INSTALACIONES SUPERFICIALES EN LA PLATAFORMA DE LOS POZOS PRODUCTORES DE PETROLEO Y GAS.1.-DEFINICINEl rbol de vlvulas es un equipo conectado a las tuberas de revestimiento en la parte superior, que a la vez que las sostiene, proporciona un sello entre ellas y permite controlar la produccin del pozo. Por lo general el rbol de vlvulas se conecta a la cabeza del pozo; la cual es capaz de soportar la TR, resistiendo cualquier presin que exista en el pozo. Actualmente se usa el trmino presin mxima de trabajo. Como puede verse en la tabla

*** Para bridas de tamao especial. Estas presiones de trabajo son aplicables para temperaturas que no excedan de 1210C ( 2500F).

ARBOL DE VALVULASLa presin mxima de trabajo es la presin mxima de operacin a la cual podr estar sujeto el equipo. La presin de prueba hidrosttica es la presin a cuerpo esttico impuesta por el fabricante para disear adecuadamente las pruebas del material y de condiciones de operacin en la instalacin. 1.1.- EQUIPO INSTALADOEl equipo instalado en la plataforma de un pozo productor de petroleo es el siguiente: o Cabezales de tubera de revestimiento (TR) o Colgadores de tubera de revestimiento o Cabezales de tubera de produccin (TP) o Colgadores de tubera de produccin o Vlvula de contrapresin o Adaptador o rbol de vlvulas o Brida adaptadora del cabezal de TP o Vlvulas de seguridad y de tormenta o Conexiones del rbol de vlvulas o Estranguladores

Los componentes del rbol de produccin incluyen los siguientes: Manmetro - Los manmetros permiten vigilar las presiones del pozo. Con estos manmetros se vigilan la presin de la tubera y de la tubera de revestimiento o anular. Brida (tapa) del manmetro - Esto provee un sello para la punta del rbol y tiene provisiones para un manmetro de presin. Cuando se retira esta brida, provee acceso a la tubera.1.1.1.- La vlvula maestra, es la que controla todo el sistema con capacidad suficiente para soportar las presiones mximas del pozo. Debe ser del tipo de apertura mxima, con un paso igual o mayor al dimetro interior de la TP; para permitir el paso de diferentes herramientas, tales como los empacadores, pistolas para disparos de produccin, etc. En pozos de alta presin se usan dos vlvulas maestras conectadas en serie. A continuacin de la vlvula maestra se encuentra la conexin en cruz que sirve para bifurcar el flujo a los lados, provista de vlvulas para su operacin. A cada lado de la conexin estn las vlvulas laterales. Estas pueden ser del tipo de apertura restringida, con un dimetro nominal un poco menor al de la vlvula maestra, sin que esto cause una cada de presin apreciable. La vlvula superior (porta manmetro), se localiza en la parte superior y sirve para controlar el registro de presiones leyndose, cuando sea necesario, la presin de pozo cerrado y la de flujo a boca de pozo. Asimismo, la vlvula superior sirve para efectuar operaciones posteriores a la terminacin, tales como: des-parafinamiento, registro de presiones de fondo fluyendo y cerrado, disparos, etc. En operaciones que no se requiere interrumpir el flujo, se cierra la vlvula y se coloca un lubricador para trabajar con presin; introduciendo en el cuerpo de ste las herramientas necesarias abriendo la vlvula porta manmetro para permitir su paso.

