GUIA 18T DE DISENO SELECCION DE AV TERRESTRE O SECO.pdf

18 s a l u v l á V e d l o b r Á o l c e e d S n o ó i e r c t c s e e l r r e e S T

Terminación

Guía de diseño

Guía de Diseño para la Selección del Árbol de Válvulas Terrestre o Seco

Este documento fue elaborado por el equipo multidisciplinario de la Gerencia de Ingeniería y Tecnología de la UPMP. El material contenido en este documento tiene información confidencial que pertenece a PEMEX Exploración y Producción, y no podrá ser utilizada, fotocopiada, duplicada o revelada para cualquier propósito diferente a los indicados por este organismo, y con autorización expresa y por escrito de la misma. C

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Guía De Diseño para la Selección del Árbol de Válvulas Terrestre o Seco.

CONTENIDO 1. OBJETIVO. 2. INTRODUCCIÓN. 3. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS DE DISEÑO, PARA LA SELECCIÓN DEL ÁRBOL DE VÁLVULAS, TERRESTRE O SECO (MARINO). 4. EJEMPLO DE APLICACIÓN. 5. RESULTADO DEL DISEÑO Y SELECCIÓN DEL ÁRBOL DE VÁLVULAS. 6. APÉNDICE. APÉNDICE 1. REFERENCIAS.


1. OBJETIVO

Debido a los avances tecnológicos y

Desarrollar una guía para la selección adecuada del árbol de válvulas para su aplicación en la elaboración del programa detallado de diseño de la intervención, en el apartado de conexiones superfciales,

contemplando la seguridad de la instalación en su entorno ambiental y durante su vida productiva.

2. INTRODUCCIÓN

de

las

modifcaciones

efectuadas en las normas internacionales que rigen su fabricación, han obligado a que los fabricantes en el diseño de los árboles de válvulas se preste una mayor atención, para dar cumplimiento con los requerimientos de ingeniería de detalle en el diseño de los pozos, ya que esta infraestructura constituye la integridad, seguridad y el control durante la vida productiva del pozo.

La presente guía tiene como propósito orientar a ingenieros de diseño y de pozo, así como al personal técnico que se encuentran relacionados con el diseño y operación de pozos para seleccionar adecuadamente el árbol de válvulas (cabezales y medio árbol de válvulas) (Ver Figura 1) corroborando la importancia en el diseño de pozos, considerando los factores técnicos necesarios como lo son: el gradiente de Geopresiones, la profundidad, la

El árbol de válvulas nos permite colgar a través de los cabezales las tuberías de revestimiento y de producción para

temperatura, los uidos y componentes

permitirá que los hidrocarburos uyan hacia la superfcie de una manera controlada y se pueda explotar y uir el

químicos contenidos en la formación, ya que estos componentes (cabezales y el medio árbol de válvulas o de producción) son los dispositivos para controlar cualquier anomalía que pudiera presentarse durante las etapas de desarrollo de la perforación, de la terminación o de la reparación de pozos, así como durante su vida productiva.

2

derivado

controlar

superfcialmente

cualquier

anomalía que pudiera presentarse en cada una de las etapas del desarrollo de la perforación y durante la terminación o reparación del pozo, para instalar posteriormente el medio árbol de producción donde previamente se colgará el aparejo de producción como se muestra en la Figura 1, lo cual

yacimiento en una forma segura, desde el yacimiento - la tubería de producción - el medio árbol de válvulas - la línea de descarga - el cabezal de grupo y fnalmente a la batería de separación,

almacenamiento y distribución del Activo Integral de Explotación de PEP.


Adaptador de prueba de fondo Válvula de sondeo Cruceta Porta estranguladores Válvula lateral de la rama 2 de producciòn Bridas compañeras Válvula maestra superior Válvula maestra inferior Adaptador o bonete de tubería de pro ducción Colgador para tubería de producción Cabezal de explotación Receptáculo o nido para buje protector de desgaste Cabezal para tubería de revestimiento Brida doble sello Cabezal para tubería de revestimiento Colgador para tubería de revestimiento

Figura 1. Diagrama de los componentes del cabezal y el medio árbol de válvulas o de producción.

