05 Sistemas de Cabezales Submarinos v 3.0

Sistemas de Cabezales Submarinos

Carlos Alvarez Fast Track Training Program - IPM Corrado Lupo Project Support Center - IPM

EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

Introducción a la Perforación Costa Afuera

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Introducción

Características de los cabezales submarinos

Componentes de un sistema de cabezales submarinos

Ejemplos de cabezales submarinos – – – – –

Sistemas Cameron Sistemas DrilQuip Sistemas FMC Sistemas ABB Vetco Sistemas Keaverner



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Introducción

El diseño tradicional y todavía vigente para la instalación de cabezales submarinos fue desarrollado desde los años 60's. Los diseños fueron mejorándose para trabajar en condiciones de alta presión y alta temperatura y para soportar el peso de tuberías de revestimiento y producción instaladas cada vez a más profundidad



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Características de Cabezales Submarinos ¾ En terminaciones submarinas comúnmente existen dos tipos de sistemas de cabezales, de acuerdo con el diámetro de su pasaje: 18 ¾" y 16 ¾". ¾ Los cabezales submarinos pueden instalarse a través de equipos con o sin líneas guía. 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. ¾ El sistema típico es de 18 ¾".



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Características de Cabezales Submarinos ¾ Algunas unidades flotantes, principalmente los barcos perforadores, se equipan con sistemas de 16 ¾" 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 ¾ La selección de un cabezal o un sistema existente, se requiere de algunas consideraciones básicas, para la aplicación en un pozo en particular



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Características de Cabezales Submarinos ¾ Los operadores y fabricantes han hecho esfuerzos para estandarizar las interfases de los sistemas de cabezales ¾ Estas interfases son relevantes cuando se termina el pozo ¾ La selección de un sistema de cabezal se puede hacer de dos formas: ¾ El primero supone la existencia de un cabezal submarino con todas sus interfases ¾ El segundo supone una libre combinación del árbol y cabezal del mismo fabricante



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Características de Cabezales Submarinos ¾ Los cabezales de pozos submarinos se diferencian de los instalados en la superficie en varios aspectos: 1. Las cabezas de los revestidores son los propios colgadores 2. El cabezal (colgador) del revestidor de superficie tiene perfiles internos para el asentamiento de todos los colgadores subsiguientes 3. Los colgadores se instalan al interior del colgador anterior 4. Los componentes se instalan consecutivamente en forma concéntrica



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Características de Cabezales Submarinos ¾ Los cabezales submarinos se diferencian de los instalados en la superficie en varios aspectos: 5. Carecen de válvulas laterales para comunicarse con los espacios anulares 6. Todos los componentes tienen la misma presión de trabajo (10M ó 15M) 7. El cabezal del revestidor de superficie que permanece expuesto recibe el conector de las BOPs durante la perforación y el árbol de válvulas al terminar el pozo



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Características de Cabezales Submarinos ¾ Los cabezales submarinos se diferencian de los instalados en la superficie en varios aspectos: 8. Los revestimientos se corren con los colgadores conectados y con los sellos anulares instalados pero sin activar 9. Se cementa cada sarta de revestimiento ya colgada del cabezal y después de cementar se activan los sellos anulares 10. Los sellos se pueden también correr y activar después de cementar la sarta



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Principales Fabricantes de Cabezales Submarinos – – – – –

Cooper Cameron DrilQuip ABB Vetco Gray FMC Keaverner



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Cabezales Submarinos Cameron

Cameron ofrece dos sistemas de cabezales submarinos:

Modelo: STC-10 Modelo: STM-15



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Cabezal Cameron STC-10 ¾Se compone de un conjunto de 5 colgadores para igual número de sartas de revestimiento a saber: 30", 20", 13 3/8", 9 5/8” y 7“ ¾Opcionalmente puede aceptar una sarta intermedia de 16” antes de correr el revestidor de 13 3/8 “ ¾Todos los componentes tienen una presión de trabajo de 10,000 psi ¾Las herramientas instaladoras son de conexión directa, se elimina la conexión roscada ¾Para el arreglo de 5 sartas se requieren cuatro herramientas



