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Entubación Entubación Objetivos: Objetivos: 1. Evitar desmoronamiento o pérdida de circulación en zonas donde existe gran permeabilidad o cuando el gradiente de fractura es bajo y una alta densidad puede fracturar. 2. Aislar capas de agua, gas o estériles de alta presión incluso la formación productiva debe ser entubada. Luego se punza. 3. Revestir el pozo si es productor de petróleo: Asegurar la vida productiva. productiva. Fijar herramienta de producción. Evitar fugas de petróleo o gas. Aislar capas de diferente presión presión 4. Permitir colocar instalaciones instalaciones de seguridad. seguridad. 5. Asegurar condiciones que permitan perforar reduciendo el diámetro del pozo a medida que se perfora. • • • •
Tipos de cañerías : pueden diferenciarse 5 tipos. En pozos exploratorios se entuban todas pero en zonas conocidas pueden reducirse a como mínimo 2 (dos), Seguridad (BOP) y aislación. 1.
Guía (20” - 22”) Evita desmoronamiento de los primeros metros. Facilita la circulación de inyección. Se cementa toda. Salida T para recortes. No van preventores de surgencia. • • • •
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Seguridad (13 ⅜” - 9 ⅝”) Elementos preventores de surgencias. Se cuelgan las cañerías intermedias sobre el cabezal de esta. Zapato debe ir en zona consolidada. Cementa hasta superficie. • • • •
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Intermedia (9 ⅝” - 13 ⅜”) trépano 12 ¼”, 17”. Se usa por razones técnicas de perforación: Altas presiones presiones de formación. formación. Control arcillas desmoronables. Pérdidas de circulación importantes. Se cementa sólo la parte inferior y el resto se cuelga. • • • •
4.
Aislación (5”, 5 ½”, 7”), trépano 8 ½”, 8 ¾” Aísla la capa productiva. productiva. Si hay muchas se entuba con 7” y se hace un punzado diferencial. • •
5.
Cañería perdida o liner, se usa por razones económicas, a veces puede ser antieconómico una cañería continua desde boca de pozo: Reprofundizar pozos. Se ha usado intermedia y no se quiere encarecer más con una de aislación. Zona delicada y lodo caro. Son perdidas porque no se ve desde superficie ya que cuelga de otra cañería entubada y cementada. Cuando la formación productiva está cerca del zapato. • • • •
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Caños de entubación : las normas: API, SA, SAC, SAX, SB, establecen: 1. Propiedades Geométricas: Diámetro de cañería 4 ½”, 9 ⅝”, 10 ¾, 13 ⅜” Peso por unidad de longitud (libraje). Ejemplo: Dc = 7” 17 - 23 - 26 - 29 lb/pie Diámetro Drift 2. Propiedades Mecánicas: Grado del acero: se define por código de color del caño en la cupla. Dc = 7” (23lb/pie) • • •
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H40: ningún color. J55, K55: verde. N80: rojo. 2 P110: blanco 110.000 lb/pulg = tensión de fluencia mínima.
Rango de longitudes : Rango 1: 4.88m - 7.63m. Rango 2: 7.62m - 10.36m. Rango 3: 10.36m en adelante. • • •
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Vinculación: se efectúa por roscas, en el caso de cuplas roscadas pueden ser: Rosca redonda, cupla corta; API: 8 filetes por pulgada Rosca redonda, cupla larga; API: 8 filetes por pulgada Rosca trapezoidal o Buttrers; no API. Rosca trapezoidal con recalque interno y externo. En las roscas API la cupla es más débil que el cuerpo del caño. Las trapezoidales tienen mayor resistencia a la tracción. • • • •
5. Esfuerzos: Tracción: i. Propio peso. ii. Rozamiento con las paredes del pozo cuando se tira hacia abajo o por aprisionamiento. iii. Frenadas bruscas o al colocar cuñas. iv. En la cementación. Es importante el factor de flotación ocasionado por el lodo y el uso de los elementos de entubación como zapatos y collares. Problemas de alta tracción: 1. Corte a lo largo de la rosca. 2. Zafaduras en roscas. •
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Presión externa. Colapso: aumenta con la profundidad. La sufre el caño desde afuera hacia adentro. Problemas: i. Imposibilidad de subir o bajar herramienta. ii. Rotura de cañería. Esfuerzos. Combinados. Presión interna. Compresión. Flexión. i. Pozos desviados. ii. Desmoronamientos.