3.

REQUERIMIENTOS TÉCNICOS DE DISEÑO PARA LA SELECCIÓN DEL CABEZAL Y DEL MEDIO ÁRBOL DE VÁLVULAS TERRESTRE O SECO (MARINO).

A continuación se menciona la información técnica requerida y obtenida en la elaboración del

programa de diseño de la intervención para llevar a cabo la selección básica de los cabezales y del medio árbol de válvulas:

a) Bases de Usuario de la intervención. b) Información técnica del programa de diseño de la intervención: • Objetivo de la intervención. • Ubicación. •

Situación estratigráfca.

3


Figura 2. Gradiente de geopresiones.

4


Obj: J. S. K Clase: Productor Coord SUP: X:464 018.20 Coord SUP: Y: 2 002 920.35 Coord OBJ: X:464 963.48 Coord OBJ: Y:2 003 392.16

AGUJERO 26” @ Formación Filisola 900 m.d.b.m.r / 900 m.v.b.m.r 20” 94 K55 ANTARES (0-300 m.d.b.m.r.) 20” 106.5 K55 ANTARES (300-900 m.d.b.m.r.)

AGUJERO 26” @ Formación Deposito 3400 m.d.b.m.r / 3400 m.v.b.m.r 13-3/8” 72 P110 BTC (0-1250 m.d.b.m.r.) 13-3/8” 72 TAC110 (2500-3100 m.d.b.m.r.)

BL@9 7/8” 3200 m

AGUJERO 12 1/4” @ Formación KSAN 5175 m.d.b.m.r / 4977 m.v.b.m.r. 9-7/8” 62.8 TRC95 VAMSLIJII (S) (0-2500 m.d.b.m.r.) 9-7/8” 62.8 TAC110 VAMSLIJII (S) (2500-3200 m.d.b.m.r.) 9-7/8” 62.8 TAC140 VAMSLIJII (L) (3200-5175 m.d.b.m.r.) KOP1 @ 4170 m.d.b.m.r KOP2 @ 5185 m.d.b.m.r Inclinación Máx: 65.50°

DLS: 2.0° / 30m DLS: 2.5° / 30m Azimut: 63.37°

Sección vertical Máx: 1490.75m TD: 6250.97 m.d.b.m.r. 5426.89 m.d.b.m.r AGUJERO 8 1/2” @ Formación J.S.T.I. 5766.62 m.d.b.m.r / 5226 m.v.b.m.r 7” 35 TAC140 VAMSLIJII (4400-5766 m.d.b.m.r.)

AGUJERO 5 7/8” @ Formación J.S.K. 6022 m.d.b.m.r / 5508 m.v.b.m.r

Programa de Densidades de Lodo (MD) Agujero 26”: Formación Filisola Intervalo 50-900 m: base Agua: 1.10-1.25 g/cc Agujero 17 1/2”: Formación Deposito Intervalo 900-3400 m: El: 1.30-1.60 g/cc Agujero 12 1/4”: Formación K.S.A.N. Intervalo 3400-5175 m: El: 1.85-1.95 SG g/cc Agujero 8 1/2”: Formación J.S.T.I. Intervalo 5175-5766 m: Espumado: 0.95 g/cc+N2 Agujero 5 7/8”: Formación J.S.K. Intervalo 5766-6251 m: Espumado: 1.01 g/cc+N2

Columna Geológica Probable Paraje Solo Mioceno Superior Filisola Mioceno Concepción Superior Encanto Depósito Oligoceno Eoceno Paleoceno Cretácico Superior Fm. Mendez Cretácico Superior San Felipe Cretácico Superior Agua Nueva Cretácico Medio Cretácico Inferior Jurasico Sup. Tithoniano Sup. Jurasico Sup. Tithoniano Inf. Jurasico Sup. Kimmeridgiano Profundidad Total

Aflora 2390 m 2691 m 2894 m 3045 m 3444 m 3744 m 4742 m 4815 m 4897 m 4974 m 5011 m 5026 m 5060 m 5122 m 5229 m 5427 m

Datos de Yacimiento Presión KM, KI: 149.79 Kg/cm JSK 165.96 Kg/cm (2360 psi, DEF 0.33 gr/cc) Temperatura: 147°C 2

2

5” 18 TAC140 VAMSLIJII (5566-6251 m.d.b.m.r.)

