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8/11/2019 CABEZAL DE POZO.pdf

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Ing. Julio A. Villamizar C Página 1

1. CABEZAL DE POZO

1.1. Definición

El cabezal de pozo es la base en la superficie sobre la cual se construye el pozo

durante las operaciones de perforación. Se refiere a todos los equipos desuperficie localizados entre la cabeza de revestimiento y la válvula maestra.

Una vez instalada la tubería, se retiran las Preventoras de Reventones, se instalael Árbol de Navidad para controlar el flujo del pozo.




1.2. Función del cabezal de pozo

a) Colgar Pesob) Contener la presiónc) Vigilar la seguridad del pozod) Ofrecer una base para el árbol de navidad

Los sistemas de cabezal de pozo deben diseñarse para:

a) Soportar cargas de tensión de tubulares suspendidosb) Tener la capacidad de sellar a presiónc) Aislar el pozo del ambiente exteriord) Aislar entre revestidores y formaciones de fondo de pozo




1.3. Partes del cabezal de pozo

Calibrador de presión del revestimiento: (Casing pressure gauge). Indica lapresión en el anular.

Anular (Annulus). Es el espacio entre el interior del revestimiento y el exteriorde la tubería de producción

Brida adaptadora de cabeza de tubería (tubing head adaptor flage). Conecta lacabeza de tubería de producción con el árbol de navidad.

Cabeza de tubería de producción (tubing head). Soporta la sarta de tubería deproducción desde la superficie y sella el anular entre el revestimiento y latubería de producción.




Válvula del revestimiento (Casing valve). Controla el flujo proveniente delanular.

Cabeza superior del revestimiento (Uper casing head). Soporta el revestimientode producción.




2. ÁRBOL DE NAVIDAD

El árbol de navidad en un ensamble de cabeza de pozo se refiere a todas laspiezas, válvulas, calibradores de superficie, etc, que se colocan sobre la cabeza

de pozo por encima de la válvula maestra, para controlar el flujo y presión delfluido producido. El árbol de navidad incluye:

2.1. Partes del árbol de navidad

Calibrador de presión de tubería de producción (Tubing preassure gauge).Mide la presión de la tubería de producción.

Estrangulador de superficie (Surface choke). Controla la rata de producción ycrea una contrapresión en la línea de flujo. Esto se usa para disminuir el flujo yobtener un caudal deseado.

Tee de flujo (Flow tee). Dirige el fluido producido a las líneas de superficie.Es un accesorio en acero fundido, montado sobre la válvula master superior ycomunica por la derecha con la salida típica de fluidos del pozo (brazo derechode producción), por la izquierda permite la conexión de un instrumento demedición (generalmente un manómetro donde se determina la presión decabeza del pozo), en pozos que son grandes productores la salida izquierda seutiliza para conectar otra salida de producción del pozo. (brazo izquierdo deproducción). Por la parte superior se conecta con la Swab Valve

Válvula de flujo de tubería de producción (Tubing flow valve). Controla el flujo

de aceite y gas de la tubería de producción.

Válvula Master Inferior: Es una válvula de tipo compuerta en acero fundido, quese utiliza sólo en casos de emergencia o extremos; por norma nunca se debencontrolar los fluidos del pozo utilizando esta válvula, ya que su reemplazo pordesgaste requiere “matar” el pozo. Debe permanecer abierta cuando el pozoesté cerrado, salvo una instrucción en contrario emanada por el supervisor decampo.

Válvula Master Superior: Válvula de tipo compuerta en acero fundido, la cual seutiliza para cerrar el pozo; en pozos que no tienen wing valve corriente arriba

de la válvula lateral automática, la válvula master superior se utiliza pararegular los fluidos del pozo al momento de abrirlo.

Swab Valve.: Válvula de compuerta en acero fundido, ubicada sobre la tee ocruz, que permite bajar herramientas para realizar trabajos dentro del pozo.




