Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Well heads - Cabezal de Pozo

Plus Christmas Tree - Árbol de Navidad
by

Mauricio Fiallos T

on 28 October 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Well heads - Cabezal de Pozo

FUNDAMENTOS BÁSICOS
Concepto General
Elementos
Clasificación del Cabezal de pozo
Tipos de Cabezales de Pozo por función
TIPOS DE ÁRBOL DE NAVIDAD
Accesorios
Conclusión
CABEZAL DE POZO
Integrantes:
Mauricio Fiallos
Liseth Rosero
Andrés Vaca
Ingeniería de Producción II
Ing. DiegoCepeda
WELLHEAD & CHRISTMAS TREE
El cabezal de producción y el árbol de navidad son dispositivos mecanizados del acero, los cuales proveen un medio de conducción entre el pozo y las conexiones de superficie
IRO PAD - Bloque 16
El casing y la tubería de producción son soportadas por el cabezal de pozo; generalmente, es la parte que sobresale a la superficie y permite visualizar la existencia de un pozo de petróleo o gas.
Regula cada una de las dimensiones de los equipos de acuerdo con las presiones de trabajo y los diámetros de la tubería del pozo

La norma API 6A regulas roscas, conexiones bridadas en cuanto a tamaño y número de espárragos y tuercas.

Materiales: para condiciones estándar y para H2S (Normas NACE)

El diseño interno depende del fabricante, sin embargo, las empresas están intentando estandarizar los diseños internos por un tema de intercambiabilidad de los componentes

Requisitos de soldadura sobre los equipos de cabezales de pozos
Norma API 6A y 6D
Diferenciación de Bridas de acuerdo al número de Orificios
Tipo de pozo inyector, productor, exploratorio, etc.
Programa de tubería (Casing Program)
Diseño y geometría del pozo
Tipo de producción: petróleo o gas
Composición química del crudo, del gas o del agua a inyectar; puesto que pueden ser corrosivas
Presiones de trabajo
Ahorro en tiempos de perforación y tipo de perforación
Requerimientos para la selección del cabezal del pozo:
Funciones del Wellhead y Christmas Tree
Wellhead es la base para la construcción mecánica del pozo, éste permite:
Suspender toda la tubería de revestimiento y de producción mediante colgadores (Soportar cargas de tensión de tubulares)
Habilidad de instalar un dispositivo de cierre, para sellar a presión
El árbol de navidad es usado para producción e inyección, provee:
Acceso hidraúlico al anular
Controlar y dirigir entrada y salida de fluidos bajo condiciones de presión principalmente con el uso de válvulas
Wellhead and Christmas Tree
El equipo de producción de superficie para un pozo está compuesto, desde su parte inferior hasta la superior, por los siguientes elementos:
El cabezal de producción
Sección A
Sección B
Sección C
Árbol de navidad
Sección D
Cabeza Inferior – Casing Head
Colgador de Casing Autoenergizable –Casing Hanger
Válvulas Laterales – Gate Valve Brida Compañera o de reducción – Companion Flange
Niples de reducción y tapones- Bull Plug
Válvulas aguja y manómetros – Needle Valve and Pressure Gauge
Objetivos
Objetivo General:
Realizar una presentación sobre los Cabezales de Pozo y árboles de navidad, detallando utilidades, componentes, clasificación y accesorios; para profundizar los conocimientos sobre los elementos del sistema de producción de un pozo.
Objetivos Específicos:
Definir al cabezal de pozo y los árboles de navidad, así como sus principales aplicaciones
Conocer los componentes de los cabezales de pozo y los árboles de navidad
Presentar una clasificación de los cabezales de pozos, así como de los árboles de navidad
Presentar cabezales de pozo comunes en Off-shore y subsea
Enumerar principales herramientas y accesorios de los cabezales de pozo
Sistema convencional en carrete
Sistema de carretes compactos
Sistema de Suspensión en lecho marino
Cabezal submarino del Pozo
CABEZA INFERIOR (SECCIÓN A)
CASING HEAD
Normalmente está conectado al revestidor de superficie

Soporta la siguiente sarta de revestimiento

Sella el espacio anular entre tuberías de casing

Permite instalarse en el casing de revestimiento de la siguiente forma:
• Soldada (Slip-On, SOW)
• Roscada (Butress, CSG)
• Sistema de mordazas (Slip-Lock )
COLGADORES DE CASING
(Sección A Y Sección B)
CASING HANGER
Dos tipos principales:
Colgador tipo CUÑA (Cuñas envolventes alrededor del envolvente)

Colgador tipo MANDRIL
Provee sello el espacio anular entre el casing suspendido y el casing head

Suspende el casing string
ANILLOS EMPAQUETADORES
RING GASKET
Permiten empaquetar entre secciones, es decir, evitan la comunicación entre las sartas del revestidor.

