EQUIPOS SUPERFICIALES DE PRODUCCION ÁRBOL DE NAVIDAD Los cabezales de pozos o árboles de navidad son un conjunto de válvulas de surgencia, conexiones y accesorios instalados en boca de pozo, ensamblados sobre las cabezas de las cañerías guía intermedia y de revestimiento a través de accesorios mecánicos e hidráulicos tales como las cabezas, las bridas, niples, adaptadores y los colgadores de tuberías para permitir la circulación controlada de los fluidos de pozo. Los cabezales de pozos o válvulas de control de pozo, son llamados árboles de navidad, de estos se tienen sencillos, dobles, triples, cuádruples, etc. de acuerdo al número de sartas de producción. El equipo de cabeza de pozo es un término que describe en general al equipo conectado en la parte superior de todas las tuberías bajadas e instaladas dentro de un pozo, soportándolas y suministrando sellos entre ellas y al mismo tiempo controla el flujo de los fluidos producidos desde el pozo. Un árbol de navidad incluye componentes diseñados y coordinados apropiadamente tales como cabezales y colgadores de tubería de revestimiento, cabezales y colgadores de la tubería de producción, válvulas y conjuntos de válvulas para el control de la operación utilizando los instrumentos apropiados y dispositivos para limitar el flujo. Sus funciones principales son: a) Facilitar a través de los colgadores la instalación del tubing de producción de acuerdo al tipo de terminación programada. b) Soportar el efecto de las presiones en el espacio anular cuando se presenta, por ejemplo, amagos de descontrol en la etapa de producción o cuando se presenta reventamientos de cañería en cualquier nivel encima del productor. c) Soportar las velocidades y presiones de circulación de petróleo o gas por la tubería. d) Regular los caudales de producción, las presiones fluyentes y las presiones de surgencia en boca de pozo en diferentes tipos de terminaciones de pozos. e) Soportar todos los esfuerzos de tensión y compresión de las tuberías por efecto de las variaciones de temperatura en el pozo. f) Aislar anulares entre el casing y tubing. g) Proveer un medio de conducción entre el pozo y las conexiones de la superficie. 1
h) Identificar a través través de los colgadores colgadores el tipo de tubería tubería que se instala instala y que está en función al tipo de terminación del pozo. i) La unidad de cabezal de pozo unicabezal reemplaza a los cabezales de tubería de producción y carretes de tubería de revestimiento para reducir en forma significativa el tiempo de conexión de niples. j) Menos conexiones conexiones con brida brida reducen las posibilidad posibilidades es de fugas. k) Permitir la circulación controlada de los fluidos de pozo. l) Las aberturas de prueba permiten probar todos los sellos de obturación del espacio anular.
CLASIFICACIÓN DE LOS ÁRBOLES DE NAVIDAD La clasificación está basada en las normas API que toma como base las características y especificaciones técnicas de los cabezales de pozo clasificándolos en los siguientes tipos:
a) Árbol de Navidad para terminación simple Llevan bridas superiores de corrección para un solo cabezal de tubería donde se instala una sola columna para producir una sola arena productora sea baja, mediana o alta presión para pozo petrolífero o g asífero.
b) Árboles de Navidad Navidad para terminaciones dobles
2
Que están constituidos por los cabezales de tubería para instalar dos columnas de producción y explotar simultáneamente dos niveles que pueden ser arenas de baja, mediana o alta presión, los dos niveles gasíferos gasífer os o petrolíferos, petrolífe ros, o niveles combinados entre gasíferos y petrolíferos.
c) Árbol de Navidad para terminaciones triples o múltiples
3
Que se caracterizan por estar equipadas con tres cabezas de tubería para instalar tres columnas de producción y producir simultáneamente tres niveles, que pueden ser de alta, mediana o baja presión, combinados o simples arenas petrolíferas o gasíferas. Para todos estos tipos de árboles las normas especifican rangos de presiones de trabajo y caudales de producción así como los diámetros que deben ser consideradas en función al arreglo de cañerías en el pozo.
CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL ÁRBOL DE NAVIDAD La selección y el diseño de los árboles de navidad adecuadas a las condiciones de trabajo de los pozos se realiza en base a los siguientes datos:
Tipos de terminación de acuerdo al número de arenas productoras. productor as.
Profundidad de las arenas productoras.
7PPresiones de pozo, o sea, PFo, PFp, Pw, Pbp.