Factor de Seguridad: sobredimensionar el diseño de la entubación.
Elementos accesorios para cementación 1. Zapato Es una pequeña unión o sustituto que se enrosca en el extremo de la cañería. Su función es: Guiar a la cañería para que no se clave y proveer válvulas. Impedir el regreso del cemento una vez que éste se alojó entre el caño y la formación. Este regreso de los fluidos del anular se debe a su densidad, lo cual genera un desequilibrio de presiones por anular y por directa. Para equilibrarse por vasos comunicantes, el cemento tiende a volver. Existen distintos tipos de zapatos: 1. Convencional: responde al concepto genérico. Salida central. 2. Flotador de retención común: permite el control del llenado de la cañería de entubación, facilitando su flotación, transformándose en válvula de retención que impide el retroceso del cemento ubicado en el anular. 3. Flotador de retención automático: el llenado se realiza de manera automática: • •
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Flexi flow. Flexi fill. De retención automática diferencial: posee una válvula a camisa que puede desplazarse axialmente y que normalmente apoya sobre un asiento. Al bajar la cañería el empuje inferior de la inyección hace subir la camisa y comienza a entrar fluido. Para convertirlo en flotador es necesario tirar una bola desde la superficie, luego levantar presión para bajar la camisa y liberar la charnela superior. Con bolita: permite pasar fluido en un sentido. TAP In: tiene un chaclan con una camisa que permite entrar y cementar con un stinger, que permite desplazar por BS y no por casing disminuyendo el volúmen de la lechada. Esto es fundamental cuando el pozo tiene gran diámetro y el volúmen de desplazamiento es muy grande, por lo que voy a necesitar piletas para contener tanto volúmen. Permite disminuir el volúmen de desplazamiento ya que se calcula en base a la capacidad de las BS y no de la cañería. Sin embargo el volúmen de la lechada cementadora es el mismo ya que viene dado por las características geométricas del anular. Rebajado o Biselado: no tiene punta y se clava. Además no tiene válvula • •
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Importancia de la válvula: hasta que el cemento solidifique, es un fluido más denso que el que se encuentra por directa y la válvula lo retiene e impide que se vuelva. Caso contrario, se tiene que trabajar en contrapresión para evitar el retorno y esto produce que cuando se descomprime el pozo, el casing se contrae y se forma un micro anillo. 2. Collar Permite la dirección del flujo en un solo sentido. Se diferencia del zapato en que tiene dos roscas (macho y hembra). Se coloca a dos o tres caños del zapato El collar se rota, el zapato en general no. Si falla la válvula del zapato tengo la del collar. Como los tapones no son totalmente herméticos algo del fluido de desplazamiento puede pasar entre el tapón y el caño, contaminando parte de la lechada cementadora. Esta cola de lechada contaminada luego de rotar el tapón se saca con el equipo de terminación. El cemento contaminado queda entre el collar y el zapato, y no en el zapato donde yo necesito que haya buena cementación. Los tipos son similares al de los zapatos con las diferencias antes mencionadas. • • •
3. Elementos flotadores y diferenciales Se eligen de acuerdo a: Capacidad del equipo. Maniobrabilidad que yo deseo. • •
Flotador : su característica principal que tiene una válvula de paso unidireccional, ya que la entubación se hace a pozo lleno, éste no permite el paso de fluido a la cañería. El riesgo que se corre es que a medida que se baja la cañería aumenta la presión exterior que puede generar colapso en la cañería vacía. Para compensar esto debo llenar con la bomba del equipo de modo que:
Ph anular − Ph directa
<
Re sistencia colapso