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Cabezal Cameron STC-10 ¾Cada colgador y el conjunto de sellos se puede instalar en un solo viaje con la herramienta de corrida “CHSART” ¾Cada conjunto de sellos es recuperable como una sola unidad ¾Cada conjunto de sellos se coloca aproximadamente a 1" sobre el hombro de carga del colgador de la tubería de revestimiento ¾La herramienta para correr el colgador y los sellos se libera con rotación derecha ¾Los sellos se energizan radialmente con peso y presión ¾ La herramienta instaladora del cabezal de 18 3/4" sirve también como un probador del conjunto de preventores para presiones de 10,000 psi y como un tapón de abandono



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Cabezal Cameron STC-10 ¾El cabezal de 18 ¾" se instala con el buje de desgaste en su lugar ¾La prueba del conjunto de preventores se realiza junto con el buje de desgaste colocado en su lugar, excepto para el buje de 7“ ¾La base guía del sistema de cabezal es capaz de absorber las cargas del conjunto de preventores y parte del riser ¾El sistema es compatible para Perforación y producción en aguas profundas.



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Cabezal Cameron STM-15 ¾El STM -15 (“Single Trip Metal Seal”) fue diseñado para condiciones ambientales severas:altas temperaturas, altas presiones y manejo de fluidos corrosivos ¾Ideal para pozos exploratorios, delimitadores del campo, pozos en producción en plataformas de patas tensionadas y para cualquier tipo de terminación submarina, ya sea en pozos satélite o en plantilla ¾Los sellos son sobre los colgadores de los revestimientos de 13 3/8" y 7“ son idénticos e intercambiables ¾Cada conjunto de sellos se puede instalar junto con el colgador del revestimiento y es totalmente recuperable ¾Cada superficie está maquinada en el nido, proporcionando un sello metal a metal de emergencia



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Cabezal Cameron STM-15 ¾El hombro de carga tiene una capacidad de 7.7 millones lbs. ¾El diseño permite que los colgadores de tubería de revestimiento sean reciprocados dentro del nido de 18 ¾" ¾El cabezal de 18 ¾" se asegura al nido de 30" con un dispositivo opcional de seguro pasivo, asegurando la transferencia positiva de cargas de pandeo al conductor de 30“ ¾Un hombro de carga de alta resistencia en el cabezal de 18 ¾" soporta cargas debidas al peso de las tuberías de revestimiento y producción, así como las debidas a la prueba del conjunto de preventores ¾El hombro tiene un perfil de diámetro suficiente para permitir la instalación de un colgador adicional para un sistema de seis sartas sin restringir el paso de una barrena de 17 ½"



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Sistemas de Cabezales Submarinos Cabezal Cameron STM-15 ¾El conjunto de preventores puede ser probado con o sin los bujes de desgaste instalados (excepto para el colgador de 7") ¾El buje de desgaste de 18 ¾" se corre al tiempo con el cabezal ¾Los sellos resisten temperaturas de 350 °F con máximas de 400 °F



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Sistemas de Cabezales Submarinos Cabezales Submarinos DrilQuip

DrilQuip tiene dos sistemas de cabezales submarinos:

Modelo: SS-10C Modelo: SS-15



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Cabezal DrilQuip SS-10C



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Cabezal DrilQuip SS-10C “Housing” (colgador) de 30” – fijado a la Base Guía Permanente:



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Sistemas de Cabezales Submarinos Cabezal DrilQuip SS-10C Cabezal (“housing”) de 18 ¾”: Colgador del revestidor de 20”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Cabezal DrilQuip SS-10C Sistema completo de colgadores: 30”, 18 ¾”, 13-3/8”, 9-5/8” y 7”



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Cabezal DrilQuip SS-15

Procedimiento de Corrida del Sistema de Cabezales SS-15 (Animaciones)



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Cabezales Submarinos ABB

ABB tiene dos sistemas de cabezales submarinos:

Sistema: SG-5/SG-5XP Sistema: MS-700



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Cabezal ABB Modelo: SG-5/SG-5XP

