CABEZAL DE POZO

1. INTRODUCCION

Los rboles de navidad son un conjunto de vlvulas de surgencia, conexiones y accesorios instalados en boca de pozo, ensamblados sobre las cabezas de las caeras gua intermedia y de revestimiento a travs de accesorios mecnicos e hidrulicos tales como las cabezas, las bridas, niples, adaptadores y los colgadores de tuberas para permitir la circulacin controlada de los fluidos de pozo.

Los rboles de navidad, pueden ser sencillos, dobles, triples, cudruples, etc. de acuerdo al nmero de sartas de produccin. El equipo de cabeza de pozo es un trmino que describe en general al equipo conectado en la parte superior de todas las tuberas bajadas e instaladas dentro de un pozo, soportndolas y suministrando sellos entre ellas y al mismo tiempo controla el flujo de los fluidos producidos desde el pozo.

Un rbol de navidad incluye componentes diseados y coordinados apropiadamente tales como cabezales y colgadores de tubera de revestimiento, cabezales y colgadores de la tubera de produccin, vlvulas y conjuntos de vlvulas para el control de la operacin utilizando los instrumentos apropiados y dispositivos para limitar el flujo.

El propsito del rbol de Navidad (Xmas Tree o Christmass Tree) es proveer un control de vlvulas de los fluidos producidos o inyectados al pozo, es normalmente bridado al sistema de cabezal de pozo despus de correr el tubing de produccin.

2. DEFINICIONES

2.1. CABEZALES DE POZOS

Los cabezales de pozos o rboles de navidad son un conjunto de vlvulas de surgencia, conexiones y accesorios instalados en boca de pozo, ensamblados sobre las cabezas de las caeras gua, intermedia y de revestimiento a travs de accesorios mecnicos e hidrulicos tales como las cabezas, las bridas, niples, adaptadores y los colgadores de tuberas. El equipo de cabeza de pozo es un trmino que describe en general al equipo conectado en la parte superior de todas las tuberas bajadas e instaladas dentro de un pozo, soportndolas y suministrando sellos entre ellas y al mismo tiempo controla el flujo de los fluidos producidos desde el pozo.

No siempre se adquiere el rbol de navidad completo, se puede usar sistemas de dos o de cuatro caeras, pero el sistema de tres caeras representa el conjunto de rboles de navidad tpico utilizado en el mercado gasfero.

El rbol de navidad es un conjunto de vlvulas, conexiones y accesorios (fittings) usados para controlar la produccin de fluidos y permitir el acceso a una sarta de produccin abierta. Incluye todo el equipo que se instala sobre el flanche superior del tubing head. Muchas variaciones en el orden de estos accesorios (fittings) son disponibles para cada necesidad. El flanche adaptador a la cabeza del tubing (tubing head adapterflange) es un flanche intermedio usado para conectar a la vlvula principal, suministrando a la vez un soporte y sello para el tubing y su anular.

a) FUNCIONESLos cabezales de pozo son usados para controlar la produccin de fluidos y permitir el acceso a una sarta de produccin abierta.Sus funciones principales son:

Facilitar a travs de los colgadores la instalacin del tubing de produccin de acuerdo al tipo de terminacin programada. Soportar presiones altas cuando se presenta amago de descontrol. Aislar anulares entre revestidor y tubing Proveer un medio de conduccin entre el pozo y las conexiones de la superficie Identificar a travs de los colgadores el tipo de tubera que se instala y que est en funcin al tipo de terminacin del pozo. Soportar el efecto de las presiones en el espacio anular cuando se presenta, por ejemplo, amagos de descontrol en la etapa de produccin o cuando se presenta reventones de caera en cualquier nivel encima del productor. Regular los caudales de produccin, las presiones fluyentes y las presiones de surgencia en boca de pozo en diferentes tipos de terminaciones de pozos. Soportar todos los esfuerzos de tensin y compresin de las tuberas por efecto de las variaciones de temperatura en el pozo. Suspender el revestidor (casing) y la sarta de tubera de produccin Soportar las velocidades y presiones de circulacin de petrleo o gas por la tubera. La unidad de cabezal de pozo un cabezal reemplaza a los cabezales de tubera de produccin y carretes de tubera de revestimiento para reducir en forma significativa el tiempo de conexin de niples.

