CABEZALES DE POZO

La instalación de un wellhead o cabezal de pozo es de suma importancia ya

que estos serán necesarios tanto para la perforación, completación y

producción de un pozo.

Weatherford es una de las empresas líderes en diseñar y producir este tipo de

equipos además también de instalarlos y darles mantenimiento y reparación de

rutina planificados.

Terminación de un pozo

Terminada la perforación, el pozo está listo para empezar a producir. En el

momento de la producción puede ocurrir que el pozo sea puesto en

funcionamiento por surgencia natural, lo que no ocurre en la mayoría de las

perforaciones. Una serie de factores como, la profundidad del yacimiento, su

presión, la permeabilidad de la roca reservorio, las pérdidas de presión en los

punzados o en la tubería, etc. hace que el fluido llegue a la superficie con

caudales satisfactorios o no satisfactorios. Los fluidos de un yacimiento de

petróleo, gas, agua entran a los pozos impulsados por la presión a los que

están confinados en el mismo. Si la presión es suficiente, el pozo resultará

"Surgente", es decir produce sin necesidad de ayuda, en este caso solo es

necesaria la instalación de un conjunto de válvulas conocido como “Árbol de

Navidad”. Si la presión sólo alcanza para que los fluidos llenen el pozo

parcialmente, se debe bajar algún sistema para terminar de subirlos a la

superficie con bombas o algo equivalente, esto es conocido como “Sistemas de

Levantamiento Artificial”

El mecanismo de surgencia natural es el más económico, ya que la energía es

aportada por el mismo yacimiento. Los controles de la producción se realizan

en la superficie por medio del llamado "árbol de Navidad", compuesto por una

serie de válvulas que permiten abrir y cerrar el pozo a voluntad. La surgencia

se regula mediante un pequeño orificio cuyo diámetro dependerá del régimen

de producción que se quiera dar al pozo.

Cuando la energía natural que empuja a los fluidos deja de ser suficiente, se

recurre a métodos artificiales para continuar extrayendo el petróleo. Con la

extracción artificial comienza la fase más costosa y dificultosa de la explotación

del yacimiento.

Tanto para producir un pozo por surgencia natural como por medios artificiales

se emplean las mismas tuberías de producción (tubing), en tramos de

aproximadamente 31 pies de longitud (9.45 m), unidos por rosca y cupla, y en

distintos diámetros, desde 1 5/8” a 4 ½” pulgadas según lo requiera el volumen

de producción.

EQUIPO INSTALADO EN SUPERFICIE: CABEZAL DE POZO Y ARBOL DE

NAVIDAD

Los Equipos instalados en superficie durante la perforación y producción del pozo esta

conformado por el cabezal del pozo, que se va instalando conforme se van perforando

las diferentes fases del pozo y el árbol de navidad que es un conjunto de válvulas que

permiten controlar el flujo durante la producción del pozo.

Cabezales de pozo:

El término Cabezal está definido, en la industria como todo el equipo permanente entre

la porción superior del revestimiento de superficie y la brida adaptadora (adapter

flange).

El Cabezal del pozo (Wellhead) provee la base para el asentamiento mecánica del

ensamblaje en superficie. Tiene las siguientes características:

1. Suspensión de tubulares (casings y tubings), concéntricamente en el pozo.

2. Capacidad para instalar en superficie un dispositivo de control de flujo del pozo

como:

a. Un BOP (Blowout Preventer) para la perforación.

b. Un Árbol de Navidad ( Xmas Tree) para la producción o inyección

3. Acceso hidráulico al anular entre casing para permitir el desplazamiento durante la

cementación y entre el casing de producción y el tubing para la circulación del pozo.

Durante la perforación del pozo:

El cabezal del pozo está sellando el espacio anular de cada revestidor

instalado en el pozo y a su vez está unido al equipo preventor de reventones y

un multiple de estrangulación. Un preventor anular (“bag-type preventer”)

comúnmente conocido como Hydril M, está instalado en la parte superior del

conjunto de BOP. Esta unidad contiene un inserto elastomérico con aletas de

acero que puede ser ensanchado hidráulicamente para obturar el espacio

anular. Debajo del preventor anular se instalan preventores de reventones de

ariete, los cuales están provistos de arietes accionados hidráulicamente que se

cierran contra la tubería o contra sí mismos, empujando hacia dentro, a partir

de los lados opuestos de la tubería.

El equipo de perforación incluye: casing head, casing spool y casing hanger,

incluyendo los sellos de aislamiento, cuando los anteriores elementos lo

requieren. Estos componentes están asociados con todas las sartas de

revestimiento anteriores al revestimiento de producción.

Cuando el Pozo esta terminado:

Se instala el Árbol de Navidad (Xmas Tree) que tiene como objetivo

proveer un control de válvulas de los fluidos producidos o inyectados

al pozo. El Xmas Tree es normalmente bridado al sistema de cabezal de

pozo después de correr el tubing de producción. El sistema de cabezales

esta formado por el cabezal unido al revestidor de superficie, cabezal unido

al revestidor intermedio y cabezal unido al cabezal de producción.

El equipo de completación Incluye como componentes principales; los

Tubing head, Tubing hanger, Tubing head adapter, christmas tree, valves,

crosses and tee and chockes.

