Arbol de Navidad.

USO Y COMPONENTES DEL ÁRBOL DE NAVIDAD

EDWIN EFRAÍN MONROY ROA.

TÉCNICO EN PRODUCCIÓN DE POZOS Y FACILIDADES DE SUPERFICIE CORPORACIÓN INSTITUCIONAL DEL PETRÓLEO “COINSPETROL” VILLAVICENCIO - META 2009



MONOGRAFIA DE TESIS DE GRADO COMO REQUISITO PARA OBTENER EL TITULO DE TECNICO EN PRODUCCION DE POZOS POZOS Y FACILIDADES DE SUPERFIE PARA LA INDUSTRIA DEL PETROLEO.




MONOGRAFIA DE TESIS DE GRADO COMO REQUISITO PARA OBTENER EL TITULO DE TECNICO EN PRODUCCION DE POZOS POZOS Y FACILIDADES DE SUPERFIE PARA LA INDUSTRIA DEL PETROLEO.


TABLA DE CONTENIDO:

1. GLOSARIO 2. INTRODUCCION 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4. JUSTIFICACION 5. METODOLOGIA 6. ALCANCE Y LIMITACIONES 7. OBJETIVOS 8. MARCO TEORICO 9. ARBOL DE NAVIDAD 10. TIPOS DE ARBOLES DE NAVIDAD 10.1 ARBOL DE NAVIDAD DE BAJA PRESIÓN 10.2 ARBOL DE NAVIDAD DE ALTA PRESIÓN 11. PARTES DEL ARBOL DE NAVIDAD 12. CLASES DE ARBOLES DEPENDIENDO DEL FLUJO DE POZO 12.1 BOMBEO MECANICO 12.2 EXTRACCION CON GAS O GAS LIFT 12.3 BOMBEO CON ACCIONAR HIDRAULICO 12.4 PISTON ACONDICIONADO A GAS (PLUNGER LIFT) 12.5 BOMBEO ELECTROSUMERGIBLE (BES) 12.6 BOMBA DE CAVIDAD PROGRESIVA 13. CONCLUCIONES 14. BIBLIOGRAFIA

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 17 20 23 25 26 27 28 29 31 32 33 34

NOTA DE ACEPTACION

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_________________________________ FIRMA JURADO

_________________________________ FIRMA JURADO

_________________________________ DIRECTOR DEL TRABAJO

VILLAVICENCIO – META

AGRADECIMIENTOS:

Los agradecimientos van dirigidos a las personas que siempre estuvieron apoyándome para el desarrollo de este trabajo. En primer lugar a mi Dios por mantenerme con vida y permitirme cumplir uno de mis sueños. A mis padres por apoyarme y colaborarme en todo lo económico y lo moral para la realización de este proyecto. También a las directivas de COINSPETROL especialmente a doña Martha y al ingeniero Gilberto Cárdenas por colaborarme en la corrección del proyecto.

DEDICATORIA:

Este proyecto va dedicado al señor todo poderoso por darme una luz mas de esperanza para ser alguien en la vida, también a mis padres; Efraín Monroy y Esmid Roa, ya que ellos siempre han querido lo mejor para mí, y además por que el regalo más lindo que le dejan los padres a uno es el estudio, a los docentes porque ellos me brindaron lo mejor de sus conocimientos.