Es el sistema de cabezal submarino más utilizado en el mundo a la fecha Soporta las sartas de tubería de revestimiento dentro del cabezalcolgador de 30” Utiliza sellos metal-metal de alta presión SG-LTR entre el colgador y el nido del cabezal para aislar el espacio anular El conector hidráulico H-4 se acopla al perfil del cabezal, actuando como base para el conjunto de preventores a lo largo de todas las operaciones de perforación. EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN


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Cabezal ABB modelo: SG-5/SG-5XP ¾Permite instalar tres o cuatro colgadores, todos con presión de trabajo de15,000 psi ¾En un solo viaje se instala el colgador, se energizan y se prueban los sellos aislantes del espacio anular ¾Herramientas instaladoras del colgador de tubería con opción de pasaje pleno ¾Se pueden probar las BOPs con el buje de desgaste colocado instalado en el cabezal ¾Todos los colgadores SG-5 tienen las mismas dimensiones externas ¾Utiliza un mismo conjunto de sellos tipo metal-metal a través de todo el sistema (sellos SG-LTR)



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Cabezal ABB modelo: SG-5/SG-5XP ¾Paso libre para recortes y fluido de perforación durante la instalación del colgador, circulación y cementación ¾Estandarizado con bajo torque, recuperable ¾Flexibilidad máxima del programa de tuberías de revestimiento. ¾El contorno del nido del cabezal permite un colgador de TR sin adaptadores especiales ¾Número mínimo de herramientas para su instalación, recuperación y prueba ¾El colgador con enlace (“tie-back”) opcional, permite la prolongación de pozos exploratorios a una plataforma fija o una plataforma de patas tensionadas (TLP)



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Cabezal ABB modelo: SG-5/SG-5XP ¾Los nidos de alta presión permiten la instalación de colgadores de TP de 10,000 psi ¾Fácil instalación y recuperación de herramientas de prueba, bujes de desgaste, conectores tipo H-4, colgadores, revestimientos y conductores ¾Compatible con árboles de producción satélite y sistemas de producción submarinos de aguas profundas especiales ¾Calificado por los requerimientos API 17D “Subsea Wellhead and Christmas Tree Equipment” ¾El sistema es para cuatro colgadores de tubería pero ofrece la facilidad para instalar un revestimiento opcional de 16"



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Cabezal ABB modelo: SG-5/SG-5XP

¾Utiliza un anillo de carga sobre el colgador de 13 3/8" para desviar las cargas de la TR y de pruebas de presión directamente dentro del nido del cabezal de alta presión, en vez de hacerlo sobre el colgador de 16“ ¾Cuando no se utiliza el colgador de 16", se coloca un adaptador en el fondo del colgador de 13 3/8“ ¾Tiene un hombro de asiento positivo en el nido del cabezal para el colgador de 16“ ¾Tiene un área de sello protegida para el conjunto de sellos de 16“ ¾Se puede instalar, cementar y probar el colgador de 16" y el conjunto de sellos en un sólo viaje.



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Cabezal ABB modelo: MS-700

¾Sistema simple con transferencia de carga pasiva, sellos metálicos preenergizados, operación por peso con herramienta de un sólo viaje, sistema de sellos redundantes y máxima flexibilidad operacional, tanto para perforación, como para producción ¾Utiliza sellos metal-metal totalmente energizados para 15,000 psi y está diseñado para altas presiones y aguas profundas ¾Compatible con sistema de producción submarina, “tie-back” extedible a la superficie o a equipos TLP ¾Diámetro de 18 ¾" con presión de trabajo de 15,000 psi y 7 millones lb de carga ¾Corrida y colgada del revestidor, energizado y prueba de sellos en un solo viaje ¾La prueba de presión verifica el sello, no lo energiza EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN


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Cabezales Submarinos FMC

FMC tiene un solo sistema de cabezal para aplicación submarina:

