ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Investigación de Facilidades II

Paulo César Jaramillo Ramírez

Investigación de Facilidades de Superficie II

1. Objetivos

Reconocer las partes principales de un Árbol de Navidad Diferenciar los diferentes tipos de árbol de navidad según su

completación Comparar entre un árbol de navidad on-shore y off shore.

2. Introducción

La extracción de recursos naturales como petróleo y gas que se encuentran tanto en tierra como en el mar, necesita de un sistema que permita controlar el fluido que se está produciendo, este sistema se lo conoce como árboles de Navidad, ya que una vez que el sistema está terminado toma la forma de un árbol de Navidad, formado por un conjunto de válvulas de compuerta, estranguladores y accesorios que controlan el fluido durante la producción.

Su diseño depende del número de secciones que se van a utilizar para llegar al yacimiento y de la presión de producción máxima esperada. Entre ellos están los Árboles de Navidad sencillos, dobles, triples, cuádruples etc.

Sus componentes son fabricados de acuerdo a la Norma API 6A, que serán descritos más adelante en el desarrollo de la investigación.

Ha medida que se está produciendo, la energía primaria del yacimiento va disminuyendo provocando que el fluido no llegue a superficie, por lo cual se debe proponer alguna solución para aumentar el potencial del yacimiento. Esta solución depende de las características del yacimiento, por lo que cual se bajara una completación específica y así mismo se necesitara de diferentes tipos de árbol de navidad que serán descritos más adelante.

3. Desarrollo de la Investigación

PARTES PRINCIPALES DE UN ÁRBOL DE NAVIDAD PARA POZOS DE PETRÓLEO

Los componentes principales para un Árbol de Navidad son los siguientes:

Tubing Head Adaprter / Tubing BonnetA-4 & A-4-M

B-2/P, B-1, & A-4-D

Es un dispositivo del Árbol de Navidad, que permite la interconexión entre el cabezal del pozo (tubing spool) y el árbol de navidad.EL tubing head adapter en la parte superior esta adecuado con conexiones roscada, bridada o apernadas.

Válvula Maestra

Model 120 and 125

Esta Válvula asegura el cierre efectivo del pozo, no debe utilizarse para controlar la producción con el fin de evitar daños de de fricción y erosión. Se encuentran abierta durante la mayor parte del ciclo de vida del pozo.

Cruz de Flujo

Es el componente que se encuentra al centro del Árbol de Navidad. Su función en interconectar los brazos del árbol de navidad con las válvulas y dirigir el flujo. Su posición vertical recibe toda la producción del yacimiento y la distribuye en dos sentidos. A esta se conectan válvulas en línea vertical y en línea horizontal.

Válvula de SwabPermite acceso a la medición de la presión en cabeza de pozo y a la corrida de herramientas de fondo de pozo.

Flanges Corona o Bridas Corona

Adaptador del árbol Facilita la conexión rápida para el acceso de los trabajos de subsuelo. Posee una rosca en la parte superior tipo Acmé joint 4 hilos x pulgada.

Tapa Corona Protege la rosca del flange corona y permite la toma de presión del pozo. Hace el sello con un O'ring que posee en el HUB.

Medidores de Presión / Presión Guage

Se usan para medir la presión de cabeza de pozo. El dispositivo puede ser mecánicos, eléctricos o de resonancia.

Válvula Wing / Válvula de Ala Está localizada en la parte horizontal de la parte alta del árbol de Navidad.Cierra el paso de fluido del pozo hacia la estación de flujo y toma las presiones en la caja de choque positivo.

Choke o Estranguladores de Flujo Son accesorios instalados en el portachoque del árbol de navidad ubicado entre su salida principal y la línea de descarga que se instala para controlar y mantener las condiciones optimas de producción durante la descarga de fluidos de pozo por el árbol de navidad.

TIPOS DE ÁRBOL DE NAVIDAD EN FUNCIÓN DE LA COMPLETACIÓN

Según la completación que se baje se seleccionara el tipo de Árbol de Navidad adecuado, tomando en cuenta además ciertos criterios:

- De acuerdo al número de arenas productoras - Profundidad de las arenas productoras - Presiones del Pozo- Tipo de fluido del Pozo- Diámetro de las tuberías que se bajan

a) Árbol de Navidad para levantamiento por flujo Natural

El equipo necesario que constituyen el árbol de navidad para este tipo de completación por flujo natural es el siguiente:

-Tubing Head adapter; Válvula Master; Valvula wing; Tee; Válvula swab; Tree Cap; Pressure Gauge; Choke ajustable.

b) 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 gasífero.

c) Árbol de Navidad para terminación doble

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 o petrolíferos, o niveles combinados entre gasíferos y petrolíferos.

d) Árbol de Navidad para terminaciones triples o múltiples

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

e) Árbol de Navidad para Gas lift

El sistema de levantamiento artificial por gas lift tiene la función de alivianar la columna de fluido. El Árbol de Navidad que se utiliza en este sistema tiene algunas adecuaciones como:

Para la entrada del gas por el anular se habilita una salida en tubing head; se instala una válvula de compuerta para permitir la entrada del gas al anular. Dependiendo si el gas inyectado es continuo o intermitente se debe manejar la válvula para su apertura y cierre. Además se debe retirar el Choke para no restringir la eficiencia de levantamiento

f) Árbol de Navidad para Bombeo Hidráulico

El sistema de levantamiento artificial por bombeo hidráulico consiste en la inyección desde superficie de un fluido a altas presiones. Este sistema necesita un Árbol de Navidad similar al de Gas lift, lo que cambia es que se adiciona un válvula de compuerta para permitir la entrada del fluido por el tubing head.