Tipos de fluidos de pozo (gas o petróleo)
Diámetro de las cañerías (guía, (guía, superficial, superficial, intermedia, intermedia, cañería cañería de revestimiento y diámetro de tubería)
En base a estos criterios la selección de los árboles de navidad se especifica de la siguiente manera para cada tipo de terminación que se presenta en el campo: Ejemplo: Para terminaci t erminación ón simple. ÁRBOL DE NAVIDAD NAVIDAD – SHAFFER:
4
8 ½’’ x 5 ½’’ x 2 7/8’’
3-5000 psi
Es decir que el árbol de navidad será instalada en un pozo con cañería intermedia de 8 ½’’, cañería de revestimiento de 5 ½‘’ y tubería 2 7/8’’ para una presión mínima de
trabajo de 3000 psi y máxima de 5000 psi. Ejemplo: Para terminaci t erminación ón doble. ÁRBOL DE NAVIDAD NAVIDAD – CAMERON: 9 5/8’’ x 8 ½’’ x 2 7/8’’ x 2 ½’’, 5 -10000 psi Ejemplo: Para terminaci t erminación ón triple. ÁRBOL DE NAVIDAD – CAMERON: 13 3/8’’ x 9 5/8’’ x 8 ½’’ x 2 3/8’’ x 2 ½’’ x 2’’ 1015000 psi o 10-20000 psi.
1. MARCAS DE ARBOLES DE NAVIDAD NAVIDAD UTILIZADOS UTILIZADOS EN BOLIVIA
Existen varias compañías con reputación internacional que fabrican equipos de boca de pozos del tipo que sería producido por la planta propuesta, Entre éstas se encuentra las siguientes:
CAMERON IRON WORKS SILBER AND KATY FREEWAL BOX 1212 HOUSTOS, TEXAS:2 La firma Cameron Iron fabrica tubos de hierro, cañería forjada y válvulas. Es uno de los talleres de forjado más conocido y mejor equipado en los Estados Unidos. Las ventas de Cameron son de aproximadamente 141 millones de $ por año y tiene un personal de alrededor de 5.400 empleados. Los equipos especiales para la industria petrolera, árboles de navidad y preventores operados a presión representan el 25% de sus ventas totales. Cameron tiene fábricas en México, (Cameron Iron Works de México S:A) y en Argentina (Cameron Iron Work Argentina SAIC, Buenos Aires) Cameron también tiene una firma subsidiaria en Venezuela. Venezuela.
5
ARMCO STEEL CORPORATION NATIONAL SUPPLY DIVISION 6220 NAVIGATION BLVD, HOUSTON, TEXAS: La planta de árbol de navidad constituye una parte relativamente pequeña de una división de uno de los principales fabricantes de productos de fierro y acero. Las ventas de la compañía 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 fabricación de árboles de navidad en Sud América, podría prestar a la empresa conjunta una diversidad de recursos de toda índole.
ACT DIVISION FMC CORPORATION 1777 GEARS ROAD BOX 3091 HOUSTON, TEXAS: La firma Oil Center Tool División (OCT) es una de cuatro división 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 América una subsidiaria de FMC (FMC Argentina, S.A. Córdoba, Argentina) que fábrica árboles de navidad. Además, bajo licencia de OCT, la fábrica de implementos petroleros petrolero s SA de ciudad de México, comercializan árboles de navidad en Colombia, Ecuador y Perú.
GRAY TOOL COMPANY, INC. 7135 ARDMORE STREET HOUSTON, TEXAS:
6
La firma Grayy Tool Company fabrica herramientas para pozos petroleros, equipos para control de presión y equipos para perforación rotaria. Comercializa dichos productos en el mundo. Las ventas totales de la compañía son de $ 14 millones y emplea aproximadamente aproximadamente 400 personas. Esta firma tiene una subsidiaria en Venezuela (Gray Tool Company Venezuela, Maracaibo, Venezuela), los árboles de navidad de Gray en cierto tiempo tuvieron preferencia en Bolivia.
SCHAFFER TOOL WORKS BREA, CALIFORNIA: La compañía Schaffer Tool W orks produce equipos petroleros para perforación submarina y árboles de navidad; es una división de Rucker Company. La compañía matriz tiene ventas aproximadas de US$ 71.0 millones y emplea 2200 personas. Sus ventas a los países del Mercado común Andino son de importancia.
El cuadro muestra la participación anticipada para 1972 de los principales proveedores en el mercado de árboles de navidad de la Subregión Andina. Si bien cualquiera de estas compañías podría suministrar los conocimientos administrativos y técnicos requeridos para la planta de árboles de navidad propuesta en Bolivia, se debe dar preferencia a aquellas firmas que ya tiene experiencia de fabricación en el Mercado Común Andino, y que tiene una organización de ventas establecida.