Por lo tanto conocida la capacidad de la cañería cada 10 caños bajados se llena parcialmente manteniendo la ecuación anterior. Conviene usar flotador cuando la capacidad estática del gancho se ve limitada por el peso de la cañería. Por lo tanto el uso de los flotadores debe tener en cuenta dos conceptos: 1. Ph anular – Ph interior < Resistencia Colapso. 2. Considerar desbalance de presiones para aprovechar la flotación. Diferencial: permiten que a medida que voy entubando, la cañería se vaya llenando en forma parcial a medida que vamos descendiendo en el pozo, lo cual favorece el efecto de flotación y a su vez la resistencia al colapso por el llenado automático. De esta manera: Presión externa – Presión interna < Presión colapso Para controlar si el llenado es correcto existen tablas y gráficos, es por ello que debo ir controlando el peso en el gancho. Funcionamiento:
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Los elementos diferenciales poseen doble válvula (mayor seguridad) y entre ellas hay intercalada una camisa móvil que se desplaza en función de la diferencia de áreas superior e inferior de la camisa. Durante la entubación, el elemento debe comportarse como diferencial y en el momento de cementar debo transformarlos en flotadores. El llenado de la cañería se logra por medio de una camisa que posee áreas distintas y que por efecto de las presiones se mueve hacia arriba o hacia abajo de acuerdo al desbalance de presiones. Esto es porque el área superior de la camisa no es igual al área inferior, esta diferencia va a hacer que cuando la camisa varíe su posición deje o no pasar fluido, esto es, a través de la diferencia de presión entre el anular y el interior de la cañería hasta llegar al momento en que la compensación en función de la diferencia de área no deje pasar fluido. Definida una relación de áreas, por ejemplo del 70%, comienzo a bajar mientras se llena la cañería. A medida que se llena comienza a aumentar la fuerza sobre el área superior hasta un valor tal en el cual se equipara a la fuerza que actúa por abajo desde afuera (fuerza inferior). Este equilibrio de fuerzas se dará por ejemplo si la tubería esta a 100 m de profundidad, entonces dentro de la cañería tengo 70 m. El equilibrio de fuerzas se analiza de la siguiente forma:
F inf erior = Pr ofundidad parcial del pozo entubado ( Ha ) ⋅ ρ lodo ⋅ Area cara inf erior de la camisa ( Ab) F sup erior = Altura adquirida int erior ca sin g ( Hc ) ⋅ ρ lodo ⋅ Area cara sup erior de la camisa ( Aa ) Como se ha llenado 70% se logra el equilibrio de fuerzas de acuerdo con la siguiente demostración:
F inf erior = F sup erior Hc ⋅ ρ ⋅ Aa = Ha ⋅ ρ ⋅ Ab
Hc = Ha ⋅
Ab Aa
Hc = Ha ⋅ Ra
Cuando se logra el equilibrio, se corre la camisa a una posición que impide el llenado, a medida que se sigue bajando, comienza a aumentar la Fuerza inferior por causa de Ha hasta un valor en que la camisa se vuelve a abrir. Una vez que se llegó a la profundidad final es necesario transformar el elemento diferencial en flotador para evitar el ingreso del cemento. Para ello tiro una bolita desde superficie, la cual no debe bombarse, debe dejarse que llegue sola siguiendo la ley de Stockes, evitando de esta manera romper el asiento. Al llegar al asiento y levantando presión por directa, la bolita corre una camisa que libera una charnela superior, cuyo desplazamiento cierra la válvula final evitando el ingreso de fluído desde el anular. Cuando menor sea la capacidad del equipo necesitaré mayor aporte de flotabilidad, menos altura dentro de la cañería y menor relación de áreas. El equilibrio se produce con la siguiente relación: “Relación de áreas chicas, ingresa menos fluido y hay mayor efecto de flotación”. Otros elementos diferenciales son: Flexi flow: la válvula es un pequeño orificio ubicado en el centro de un disco reforzado de goma sintética llamado “diafragma de pasaje con control automático”. Al aumentar la presión debajo del zapato, el diafragma sube y el orificio se agranda, permitiendo el paso de la