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7/22/2019 Control de Pozos Aguas profundas
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CONTROL DE POZOS EN AGUAS
PROFUNDASDorador Rodríguez, González Gutiérrez Ingrid
Resumen
Las operaciones de aguas profundas y
ultraprofundas cada vez se llevan a cabo
en entornos más complejos, riesgosos y
costosos por lo cual tiene una gran
importancia tener un control del pozo
adecuado para evitar peligros potenciales.
Los fundamentos del control de pozos en
los equipos flotantes son los mismos que
aquellos para otros tipos de operaciones
de reparación o perforación.
Debido a que el avance de la tecnología
de aguas extremadamente profundas ha
evolucionado, el conjunto de preventores
se torna más complejo; Este debe de
proveer una solución total para el
programa de perforación. Se tienen
diversos arreglos de preventores, estos
dependen básicamente de las condicionesy necesidades que se tengan.
Sus distribuciones y la posición de los
arietes son críticas por lo cual deben
seguir la normatividad de la compañía
operadora y sus tiempos de respuesta
deben estar de acuerdo con lo
especificado en el API RP 53.
Introducción
La industria petrolera ha dado grandes
pasos en lo referente al avance de la
perforación, producción y reparación de
los pozos en aguas profundas, sin
embargo a medida que se incrementa la
profundidad del agua, los problemas a
los que nos debemos de enfrentar se
tornan cada vez más difíciles.
El control de un pozo incluye el manejo
de los peligrosos efectos de altas
presiones. El fracaso del manejo y control
de estos pueden resultar en un reventón,
es decir, la expulsión incontrolada y
explosiva de los fluidos del pozo, que
generalmente produce un incendio
causando daños graves a los equipos,
lesiones y muertes. El equipo para el
control de reventones (BOP’S) fue
desarrollado para enfrentar presiones
erráticas extremas y flujo incontrolado
que surge del yacimiento durante la
perforación.
Su función es cerrar el pozo y parar el
flujo en el caso de pérdida del control
primario y ser capaz de mantener la
presión de fondo igual a la presión de
formación mientras se restaura el control.
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Como la tecnología de aguas profundas y
extremadamente profundas evoluciona, el
conjunto de preventores se torna máscomplejo a diferencia de los que se
encuentran instalados en tierra. Estos
deben constar de un equipo de control
remoto capaz de cerrar el pozo con o sin
la tubería adentro. El conjunto de BOP
está lleno de instrumentos que miden
tanto la presión y/o la temperatura.
Sus distribuciones y la posición de los
arietes son críticas por lo cual debenseguir la normatividad de la compañía
operadora y sus tiempos de respuesta
deben estar de acuerdo con lo
especificado en el API RP 53.
Las operaciones Off-shore, especialmente
las de aguas profundas y ultra-profundas,
requieren de un elemento de alta
confiabilidad, siendo esta la diferencia
entre la seguridad o un desastre
anunciado.
Preventores
Los fundamentos del control de pozos en
los equipos flotantes son los mismos que
aquellos para otros tipos de operaciones
de reparación o perforación. En el entornosubmarino, la base guía es generalmente
el primer equipo que se corre.
Esta provee la base para guiar la columna
de perforación, la tubería de revestimiento
y otras herramientas del pozo perforado.
Una vez que se haya corrido la columna
de tubería de revestimiento de soporte y
se haya instalado el cabezal del pozo, se
puede instalar el sistema de control de
pozos submarino. Este sistema consisteen el conjunto de BOP, el conjunto
inferior del riser, el sistema de control y
el riser.
Diferencias entre un conjunto de
preventores superficial y un
submarino.
Se utilizan conexiones de tipo
grampa por su fácil operación y
ahorra de tiempo; además que están
diseñadas para soportar las mismas
presiones que las bridas.
Las líneas de matar y estrangular se
conectan a las salidas laterales de los
preventores de arietes.
Los arietes ciegos de corte se utilizan
en lugar de los ciegos normales.