b) TIPOS DE CABEZALES DE POZOS

Segn diversas clasificaciones, podemos establecer los siguientes tipos de rboles de navidad:

De acuerdo a su presin de trabajo

rboles de navidad de baja presin rboles de navidad de mediana presin rboles de navidad de alta presin

En campo podemos identificarlos fcilmente de acuerdo a su nmero de vlvulas:

De acuerdo al tipo de terminacin

rboles de navidad para terminacin simple rboles de navidad para terminacin doble rboles de navidad para terminacin triple

Esta clasificacin ser revisada con mayor detalle en un acpite posterior de este trabajoAdicionalmente, podemos considerar una clasificacin en la que existan rboles de navidad horizontales (que son empleados para poder realizar otros trabajos en el pozo sin tener que retirar el rbol de navidad y la lnea de flujo) y verticales.

3. APLICACIN

3.1. MARCAS, MODELOS Y TIPOS DE ARBOLES DE NAVIDAD:

Los modelos de rbol de navidad varan en funcin a su procedencia, caractersticas, ventajas y otros que nos pueden ofrecer. De acuerdo a estos parmetros se tiene los diferentes ejemplos de rbol de navidad en los diferentes campos petrolferos o gasferos de Bolivia.

3.1.1. ARREGLOS SUBSUPERFICIALES

Tapn Ciego o Punta de Tubera:

Su funcin es la de proteger a la sarta instalada en el fondo de pozo y evitar el ingreso directo de los fluidos al sistema de circulacin, va conectado a los filtros a travs de un niple conector y su dimetro est en correspondencia al dimetro de las tuberas, sus longitudes pueden variar entre 15, 20 y 30 cm.

Filtros

Los filtros son accesorios tubulares por donde se inicia el ingreso de los fluidos del fondo de pozo hacia el interior de la columna de circulacin, evitando el ingreso de slidos de arena gruesa, parafinas y otros.

Sus dimensiones varan entre 1.5, 2, hasta 3 metros de largo y puede instalarse en el pozo 1, 2, o 3 piezas de filtros, en funcin a la pureza de los fluidos y a la altura de la arena productora. En cuanto a las dimensiones de las ranuras varan entre 3 y 10 cm. De longitud con un nmero de ranuras que vara entre 20 y 30 ranuras por pie dependiendo de los porcentajes de slidos que estn ingresando al fondo de pozo y sus dimetros estn en correspondencia al dimetro de las tuberas.

Niple de Sello

Los niples empaquetadores de asiento se corren en el extremo inferior de la sarta de tubera y se insertan en los packers. stos sellan y evitan que el fluido y la presin se trasladen entre la tubera y el empaquetador a la tubera de revestimiento o espacio anular. Adems, un niple de sello de agarre se traba en el obturador de empaque para que se pueda tirar la tubera con tensin, si as lo desea. Normalmente, se pueden reacondicionar los elementos del sello en el lugar de trabajo. Camisa Deslizante o Puerta Deslizante al Costado

A veces es conveniente poder circular por el espacio anular entre la tubera y la tubera de revestimiento sin librar el packer o sacar el estinger o niple de sellado del packer. Una camisa deslizante (unin de circulacin) es una puerta que se puede abrir y cerrar por medio de una lnea de cable u otros medios. Se puede usar para circular y controlar un pozo sin quitar el rbol de produccin. Las camisas deslizantes pueden fallar y quedar atascadas en posicin abierta o cerrada en pozos que tienen fluidos cargados de arena o que son altamente corrosivos.