Niple de Conexión: Accesorio en acero fundido, montado sobre la swab valve,el cual posee una tapa con orificio de ½” (instalar manómetro o desfogarpresión) de ajuste con herramienta de golpe de fácil apertura; este accesoriotambién posee internamente rosca, la cual permite conectar equiposadicionales indispensables en algunos trabajos de pozo (lubricador para

trabajos de slick line). Wing Valve: Válvula de compuerta en acero fundido, montada en la conexión

de la tee o cruz, que esté comunicada con la línea de producción. Se utilizapara regular los fluidos de producción al momento de abrirse el pozo.

Válvula Lateral Automática: Válvula de compuerta en acero fundido, montadaaguas abajo de la wing valve (si la hay) o en el costado de la tee o cruz, es unaválvula normalmente cerrada, la cual en condiciones normales de presión delínea de flujo, permanece abierta a través de presión de gas acumulada en eltambor servomotor de la válvula. Algunos diseños de válvulas, tienen un tapón

fundente en el tambor, el cual permite la liberación de gas cerrando la válvulaen caso de presentarse un fuego en la cabeza de pozo.




Tipos de estranguladores (chokes)

Puede ser de tipo positivo o ajustable

Positivo

Está compuesto de un cuerpo o caja, en cuyo interior se puede instalar o cambiarmanualmente, orificios de diámetros diferentes.

Un estrangulador de flujo positivo tiene un tamaño de orificio fijo.Dan cabida a partes reemplazables con dimensiones fijas.

Aunque los estranguladores de flujo positivo están disponibles en una variedad detamaños y tipos, se debe desarmar el estrangulador de flujo para cambiar eltamaño del niple reductor

Ajustables

Es similar al estrangulador positivo con la excepción que, para ajustar el diámetrode la apertura del orificio de flujo, pose un vástago con graduaciones visibles queindica el diámetro efectivo del orificio.

Los estranguladores ajustables tienen bastante aceptación debido a su facilidadpara cambiar la rata de flujo

Ambos tipos de estranguladores se fabrican con conexiones a rosca o a brida, enambos extremos.




2.2. Árbol de Navidad para completamiento Dual

2.3. Presión máxima de trabajo

Presión Máxima deTrabajo

Presión de PruebaHidrostática

Serie API(Obsoleta)

(lb/in2) (Kg/cm2) (lb/in2) (Kg/cm2)960 67.61 1440 101.41 400

2000 140.85 4000 281.69 6003000 211.27 6000 422.54 9005000 352.11 10000 704.23 1500

10000 704.23 15000 1056.34 290015000 1056.34 22500 1584.51




3. RECOLECCIÓN DE FLUIDOS PRODUCIDOS.

3.1. Introducción

Uno de los procesos más importantes de un estación de flujo es el de recolección,

el cual consiste en recolectar la producción de los diferentes pozos de unadeterminada área a través de tuberías tendidas desde el pozo hasta la estación deflujo respectiva o a través de tuberías o líneas provenientes de los múltiplespetroleros, encargados de recibir la producción de cierto números de pozos.

3.2. Manifolds de producción (Múltiple de recolección)

Conjunto de válvulas y componentes de tuberías prefabricadas, donde convergenlas líneas de flujo proveniente de los pozos, recolectando de esta forma, los fluidosproducidos perteneciente a una estación recolectora de flujo.

Es el equipo que une la línea de flujo del pozo con los equipos de la batería deproducción, generalmente el separador general y/o de prueba; también en algunoscasos existen conexiones para derivar la producción directamente a tanques uotros equipos del módulo de producción (tanques de prueba, gun barrel, etc.)




Estos múltiples están formados por dos o tres tubos, en instalación tanto en tierracon en lago, instalados en posición horizontal, paralelos uno respecto al otro yconectados a la line de flujo proveniente del pozo. En el punto de convergencia dela línea de flujo con el múltiple, se encuentra instalada una válvula para tomarmuestras de crudo, una válvula de retención (check) para evitar el retorno del

fluido en caso de roturas en la línea de flujo y válvulas de compuerta, de bola otapón, las cuales permiten cerrar o dejar pasar el flujo.

3.2.1. Componentes del Manifold

3.2.1.1. Válvula de bola alta presión

a. Definición: Construida en acero fundido resistente a altas presiones ytemperaturas (magnitudes inversamente proporcionales; a mayortemperatura soporta menos presión y viceversa).

b. Objetivo: Permite aislar la línea de flujo del pozo del manifold, para realizarlabores de limpieza, mantenimiento y/o cambio de la válvula cheque o delchoke ajustable.