Gray OCT Cameron (USA) Fabr. Imp. Pet.(México) (bajo licencia de OCT) Proveedor Nacional (ARMCO) Otros Total
COLOMBIA ECUADOR ---------------10
PERU -------30
CHILE -------90
BOLIVIA 83 17 -----
70
----
----
---
----
10
90
40
----
----
10 100
---100
--100
10 100
--100
MODELOS DE LOS ARBOLES DE NAVIDAD EN BOLIVIA: Algunos de los modelos de árboles de navidad empleados empleados actualmente en los campos hidrocarburíferos hidrocarburíferos de nuestro país tenemos los siguientes:
7
Unicabezal Unicabezal FMC
Unicabezal FMC Serie TC
Wellhead Multibowl de ABB Vetco
Gray
OCT 5000 psi (terminaciones (terminacione s simples y dobles)
Árbol dual MMA 5000 psi
Árbol simple Barton 5000 psi
Árbol dual FMC 5000 psi
Árbol para terminación simple Shaffer 3000 – 5000 psi
Árbol para terminación doble Cameron 5000 – 10000 psi
Árbol para terminación triple Cameron 10000 – 20000 PSI
Wenlen
Algunos de estos estos modelos son mostrados a continuación: continuación:
8
9
Árbol de Navidad Unicabezal FMC
10
TIPOS DE LOS ARBOLES DE NAVIDAD: Según diversas clasificaciones, podemos establecer los siguientes tipos de árboles de navidad:
De acuerdo a su presión de trabajo:
Árboles de navidad de baja presión.
Árboles de navidad de mediana presión.
Árboles de navidad de alta presión.
En campo podemos identificarlos fácilmente de acuerdo a su número de válvulas
De acuerdo al tipo de terminación:
Árboles de navidad para terminación simple.
Árboles de navidad para terminación doble.
Árboles de navidad para terminación triple.
Adicionalmente, Adicionalmente, podemos considerar una clasificación clasificación en la que existan árboles de navidad horizontales horizonta les (que son empleados para poder realizar otros trabajos en el pozo sin tener que retirar el árbol de navidad y la línea de flujo) y verticales.
ARBOLES DE NAVIDAD UTILIZADOS EN ALGUNOS CAMPOS DE BOLIVIA A continuación mostraremos algunos árboles utilizados utilizados en los campos de KANATA, CARRASCO y en el campo de VUELTA GRANDE
CAMPO KANATA
C abeza abezall de Pozo Ti po, para Terminación Terminación S imple de algunos algunos pozos del campo
KANATA 11
Foto del Árbol de Navidad del pozo KNT- 4HST
12
CAMPO CARRASCO A continuación se muestran algunos ejemplos de árboles de navidad que se encuentran en el campo Carrasco.
Árbol de Navidad marca FMC OCT para terminación simple 13
Árbol de Navidad marca FMC CT para terminación simple 14
Una gran particularidad de los árboles de navidad ya mencionados, es que todos son para terminación simple, (ya mostrados anteriormente) pero la diferencia es que son de marcas diferentes (FMC OCT, CBV, FMC, CAMERON), esto debido a que la marca ya especificada de árbol de navidad para cada pozo es importante porque cumple con las condiciones y especificaciones del pozo. Al igual que en los pozos del campo KANATA, KANATA, algunos de los pozos del campo campo Carrasco se caracterizan por ser de terminación t erminación simple. simple.
CAMPO VUENTA GRANDE
15
16
17
La ubicación de estos campos se mostrara en la siguiente gráfica:
18
2. ÁRBOLES DE NAVIDAD NAVIDAD PARA PARA TERMINACIÓN TERMINACIÓN SIMPLE Llevan bridas superiores de corrección para un solo cabezal de tubería donde se instala una sola columna para producir una sola arena productora sea baja, mediana o alta presión para pozo petrolífero o gasífero.
Un árbol de navidad incluye componentes diseñados y coordinados apropiadamente tales como cabezales y colgadores de tubería de revestimiento, cabezales y colgadores de la tubería de producción, válvulas y conjuntos de válvulas para el control de la operación utilizando los instrumentos apropiados y dispositivos para limitar el flujo. Cada árbol de navidad consiste de una variedad de componentes corrientes que se ensamblan en diferentes formas de acuerdo a los requerimientos específicos del pozo; estos requerimientos incluyen controles especiales del flujo, cierre del mismo, prevención de reventones, métodos para añadir materiales en espacios anulares, actuación motorizada de las válvulas y otros similares.
19
A continuación se muestran los tipos tipos de árboles de navidad de terminación terminación simple: simple:
20
Terminación Simple de una sola ala Manifold Roscado
21
Terminación Simple de Una Sola Ala
22
Terminación Simple de Una Sola Ala de Alta Presión.