1. GLOSARIO:

BOMBEO: Es un mecanismo por el cual se extrae el crudo del pozo y se envía a la estación. CABEZAL DE POZO: Cabezal de recolección en donde se integran las líneas de producción de los pozos productores del Campo. EQUIPOS DE SUPERFICIE: Es una unidad de potencia que transmite la energía al equipo de subsuelo y también contiene un equipo de control que lo lleva a la estación. FLUJO DE CRUDO: Gran cantidad de aceite proveniente del pozo. FLUJO NATURAL: Es cuando los fluidos de un yacimiento “agua, gas, aceite”, tienen suficiente presión para salir a la superficie sin ayuda de algún tipo de bombeo artificial. GAS LIFT: Consiste en inyectar gas a presión en la tubería para alivianar la columna de petróleo y hacerlo llegar a la superficie, la inyección de gas se puede hacer de varios estilos de la tubería. MECANISMOS DE EMPUJE: Se denominan mecanismos de empuje a las situaciones físicas por medio de las cuales el fluido sale del yacimiento. MEDICIÓN: Es un método por el cual se mide el aceite bombeado proveniente de un pozo productor de crudo. PRESION DE POZO: Fuerza ejercida por los fluidos provenientes del pozo. PRODUCCION PETROLERA: Luego de haber realizado la perforación, el pozo está en condiciones de producir. En este momento puede ocurrir que el pozo sea puesto en funcionamiento por surgencia natural, lo que no ocurre en la mayoría de las perforaciones. Dependiendo de varias circunstancias, tales como la profundidad del yacimiento, su presión, la permeabilidad de la roca reservorio, etc., el fluido llegará a la superficie con caudales satisfactorios o no satisfactorios. VALVULA: Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. YACIMIENTO: Es una roca porosa que presenta acumulación de hidrocarburos.

2. INTRODUCCION:

En un campo petrolero, después de ser perforado un pozo, lo primero que se instala es el árbol de navidad para poner en producción el pozo. El árbol de navidad es un equipo de superficie compuesto por un conjunto de válvulas de compuerta y reductores de flujo, Su función es asegurar y controlar el flujo del pozo. Este equipo debe ser seleccionado de acuerdo a las condiciones y características del pozo, que pueden ser de alta o baja presión. La importancia de este equipo es que siempre que se termine una perforación se instale para poner en producción el pozo, como una forma segura de tener el control del pozo y además que no se nos salga de las manos. En la industria del petróleo, de cualquier parte del mundo se va a utilizar este equipo, siempre y cuando el pozo sea productor, por eso las compañías petroleras no han implementado otro instrumento diferente a este, dependiendo de qué tipo de pozo sea. El propósito de la descripción del árbol de navidad es dar a conocer al usuario paso a paso cada una de sus partes, el diámetro de las herramientas que han de ser usadas y su función principal con el objetivo de que tenga conocimientos más amplios y precisos.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

En la corporación institucional del petróleo “COINSPETROL”, se cuenta con información general no especificada, acerca de herramientas y equipos que se utilizan en el área de producción. Por tal motivo, tengo el propósito de hacer una monografía en donde se encontrara información más clara, completa y específica de uno de los equipos de superficie como el árbol de navidad, que brindará un servicio muy útil para las consultas de los estudiantes de “COINSPETROL”.

4. JUSTIFICACION:

Con la elaboración de este proyecto, se pretende que el estudiante pueda obtener un mejor conocimiento acerca de este equipo de subsuelo, bien sea por medio magnético o por escrito, ya que es necesario que el estudiante tenga un acceso más fácil para adquirir conocimientos teóricos en cuanto a la práctica desempeñando el tipo de carrera que ha realizado.

Por tal motivo, la terminología que se utilizara en este proyecto, no será muy diferente a la que común mente conocemos, además estará actualizado en cuanto a la tecnología que se está utilizando hoy en día en las industrias petroleras con el fin de que el estudiante este mas ubicado en su línea de carrera.

5. METODOLOGIA:

Para poder especificar con detalle cada una de las partes del árbol de navidad, se recopilara una serie de información de diferentes libros y consultas, o bien sea a personas con amplios conocimientos, además por el Internet, para que el usuario obtenga muy buenos conocimientos de este equipo de superficie, por medio de textos con lectura no muy larga pero precisa, y además con imágenes, o dibujos explicando sus partes y accesorios, ya que es una forma muy fácil de obtener conocimientos en la cual el usuario mostrara un interés en revisar y aprender un poco más.

