirve como rosca de elevación a
fin de asentar o alzar el árbol de navidad y la tubería de producción.
ESTRANGULADOR (Choke): Es un dispositivo que se coloca
corriente debajo de la válvula de alero para restringir, controlar y
regular el flujo. Puede ser de tipo positivo o ajustable. ( Ver mas
adelante)
CONTROL DE FLUIDO (Flow control): Es un dispositivo colocado al
tope de una válvula maestra para actuar como una tee compuesta o
cruz, válvula de alero, estrangulador, y adaptador para pruebas de
fondo del hoyo. Está compuesto de un cuerpo de alojamiento, una
válvula integral tipo aguja, de apertura restringida, una conexión para
prueba de fondo de hoyo, y un ensamblaje de estrangulador tipo
positivo o ajustable.