Figura 3. Estado mecánico esquemático.

5


• • • • • • • • • • • • •

Profundidad programada. Columna geológica probable. Información estimada del yacimiento. Gradiente de geopresiones.(Ver Figura 2). Estado mecánico esquemático. (Ver Figura 3). Objetivo de cada etapa. Proyecto direccional.

establecidos en la industria petrolera mundial.

Programa de uidos y control de

con los uidos contenidos en la

sólidos. Programa de barrenas e hidráulica. Aparejos de fondo y diseño de sartas. Programa de registros por etapa. Programa de tuberías de revestimiento. Programa de preventores.

formación durante el desarrollo de la perforación y en la terminación, cuando se tenga contacto con los hidrocarburos producidos, considerando un sistema cerrado como un contenedor de presión durante la vida productiva del pozo.

c) Operaciones en superfcie (tratamientos de estimulaciones o fracturamientos). d) Normatividad: Especifcación API 6A

última

Edición

(especifcación

internacional a la que el fabricante se apega para la fabricación de cabezales y medios árboles de válvulas).

4. EJEMPLO DE APLICACIÓN En este ejemplo se consideró el pozo denominado Ejemplo A, para efecto de seleccionar el cabezal de producción y el medio árbol de válvulas o de producción que estarán en contacto

4.1.- Determinar la temperatura supercial (Ts) y la presión supercial (Ps) uyente del pozo. La temperatura superfcial deberá ser

estimada o considerada por pozos de correlación para la selección del cabezal y del medio árbol de válvulas o de producción, ya que durante la etapa de la perforación, terminación y producción, tendremos una temperatura superfcial uyente en la

La utilización de la especifcación API

cabeza del pozo, debido al contacto de

(American Petroleum Institute) 6A / ISO 10423, ultima edición (19°) es debido a que PEMEX Exploración y Producción es cliente de las compañías proveedoras de cabezales y árboles de válvulas, las

los uidos producidos, la cual estará

cuales utilizan la especifcación API en

pozo de 70°C por correlación de pozos vecinos.

su proceso de producción y cumple con los requerimientos de seguridad y protección ambiental vigentes,

6

en función de la presión del yacimiento y de la presión uyente del pozo,

para este ejemplo se considerara una temperatura superfcial uyente del


N°

Intervalo Formación (mvbnm)

Litología Hidrocarburos (%)

1

49915006

Cretácico medio (KM)

2

50065040

Cretácico inferior Calizas (KI)

3

52055407

Jurasico superior Calizas kimmeridgiano Dolomías Aceite Volátil (JSK)

Calizas

Producción (bpd / mmpcd)

Temperatura (C°)

Presión (lb/pg2 )

% Mol H2 S

CO 2

1200 / 1.34

128

2130

3.7

3.8

1464 / 1.64

135

2360

1.56

1.59

Aceite Volátil Aceite Volátil

Tabla 1. Información estimada del yacimiento.

Campo

Pozo

(%) mol H2S

(%) mol CO2

Ejemplo

A

3.7

3.8

Temperatura superficial en la cabeza del pozo (ºC)

70

Presión en la rama de producción 2 (Ib/pg )

426.6

Tabla 2. Porcentajes de contenido de gas sulfhídrico (H 2 S) y de bióxido de carbono (CO2 ).

La presión en la rama de producción durante la etapa productiva del yacimiento con un sistema artifcal de

producción de bombeo neumatico en operación es de Ps = 30 kg/cm2 o Ps= 426.6 lb/pg2.

4.2.- Calcular la presión parcial del gas sulfhídrico (H2S) y del bióxido de carbono (CO2).