6. ALCANCES Y LIMITACIONES:

Se espera con este proyecto recopilar una gran parte de información por consultas y de algunos manuales hechos por personas con un alto conocimiento en el sector petrolero, y lo demás por orientación de docentes de COINSPETROL. También está proyectado que tendrá unos límites en los cuales se hablara solo de este equipo de superficie en palabras técnicas de la industria del petróleo, dirigido a todos los estudiantes de COINSPETROL, especialmente a los de la Técnica de producción.

7. OBJETIVOS:

OBJETIVOS GENERAL: Identificar los usos y componentes del árbol de navidad especificando su definición, las características, los tipos de arboles dependiendo del flujo de pozo, la función que cumplen, sus dimensiones entre otros.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: Recopilar una gran cantidad de información que nos permita especificar de manera concreta las partes del árbol de navidad. Hacer un diseño muy agradable para que el usuario pueda entender con facilidad cada una de las partes que se dan a conocer. Especificar mediante dibujos, cada una de las partes del árbol de navidad, su función, y sus componentes. Distinguir los distintos cabezales de pozos dependiendo del tipo de flujo de pozo. Mostrar por medio de un glosario palabras desconocidas o palabras técnicas que no estén especificadas.

8. MARCO TEORICO:

La manera más fácil de obtener un conocimiento, es la práctica por que por medio de ella se aplica lo visto en teoría, pero el problema de hoy en día, es que los estudiantes buscan la manera más fácil de estudiar, y son muy pocos los estudiantes que hacen consultas con una gran profundidad, porque uno busca es respuestas cortas, eso dependiendo del interés que se tenga por aprender un poco más. Por eso el proyecto que se va a hacer, tendrá lectura muy corta pero precisa para que el estudiante o el interesado no se desanimen al ver mucha lectura pero no lago concreto, y más que todo se mostrara mucho vocabulario aprendido en el paso de cada semestre, eso dependiendo de la técnica.

9. ÁRBOL DE NAVIDAD: Definición: Es un equipo de control de flujo, compuesto por un conjunto de Válvulas de compuerta y reductores de flujo.

Función: · Asegurar y controlar el pozo en la superficie. · Regular y controlar el flujo del crudo proveniente del pozo. · Permitir la conexión del equipo de guaya para ejecutar trabajos en pozos bajo presión. Característica: Los árboles de navidad se ensamblan dependiendo de la presión de trabajo para la cual son requeridos. A continuación la siguiente ilustración es una imagen de un árbol de navidad:

10. TIPOS DE ARBOLES DE NAVIDAD: Tipos: Se dividen en dos tipos: el árbol de navidad de baja presión (de O hasta 5.000 lbs.) y alta presión (de 10.000 hasta 20.000 lbs. 10.1 ÁRBOL DE NAVIDAD DE BAJA PRESION: Definición: Es aquel árbol requerido para presiones de trabajo entre 3000 (S-900) y 5000 (S1500) Lpc. La forma de ensamblaje normalmente usada para este árbol, comenzando desde el cabezal del pozo, es la siguiente:

· Una válvula maestra conectada en forma vertical a la cruz, · Una cruzo tee con conexiones de cuatro (4) y dos (2) salidas, · Una válvula de suabo conectada en forma vertical a la cruz, por encima de ella. · Un "flange" corona, instalado en la parte superior de la válvula de suabo con su tapa corona v · Dos válvulas de brazo conectadas en forma horizontal a la cruz e intercaladas por una caja de fijo choque. Dimensiones: Los árboles de baja presión poseen, normalmente, un solo brazo la otra salida es sellada con un "flange" ciego. Las dimensiones de los árboles comúnmente utilizados son las Siguientes: A. 3” S-900 x 2" S-900 = 3.000 lbs B. 3” S -900 x 2” S-1.500 = 5.000 lbs

C, 3" S-900 x 3" S-900 = 3.000 lbs D. 3" S-1.500 x 3” S -1.500 = 5.000 lbs E. 4” S -900 x 3” S-900 = 3.000 lbs F. 4” S-1.500 x 3” S -1500 = 5.000 lbs

Anillos “Ring Gasket”:

Son aros o anillos que permiten interconectar entre si los flanges de la serie API, que poseen un canal (ring groove), para recibirlos, los cuales, al apretar los tomillos, hacen un sello hermético de acuerdo con la serie que los maneja. Los anillos (ring gasket o ring joint) se denominan según la presión de trabajo a la cual están asignados.