Están estandarizados por la API y dependen del tamaño de la brida y de la presión
Ejemplo:
ANILLO R-54 = brida 13-5/8” 5.000 PSI
Carrete de producción – Tubing head Spool
Colgador de Tubing – Tubing Hanger
Válvulas Laterales –Gate Valve
Brida Compañera o de reducción – Companion Flange
Niples de reducción y tapones – Bull Plugs
Válvulas aguja y manómetro – Needle valve and Pressure Gauge
CARRETE DE PRODUCCIÓN (Sección C)
TUBING HEAD SPOOL
Permite alojar el colgador de la tubería de producción (Tubing).
Adjunto a la brida de la parte superior del casing head
Provee apoyo y retención al tubing string
Sella (empaca) el espacio anular entre el tubing y el casing de producción.
Especificación típica de presión de trabajo : 10 000 psi
COLGADORES DE TUBING – TUBING
HANGER
Suspende la tubería de producción /inyección y transfiere su peso al wellh
Sella el espacio anular entre la tubería y el revestimiento
Ofrece un asiento para una válvula de contrapresión BPV que se puede instalar temporalmente en el colgador permitiendo el retiro del arreglo de preventoras con presión en el pozo.
Ofrece apoyo para el montaje del árbol de navidad.
Qué hace un cabezal de pozo
Brida Adaptadora Flange adapter
Válvula Maestra, contramaestra, de suaveo, pintoneo y laterales de producción.
Cruz o tee esparragada - Studed cross and studed tee
Tapa Árbol
Chokes y cajas porta orificio - Chokes
Brida Compañera o de reducción – Companion
Niples de reducción y tapones – Bull plug
Válvulas aguja y manómetros – Needle Valve and Pressure Gauge
CABEZA DE REVESTIDOR TIPO CARRETE
CASING SPOOL
Provee acceso al anular a través de los lados
para control de presión
o retornos de fluidos durante operaciones de perforación

Sella (empaca) sarta del revestidor superficial

Ofrece soporte (tazón de asentamiento) para la siguiente sarta de revestimiento

Ofrece soporte para el montaje de equipo de control de pozo (arreglo de preventoras)
El colgador de Tubing está compuesto por tres roscas, una inferior para roscar la sarta de tubing de producción, una intermedia para manipular la tubería, y una superior para colocar la BVP (Back pressure valve). Existen diferentes modelos de acuerdo con el tipo de carrete en que se instala el colgador y el uso de diferentes tipos de bombeo.
Hay 5 tipos:
Hangers de compresión tipo Mandril
Ram type tension hangers
Slip and seal assemblies
Suspensión directo desde el árbol (Horizontal trees)
Sub-mudline tubing hangers o tubing hangers packers
Qué hace un árbol de navidad
A pressure control system located at the well head. The purpose of the Christmas tree is to:
provide a pressure tight barrier between the reservoir and surface.
allow controlled production or injection.
kill the well prior to workover operations and maintenance.
permit the deployment of intervention work strings.
Well monitoring.
Injection of chemicals.
Master valve:
Usually there is two, the bottom one is manually operated and the upper one is hydraulically actuated.
Flow wing valve:
The flow wing valve is the flowpath that the hydrocarbons take to the production facilities.
Left wing valve:
Also known as the kill wing valve. It is used for injection of fluids and chemicals.
Swab Valve:
Is the valve used for well interventions like wireline and coiled tubing.
Some trees have two Swab valves to avoid closing the master valve.
Componentes del Árbol de Navidad
Funciones de las válvulas