Es importante solicitar adicionalmente al personal de especialistas del Activo Integral de Explotación de PEP que proporcione el dato de la temperatura

Se obtiene la información estimada del yacimiento en las Bases de Usuario de la intervención (Ver Tabla 1) y se utilizan los “porcentajes mol” (%mol) de gas sulfhídrico (H2S) y de bióxido de carbono (CO2) presentes en los hidrocarburos de acuerdo a la Tabla 2.

superfcial (Ts) en la cabeza del pozo de los uidos producidos con su

Se procederá a calcular lo siguiente:

respectiva presión de operación en la rama de producción (Ps) y a pozo cerrado, lo cual seria la presión en la cabeza del pozo (Pwh).

a) Presión absoluta (Pabs) = Presión manometríca de la rama de producción + Presión Atmosferica. [Pabs= 426.6 + 14.7 = 441.3 lb/pg2 abs.]

7


b) Presión parcial CO2 (lb/pg2 abs) = [Pabs(psi) x ((%) mol CO2)]/100. Sustituyendo valores se tiene: Presión parcial CO2 = (441.3 x 3.8)/100 = 16.76 lb/pg2 abs

fondo obtenidos en los registros de correlación (Ver Tabla 3) y con el dato obtenido de la temperatura superfcial de los uidos producidos (Ts) que es de 70 °C, se selecciona la clasifcación

para los cabezales y el medio árbol de producción con respecto al rango de la temperatura establecido, para este ejemplo se tiene la clasifcación “S, T y U”, (Ver Tabla 4).

c) Presión parcial H2S (lb/pg2 abs) = [Pabs(psi)x((%) mol H2S)]/100. Sustituyendo valores se tiene: Presión parcial H2S = (441.3 x 3.7)/100 = 16.32 lb/pg2 abs

Para tal efecto es importante vericar la baja en la presión de trabajo de cada componente por efecto de la temperatura.

Donde: Pabs: Es la presión absoluta total en el sistema ó presión de gas libre en un sistema líquido (presión de operación en la rama de producción) (lb/pg2 abs).

4.4.Consultar la tabla de requerimiento de especicación API de rango máximo de presión de operación.

4.3.Consultar la tabla de requerimiento de especicación API de rangos de temperatura.

Con el gradiente de geopresiones se estima la presión de poro, formación y sobrecarga, las cuales nos determinara

Con los datos de temperatura de MD (m)

TVD (m)

Temperatura (°C)

Registro

Fecha

929

929

57

DR-CAL

9-MAR-1992

3367

3367

85

BHC-GR

30-11-1992

5041

4878

128

BHC-GR

6-MAR-1993

5700

5443

140

DLL-GR

2-Jul-1993

5951

5656

147

DLL-GR

29-JUL-1993

Tabla 3. Temperaturas registradas.

8


K

- 60 a 82 °C (-75 a 180 °F)

T

- 18 a 82 °C (0 a 180 °F)

L

- 46 a 82 °C (-50 a 180 °F)

U

- 18 a 121 °C (0 a 250 °F)

N

- 46 a 60 °C (-50 a 140 °F)

V

2 a 121 °C (35 a 250 °F)

P

- 29 a 82 °C (-20 a 180 °F)

X*

-18 a 180 °C (0 a 350 °F)

R

4 a 50 °C (40 a 120 °F)

Y*

-18 a 345 °C (0 a 650 °F)

Temperatura ambiente S

- 18 a 66 °C (0 a 150 °F)

*Verificar la baja en la presión de trabajo de cada componente por efecto de la temperatura

Tabla 4. Rangos de temperatura en grados centígrados (°C) y en grados fahrenheit (°F) por requerimientos de especicación API 6° A, Edición 19°.

la ventana operativa equivalente a la presión de operación o de trabajo que se tendrá durante el desarrollo de la perforación para seleccionar el rango de presión de trabajo de los cabezales que se utilizaran de acuerdo al programa de tuberías de revestimiento considerado. Así mismo con el dato estimado de la presión en la rama de producción o presión en la cabeza del pozo uyendo,

se seleccionara el rango de la presión de operación superfcial de los uidos

2,360 (lb/pg2), la cual se presentará en la superfcie cuando el pozo se encuentre

cerrado (Pwh) y estabilizado, debido a la migración y separación de la burbuja de gas hacia la superfcie.