Presión de trabajo: De acuerdo con el diámetro en y la presión de trabajo se tiene: DIAMETRO DEL FLANGE

2" 2” 3”

3" 4” 4”

SERIE

PRESION DE TRABAJO

ANILLO

900 900 900 1.500 900 1.500

3.000 Lpc 3.000 Lpc 3.000 Lpc 5.000 Lpc 3.000 Lpc 5.000 Lpc

R-24 R-24 R-31 R-35 R-37 R-39

Nota Importante: En los casos de válvulas viejas usadas, se pueden utilizar los "ring gasket RX". Ilustración A continuación se muestran los anillos de sellos y las tuercas o espárragos.

ÁRBOL DE NAVIDAD DE BAJA PRESIÓN: Árbol de navidad Especificación No. 5/71T Ensamble: 3-1/8” x 3 -1/8” x 3-1/8 5.000 PSI

10.2 ÁRBOL DE NAVIDAD DE ALTA PRESION: Definición: Es aquel árbol requerido para presiones de trabajo entre 10.000, 5.000 y 20.000 Lpc. La forma de ensamblaje de este árbol normalmente usada, comenzando desde el cabezal del pozo, es la siguiente:

· Dos válvulas maestras conectadas verticalmente a la cruz. · Una cruz de cuatro (4) salidas encima de las válvulas maestras · Dos brazos conectados horizontalmente a la cruz, compuestos cada uno por: · Dos válvulas de compuerta: una conectada a la cruz y otra a la línea de flujo. · Una caja de choque positivo fijo. · Una caja de choques ajustables. · Dos válvulas de suabo, conectadas verticalmente a la cruz, intercaladas con una cruz de una salida, donde se instala una válvula “chek” o “kill line ”. · Un flange corona instalado sobre la válvula de suabo superior con su tapa corona. Presión de trabajo: En los árboles de navidad de “alta presión” se conectan anillos con “ring gasket” según el siguiente orden.

DIAMETROS

PRESION DE TRABAJO

ANILL0S

2 -1/16”

10.000 Lpc

Bx 152

2 -9/16”

10.000 Lpc

Bx 152

3 -1/16”

15.000 Lpc

Bx 153

4 -1/16”

15.000 Lpc

Bx 154

ÁRBOL DE NAVIDAD DE ALTA PRESION: La siguiente ilustración representa el árbol de navidad de alta presión de 15.000 Lbs. Contra H2S.

Especificaciones: A continuación se muestra una tabla con las especificaciones que se deben seguir en el árbol de navidad de alta presión. Cantidad: 3 5 16 1 1 10 2

4

64 2

2

3 3

Descripción: Válvula de compuerta CAMERON tipo FL de 3-1/16” 15M API lbs/pulg2. Presión de trabajo. Doble brida. Servicio2 HS. Anillos BX-154 (304SS). Espárragos de 1-1/8” x 8”, Mat.A-193B7 con 2 tuercas hexagonales de 1-1/8” c/u mal. A-194 GR-2H cad. PLT. Cruceta apernada, de 3-1/16” 15M x 2-1/16” 15M lbs/pulg2. Adaptador para prueba de fondo CAMERON con brida de 3-1/16” 15M lbs/pulg2, abajo. Anillos Bx-l52 (304SS) Brida compañera de 2-1/16” 15 M API Lbs/pulg2 con salida de 2” para soldar. Válvula de compuerta, CAMERON tipo FL de 2-1/16” 15M API lbs/pulg2. Presión de trabajo Doble brida. Espárragos de 7/8” x 6-1/4”, Mat.A193-B7con 2 tuercas hexagonales de 7/8” C/u Mat. A-194 GR-2H. Porta choque positivo CAMERON tipo “H2” Doble brida de 2-1/16” 15M API lbs/pulg2. Porta choque ajustable CAMERON tipo “H2” Doble brida de 2-1/16” 15M API lbs/pulg2. Presión de trabajo. Válvula de aguja 15M lbs/pulg2, presión de trabajo de 1-1/8” autoclave, entrada macho y salida hembra. Manómetro 0-15.000 lbs/pulg2,