g) Árbol de Navidad para Bombeo Electro sumergible

En levantamiento tiene como objetivo levantar el fluido del reservorio hasta la superficie, mediante la rotación centrífuga de la bomba electro sumergible. Este sistema necesita un árbol de Navidad en donde se habilite un paso para el cable de alta potencia, para ello se utilizaun Tubing head Adapter.

h) Árbol de Navidad para bombeo Mecánico

Este levantamiento consiste en una bomba de subsuelo de acción reciprocante que es abastecida con energía transmitida a través de una sarta de varillas. El árbol de Navidad debe permitir la entrada de la barra lisa y el juego de varillas. Se suprime la válvula Swab, el Tree cap y el manómetro de Tope.

i) Árbol de Navidad para bombeo por cavidades Progresivas

Es muy similar al utilizado en el bombeo mecánico, ya que los varios sistemas utilizan una barra lisa y una sarta de varillas que transmiten la energía necesaria para levantar la columna

de fluido. En este caso la utilización de la unidad dual en el árbol de navidad permite que sea más versátil, ahorrando el uso de Te de bombeo y de la preventora de varillas.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL ÁRBOL DE NAVIDAD PARA POZOS OFF SHORE.

En terminaciones submarinas comúnmente existen dos tipos de sistemas de cabezales, de acuerdo con el diámetro de su pasaje: 18 ¾" y 16 ¾".

Las unidades flotantes de perforación, se acoplan con el riser a los conjuntos de preventores de 18 ¾", los cuales se instalan en sistemas de cabezales de 18 ¾" y rangos de trabajo de 10,000 o 15,000 psi.

El sistema típico es de 18 ¾".

Existen varias opciones de sistemas de cabezales submarinos desarrollados por fabricantes de trayectoria en la industria: ABB Vetco Gray, Cooper Cameron, DrilQuip, FMC, entre otros

Los cabezales de pozos submarinos se diferencian de los instalados en la superficie en varios aspectos:

Las cabezas de los revestidores son los propios colgadores

El cabezal (colgador) del revestidor de superficie tiene perfiles internos para el asentamiento de todos los colgadores subsiguientes

Los colgadores se instalan al interior del colgador anterior

Los componentes se instalan consecutivamente en forma concéntrica

Carecen de válvulas laterales para comunicarse con los espacios anulares

Todos los componentes tienen la misma presión de trabajo (10M ó 15M)

El árbol submarino es el sistema de control de presión localizado en el cabezal del pozo, el árbol de válvulas consiste en una serie de válvulas que proveen una interfase entre el yacimiento y la superficie, con el propósito de: - Proveer una fuerte barrera a la presión entre el yacimiento y la superficie. - Ser un medio que permita la producción controlada. - Ser un sistema que permita intervenciones en diferentes etapas de trabajo

Los árboles submarinos se clasifican en: - Secos. – Mojados

Los árboles secos se usan en aguas someras y en aguas profundas, y en tirantes de agua inferiores a 1,830 [m] ó 6,000 [ft], estos árboles pueden instalarse sobre una plataforma marina o spar .

Los árboles mojados van instalados en el lecho marino, y se usan en aguas profundas y en aguas ultra profundas, dichos árboles mojados se clasifican en: - Verticales. – Horizontales

El árbol submarino es la conexión o interfase entre la cabeza del pozo y los jumpers, está compuesto por un conjunto de válvulas, tuberías, conexiones y componentes de seguridad, cuyo objetivo es vigilar y controlar la producción. Los árboles submarinos son operados mediante un sistema de control, encargado de operar las siguientes funciones: Controlar y regular el flujo de los fluidos producidos mediante las válvulas y el estrangulador. Controlar la inyección de inhibidores a través de las válvulas de inyección. Monitoreo de gastos, presiones y temperaturas. Operación de válvulas de seguridad. Inyección de químicos.

Los principales componentes de árbol a describir, son:

Estrangulador Válvulas (producción ó inyección) Tapa del árbol Cabezal de tubería de producción Módulo de control

4. Conclusiones

I. En el presente trabajo de investigación se reconoció las partes principales de un Árbol de Navidad instalado en on-shore el cual consta de 9 partes, es un modelo estándar ya que algunos dependiendo de su Completación pueden tener diferentes adecuaciones.

II. Ha medida que el pozo va produciendo este se va perdiendo su energía primaria, por tal razón es importante que el Ingeniero de Producción cuente con alternativas rentables para aumentar su potencial. Estas alternativas conllevan bajar una completación específica para cada levantamiento artificial y además colocar un árbol de Navidad con las especificaciones y adecuaciones que sugiere el levantamiento propuesto.

III. El árbol de Navidad cambia dependiendo de su lugar de completación, puede ser en On shore u Off Shore. En el caso de la instalación de Árboles de Navidad submarino se requiere que todos los componentes trabajen a una misma presión. Esta presión es mayor a la que se trabaja en On shore.

5. Bibliografía

Ingeniero JULIO CESAR CARLON SALGADO; “PLANEACIÓ, PRODUCCIÓN Y USO DE COMPONENTES, PARA UN ÁRBOL DE VALVULAS PARA EXTRACCIÓN DE PETRÓLEO O GAS”; MÉXICO D.F A 14 DE AGOSTO DEL 2009.

INGENIERO EDWIN EFRAÍN MONROY ROA; “USO Y COMPONENTES DEL ÁRBOL DE NAVIDAD; VILLAVICENCIO-META 2009.

INGENIEROS ERWIN HUMBERTO LOPEZ CRIOLLO Y SERGIO ANDRES PARRA NIÑO; “DEFINICIÓN DE ESTANDARES OPERATIVOS PARA CABEZALEZ DE POZOS Y SISTEMAS DE RECOLEECIÓN DE SUPERFICIE; UNIVERSIDAD INSDUSTRIAL DE SANTANDER; BUCARAMANGA 2007.