Pueden usarse carretes espaciadores
para cortar tuberías, colgar la sarta de
perforación y para meter tubería bajo
presión al pozo.
Tipos de Preventores utilizados enaguas profundas
Preventor Anular
Los preventores anulares están diseñados
para que un pistón forzado
hidráulicamente empuje un elemento
hacia arriba o lateralmente, este elemento
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debe cerrarse contra las herramientas que
estén en el pozo no importando su
configuración: Kelly, botellas deperforación, tubería perforación, tubing,
wire line y en una emergencia puede
cerrarse completamente hasta cerrar el
hueco abierto.
Un sistema de preventores de brotes para
aguas profundas incluye componentes
tales como líneas eléctricas e hidráulicas,
pods de control, acumuladores
hidráulicos, válvula de prueba, líneas y
válvulas de estrangular y de matar, junta
de raiser, conectores hidráulicos, rams
anulares, una variedad de rams para
tuberías, rams de corte, rams ciegos y de
una estructura de soporte.
Figura 1. Preventor Anular
El preventor anular consta de:
Pistón
Elemento empacador o empaque.
Cuerpo de dos cavidades una de
cierre y otra apertura
Cabeza o tapa
La presencia de H2S no afecta la
selección del elemento empacador, el
H2S solo reducirá la vida de cualquierempaque instalado. Las gomas de cierre
se deben cambiar después de tres años de
uso.
El sello metálico superior se debe cuidar
de igual forma que el inferior, porque si
se necesita instalar otro anular, una
unidad de surgencia o un arbolito de
navidad, se presentarían fugas.
El tiempo de cierre para BOP menores de
18-3/4” es de máximo 30 segundos y el
de apertura total del elemento es de 15
minutos; para BOP mayores es de
máximo 45 segundos y el de apertura es
de 30 minutos. La inspección total debe
hacerse cada 3 años. Al revisar el pistón
de accionamiento, si presenta ralladuras
mayores de 1/8” de profundidad, este
debe ser cambiado.
Preventor anular Hydril tipo Gl
Están diseñados y desarrollados tanto
para operaciones submarinas como de
superficie. Provee un cierre total a la
presión máxima de trabajo, ya sea en
hueco libre o prácticamente contracualquier pieza, ya sea tubería de
revestimiento, tubería de perforación,
juntas de herramientas, Kelly o tubería de
producción.
Las características de este tipo de anular
lo hacen adecuado para la perforación
submarina y de pozos profundos. Las
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condiciones encontradas en este tipo de
operaciones demandan elementos de
obturación de larga vida, útil para lasoperaciones de stripping y para pruebas
frecuentes. La cámara, exclusiva del
preventor Gl, actúa como una cámara de
cierre de respaldo para reducir los costos
de operación y aumentar los factores de
seguridad en condiciones críticas.
Figura 2. Preventor Anular Hydril
Tipo Gl
La cámara, exclusiva del preventor GL,
actúa como una cámara de cierre de
respaldo para reducir los costos de
operación y aumentar los factores de
seguridad en situaciones críticas. La
cámara puede conectarse de cuatro
maneras a fin de optimizar las
operaciones para efectos diferentes:
• Reducir a un mínimo los volúmenes de
cierre y apertura.
• Reducir la presión de cierre en
operaciones submarinas.
• Compensar automáticamente los efectos
de la presión hidrostática en el tubo
conductor en aguas profundas.
• Operar como una cámara de cierre
secundario.
Preventor anular hydril tipo GX
Utilizadas en operaciones submarinas,
pozos profundos y en tierra, donde se
espere alta presión en cabeza. Puede
mantener el sello a la máxima presión de
trabajo en hueco abierto o sobre casing,
botellas, tubería de perforación, tool joint,
Kelly o tubing. La tubería de perforación
y sus tool joint pueden ser stripeados a
través de la unidad de empaque sellada.
Solo el pistón y la unidad de empaque son
movibles.