A continuación se muestran los tipos tipos de árboles de navidad navidad de terminación terminación doble:
23
Terminacion Doble con Tubings Paralelos Roscados
24
Terminación Doble con Tubins Paralelos
3. COMPONENTES DEL ÁRBOL DE NAVIDAD Cada árbol de navidad consiste de una variedad de componentes corrientes que se ensamblan en diferentes formas de acuerdo a los requerimientos específicos del pozo; estos requerimientos incluyen controles especiales del flujo, cierre del mismo, prevención de reventones, métodos para añadir materiales en espacios anulares, actuación motorizada de las válvulas y otros similares. No siempre se adquiere el árbol de navidad completo, se puede usar sistemas de dos o de cuatro cañerías, pero el sistema de tres cañerías representa el conjunto de árboles de navidad “típico” utilizado en el mercado gasífero.
El árbol de navidad es un conjunto de válvulas, conexiones y accesorios (fittings) usados para controlar la producción de fluidos y permitir el acceso a una sarta de producción 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 ad aptador a la cabeza del “tub ing“ (tubing head adapter flange) es un flanche intermedio usado para conectar a la válvula principal, suministrando a la vez un soporte y sello para el tubing y su anular. Los componentes básicos del árbol de Navidad son:
25
o
Cabezas de Revestimiento Revestimiento Cabeza del revestimiento, superficial es una unidad conectada al tope del revestimiento de superficie, para soportar la siguiente sarta de revestimiento,
26
que puede ser el revestimiento de producci6n o el intermedio, y da también sello al espacio anular entre los dos revestimientos. Está compuesta de una concavidad para colocar el “casing hanqer” del
siguiente revestimiento, un su parte superior termina en un flanche donde son colocados los preventores mientras se continúa con la perforación, posteriormente pera colocar la cabeza del revestimiento intermedio o una cabeza de “tubing”.
En su parte inferior se conecta con el revestimiento sobre el cual se instaló: Esta conexión puede ser roscada, con rosca hembra o rosco macho, para pozos no muy profundos, y soldada para pozos profundos. Esta cabeza tiene dos salidas laterales de 2 pulgadas línea, roscadas o con flanches, donde se pueden conectar líneas para tener el anular o colocar manómetros que permitan medir la presión del anular. Las cabezas de revestimiento más usadas tienen rangos en tamaños nominales desde 6 hasta 20, para y soportar revestimientos desde 4 ½ a 16 pulgadas. Todos los componentes de una cabeza de pozo deben, tener un diámetro interno mínimo de aproximadamente 1/32 de pulgada mayor que el diámetro “drift” (diámetro para para correr una herramienta) herramienta)
del tubo sobre sobre el cual dicha dicha
cabeza es usada.
Manómetro
o
Estos indicadores de presión permiten controlar las presiones del pozo, las presiones anulares o la presión del tubing y casing se miden con manómetros. o
Brida de Medición (tapa) La brida de medición sella la parte superior del árbol y esta adaptada para la instalación de un manómetro, retirando esta brida se tiene acceso al tubing.
27
Válvulas
o
Son generalmente API, hechas de acero de alta resistencia. Principalmente Principalmente son de dos tipos: Válvulas de compuerta y válvulas de tapón. Las hay con flanches o roscadas. Las válvulas de apertura total deben ser usadas en el cuerpo vertical del árbol para garantizar los corridos con cable de conducción. Las llaves, crucetas, codos y conjuntos laterales del árbol deben tener un tamaño que siendo económico no presente restricciones indebidas indebidas al flujo. Los tamaños de estos implementos varían desde 2 a 4 pulgadas, aunque dos pulgadas es normalmente adecuado.
Entre las válvulas más utilizadas tenemos: o
Válvula de Pistoneo (corona) Se utiliza para cerrar la presión y permitir el acceso al pozo de las unidades a armar para trabajos con cables de perfilaje, tuberías continuas (coil tubing) y reparación.
o
Te de Flujo (cruz) Se usa para permitir que las herramientas puedan correrse en el pozo; mientras continua la producción por la línea de flujo.
28
o
Válvula Lateral Se utiliza para cerrar el pozo en la mayor parte de las operaciones de rutina, son las más fáciles de reemplazar en caso de deterioro o lavadura de la misma.
(**)Estrangulador
o
Permite controlar la cantidad de flujo que el pozo produce. Entre las válvulas del árbol de navidad tenemos los choques o también llamados estranguladores. estranguladores. Esta tipo de válvula es tan importante que merece su estudio.
29