11. PARTES DEL ARBOL DE NAVIDAD: Descripción En vista de la complejidad del árbol de navidad, en la siguiente tabla se describen las partes que lo conforman y sus respectivas funciones. PARTES:

FUNCIÓN:

Permitir la Interconexión entre el cabezal del pozo ("tubing spool") y el árbol de navidad. Se maneja como un adaptador en diámetros

Asegurar el cierre efectivo del pozo. Por su ubicación, nunca debe utilizarse para controlar la producción, a fin de evitar daños internos por fricción y erosión.

Interconectar los brazos del árbol de navidad y dirigir el flujo. Recibe en su parte inferior la válvula maestra y en la superior, la válvula corona.

Cerrar y abrir el pozo, permitiendo el acceso a éste para realizar trabajos de subsuelo, y tomar las presiones de pozo.

PARTES:

FUNCIÓN:

_______________________________________________________________ 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.

Proteger 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.

Cerrar el paso de fluido del pozo hacia la estación de flujo y tomar las presiones en la caja de choque positivo.

Facilita la instalación de reguladores del paso de fluido (choques positivos), lo cual sirve para controlar las presiones altas hacia la línea de flujo.

Cada una de las partes que se mostraron en las figuras, conforman lo que es el llamado árbol de navidad, siempre y cuando se identifique que tipo o clase de árbol es; claro que hay que tener encuentra que el casing y el tubing hacen parte del cabezal de pozo que van conectados en la parte inferior del árbol de navidad.

12. CLASES DE ARBOLES DEPENDIENDO DEL FLUJO DE POZO Los fluidos de un yacimiento 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": produce sin necesidad de ayuda.

El mecanismo de surgencia natural es el más económico, ya que la energía es aportada por el mismo yacimiento, como lo vemos en la figura:

Pero en la mayoría de los casos esta surgencia natural decrece y el pozo deja de producir: el pozo está ahogado. Para proseguir con la extracción se procede a la utilización de métodos artificiales de bombeo. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Bombeo Mecánico. Extracción con gas o gas lift. Bombeo con Accionar Hidráulico. Pistón Acondicionado a Gas (Plunger lift). Bombeo Electro sumergible. Bomba de Cavidad Progresiva.

12.1 BOMBEO MECANICO: consiste en una bomba vertical colocada en la parte inferior de la tubería, accionada por varillas de bombeo de acero que corren dentro de la tubería movidas por un balancín ubicado en la superficie al cual se le transmite el movimiento de vaivén por medio de la biela y la manivela, las que se accionan a través de una caja reductora movida por un motor . La bomba consiste en un tubo de 2 a 7,32 m. de largo con un diámetro interno de 1 ½ a 3 ¾ pulgadas, dentro del cual se mueve un pistón cuyo extremo superior está unido a las varillas de bombeo.

Sist. Clase I. Unidad de Bombeo Convencional

Sist. Clase III. Unidad de Bombeo Balanceada por Aire

Sist. Clase III. Unidad de Bombeo Lufkin Mark II

12.2 EXTRACCIÓN CON GAS O GAS LIFT:

Consiste en inyectar gas a presión en la tubería para alivianar la columna de petróleo y hacerlo llegar a la superficie. La inyección de gas se hace en varios sitios de la tubería a través de válvulas reguladas que abren y cierran al gas automáticamente. Este procedimiento se suele comenzar a aplicar antes de que la producción natural cese completa.

12.3 BOMBEO CON ACCIONAR HIDRAULICO: Una variante también muy utilizada consiste en bombas accionadas en forma hidráulica por un líquido, generalmente petróleo, que se conoce como fluido matriz. Las bombas se bajan dentro de la tubería y se accionan desde una estación satélite. Este medio no tiene las limitaciones que tiene el medio mecánico para su utilización en pozos profundos o dirigidos.