inyección hacia arriba. Al descender la presión ocurre lo contrario. Una vez que me posiciono para circular y luego cementar, circulo lodo con la bomba de modo que la bolita pase de 1 a 2 venciendo la resistencia del elastómero. Cuando se corta la circulación la bola trata de volver pero hace sello en el elastómero impidiendo el paso. Para convertirlo en válvula de control bombeamos inyección por la cañería levantando 700psi permitiendo pasar la bola de retención por el diafragma, el cual de ahora en adelante actuará como asiento de la bola de retención. Flexi fill: la bola se tira desde superficie. La cañería se va llenando, ya que se corre sin la bolita incorporada. Luego con la bomba venzo la presión de los fluidos en el anular y establezco la circulación y luego tiro la bolita. Pasa a través de la goma, tiene un tope en el fondo que permite la circulación y una vez que se hace la cementación, ésta retiene el retroceso del cemento. •
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4. Dispositivo de cementación de doble etapa (DB) Se denomina altura de anillo de cemento a la que alcanza el cemento en el espacio anular, por lo general 100 - 120m por encima de la formación. Cuando necesito cementa dos formaciones de interés puedo extender la altura del anillo, pero esto me acarrea dos problemas: Entubación
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1. Económico: Gasto mucho dinero colocando cemento donde no interesa. 2. Técnico: Si la altura es excesiva necesito una bomba con muchos HP. Si la formación tiene un gradiente de fractura bajo, se rompe. Es por ello que utilizo un dispositivo de dos etapas: No se desperdicia cemento, se aíslan solo las capas productivas. Someto las formaciones a menores presiones, evitando las fracturas. El método consiste en cementar la formación más baja en forma convencional usando collar y zapato. El DB se intercaló 100 m por debajo de la FM a cementar, y puedo comunicar el interior de la cañería con el anular para cementar la FM superior. Funcionamiento: Se coloca a la profundidad de la segunda etapa. Mientras se baja la cañería hay tres camisas que permanecen en posición y con los orificios laterales cerrados. Cementamos la formación inferior en forma convencional. Una vez que esta finaliza, se deja fraguar y luego se cementa la formación 1 en la segunda etapa. Se lanza un dardo que se calza en el bisel de la camisa. Se le da leve presión para que se rompan los pines y deslicen la primera camisa alcanzando la posición OPEN, en que se abrieron los orificios que permiten la comunicación entre el interior y el anular. Circulo hasta establecer los valores reológicos por los orificios y el anular. Luego bajo el colchón para cementar y el cemento con el tapón dardo en la interfase cemento - fluído de desplazamiento. Este tapón dardo se clava en una segunda camisa y la bomba alcanza un pico de presión, rompiendo unos pines que desplazan la camisa, tapando los orificios e impidiendo que se vuelva el cemento, quedando en la posición CLOSED. Además del DB se coloca una canasta por fuera del casing para que no caiga el cemento hacia abajo por diferencia de densidades. Dicha canasta se coloca por debajo de la apertura del dispositivo. •
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5. Centrali zador Evitan canalización y mejoran la calidad de la cementación. Se intercalan el la cañería, se abren, abrazan el caño y los ajusto con llave Alen. Se colocan en la zona a cementar, logrando una cementación uniforme. Tiene un diámetro exterior que es función del diámetro del pozo que corresponde a una serie de flejes, en tanto que el diámetro interior corresponde al diámetro exterior de la cañería. Suelen tener una bisagra que se puede abrir y colocar un bulón de ajuste para que no se corra en el casing. También se suelen colocar entre cuplas. 