Es importante considerar operaciones de mantenimiento tales como tratamientos de limpieza de tubería de producción e intervalos disparados, tratamientos de estimulaciones y fracturamientos, bombeos contra formación de productos químicos, para

producidos, que para el caso de este ejemplo (Ps) es de 30 kg/cm2 o 426 lb/ pg2.

lo cual se tendrá una presión superfcial

Para tal efecto la presión estatica del yacimiento (Pws) es de 166 (kg/cm2) o

Por lo tanto, se tienen tres rangos de presiones de operación durante el desarrollo de la perforación y la

máxima de operación durante estos tratamientos.

9


4.5.- Determinar la clase del material

terminación del pozo las cuales son de 3,000, 5,000 y 10,000 lb/pg2, (Ver Tabla 5). Presión de trabajo “(MPa) mega pascal”

Presión de trabajo 2 (Ib/pg )

13,8 20.7 34.5 69.0 103.5 138.0

2,000 3,000 5,000 10,000 15,000 20,000

y consultar la tabla de corrosividad de uidos retenidos por “Presión Parcial de CO2 y H2S” para el requerimiento de materiales.

Para determinar la clase de material para cada cabezal y para el medio árbol de válvulas o de producción que se utilizará según programa de tuberías de revestimiento establecido, se procederá a lo siguiente. Con los datos del resultado de la presión parcial del gas sulfhídrico (H2S) y del bióxido de carbono (CO2), para el desarrollo de la perforación y para la terminación, obtenidos en el inciso 4.2, se procederá a ubicar en que rango caen estas concentraciones utilizando la Tabla 6.

Tabla 5. Rangos de presión de trabajo en la manufactura de cabezales y árbol de válvulas o de producción según la norma API.

Con el dato del material obtenido de la Tabla 6, se procede a ubicar el material P R E S I Ó N P A R C I A L

PRESIÓN PARCIAL H2S < 7 psia

0 A < 0.05 psia

0.05 A 0.5 psia

0.5 A 1.5 psia

> 1.5 psia

AA

EE Ó DD

DD Ó EE

DD Ó EE

NO AMARGO NO CORROSIVO

7 A 30 psia

BB NO AMARGO

> 30 A <200 psia

AMARGO NO

CORROSIVO

CORROSIVO

EE AMARGO

EE AMARGO

EE AMARGO

LIGERAMENTE

LIGERAMENTE

LIGERAMENTE

CORROSIVO

CORROSIVO

CORROSIVO

CORROSIVO

CC

CC

NO AMARGO

NO AMARGO

MODERADAMENTE CORROSIVO

CC Ó HH NO AMARGO

CO2

AMARGO NO

CORROSIVO

LIGERAMENTE

A ALTAMENTE

> 200 psia

AMARGO NO

ALTAMENTE CORROSIVO

MODERADAMENTE A ALTAMENTE CORROSIVO

FF AMARGO MODERADAMENTE A ALTAMENTE CORROSIVO

FF AMARGO MODERADAMENTE A ALTAMENTE CORROSIVO

FF Ó HH

FF Ó HH

AMARGO

AMARGO

AMARGO

ALTAMENTE

ALTAMENTE

ALTAMENTE

CORROSIVO

CORROSIVO

FF Ó HH CORROSIVO

Material clase ZZ puede ser usado cuando los materiales previstos utilizados para servicio amargo no cumplen con los estándares de NACEMR0175/ISO15156 y se determinan entre fabricante y cliente.

10

Tabla 6. Clase de material de acuerdo a la concentración de presiones parciales del gas sulfhídrico (H 2 S) y del bióxido de carbono (CO2 ).