Las camisas deslizantes son tiles para las zonas superiores que se podran poner a producir o cerrar en el futuro sin montar un equipo. Esto se logra por medio de perforar (punzar) la zona y colocar un fluido de terminacin en puntos frente a la formacin. Se coloca un empaquetador (en algunos casos un packer superior doble) y se corre la camisa deslizante como parte de la sarta de la tubera hasta un punto que est frente a la zona que producir ms tarde. Se puede abrir la camisa por medio de una lnea de cable cuando ms adelante se desea producir del intervalo. Tambin se puede volver a cerrar la zona de la misma manera. Tambin se usan las camisas deslizantes para tratar o acidificar una zona o para tratamiento de la tubera. Se puede correr cualquier cantidad de camisas deslizantes en una sola sarta de tubera y se pueden abrir o cerrar todas en una sola maniobra. Asimismo, las camisas individuales se pueden abrir o cerrar a eleccin.

Tubera de Produccin (Tubing)

Este es el conducto principal para los fluidos producidos por el pozo. Tambin protege a la tubera de revestimiento de la presin y la corrosin. Su tamao puede variar desde varias pulgadas en fracciones de pulgada. Los tamaos ms comunes son de 2-7/8 OD (73.02 mm) y de 2-3/8 OD (60.32 mm).

Generalmente la tubera se corre desde el cabezal del pozo hasta la zona productiva. La tubera se clasifica por tamao (OD, ID; OD, ID de la rosca de unin de la tubera, peso (libras/pies) y grados tales como J-55 y N-80. La tubera puede estar hecha de materiales exticos para soportar las presiones, velocidades y corrosividad del fluido producido por el pozo y el entorno del pozo. Se puede aplicar un revestimiento interno como proteccin contra la corrosin. Hay muchos tipos de conexiones para unir o enroscar juntas (trozos) de tubos juntos. El cuidado y manipuleo de la tubera es similar al de la tubera de revestimiento.

Empaquetador u Obturador (Packer)

Un empaquetador es un dispositivo que se utiliza para sellar el rea entre la tubera de revestimiento y la tubera. Asla la tubera de revestimiento de las presiones de produccin o estimulacin elevadas y de los fluidos corrosivos. Por ese motivo, generalmente se coloca un poco por encima de la formacin que va a producir. Se utilizan empaquetadores mltiples para aislar mltiples terminaciones para que puedan producir sin que se mezclen. Tambin hay obturadores de empaque especiales que nos permiten realizar ciertas tareas en particular, tales como inyectar cemento, acidificar y fracturar.

Antes de correr un empaquetador en el pozo, se debera hacer una corrida con trpano, el rascador (casing scraper) y la cesta de pesca (junk basket) seguido por una corrida del calibre en la sarta o con una lnea de cable.

Esto ayudar a asegurar que se pueda correr el packer y que no se atascar ni se fijar prematuramente en un lugar apretado.

Si el obturador de empaque falla o si se va a reparar el pozo, se saca el empaquetador tirando (recuperable) o se fresa (permanente). La mayora de los packers recuperables se pueden reacondicionar con sellos y cuas en el lugar de trabajo.

3.1.2. MARCAS DE ARBOLES DE NAVIDAD:

Existen varias compaas con reputacin internacional que fabrican equipos de boca de pozos (rboles de navidad) del tipo que sera producido por la planta propuesta, Entre stas se encuentra las siguientes:

a) CAMERON IRON WORKS SILBER AND KATY FREEWAL BOX 1212 HOUSTOS, TEXAS:

La firma Cameron Iron fabrica tubos de hierro, caera forjada y vlvulas. Es uno de los talleres de forjado ms conocido y mejor equipado en los Estados Unidos.

