EMPAQUES DE PRODUCCION
FREDDY ALBERTO HERRERA DIAZ Producción de Pozos de Petróleo y Facilidades de Superficie II Semestre Nocturna
Presentado al Ingeniero: NELSON ALDANA Producción II
Corporación Internacional del petróleo “COINSPETROL” Villavicencio 2011
1. EMPAQUETADURA DE PRODUCCIÓN Es una herramienta de fondo que se usa para proporcionar un sello entre la tuberí tubería a educt eductora ora y el reve revesti stimi mien ento to de de produ producc cción ión,, a fin de de evita evitarr el el movimiento vertical vertical de los fluidos, fluidos, desde desde la empaca empacadura dura por el espacio anular, hacia arriba. Estas empaquetaduras son utilizadas bajo las siguientes condiciones: Para proteger la tubería de revestimiento revestimiento del estallido bajo condiciones de alta producción o presiones de inyección. b. Para Para prot proteg eger er la tube tuberí ría a de de rev reves esti timi mien ento to de algu alguno nos s flu fluid idos os corrosivos. c.Para aislar perforaciones o zonas de producción en completamientos múltiples. En instalaciones de levantamiento artificial por gas.. gas d. Para proteger la tubería de revestimiento del colapso, mediante e. el empleo de un fluido sobre la empacadura en el espacio anular entre la tubería eductora y el revestimiento de producción. a.
1.2. MECANISMO BÁSICO. Para que una empacadura realice el trabajo para el cual ha sido diseñada, dos cosas cosas deben deben suceder suceder:: primero primero un cono cono debe debe ser empujad empujado o hacia hacia las cuñas a fin de que ellas se peguen a la pared del revestidor y segundo el elemento elemento de empaque (goma (gomas) s) debe debe ser compr comprim imido ido y efect efectuar uar un sello sello contra la pared del revestidor. Sus componentes básicos son:
a.
Estos elementos son normalmente normalmente Elementos sellantes:
construidos construidos de un producto de goma de nitril nitrilo o y se usan en aplicaciones tales como: instalaciones térmicas, pozos cretácicos y pozos productores de gas seco. Se ha comprobado que los sellos de goma de nitrilo son superiores superiores cuando se utilizan en rangos de tempera temperatura turas s normales normales a medias. medias. Cuando Cuando se asienta asienta una empacadura, el elemento sellante se comprime de manera tal que forma un sello contra la pared de la tubería de revestimiento. Durante esta compresión, el elemento de goma se expande entre el cuerpo de la empac empacad adura ura y la pared pared de la tuberí tubería. a. Esta Esta expa expansi nsión ón junto junto con la maleabilidad del mencionado elemento ayudan a que estos vuelvan a su forma forma origina originall al ser eliminad eliminada a la compres compresión ión sobre sobre la empaca empacadura dura.. Algunas empacaduras incluyen resortes de acero retráctiles moldeados moldeados dentro del elemento sellante para resistir la expansión y ayudar en la retracción cuando se desasiente la empacadura. Existen cuatro tipos de elementos sellantes que se usan de acuerdo al tipo de servicio servicio:: ligero, mediano, duro y especiales. (I, II, III y IV, respectivamente).
Tipo de Elementos Sellantes.
b.
Cuñas: Las cuñas existen en una gran variedad de formas. Es
deseable que posean un área superficial adecuada para mantener la empacadura en posición, bajo los diferenciales de presión previstos a través de esta. Las cuñas deben ser reemplazadas si ya se han utilizado una vez en el pozo. mecanismo mo c.Elemen Elementos tos de asentam asentamien iento to y desasent desasentami amient ento: o: El mecanis más simple de asentamiento y desasentamiento es el arreglo de cerrojo en "J" y pasador de cizallamiento que requiere solamente una ligera rotación de la tubería de producción al nivel de la empacadura para el asentamiento y puede, generalmente, ser desasentada por un simple levantamiento sobre la empacadura. Este procedimiento es aplicable a las empacaduras recuperables. Dispositivos de fricción: Los elementos de fricción son una d. parte esencial de muchos tipos de empacaduras para asentarlas y en algu algunos nos casos casos para para recu recuper perarl arlas. as. Puede Pueden n ser flejes flejes,, en reso resorte rtes s o bloque de fricción, y si están diseñados apropiadamente, cada uno de estos proporciona la fuerza necesaria para asentar la empacadura. Las ancla anclas s hidrá hidrául ulica icas s o soste sostene nedor dores es e. Anclas hidráulic hidráulicas: as: Las hidráulicos hidráulicos proporcionan proporcionan un método confiable confiable para prevenir el movimiento que tiende a producirse al presentarse fuerza una en la dirección opuesta de las cuñas principales. Por ejemplo, una empacadura empacadura de cuñas simples que se asiente con peso puede moverse hacia hacia arrib arriba a en el hoyo hoyo,, cuan cuando do se lleva lleva a cabo cabo una una acidi acidific ficac ación ión o fractura, sin sin embargo, embargo, este movimiento se puede evitar mediante el uso de sostenedores hidráulicos o de una ancla hidráulica.