Figura 3. Preventor Anular Hydril
Tipo GX
Preventor Tipo Ariete (RAM)
El preventor normal, consta de un ariete
con un material empacador elástico para
sellar y una cuña para centrar la tubería.
La cabeza forma parte de un pistón el cual
lo conecta a los sellos y cámaras
hidráulicas. La presión de cierre sobre los
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arietes es casi universalmente de 1500
psi, sin embargo cuando se hace
“stripping” o se mueve tubería a través delos arietes, se reduce la presión de cierre
por debajo de 800 PSI para disminuir el
desgaste del elemento empacador.
Los arietes vienen para diferentes
diámetros de Tubería, en un solo tamaño
por juego, pero también pueden ser de
diámetro variable. Los rams de tubería
son el constituyente básico del BOP.
La confiabilidad de estos se debe en parte
a la simplicidad y parte al esfuerzo puesto
en su diseño. El preventor ram es un
bloque de acero que se recorta de manera
de adecuarse al tamaño de la tubería
alrededor de la cual va a cerrarse. En el
recorte que cierra el ram alrededor de la
tubería, se encuentra una empacadura de
caucho auto- alimentable.
Rams de tubería.
Estos rams están preparados para cerrar
sobre la tubería. La ventaja y limitación
fundamental de un ram de tubería es el
recorte de medio círculo en el cuerpo del
mismo. La finalidad del recorte es poder
cerrar y proveer un buen sellado alrededorde una tubería de tamaño o diámetro
particular.
La mayoría de los rams cuentan con guías
para cerrar la tubería. El recorte de su
cuerpo se adapta casi perfectamente a la
circunferencia de la tubería.
Figura 4. Rams para tubería.
Rams ciegos (Blind Ram)
Los rams ciegos o de cierre total son una
clase especial de rams de tubería que no
presenta el recorte de tubería en el cuerpo
del ram. Los rams ciegos cuentan con
elementos empaquetadores de buen
tamaño y están diseñados para cerrar
sobre el pozo abierto.
Figura 5. Blind Ram
Rams de Corte (Shear Ram)
Son otra clase de ram de tubería que
tienen hojas filosas especiales para cortar
tubulares dependiendo del tipo de ram de
corte y del tubular a cortar, deberán
utilizarse presiones más elevadas que las
reguladas normalmente y/o potenciadores
hidráulicos.
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Los rams de corte tienen tolerancias de
cierre pequeño. En el momento de probar
su funcionamiento, no deben cerrarsebruscamente haciendo uso de una sobre
presión elevada, sino a través de una
presión reducida aproximadamente 200
psi.
Cuando se prueban los rams de corte, el
material de la empaquetadura se destruye.
Dado que el volumen de las
empaquetaduras de los rams de corte es
pequeño, muy pocos ensayos de presiónpueden llevarse a cabo y conservar la
capacidad de sello.
Figura 6. Preventores de Rams
Rams ciegos / de corte (Blind/Shear Ram)
Estas combinan las ventajas de las ciegas
o de cierre de pozo abierto con las de
corte. Tienen la ventaja adicional de
cortar la tubería para luego proceder a
sellar la abertura del pozo. Otra condición
favorable de los rams ciegos/de corte es el
espacio que se gana al utilizar un solo
juego en lugar de dos para realizar las
tarea necesarias.
Figura 7. Rams ciego / de corte
Rams de diámetro variable (VBR)
Estos sellan sobre distintos diámetros de
tubería o vástagos hexagonales. También
pueden servir como ram primario para un
diámetro de tubería y de reserva o
alternativo para otro diámetro distinto. En
aquellos pozos con columnas de
diámetros combinados en los que el
espacio resulta muy importante, pueden
utilizarse rams de diámetro variable.
Además, la colocación de un juego de
rams de diámetro de variable en elpreventor evita un viaje de ida y vuelta
del conjunto submarino de BOP. Esto se
debe a que no es necesario cambiar las
rams al utilizar columnas de tubería de
diferentes tamaños.
Figura 8. Rams para tubería de
diámetro variable.