psia H2S

Clase de material

Relatividad de corrosión

AA SERVICIO GENERAL

NO CORROSIVO

< 0.05

BB SERVICIO GENERAL

LIGERAMENTE CORROSIVO MODERAMENTE A ALTAMENTE CORROSIVO NO CORROSIVO

< 0.05

CC SERVICIO GENERAL DD SERVICIO AMARGO*

EE SERVICIO AMARGO* FF SERVICIO AMARGO* HH SERVICIO AMARGO*

LIGERAMENTE CORROSIVO MODERADAMENTE CORROSIVO ALTAMENTE CORROSIVO

NACE MR0175

Cuerpos, Botones y Conexiones

Partes que controlan presión vastagos y colgadores

ACERO AL BAJO CARBÓN Ó ALEADO ACERO AL BAJO CARBÓN Ó ALEADO

ACERO AL BAJO CARBÓN Ó ALEADO ACERO INOXIDABLE ACERO INOXIDABLE

psia CO2

<7 7A 30

< 0.05

> 30

ACERO INOXIDABLE

0.05 A 1.5 0.5 A 1.5

<7

ACERO AL BAJO CARBÓN Ó ACERO AL CARBÓN ALEADO ** ALEADO ** ACERO AL BAJO CARBÓN Ó ACERO INOXIDABLE ** ALEADO **

> 1.5 > 1.5

7A 30 7A 30 > 30

ACERO INOXIDABLE **

ACERO INOXIDABLE **

ACERO ALEADOS RESISTENTES A LA CORROSIÓN **

ACERO ALEADOS RESISTENTES A LA CORROSIÓN **

Definido por NACE MR0175/ISO 15156* En conformidad con NACE MR0175/ISO 15156**

Tabla 7. Corrosividad de uidos retenidos por Presión Parcial de bióxido de carbono (CO2 ) y gas sulfhídrico (H 2 S) para el requerimiento de materiales.

seleccionado, utilizando la Tabla 7 de corrosividad de uidos retenidos

por presiones parciales, para obtener las características del tipo de acero a utilizar en el arreglo de materiales, como se muestra a continuación en la Tabla 8: Componentes principales del árbol de válvulas

Cabezal para tubería de revestimiento de 20”. Cabezal semicompacto para tubería de revestimiento de 13-3/8” y 9-7/8” con sellos secundarios y cuñas de emergencia. Medio árbol de válvulas con brida adaptadora.

Temperatura / Clase de material.

S/AA. Sección inferior: T/BB. Sección superior: U/BB. Componentes primaros y secundarios: U/DD. Componentes primaros y secundarios: U/EE.

4.6.Determinar el Nivel de Especicación del Producto (PSL) mínimo recomendado por la norma. El nivel de especifcación del producto PSL (Product Specifcation Level)

es un requerimiento de control de calidad, el cual se incrementa con la severidad del servicio en función de la concentración del gas sulfhídrico (H2S) y del bióxido de carbono (CO2), por lo que el API recomienda un PSL para varias condiciones de servicio. Las recomendaciones para PSL aplican solamente al equipo primario y es el siguiente: • • •

Tabla 8. Resultados de la selección de la clase de material.

Cabezal de producción. Colgador de tubería producción. Adaptador de tubería producción.

de de

11


•

Primera válvula maestra.

Cabe señalar que las partes primarias a los dispositivos se encuentran en

contacto

con

el

ujo

de

los

hidrocarburos producidos. Las partes complementarias del cabezal y el medio árbol de válvulas o

producción

partes la

se

clasifcan

secundarias.

especifcación

El

para

como

nivel el

de

A continuación se presenta en la Tabla 9 el resultado del uso del diagrama de decisión recomendado por la norma para la selección del “PSL” para las partes primarias y secundarias del cabezal y del medio árbol de válvulas (Ver Figura 4).

Cabezal para tubería de revestimiento de 20”.

Nivel de especificación del producto “PSL”.

PSL-1.

Cabezal semicompacto Sección inferior: PSL-1. para tubería de revestimiento de 13-3/8” Sección superior: PSL-3G. y 9-7/8” con sellos secundarios y cuñas de Componentes primaros emergencia. y secundarios: PSL-1 y PSL-2. Medio árbol de válvulas con brida adaptadora.

Componentes primaros y secundarios: PSL-2.

Tabla 9. Resultado de la selección del “PSL”..

12

4.7.Determinar la existencia de la alta concentración de gas sulfhídrico.

equipo

secundario puede ser igual o menor que el nivel para el equipo primario.