Usados en offshore, especialmente en pozos de alta presión o altos caudales.
Reducen el número de turbulence raisers y potenciales puntos de fuga.
Una configuración en Y es usada, cuando hay condiciones de alta turbulencia.
Tipos de Árboles de Navidad
Conventional Flanged Trees
Solid Block Trees
Horizontal/ Spool Trees
Subsea Trees
Usado en la mayoría de pozos de superficie y en algunos menos a moderado pozos offshore.
Conventional Flanged Trees
Árbol de Navidad más usado
SubSea Trees:
Conventional dual bore trees poseen dos vertical bores para acceso al tubing de producción y al anular.
Horizontal/ Spool trees, similares a los árboles horizontales de superficie.
Inline trees, donde las válvulas son encajadas o ubicadas dentro del wellhead.
Horizontal production Trees:
Permiten acceso completo al wellbore sin remover el árbol.
El pozo es producido desde el lado del tubing hanger y fluye horizontalmente a través de la master valve.
Ideal en pozos donde frecuentes trabajos de workover son anticipados.
En esta configuración el árbol es instalado antes que el BOP.
El casing y tubing son instalados a través del árbol.
Las válvulas del árbol son localizadas sobre el lado del vertical bore.
VÁLVULA ESCLUSA – COMPUERTA
GATE VALVE
Esta válvula es del tipo esclusa o de compuerta permite obstruir o dejar pasar un fluido para inyección de agua,
producción de petróleo o de gas. Este tipo de válvula puede se fabricada con extremos bridados o roscados.

Las geometrías usadas en cabezales generalmente van desde 2-1/16” hasta 3-1/8” 3000/5000/10000 PSI. También se manejan diámetros de 7-1/16” con presiones de trabajo de entre 5000 - 10000 PSI

Control primario de abierto/cerrado del cabezal de pozo

Son los accesorios más notorios del árbol de navidad

Esta válvula de esfera puede ser operada

El diseño donde el vástago y la esfera son un sólo cuerpo, permite que la apertura y el cierre de la válvula sea bastante suave.

Posee una ventaja y es que la operación es realizada sólo con un cuarto de vuelta

VÁLVULAS DE BOLA
BALL VALVE
Tipos de Cabezales de Pozo
por tipo de levantamiento
Bombeo Hidráulico
Cabezal para BES
Bombeo Mecánico
Cabezal Neumático
Sirve para conectar las válvulas en el árbol de navidad de acuerdo con la configuración que el cliente necesite. Siempre va después de la válvula maestra.
CRUZ Y TEE – CROSS AND TEE
Se instala bridada en la parte superior del árbol, este dispositivo, permite desenroscar la rosca superior a golpe de martillo permitiendo hacer intervenciones al pozo.

En la parte superior generalmente se rosca una válvula aguja con un manómetro
TAPA ARBOL – TREE CAP
Se brida en la conexión superior de cabezal, y logra una reducción que permite instalar las válvulas de producción
Cuando se requiere preparación para conector eléctrico este Ítem necesita un mecanizado especial, que aumenta el tiempo de fabricación normal de un cabezal estándar

BRIDA ADAPTADORA –
ADAPTER FLANGE
Solid Block Trees:
CHOKES FIJO Y AJUSTABLES
Permiten regular el flujo de producción del pozo, mediante el uso de agujeros calibrados los cuales se alojan dentro de las cajas porta orificios.
 Cabezal de pozo lo definimos al equipo mecánico del pozo del que suspende la tubería de revestimiento y de producción para cumplir con diferentes funciones: tales como sellar la presión, sorportar cargas de tubulares; mientras que los árboles de navidad proveen un medio de conducción de los fluidos entre el pozo y las facilidades de superficie bajo condiciones de presión, cierra el pozo y permiten operaciones de mantenimiento y monitoreo.

 El cabezal de pozo está divido en 3 secciones de abajo hacia arriba: A,B y C, cuyos componentes principales son los casing and tubing heads, así como los casing y tubing hangers y los casing y tubing spools o carretes; mientras que los árboles de navidad (sección D), están formados por válvulas máster, válvulas wing, swab valves, chokes e implementos de instrumentación como indicadores de presión y temperatura.
 Los cabezales de pozos se clasifican por su función en Sistema convencional de carretes, Sistema de Carretes compactos, Sistemas Offshore, Sistema Subsea. Considerando el tipo de levantamiento, se pueden clasificar en cabezal Hidráulico, Cabezal para BES, Cabezal para bombeo mecánico y Cabezal Neumático.

 Los árboles de navidad se clasifican en Solid Block Trees, Conventional Flanged Trees, Horizontal/Spool Trees y Subsea trees.

 Los cabezales de pozo y árboles de navidad para pozos en Off-shore y Subsea requieren una configuración avanzada con respecto a otras, pues demandan altos niveles de seguridad, alta tecnología y mayor independencia del trabajo humano por su difícil ubicación.