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El empaque contiene inserciones
reforzadas de acero similares a las del
empaquetador del BOP anular. Estasinserciones rotan hacia adentro al cerrar
los rams, de esta manera, el acero provee
el soporte necesario para el caucho que
sella la tubería. Los rams de diámetro
variable son adecuados para servicio en
H2S.
Buje de desgaste
Los Bujes de Desgaste son usados
mientras se perfora para proteger la
superficie cilíndrica para el asiento de los
colgadores y donde sellaran los
ensambles de sello en el cabezal
submarino, lugar que debe estar libre de
posibles daños por el paso de la sarta de
perforación.
Un Buje de desgaste es una pequeña quees sentada en el colgador de tubería de
revestimiento en la cavidad de cabezal de
la cabeza del pozo.
La parte superior del buje de desgaste
tiene un anillo de cizalla en un perfil de
candado que cierra el buje de desgaste en
el colgador de tuberías de revestimiento. Un anillo de candado colocado en un
agujero del buje de desgaste tiene paso
para el flujo de fluido.
La superficie interior del anillo de fijación
tiene dientes para enganchar los dientes
de la herramienta en marcha cuando la
herramienta se mueve hacia arriba en
relación a él buje de desgaste.
Figura 9. Esquema de un buje de
desgaste.
Equipos y sistemas necesarios para elfuncionamiento de los preventores
Acumuladores hidráulicos
Los acumuladores hidráulicos en pozos
submarinos están en la pila de BOPs,permiten el cierre de los Preventores de
brotes aún si la pila de BOPs es
desconectada del aparejo.
Figura 10. Esquema de un acumulador
hidráulico.
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Bombas hidráulicas
Las bombas hidráulicas en el equipo
normalmente entregan presión a la pila de
los Preventores de brotes a través de las
líneas hidráulicas.
Figura 11. Bomba hidráulica.
Sistema de desconexión de emergencia
Un sistema de desconexión de
emergencia, o EDS, desconecta el aparejo
del pozo en caso de emergencia. El EDS
está diseñado también para activar
automáticamente el interruptor de hombre
muerto, que cierra el BOP, válvulas de los
Preventores y válvulas de estrangulación.
Vehículo de operación remota
ROV es un sistema independiente que
constituye de forma más simple y básica
de intervención secundaria, que ha estado
en uso durante muchos años.
Puede ser utilizado para el cierre de rams
y activación de candados o incluso operar
cualquier otra función en el BOP.
Conclusiones
Es necesario tener un buen control del
pozo para evitar posibles reventones del
pozo que puedan causar graves
problemas. Se debe buscar la
combinación adecuada de arreglo de
preventores que permitan mantener la
presión igual a la de la formación en caso
de un descontrol primario.
Dado que podría tomar varios días para
desconectar y maniobrar el conjunto para
hacer cambios o reparaciones en los
componentes, es común usar reclusas
ciegas o de corte y de diámetro variable.
Algunos operadores optan por el uso de
dos juegos de rams ciegas y/o de cortepara proveer un sello de soporte en caso
de una desconexión no programada.
Referencias
Sistema de control secundario –
Perforación de pozos en aguas profundas– pág 29 – 36.
Equipos de perforación marinos - Manual
de equipo de control de pozo –Internet –
págs 1- 20
Acosta Pérez David – Escuela superior de
ingeniería y arquitectura – Unidad
ticomán ciencias de la tierra – págs 50—
55
Figura 12. ROV.
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Figura 13. Ubicación, diseño y accionamiento de las válvulas de control de la boca del
pozo que se encuentran en el lecho del mar.
Figura14. Volúmenes de cierre y apertura preventor anular HYDRIL tipo GL
Figuras 15. Volúmenes de cierre y apertura preventor anular HYDRIL tipo GX
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Figura 16. Arreglo de preventores para aguas profundas. Parte I
Figura 17. Arreglo de preventores para aguas profundas. Parte 2
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Figura 18. Capacidad de corte de los Shear Rams.
Figura 19. Arreglo de preventores para aguas profundas.