6. Canasta de Cementación Se coloca bajo el dispositivo de doble etapa y evita que el cemento se vaya hacia abajo. Tiene una goma dentro que retiene el cemento. Cuando el cemento asciende esta todo OK, pero cuando se para la cementación, la presión hidrostática sobre la canasta la deforma evitando el descenso. Se coloca entre cuplas. 7. Rascador Limpiador mecánico del revoque por remoción. Lo raspan y remueven para eliminarlo de la zona permeable y efectuar una buena cementación. Se intercala entre medio de los centralizadores. Se colocan con tronillos con llave Alen bajo la cupla para evitar desplazamientos. Existen dos tipos: con pelos y con rulos. 8. Llave hidráulica de caños Los caños se ajustan con un torque de acuerdo con la norma API SC. A diferencia de los PM y B/S que se ajustan con llaves manuales (tipo Wilson) y luego con el Ezitorq tiro y leo la fuerza. Estos torques son espejo a espejo, altos comparados con las cañerías. Es por ello que necesito de una llave hidráulica al momento de entubar. Esta llave posee una mandíbula intercambiable con mordazas, que abarcan una serie de diámetros de caño usando el mismo cuerpo. Consta de un motor hidráulico que hace funcionar un piñón y corona que hacen girar un rodamiento que logra el ajuste. El motor recibe aceite hidráulico a alta presión de un camión 350 que es el que transmite la presión. Necesito convertir el torque medido en presión a lb/pie, es por ello que la llave trae una tabla de equivalencias en donde yo entro con el torque de ajuste necesario y obtengo la presión que debo leer. La presión se regula con una llave aguja, que se encuentra anterior al motor que hace funcionar la bomba y se Entubación
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lee en un manómetro montado sobre la llave y no a la salida de la bomba para leer la presión menos la pérdida de carga. 9. Liner Son cañerías perdidas. Se denominan así ya que si observo el cabezal del pozo, no veo su colgador pero la cañería está. Existen dos tipos, mecánico e hidráulico. Mecánico: todo este equipo se arma en superficie y se baja con barras de sondeo. Con el Pipe tally se posiciona a la profundidad a la cual se desea colgar el liner. Una vez que estoy en profundidad, tengo que liberar el mecanismo de fijación que en este caso es mecánico. El mecanismo fijador tiene una jota que baja trabada. Mientras se baja la herramienta, los flejes del liner van apoyando contra las paredes del casing, como van friccionando contra la cañería, todos los caños del liner cuelgan de la jota y no permiten que salgan de su posición. Los flejes del liner raspan las paredes del casing y por el peso de los N caños se van hacia debajo, de modo que la camisa cónica se corre y los flejes con mordazas de carburo de tungsteno quedan en el lugar. Al correrse la camisa cónica se abren los flejes y el colgador del liner queda fijado. Una vez instalado el colgador se destraba la jota con giro a la derecha, se levanta la parte interior sin mover los flejes y se gira con una rotación toda la sarta de barras. Para verificar si destrabó se da peso (1 a 2 toneladas). Si el MD muestra que disminuyó el peso en el gancho, entonces se destrabó. El giratorio son dos camisas giratorias locas que permiten girar una dentro de la otra, esto permite destrabar la jota para fijar el liner aunque la cañería se encuentre aprisionada. Cuando se está bajando el liner, éste tiende a querer pegarse. Lo saco y circulo para evitar el pegamiento mientras lo bajo. El collar y el zapato permiten cementar. El porta empaquetaduras se coloca encima del colgador y son empaquetaduras de goma que permiten cementar. Una vez fijado el liner se desenrosca la herramienta fijadora colocando el punto neutro en la rosca izquierda, sin embrago no se saca la herramienta porque con ella también se cementa. La parte cónica cromada se enchufa en la empaquetadura y se cementa. Nunca cementar con el fijador enroscado. Al momento de cementar el lodo sale por entre flejes