Sistema: UWD-15



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Cabezal FMC modelo: UWD-15 ¾Sistema submarino para 15,000 psi resistente al H2S ¾Utiliza sellos tipo metal a metal, con o sin componentes elastoméricos ¾Se cuelga el revestimiento, se energizan y prueban los sellos en un solo viaje ¾Máxima capacidad de flujo alrededor de los colgadores durante la cementación ¾Los sellos se energizan con peso y presión ¾El peso se aplica sobre un hombro del perfil interior ¾Permite probar las BOP con el buje de desgaste instalado ¾Se puede adaptar a un sistema que incluya el colgador para revestimiento de 16” ¾Compatible con sistemas de enlace a la superficie “tie back”



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Cabezal FMC modelo: UWD-15



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Cabezal FMC modelo: UWD-15



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Cabezales Submarinos Keaverner (“Mud Line Suspension”) Procedimiento de instalación del Sistema de Enlace a la Superficie (“Tie Back”)

Cabezal SB – 10M de 18 3/4” completo con tapón de corrosión



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Sistemas de Cabezales Submarinos Detalle del tapón de corrosión instalado sobre el cabezal submarino de 18 ¾” – 10M



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Sistemas de Cabezales Submarinos Procedimiento de instalación del Sistema de Enlace a la Superficie (“Tie Back”) Se conecta sub inferior con la Herramienta Multi-Usos “Multi-Utility Tool” (MUT)



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se retira el tapón de corrosión con la Herramienta Multi Usos, MUT



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se conecta la barrena o sub de chorro con la herramienta de apriete



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se baja la herramienta de apriete con el sub de chorro dentro del cabezal de 18 ¾” con una extensión de revestimiento de 20” hasta la superficie



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se enrosca el conector de la extensión del revestimiento de 20” dentro del cabezal de 18 ¾”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se corre una sarta concéntrica de tubería de perforación por dentro del revestidor de 20” y con punta libre que se enrosca sobre la herramienta de apriete



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se aplica el torque de ajuste al conector de la extensión del revestimiento de 20” sobre el colgador y se libera la herramienta de apriete



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se saca del cabezal y del pozo la herramienta de apriete con la sarta de perforación concéntrica



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se instala el cabezal del revestimiento de 20” extendido hasta la superficie, en forma convencional (soldado, enroscado, enchufado,etc.)



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se instala el cabezal de 21 ¼” – 3M, tipo “SOW” (enchufado y soldado)



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se corre el segundo conector para la extensión del revestidor de 13-3/8” y se ancla dentro del enlace de 20” rotando ½” vuelta a la derecha



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se instala el colgador para el revestidor de 13-3/8” extendido hasta la superficie sobre el cabezal de 21 ¼” anterior



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Sistemas de Cabezales Submarinos Detalle del colgador para el revestimiento de 13 3/8”, tipo cuña envolvente



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se instala la brida doble espárrago con los sellos secundarios “pack off” para la TR de 13-3/8”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Detalle de la brida de espárragos con doble empaque tipo “P” para el revestidor de 13 3/8”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se instala el cabezal de carrete para el revestidor de 13-3/8”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Detalle del cabezal tipo carrete de 13 5/8”-5M X 21 1/4”-3M para el revestidor de 13 3/8” con doble sellos tipo “P”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se corre la extensión del revestimiento de 9 5/8” desde el colgador hasta la superficie



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se cuelga la extensión del revestidor de 9 5/8” del cabezal de 13-3/8” en forma convencional



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Sistemas de Cabezales Submarinos Detalle del colgador tipo cuña envolvente para el revestidor de 9 5/8”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se instala la brida de espárragos con doble sellos para empacar el revestidor de 9-5/8”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Detalle del carretel de 13 5/8”-5M con brida de doble empaque con sellos tipo “P” para el revestidor de 9 5/8”



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Sistemas de Cabezales Submarinos Se instala el cabezal para tubería de producción tipo carrete en forma convencional



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Sistemas de Cabezales Submarinos Detalle del cabezal de tubería 11”- 5M X 13 5/8”- 5M con doble sello tipo “P” para el revestidor de 9-5/8” y tazón para colgador de tubería de 3 ½”



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