2. TIPOS DE EMPAQUETADURAS
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Los diferen diferentes tes tipos tipos de empacad empacadura uras s pueden pueden ser agrupa agrupados dos en clases principales; luego se pueden subdividir de acuerdo a métodos de asentamientos, asentamientos, dirección de la presión a través de la empacadura empacadura y núme número ro de orif orific icio ios s a trav través és de la mism misma. a. De esta esta form forma a se tien tienen en:: Recuperables, Permanentes, Permanentes – Recuperables.
Exist Existen en alred alrededo edorr de 10 fabri fabrica cante ntes s de empa empaca cadur duras, as, sin sin emba embargo rgo,, en la industria petrolera nacional las más utilizadas son de las marcas marcas,, Baker, Otis, Camco, en diámetros de 4 ½, 5½, 7 y 9 5/8 pulgadas pulgadas..
2.1. Empacaduras Recuperables. Son Son aque aquell llas as que que se baja bajan n con con la tube tuberí ría a de prod produc ucci ción ón o tube tuberí ría a de perforación y se pueden asentar: por compresión, mecánicamente e hidráulicamente. Después de d e asentadas pueden ser desasentadas desasentada s y recuperadas recuperadas con la misma tubería. Las empacaduras empacaduras recuperables recuperables son parte inte integr gral al de la sart sarta a de prod produc ucci ción ón,, por por lo tant tanto, o, al saca sacarr la tube tuberí ría a es necesario sacar la empacadura. Las empacaduras empacaduras recuperables recuperables se pueden clasificar tomando tomando en cuenta la dirección del diferencial de presión en: a.
Empacaduras recuperables de compresión: Una empacadura de compresión se asienta aplicando el peso de la tubería de producción sobre sobre la empaca empacadura dura y se recuper recupera a tensiona tensionando. ndo. Por estas estas razones razones,, no se desasie desasienta nta aplican aplicando do una fuerza fuerza hacia hacia abajo, abajo, bien aplicando peso de la tubería de producción (compresión) o bien aplicando presión por el espacio anular sobre la empacadura. Sus características características particulares las hacen apropiadas para resistir diferenciales de presión hacia abajo. Son principalmente utilizadas en pozos verticales, relativamente someros y de baja presión. Pueden soportar presiones diferenciales desde abajo si se les incorpora un anclaje hidráulico de fondo dentro del ensamblaje de la empacadura. EMPAQUETADURAS EMPAQUETADURA S DE
b.
Empacad Empacadura urass recupe recuperab rables les de tensió tensión: n: Estas empacaduras se asientan rotando la tubería de producción ¼ de vuelta a la izquierda y luego tensionando. Para recuperarla, se deja caer peso de la tubería de manera tal de compensar la tensión y luego se rota la tubería a la derecha ¼ de vuelta, de manera que las cuñas vuelvan a su posición
original. Se usan en pozos someros y donde se anticipen presiones diferenciales diferenciales moderadas moderadas desde abajo. Las presiones presiones desde abajo solo sirven sirven para incrementar incrementar la fuerza de asentamiento asentamiento sobre la empacadura. Son usadas preferiblemente en pozos de inyección inyecció n de agua y en pozos someros, someros, donde donde el peso de la tubería tubería de producción no es suficiente para comprimir el elemento sellante de una empacadura de asentamiento por peso o empacadura a compresión. Empaquetaduras de Tensión
c.
Empacaduras recuperables de compresión – Estas tensión: empacaduras se asientan por rotación de la tubería más peso o con rotación solamente. No se desasientan por presiones aplicadas en cualqui cualquier er direcció dirección, n, por lo tanto tanto pueden pueden soportar soportar un diferenc diferencial ial de presión desde arriba o desde abajo. Para recuperarlas, solamente se requie requiere re rotac rotación ión de la tuber tubería ía de produ producc cción ión hacia hacia la dere derecha cha.. Cuando se usan en pozos de bombeo mecánico se dejan en tensión y actúan actúan como como ancla anclas s de tube tubería ría.. Cuand Cuando o se utiliz utilizan an en pozos pozos de inyecció inyección n de agua agua permiten permiten mantene mantenerr la tubería tubería de producc producción ión en peso peso neutro neutro,, lo que que elimi elimina na la posi posibil bilida idad d de que que se desas desasien ienten ten debido a la elongación de la tubería o por contracción de la misma. Su mayor mayor desv desvent entaja aja se debe debe a que que como como deben deben ser ser libera liberadas das por rotación de la tubería, si hay asentamiento asentamiento de partículas partículas sólidas sobre el tope de la empaca empacadura dura se hace imposible imposible realizar realizar cualquier trabajo de rotación, sin embargo, eso se soluciona usando un fluido libre de partículas sólidas como fluido de empacadura.
d.