Las ventas de Cameron son de aproximadamente 141 millones de $ por ao y tiene un personal de alrededor de 5.400 empleados. Los equipos especiales para la industria petrolera, rboles de navidad y preventores operados a presin representan el 25% de sus ventas totales. Cameron tiene fbricas en Mxico, (Cameron Iron Works de Mxico S: A) y en Argentina (Cameron Iron Work Argentina S: A: I: C: Buenos Aires) Cameron tambin tiene una firma subsidiaria en Venezuela.

b) ARMCO STEEL CORPORATION NATIONAL SUPPLY DIVISION 6220 NAVIGATION BLVD, HOUSTON, TEXAS

La planta de rbol de navidad constituye una parte relativamente pequea de una divisin de uno de los principales fabricantes de productos de fierro y acero. Las ventas de la compaa principal son del orden de 1.6 Billones $ y su personal total es de aproximadamente 50.000 empleados. Por lo tanto, si la firma Armco decidiera participar en la fabricacin de rboles de navidad en Sud Amrica, podra prestar a la empresa conjunta una diversidad de recursos de toda ndole.

c) ACT DIVISION FMC CORPORATION 1777 GEARS ROAD BOX 3091 HOUSTON, TEXAS:

La firma Oil Center Tool Divisin (OCT) es una de cuatro divisin de equipo petrolero del grupo de maquinaria de FMC corporation, un importante conglomerado industrial de Estados Unidos, con ventajas anuales de $ 1.3 billones y alrededor de 46 000 empleados.

Existen en Sud Amrica una subsidiaria de FMC (FMC Argentina, S.A. Crdoba, Argentina) que fbrica rboles de navidad. Adems, bajo licencia de OCT, la fbrica de implementos petroleros S: A. de ciudad de Mxico, comercializan rboles de navidad en Colombia, Ecuador y Per

d) GRAY TOOL COMPANY, INC. 7135 ARDMORE STREET HOUSTON, TEXAS:

La firma Grayy Tool Company fabrica herramientas para pozos petroleros, equipos para control de presin y equipos para perforacin rotaria. Comercializa dichos productos en el mundo.

Las ventas totales de la compaa son de $ 14 millones y emplea aproximadamente 400 personas. Esta firma tiene una subsidiaria en Venezuela (Gray Tool Company Venezuela, Maracaibo, Venezuela), los rboles de navidad de Gray en cierto tiempo tuvieron preferencia en Bolivia.

e) SCHAFFER TOOL WORKS BREA, CALIFORNIA: La compaa Schaffer Tool Works produce equipos petroleros para perforacin submarina y rboles de navidad; es una divisin de Rucker Company. La compaa matriz tiene ventas aproximadas de US$ 71.0 millones y emplea 2200 personas. Sus ventas a los pases del Mercado comn Andino son de importancia.

PRINCIPALES PROVEEDORES DE ARBOLES DE NAVIDAD:

El cuadro muestra la participacin anticipada para 1972 de los principales proveedores en el mercado de rboles de navidad de la Subregin Andina.

Si bien cualquiera de estas compaas podra suministrar los conocimientos administrativos y tcnicos requeridos para la planta de rboles de navidad propuesta en Bolivia, se debe dar preferencia a aquellas firmas que ya tiene experiencia de fabricacin en el Mercado Comn Andino, y que tiene una organizacin de ventas establecida.

COLOMBIAECUADORPERUCHILEBOLIVIA

Gray----------------83

OCT------------------17

Cameron (USA)----103090-----

Fabr. Imp. Pet.(Mxico) (bajo licencia de OCT)70---------------

Proveedor Nacional (ARMCO)109040--------

Otros10-------10---

Total100100100100100

Fuente: estimaciones de Arthur D. Littlet Inc.

MODELOS DE LOS ARBOLES DE NAVIDAD EN BOLIVIA:Algunos de los modelos de rboles de navidad empleados actualmente en los campos hidrocarburferos de nuestro pas tenemos los siguientes:

Unicabezal FMC Unicabezal FMC Serie TC Wellhead Multibowl de ABB Vetco Gray OCT 5000 psi (terminaciones simples y dobles) rbol dual MMA 5000 psi rbol simple Barton 5000 psi rbol dual FMC 5000 psi rbol para terminacin simple Shaffer 3000 5000 psi rbol para terminacin doble Cameron 5000 10000 psi rbol para terminacin triple Cameron 10000 20000 psi Wenlen

Por ejemplo: algunos de estos modelos son:

Multi Bowl Wellhead Assembly