Los sistemas de cabezal de pozo deben diseñarse para:

1. Soportar cargas de tensión de tubulares suspendidos.

2. Tener la capacidad de sellar a presión.

a. Aislar el pozo del ambiente exterior.

b. Aislar entre revestidores y formaciones de fondo de pozo.

c. Mantener presión durante operaciones de control de pozo,

pruebas de pozo o períodos de cierre.

Fig.6 EQUIPO TIPICO EN POZO SURGENTE

ARBOL DE NAVIDADCABEZAL DEL POZO1. Cabezal de revestidor de superficie2. Tapón ciego3. Niple válvula con tapón4. Brida Obturador5. Cabezal de tubing o eductor6. Brida con tapon ciego adaptada para manometro7. Tornillos de cierre8. Brida adaptadora cabezal – tubing

TUBO MULTIPLE PARA DISTRIBUCIÓN (2 alas, 3 válvulas)9. Válvula maestra10. Válvula de alero11. Te12. Válvula de aguja13. Medidor de presión14. Estrangulador positivo con cambio de tapones15. Niple con estrangulador

SARTA REVESTIDORASPRIMERA TUBERIA REVESTIDORA16. Tubería conductora17. Zapato flotadorSEGUNDA SARTA REVESTIDORA18. Revestidor intermedio19. Zapato flotadorTERCERA SARTA REVETIDORA DE PRODUCCION20. Revestidor de producción21. Agujeros22. Cesta de cementación y zapata23. Tubería ranurada de fondo24. Obturador tipo colgador de tubería ranurada, cuñas y resorte de anclajeSARTA EDUCTORA O TUBERIA DE PRODUCCION25. Eductor o tubing26. Obturador de eductor con elemento obturante, cuñas y resorte de anclaje

CABEZALES DE POZOS

Equipo de cabezal de pozo es un término que se usa para describir en general

el equipo ensamblado en la parte superior de los materiales tubulares de un

pozo. Sirve para soportar las sartas de tuberías de revestimiento, aportando

aislamiento entre ellas, y para controlar la producción del pozo.

Se denomina máxima presión de trabajo a la presión de operación a que se

somete el equipo. La presión estática de prueba es la presión estática a la cual

se somete en prueba el cuerpo del equipo, y que es impuesta por el fabricante

a fin de suministrar adecuado diseño, materiales y artesanía.

Ocasional y accidentalmente o a propósito el equipo y válvulas del cabezal del

pozo se somete a presiones que son mayores que las presiones de trabajo,

durante operaciones de reparación que se ejecutan a alta presiones.

Todos los fabricantes diseñan sus materiales con factores de seguridad que se

basan en normas técnicas y la experiencia, pero es imposible pronosticar el

esfuerzo que originan la vibración, el impacto de las cargas, y la variación de la

temperatura.

PARTES DEL CABEZAL DE UN POZO DE FLUJO NATURAL

ENSAMBLAJE DEL ARBOL DE NAVIDAD ( Christmas – tree assembly)

Es un ensamblaje de válvulas y conexiones que se usan para controlar la

producción y suministrar acceso a la sarta de tubería de producción. Incluye

todo el equipo sobre la brida tope del cabezal de producción. Se dispone de

muchas variaciones en los arreglos de estas conexiones a fin de satisfacer

las necesidades de cualquier aplicación particular.

BRIDA ADAPTADORA DEL CABEZAL DE LA TUBERIA (Tubing –

head adapter flange): Es una brida intermedia que se usa para

conectar la brida tope del cabezal de la tubería a la válvula maestra,

y suministrar un soporte para la tubería.

VALVULAS (VALVES): Las válvulas API, lo mismo que el equipo

para cabezal de pozo API, se fabrican a bases de aleaciones de

acero de alta resistencia a fin de suministrar servicio libre de

accidentes. Las válvulas A.S.A se fabrican de acero al carbono y no

deben utilizarse para servicios en el cabezal del pozo. Las válvulas

que se utilizan en el cabezal del pozo son básicamente de dos tipos:

válvulas de compuerta y válvulas de tapón. Ambas pueden ser de

conexiones a bridas.

CONEXIONES DE ARBOL DE NAVIDAD (Christmas – tree fittings):

Incluye tees, cruces, y otras conexiones necesarias para suministrar

el arreglo más deseable para una aplicación particular.

ADAPTADOR PARA PRUEBAS DE FONDO DEL HOYO (Bottom –

hole test adapter): Es un dispositivo que se anexa al tope del

ensamblaje del árbol de navidad para suministrar segura y rápida

adaptación de un lubricador para suabear o probar el pozo. Puede

tener también una rosca interior que sirve como rosca de elevación a

fin de asentar o alzar el árbol de navidad y la tubería de producción.

ESTRANGULADOR (Choke): Es un dispositivo que se coloca

corriente debajo de la válvula de alero para restringir, controlar y

regular el flujo. Puede ser de tipo positivo o ajustable. ( Ver mas

adelante)

CONTROL DE FLUIDO (Flow control): Es un dispositivo colocado al

tope de una válvula maestra para actuar como una tee compuesta o

cruz, válvula de alero, estrangulador, y adaptador para pruebas de

fondo del hoyo. Está compuesto de un cuerpo de alojamiento, una

válvula integral tipo aguja, de apertura restringida, una conexión para

prueba de fondo de hoyo, y un ensamblaje de estrangulador tipo

positivo o ajustable.