Las conexiones en rosca de las vlvulas del rbol se usan para presiones mximas de 345 bares (4,992 lb/pg2), mientras que las conexiones en brida no tienen lmite en cuanto a presin (recordando que la mxima presin de trabajo establecida por el API es de 1035 bares (14,796 lb/pg2). Las conexiones se requieren que tengan un cierre perfecto. La toma de muestras en el rbol de vlvulas generalmente se encuentra despus del niple porta estrangulador. Esta consiste en una reduccin (botella) de 2 a 1/2 pulgada, vlvula de compuerta y una boquilla. Es importante que al efectuar la tomade muestras la vlvula de 1/2 se abra un lapso moderado con el propsito de limpiar la trampa que se forma en la reduccin de 2 a 1/2. En el rbol de vlvulas (navidad) tambin se encuentra el porta-estrangulador, estrangulador, la vlvula de contrapresin y la vlvula de seguridad. 1.1.2.-Vlvula de contrapresin o de retencin (check), se encuentra instalada en el colgador de la tubera de produccin o en el bonete del medio rbol, que sirve para obturar el agujero en la TP cuando se retira el preventor y se va a colocar el medio rbol. Una vez que se conecta este ltimo con el cabezal de la TP, la vlvula de contrapresin puede ser recuperada con un lubricador. Se puede establecer comunicacin con la TP, si fuese necesario, a travs de la vlvula de contrapresin. De los diseos actuales, unos se instalan mediante rosca y otros con seguro de resorte (candado de expansin). 1.1.3.- Estranguladores. Los estranguladores, orificios o reductores, no son otra cosa que un estrechamiento en las tuberas de flujo para restringir el flujo y aplicar una contrapresin al pozo. Los estranguladores sirven para controlar la presin de los pozos, regulando la produccin de aceite y gas o para controlar la invasin de agua o arena. En ocasiones sirve para regular la parafina, ya que reduce los cambios de temperatura; as mismo ayuda a conservar la energa del yacimiento, asegurando una declinacin ms lenta de los pozos, aumentando la recuperacin total y la vida fluyente. El estrangulador se instala en el cabezal del pozo, en un mltiple de distribucin, o en el fondo de la tubera de produccin. De acuerdo con el diseo de cada fabricante, los estranguladores presentan ciertas caractersticas, cuya descripcin la proporcionan en diversos manuales, sin embargo se pueden clasificar como se indica a continuacin: 1.1.4.- Estranguladores Superficiales.a) Estrangulador Positivo. Estn diseados de tal forma que los orificios van alojados en un receptculo fijo (porta-estrangulador), del que deben ser extrados para cambiar su dimetro. Las marcas ms conocidas son: EPN, FIP, Cameron, y los hechizos que se fabrican en los talleres de mquinas y herramientas. El uso en la industria es amplio por su bajo costo y fcil aplicacin. b) Estrangulador ajustable. En este tipo, se puede modificar el dimetro del orificio, sin retirarlo del porta-estrangulador que lo contiene, mediante un dispositivo mecnico tipo revlver. Una variante de este tipo de estranguladores, es la llamada vlvula de orificio mltiple. Tiene un principio de operacin bastante sencillo, puesto que el simple desplazamiento de los orificios del elemento principal equivale a un nuevo dimetro de orificio, y este desplazamiento se logra con el giro de un mecanismo operado manual o automticamente y de fcil ajuste. Dependiendo del tipo de estrangulador, se disponen con extremos roscados o con bridas y con presiones de trabajo entre 1500 y 15000 lb/pg2.

2.- VLVULAS En el rbol de vlvulas se usa vlvulas API fabricadas con una aleacin de acero de alta resistencia. Las vlvulas ASA por ser construidas con aceros al carbn no se usan en los pozos. Normalmente se usan vlvulas de compuerta de paso completo. Las vlvulas son elementos que sirven para permitir o restringir el paso de un fluido. Existen varios tipos de vlvulas: 1.- Vlvula de compuerta. 2.- Vlvula de globo. 3.- Vlvula macho. 4.- Vlvula de retencin (check). 5.- Vlvula de control. 6.- Vlvula de seguridad. 2.1.- VLVULA DE COMPUERTA.Normalmente trabaja toda abierta o toda cerrada. Su rea de paso es del mismo dimetro del rea de la tubera. No debe usarse estrangulada, pues no sirve para regular el paso del fluido. Se usa en lneas de succin y descarga de bombas as como en lneas de descarga de pozos; como vlvula de bloqueo. Son operadas manual y elctricamente, ya sea por medio de un volante o motor elctrico, que actan sobre un vstago que levanta la compuerta. Este tipo de vlvulas no tienen sentido de entrada o de salida, cualquiera de sus lados sirven para los dos propsitos. Fig.