de donde el liner cuelga, porque éstos no empaquetan. El tapón se baja con el liner, éste al ser hueco permite circular. Cuando llega el final de la lechada cementadora se tira un dardo que tapa el tapón haciendo tope-tapón evitando que el cemento vuelva. Las principales diferencias con el hidráulico son: El giratorio, el collar de asiento y la forma del colgador. Al cargar el dispositivo los arcos se expanden y las mordazas se fijan a la última cañería. Una vez colgado se elimina la carga y se gira para sacra la herramienta. Abajo hay una jota que se baja trabada, los flejes van contra la pared del casing. Cuando llega a la profundidad la jota se destraba sale de su posición, GIRA y se fija el liner. EL giratorio se utiliza porque si la cañería baja recostada no puedo girar y destrabar la jota. Zapato. Collar. Cuerpo encastre. Giratorio (solo en el mecánico). Colgador del liner. Porta empaquetaduras: hacen sello con la herramienta fijadora para cementar. Camisa de extensión. Herramienta fijadora: se recupera por lo que debe estar en un Punto neutro. Todo lo que esta abajo tiene rosca izquierda (ajusta la barra, desenrosca). Para cementar se sube un poco y se enchufa para hacer la cementación en una sola maniobra. Se apoya encima, sólo debo apoyar con 2-3 ton • • • • • • • •
Hidráulico: la principal diferencia es el mecanismo de fijación: ahora es hidráulico. En este caso la bola se tira cuando se quiere fijar. Se deja decantar y se apoya en el collar de asiento de la válvula, luego a una presión determinada se rompen los pines y se fija en el interior del casing. El porta empaquetaduras tiene rosca izquierda superior donde se enrosca la herramienta fijadora y tiene las empaquetaduras que luego permiten cementar. El giratorio no está porque no se necesita girar para fijarlo. Ahora se fija a presión. El procedimiento consiste en armar el zapato con el collar y la BD. Luego pongo el asiento con la rejilla y me guardo la bolita que voy a tirar en el momento de fijar. Pongo los N caños y el colgador hidráulico, luego el porta empaquetaduras y la camisa de extensión que puede ir o no. El objetivo de la camisa de extensión (que puede ser corta o larga) es que si la cañería de la cual esta colgado el casing se deteriora, yo puedo desde superficie conectarme al casing. Esto se logra por medio de ésta camisa, evitando la cañería deteriorada. Entubación
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Con el Pipe tally me posiciono en profundidad y comienzo a circular. La bola incorporada pasa al collar y zapato transformándolo en flotadores. Luego tiro otra bolita por el interior de la BS sin circulación. Cuando esta bola llega a la rejilla se asienta y hermetiza el sistema. Luego se levanta presión para romper los pines liberándose la camisa que fija el liner. La presión a la que se rompen los pines la conozco de antemano, ya que la debo fijar desde superficie (si coloco 3 pines de 1500 psi a 4500 todos rompieron). Luego se verifica dando peso. Si el MD marca una disminución, colgó. Sigo presurizando el sistema para que rompan otros pines que dejan caer otra camisa que permite circular por los orificios de la rejilla. Es por ello que la rejilla o collar de asiento va a tener que tener más pines que el colgador hidráulico ya que primero cuelga y luego se cementa. Se pone el punto neutro en la rosca izquierda y se gira a la derecha, salgo y lo enchufo nuevamente para cementar. Al final de la lechada cementadora tiro el tapón dardo, que se clava en los últimos pines para cerrar la válvula final. Todos los elementos son reperforables. Zapato diferencial. Collar. Bolita: se tira cuando se termina de armar. Rejilla: tiene agujeros que permiten la regulación. Collar asiento. BOLA: se tira para fijarlo. Camisa de extensión: da la posibilidad de fijar a otra cañería si se pudre la original. • • • • • • •
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