3.2.1.2. Válvula de retención o cheque

a. Definición: Al igual que el anterior está construida en acero, cuyo materiales resistente a la presión y a la temperatura de operación, y consta de unalengüeta en acero fundido que permite el flujo en un solo sentido

b. Objetivo: Evitar el reflujo de los pozos y vasijas a los cuales estáconexionado el cabezal, especialmente en los casos de ruptura de la líneade flujo.

3.2.1.3. Choke ajustable

a. Definición: Diseñado en acero fundido y forjado, apto para soportar laspresiones y temperaturas que se puedan presentar en el manifold. Constade silla y obturador en tungsteno, el cual es resistente a la abrasiónproducto del aumento de velocidad, al caer la presión del fluido al paso dela restricción y a partículas finas que transporta en algunos casos el fluido(pozos productores de arena).

b. Objetivo:

Permite crear un choke o restricción de producción a un pozo de flujonatural.

Controlar regímenes intermitentes de producción de un pozoinestable “batch” cuando el separador no lo maneja eficientemente(cierre continuo por PSH y/o LSH).




Descargar de forma controlada y segura una alta presión represadaaguas arriba de él (cierre del separador y presurización de la línea deflujo hasta el punto del PSH del pozo)

Por norma, el choke ajustable debe estar totalmente abierto enpozos de levantamiento artificial.

3.2.1.4. Válvulas de bola de conexión

c. Definición: presentan las mismas características de la válvula de bola de4”*900’ referenciada al inicio de la descripción del manifold.

d. Objetivo: A través de su manipulación, permite seleccionar la vasija haciadonde se desea trasegar la producción del pozo

3.2.2. Clasificación de los múltiples

En las estaciones recolectoras, los múltiples se clasifican de acuerdo a su:

Temperatura de trabajo Presión de trabajo

3.2.2.1. De acuerdo a su temperatura

a. Multiples convencionales Aquellos que reciben la produccion de los pozos bajo condiciones de presion y

temperatura normal.b. Multiples calientes

Aquellos que tiene condiciones especiales para recibir fluidos con altastemperaturas provenientes de yacimiento sometidos a procesos de recuperación(inyección de vapor)

3.2.2.2. De acuerdo a la presión de trabajo

a. Multiple de baja presionReciben el fluido de pozos que producen a baja presión

b. Multiple de alta presiónReciben el fluido de pozos que producen a alta presión




3.3. Tuberías o Líneas de flujo

Tiene como función, conducir el fluido desde el pozo hasta la estación respectiva

Son fabricadas en diferentes diámetros, series y rango de trabajo y se seleccionansegún el potencial de producción y presión de flujo del sistema.

Pueden ser construidas o instaladas:

De junta a brida De junta soldada De cuello y rosca

Los problemas más comunes en la tubería de recolección de petróleo son:

La corrosión La vibración La dilatación

3.3.1. Línea de flujo

Es la línea que une el árbol de navidad con el cabezal del manifold o múltiple, ytransporta los fluidos del pozo hasta la batería o módulo de producción.

Se denomina línea de flujo a la tubería que se conecta desde el cabezal de un

pozo hasta el múltiple de producción de su correspondiente estación de flujo. Laslíneas de flujo son aquellos sistemas de manejo que transportan el flujo en formabifásica, desde los pozos hasta un punto de convergencia denominado múltiple.Cada múltiple está conformado por secciones tubulares, cuya capacidad y tamañodependen del número de secciones tubulares. Son fabricados en diferentesdiámetros, series y rangos de trabajo y se seleccionan según el potencial deproducción y presiones de flujo del sistema.

En el diseño de las líneas de flujo se calculan principalmente lo siguiente:

La caída de presión a lo largo de la línea de flujo, la cual se calcula usandomodelos multifásicos. Los espesores óptimos del tipo de material a usar considerando las

presiones de trabajo. Los sistemas de limpieza y de mantenimiento. Los sistemas de protección. Los sistemas de anclaje.

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