* De la vlvula 2 a la 6 son utilizadas principalmente en el manejo de la produccin en superficie. 2.2.- VLVULA DE GLOBO. Se llaman as por la apariencia de su cuerpo; su caracterstica es que tiene una apertura u orificio por donde pasa el flujo, siendo esta apertura perpendicular al sentido del flujo. Por tal razn este tipo de vlvulas debe ser usado en un solo sentido. Para su instalacin se requiere que la presin mayor este bajo la apertura del orificio. Se usan para estrangular o controlar un flujo determinado. Fig

2.3. - VLVULA MACHO. Tambin se le llama de tapn. Consta de un cilindro o tanque perforado de lado a lado, formando un canal en el cuerpo del cilindro. Cuando este canal est en el mismo sentido del flujo, permite su paso, en caso contrario es decir dando una vuelta de 90, se opone la cara slida del cilindro y obstruye el flujo. Este cilindro se acciona exteriormente por medio de un volante acoplado a un sistema de engranes, que actan sobre el vstago unido al cilindro. Este tipo de vlvula se usa principalmente en sistemas donde se trabaja con productos ligeros, gases y gasolinas. Por su construccin son de cierre rpido ya que necesitan girar solo 9O0 para abrir o cerrar. Es necesaria una lubricacin constante y adecuada .Fig. 11.8.

2.4.- VLVULA DE RETENCION. La vlvula de retencin ms conocida como check, tiene como caracterstica general permitir el paso del flujo en un solo sentido y evitar que ste regrese. Para este fin cuenta con una apertura que puede ser obstruida por medio de un disco, una placa o una esfera metlica. Como se puede notar este tipo de vlvula se debe colocar en el sentido correcto y para evitar confusiones cuenta con una marca en el sentido del flujo .Fig. Se usan en la descarga de bombas. Si la bomba se para, evita que regrese el fluido de la lnea de descarga a la bomba. El tipo a) Charnela o lengeta y b) Horizontal, operan solamente en posicin horizontal, no as el tipo c) De bola, que trabaja adecuadamente en posicin vertical

2.5. - VLVULA DE CONTROL. Son vlvulas de construccin especial, usadas para controlar las variables del proceso de produccin, como son presin, temperatura, nivel de fluidos y flujo en forma automtica. Estas vlvulas pueden ser operadas por medio de una seal, resorte o contrapeso. Fig. 11.10. a) Las de seal son operadas al admitir aire de un instrumento de control al diafragma de la vlvula; as abre o cierra la vlvula. b) La vlvula operada por resorte abre cuando la presin en la parte inferior de la vlvula es mayor que la fuerza del resorte, en caso contrario cierra. c) La vlvula operada por contrapesos emplea en lugar de resorte un contrapeso.

2.6. - VLVULA DE SEGURIDAD. Las vlvulas de relevo o seguridad son utilizadas para la proteccin del personal y equipo. Estn construidas para abrir a una presin calibrada especficamente y cerrar por medio de un resorte cuando disminuye la presin por debajo del ajuste.

3.- CLASIFICACIN DE LOS RBOLES DE NAVIDAD La clasificacin est basada en las normas API que toma como base las caractersticas y especificaciones tcnicas de ellos cabezales de pozo clasificndolos en ellos siguientes tipos:a) rbol de Navidad para terminacin simpleLlevan bridas superiores de correccin para un solo cabezal de tubera donde se instala una sola columna para producir una sola arena productora sea baja, mediana o alta presin para pozo petrolfero o gasfero.b) rboles de Navidad para terminaciones doblesQue estn constituidos por los cabezales de tubera para instalar dos columnas de produccin y explotar simultneamente dos niveles que pueden ser arenas de baja, mediana o alta presin, los dos niveles gasferos o petrolferos, o niveles combinados entre gasferos y petrolferos.

c) rbol de Navidad para terminaciones triples o mltiplesQue se caracterizan por estar equipadas con tres cabezas de tubera para instalar tres columnas de produccin y producir simultneamente tres niveles, que pueden ser de alta, mediana o baja presin, combinados o simples arenas petrolferas o gasferas.Para todos estos tipos de rboles las normas especifican rangos de presiones de trabajo y caudales de produccin as como los dimetros que deben ser consideradas en funcin al arreglo de caeras en el pozo.4.- MANIFOLD DE CONTROLEs un conjunto de vlvulas y niples de tubera de 4 y 65, de acuerdo a los caudales que van a ser manejados y orientados desde las lneas de descarga, su funcin es el de reunir la produccin de los pozos y derivarlos con presiones controladas a las bateras de separacin en el caso de la produccin de petrleo y a las plantas de gas en el caso de la produccin de gas.

BIBLIOGRAFIAAPUNTES DE MANEJO DE LA PRODUCCIN EN SUPERFICIEARBOLES DE NAVIDAD Y SEPARADORES .U.M.S.A. Facultad de Ingeniera Ingeniera Petrolera Ivn Carlos Chipana Ramos