Componentes principales del árbol de válvulas

Sin embargo por política de seguridad y protección ambiental, la Unidad de Perforación y Mantenimiento de Pozos, solicita a los proveedores de cabezales y medios árboles de válvulas o de producción, considerar un PSL para el árbol de válvulas.

Es importante determinar si durante el desarrollo de la perforación y la terminación nos vamos a enfrentar con la presencia del gas sulfhídrico (H2S), ya que cuando se tiene una concentración mayor a 50 ppm ó más en el aire, será necesario verifcar la

presencia de este. Cabe señalar que el olfato humano no puede detectar concentraciones mayores a 50 ppm de gas sulfhídrico (H 2 S). 4.8.- Determinar el radio de exposición y proximidad cercana. Este concepto esta defnido por la

distancia existente entre el pozo y un poblado cercano (carretera, parque recreativo, ciudades, edifcios, etc). Los criterios para defnir los radios

de exposición, pueden variar ya que la cercanía critica debe considerar el potencial del impacto de una condición de descontrol que ponga en peligro la vida humana y el entorno ecológico con la cercanía del pozo, así como


G 3 L S P

G 3 L S P

3 L S P

G 3 L S P

I S S A G E D O Z O P

A I S R P O 0 Y 0 A 0 5 M

I S

O N J A O I B S A E R R T P E D

I S

3 - 2 - 3 L L L S S S P P P

O N

L A U I S G I P 0 O 0 R 0 5 O N A E M

I S N O I C A S A R 2 T T H L N A E E C D N O C

O N

I S

O I C I N I

O J A L B A A U I S R G T I P 0 E O D R 0 0 , N O 5 Y 1 O I S A E M R P

S A G E D O Z O P

O N

N O I C A S A R 2 T T H L N A E E C D N O C

I S P 0 0 0 5 E D R O Y A M

I S P 0 0 0 5 A L A U G I O R O N E M


O N

I S P 0 0 0 5 E D R O Y A M

O N

1 L S P

3 L S P

I S P 0 0 0 5 A L A U G I O R O N E M

I S

E O D S N O A Z G O P

E D S O A Z G O P

A I S R P O 0 Y 0 A 0 5 M

O N

2 L S P


I S

I S

5 7 1 0 R M E C A N A C I L P A

2 - 2 L L S S P P

O J A B A R T E D N O I S E R P

O N

1 L S P

. I S P 0 0 0 5 L A U G I O R O N E M

e d s e l o b r á y s e l a z e b a c e d o i r a m i r p o p . i u ) q L e S P a r ( a s a p l s u v o l d á a v d n e m o c e r s o m i n í m s e l e v i N . 4 a r u g i F

13


el potencial de riesgo, de peligro, y de seguridad los cuales se deben considerar para adicionarlos e incluirlos cuando sea necesario. Como referencia y para tal efecto se tiene una regla defnida y utilizada en los EUA, la cual especifca que el

espaciamiento deberá ser mayor a 15 m cuando se tenga una concentración mayor a 100 ppm y 500 ppm de H2S utilizando las ecuaciones siguientes: a) Calcular el ROE para una concentración de 100 ppm, utilizando la siguiente ecuación. X =[(1.589)*(fracción mol(H 2 S)*(q)]

0.6258

X = [(1.589)*3.7*(1,900,000)] 0.6258 = 25744 pies= 7848 m= 7.848 km

b) ROE para una concentración de 500 ppm de H2S: X = [(0.4546)*(3.7)*(1,900,000)] 11764 pies= 3586 m= 3.586 km

0.6258

=

Por lo tanto, el radio de exposición para estas concentraciones será de 3.5 a 7.8 kilómetros de distanciamiento entre el pozo y un poblado cercano. 4.9.- Determinar los requerimientos de funcionalidad PR (Performance

Requirements).

b) Calcular el radio de exposición para una concentración de 500 ppm, utilizando la siguiente ecuación. X =[(0.4546)*(fracción mol(H 2 S)*(q)]

ppm de H2S:

0.6258

Donde:

Los requerimientos de funcionamiento son específcos y únicos.

Todos

los productos serán diseñados para realizarse según los requisitos de esta cláusula y de la cláusula 10 de la Norma API 6A (19 va) edición.