Empacaduras recuperables sencillas y duales de asentamiento hidráulico: El asentamiento de las empacaduras sencillas se realiza cuando existe un diferencial de presión entre la tubería de producción y la tubería de revestimiento. La principal ventaja de de las empacaduras empacaduras recuperables con asentamiento hidráulico, es que la tubería eductora
puede ser corrida en el pozo y el cabezal de producción instalado antes del asentamiento de la empacadura. Estas empacaduras son particularmente apropiadas en pozos altamente desviados donde la manipulación de la tubería de producción puede presentar dificultades. Las empaca empacadura duras s duales duales se utilizan utilizan en complet completacio aciones nes múltiple múltiples s cuando se requiere producir una o más arenas.
2.2. EMPACADURAS PERMANENTES
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Estas se pueden correr con la tubería de producción o se pueden colocar con equipos de guaya fina. En este último caso, se toman como referencia los cuellos registrados en el perfil de cementación para obtener un asentamiento preci preciso. so. En caso caso de forma formacio cione nes s con con temperatura de fondo fondo alta alta (400ºF (400ºF-450º 450ºF) F),, el méto método do más más seguro de asent asentam amien iento to cons consist iste e en utiliz utilizar ar un asentador hidráulico bajado junto con la tubería de producción. Una vez asentada la empacadura, se desasienta el asentador hidráulico y se saca la tubería junto con la tubería de producción. Las empacaduras permanentes se pueden considerar considerar como una parte integrante de la tubería de revestimiento, revestimiento, ya que la tubería tubería de producc producción ión se puede puede sacar sacar y dejar dejar la empacadura permanente asentada en el revestidor. re vestidor. Usualmente Usualment e para destruir destruirla la es necesari necesario o fresarla fresarla,, por lo que frecuent frecuenteme emente nte se denomin denomina a empacadura perforable.
. . Unidades Sellantes para Empacaduras Permanentes. Las unida unidade des s sella sellante ntes s que que se corre corren n con la tube tubería ría de produ producci cción ón,, se empac empacan an en el orifi orificio cio de la empa empaca cadur dura a perm perman anent ente e . Adici Adicion onalm almen ente te
existen los niples sellantes con ancla. Este último arreglo permite que la tubería de producción sea colgada bajo tensión.
Unidades Sellantes para Empacaduras Permanentes.
3. SELECCIÓN DE EMPACADURAS. Para la selección de empacaduras es necesario considerar diversos factores tanto técnicos como económicos. económicos. Generalmente, Generalmente, se escoge la empacadura empacadura menos costosa que puede realizar las funciones para la cual se selecciona. Sin embarg embargo, o, costo el inicial inicial de la empaca empacadura dura no debe debe ser el único único criterio criterio de selecc selección. ión. Es necesar necesario io tomar tomar en cuenta cuenta los requerimientos presentes y futuros de los pozos para la selección de la empacadura, empacadura, por ejemplo, las empacaduras empacaduras más económicas económicas son generalmente las de compresión compresió n y las de tensión. Las empacaduras hidrá hidrául ulica icas s suele suelen n ser las más más costo costosas sas.. Es nece necesar sario io tomar tomar en cuen cuenta ta facili facilida dade des s de repar reparaci ación ón y dispo disponib nibili ilidad dad.. Las Las empac empacadu aduras ras con sistemas comp complej lejos os para para el asent asentam amien iento to y desase desasenta ntami mient ento o debe deben n evitarse, así por ejemplo, las empacaduras recuperables que se liberan con simple tensión son deseables en muchos casos. La selección de una empacadura empacadura para un trabajo en particular, debe debe basarse en el conocimiento de las diferentes clases de empacaduras. Sin embargo, para hacer hacer una selecci selección ón prelimin preliminar ar es necesar necesario io recabar recabar la siguiente información y verificar que la empacadura seleccionada cumpla con cada uno de los siguientes aspectos: a. Tipo de empacad empacadura ura (Recupe (Recuperab rable, le, Perman Permanente entes, s, Perman Permanente entes s – Recuperables). b. Tipo ipo de com completa letac ción ión. c.Dirección de la presión. d. Proce Procedim dimien iento to de asen asentam tamie iento nto de la empa empacad cadur ura. a. e. Proce Procedim dimien iento to de desa desase senta ntamie miento nto de la empac empacad adura ura.. La selección selección final de la empacadura empacadura se basará en un balance entre los benefic beneficios ios mecánic mecánicos os y las gananci ganancias as económic económicas, as, resulta resultando ndo preponde preponderan rante te de dicho dicho balance balance lo que genere genere mayor mayor segurid seguridad ad para el pozo.