 Las principales herramientas y accesorios que podemos encontrar en los cabezales de pozo y Árboles de Navidad son las Bridas, diferentes válvulas (Seguridad, compuerta, bola, check, etc), Nipples sellantes, Cruz y Tee, Tapa del Árbol, Chokes fijos y ajustables, Bujes de desgaste, Back Pressure Valve, entre otros.
Estos sistemas cortan el fluido de producción cuando existen variaciones de presión dentro de los límites de producción establecidos.
Los actuadores pueden ser neumáticos o hidráulicos. Para operar (Abierta) estas válvulas se debe aplicar presión al actuador. Cuando se ventea la presión en el actuador la
válvula se cierra automáticamente por la acción contraria del pistón
VÁLVULAS DE SEGURIDAD DE SUPERFICIE
4-1/2”

9-5/8”

13-3/8”

16

PETROBRAS- B-31
13.3/8”x9-5/8”x4-1/2”(5-1/2”) 3M X 5M

19

18

17

15A

15

14

13

12

11

10

9

8

2

6

5

4

3

7

1

Se utilizan como tapones en el cabezal, para roscar válvulas, y realizar reducciones de rosca
NIPLES DE REDUCCIÓN Y TAPONES BULL PLUG AND PLUGS
Mientras que el DHSV aísla la tubería de producción , una pérdida de integridad podría permitir que el fluido del pozo para omitir la válvula y escapar a la superficie a través del anillo . Para los pozos con levantamiento artificial por gas , a menudo es un requisito para instalar una válvula de seguridad en el espacio anular del pozo "A" para asegurarse de que la superficie está protegida de la pérdida del anillo de contención. Sin embargo , estas válvulas no son tan comunes y no necesariamente están instalados en la misma posición en el pozo, lo que significa que es posible que los fluidos podrían serpentean alrededor de las válvulas a la superficie.


Recomendaciones
Como parte de la función de la DHSV para aislar la superficie de los fluidos del pozo , es necesario que la válvula sea colocada lejos del pozo. Esto implica que debe ser colocada debajo de la superficie en todas las circunstancias , es decir, en pozos de alta mar, no por encima del lecho marino .

Estas válvulas son comúnmente válvulas de charnela unidireccionales que se abren hacia abajo de tal manera que el flujo de los fluidos del pozo trata de empujar la cerró , mientras que la presión de la superficie empuja para abrirla. Esto significa que cuando es cerrada, se aislará a los fluidos del yacimiento de la superficie.


Funcionamiento

Una válvula de seguridad de fondo de pozo se refiere a un componente, en un campo de gas o petróleo que actúa como un mecanismo de seguridad para evitar la liberación no controlada de fluidos de yacimiento. Casi siempre se instala como un componente vital en la terminación del pozo.

Downhole Safety Valve

DHSV
Las imágenes gráficas de los pozos de petróleo en Kuwait en fuego después de la Primera Guerra del Golfo ,después de que se quitaron las cabezas de pozo , demuestran los peligros de no utilizar los componentes ( en ese momento, se les consideró innecesaria porque eran pozos en tierra )

Importancia de la DHSV

El sistema MS-800 ofrece mayores capacidades de carga y de presión. VetcoGray, un negocio de GE Oil & Gas, presentó el sistema de cabezal de pozo submarino MS-800 para trabajos de perforación en aguas profundas. El sistema cuenta con mayor capacidad de carga en cubierta y de presión. Con capacidad para resistir ocho millones de libras de carga en el cabezal del pozo, el MS-800 está diseñado para ayudar a quienes adelantan tareas de perforación a llegar a mayores profundidades en regiones como el Golfo de México en Estados Unidos o en áreas de costafuera de Brasil.

Sistema de cabezales de pozo para aguas ultraprofundas
El nuevo sistema incrementa la capacidad de carga a dos millones de libras para el primer soporte de la cubierta y para el soporte de 16 pulgadas, a la vez que también aumenta la capacidad de presión de este de 6500 a 10.000 PSI.
VetcoGray también mejoró la configuración del anillo de carga en todos los tres soportes de la cubierta del MS-800, comparada con la de los productos anteriores, para aumentar el desempeño.

Referencias:
• Moto Mecánica Argentina. “Fundamentos Básicos de Cabezales y Árboles de Navidad”. Quality Valves & Wellhead Equipment
• Schlumberger. “Cabezales de pozo y Árboles de Navidad”. Programa de Entrenamiento acelerado para supervisores. .http://es.scribd.com/doc/20194102/Cabezales-de-Pozo-y-Arboles-de-Navidad
• “Classification of Wellheads”. Prezi
• Román, Héctor. “Diseño de un cabezal de Pozo”.
• T3Energy Services. “Surface Wellhead Equipment Catalog”. Wellhead and production systems 2009
Full transcript