La tecnología nos permite cada día implementar nuevos métodos de extracción de crudo, este método es muy bueno y muy seguro, ya que para la activación de este pozo se hace por medio de una estación satelital, desde un punto se puede controlar el pozo, como por ejemplo abrirlo y cerrarlo.

12.4 PISTON ACONDICIONADO A GAS (PLUNGER LIFT): Es un pistón viajero que es empujado por gas propio del pozo y trae a la superficie el petróleo que se acumula entre viaje y viaje del pistón.

El equipamiento de Plunger Lift está compuesto por las siguientes partes: 



Stop Collar – Tubing Stop: El Stop Collar es un dispositivo que se fija en las cuplas del tubing y sirve para alojar el resorte de fondo. Cuando se utiliza una cañería del tipo SEC en vez de un Stop Collar se baja un Tubing Stop que cumple la misma función. Resorte de Fondo: El resorte se fija en el Stop Collar y tiene la finalidad de amortiguar la carrera descendente del pistón, actualmente se dispone de

resortes en conjunto con Stop Collar y Standing Valve en un mismo cuerpo. La válvula de pie o Standing valve tiene la finalidad de no dejar escapar el líquido del tubing durante los periodos de cierre. 









Pistón es la interfase sólida entre el gas de levantamiento y el slug de líquido, éste viaja libremente dentro del tubing produciendo de manera intermitente. Existe una amplia variedad de pistones que detallaremos en este trabajo. Cátcher: Este dispositivo sirve para retener el pistón cuando arriba a superficie. Lubricador: Este dispositivo va instalado en la boca de pozo encima de la válvula maestra, tiene por objetivo el alojar al pistón cuando este arriba a superficie, internamente tiene un pequeño resorte que amortigua la llegada del pistón. Sensor de arribo: Este dispositivo va colocado en el lubricador y tiene la finalidad de detectar la llegada del pistón, cuando lo hace le envia una señal al controlador para que de comienzo al periodo denominado Afterflow. Válvula Neumática: Esta válvula se conecta en la salida de la producción y es el dispositivo que realiza el cierre y la apertura del pozo, gobernada por el controlador electrónico.

En la línea de producción, se instala una válvula aguja (choke de producción) para controlar el pozo al ponerlo inicialmente en producción, también posibilita la restricción del pozo ante cualquier necesidad operativa.

12.5 BOMBEO ELECTRO SUMERGIBLE: Es una bomba de varias paletas montadas axialmente en un eje vertical unido a un motor eléctrico. El conjunto se baja en el pozo con una tubería especial que lleva un cable adosado, para transmitir la energía eléctrica al motor. Permite bombear grandes volúmenes de fluidos.

Vista general de los componentes del sistema “BES”

Cabezal de descarga, el transformador y la caja de venteo del sistema “BES”

12.6 BOMBA DE CAVIDAD PROGRESIVA: El fluido del pozo es elevado por la acción de un elemento rotativo de geometría helicoidal (rotor) dentro de un alojamiento semi elástico de igual geometría (estator) que permanece estático. El efecto resultante de la rotación del rotor es el desplazamiento hacia arriba de los fluidos que llenan las cavidades formadas entre rotor y estator.

Esta es una imagen de una bomba de cavidad progresiva ya instalada en cabeza de pozo.

13. CONCLUSIONES:

1. Una forma de obtener conocimientos claros y precisos es resaltando las ideas principales de un texto, además mostrando imágenes que estén relacionadas con la lectura.

2. Con la creación de este proyecto, con una forma muy específica y llamativa, se estará incentivando al estudiante a obtener más conocimientos acerca de este equipo de superficie, como su función, definición, características entre otras. 3. El éxito de este proyecto se logrará de acuerdo a la mayor cantidad de conocimientos que el usuario pueda obtener de la información que se le brindará.

Arbol de Navidad.

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