X: Radio de exposición (pie). q: Gasto máximo de la fuga (pie3/día). fracción mol de H2S: concentración del gas sulfhídrico en la mezcla gaseosa de la fuga. Para este ejemplo se tiene un gasto de aceite y gas estimados de 1000 barriles por día y 1.9 millones de pies cúbicos diarios con una concentración de 3.7 % mol de H2S, por lo tanto sustituyendo las cantidades se tiene lo siguiente: a) ROE para una concentración de 100

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Otros requisitos de funcionamiento incluyen capacidad de carga con ciclos de fuerza o esfuerzo de torsión. Hay dos niveles del requisito de funcionamiento que es el PR-1 y el PR-2, que son el número de ciclos de prueba a diferentes condiciones de presión y temperatura. Siendo el API una especifcación que

recomienda y que no es mandataria en su fabricación de los árboles de válvulas, se tiene que adaptar a


las necesidades de los diseños de pozos que se perforan en México de acuerdo a los problemas presentados y experiencias durante su desarrollo, así como la composición de los hidrocarburos producidos, cuidando la seguridad y la protección al medio ambiente. Para el caso de este ejemplo se enlista en la Tabla 10 el “PR” recomendado: Componentes principales del árbol de válvulas Cabezal para tubería de revestimiento de 20”. Cabezal semicompacto para tubería de revestimiento de 13-3/8” y 9-7/8” con sellos secundarios y cuñas de emergencia.

Medio árbol de válvulas con brida adaptadora.

Requerimiento de funcionalidad “PR”.

PR-1. Sección inferior: PR-1. Sección superior: PR-2. Componentes primaros y secundarios: PR-2 y PR-1. Componentes primaros y secundarios: PR-1.

válvulas con las siguientes medidas: 20-3/4” - 5,000 x13-5/8”- 5,000 x 13-5/8”-10,000 x 4-1/16”- 5,000 lb/pg2. Para un arreglo de tuberías de revestimiento de: 20” x 13-3/8” x 9-7/8” x 7” x 5” x 4-1/16”, con presión de trabajo de 5,000 lb/pg2 y clasifcación: S, T, U/AA, BB, DD, EE/PSL-1, PSL-2, PSL-3G/ PR-1, PR-2. Obtenido el resultado anterior y con tiempo de anticipación, solicitar la propuesta técnica al proveedor de arboles de valvulas vigente, con los datos de diseño utilizados, para su revisión, aprobación y programación respectiva de acuerdo al programa operativo trimestral (POT) vigente.

Tabla 10. Resultado de la selección del “PR”.

5.- RESULTADO DEL DISEÑO Y SELECCIÓN DEL ÁRBOL DE VÁLVULAS. Durante el desarrollo en la elaboración del programa de diseño en el apartado de

conexiones

superfciales,

se

determino lo siguiente (Ver Tabla 11 y Figura 5). Por lo tanto se requiere un árbol de

15


Árbol de válvulas

Cabezal para Tubería de revestimiento de 20”

Tamaño nominal(pg) / Presión de trabajo (lb/pg2)

Especificaciones de material (Temperatura /clase de material / nivel de especificación/ requerimiento de funcionalidad)

Componentes

a) Colgador 20-3/4” x 13 - 3/8”.

20-3/4”/3,000

S / AA / PSL-1/PR-1

b) 4 Válvulas de compuerta 2-1/16” 3,000 Ib/pg 2. c) Brida compañera 2-1/16”, 3,000 Ib/pg .2

Cabezal 13-3/8”/ semicompacto 5,000 / 10,000 para tubería de revestimiento de 13-3/8” y de 9-7/8” con sellos secundarios y cuñas de emergencia.

Sección inferior: T/ BB/ PSL-1/PR-1.

a) Brida inferior 20-3/4”,3,000 Ib/pg .2 b) Brida intermedia 13-5/8” 5,000 Ib/pg 2. c) Brida Superior 13-5/8” 10,000 Ib/pg .2

Sección superior: U / DD / PSL-3G / PR-2

d)Válvula de compuerta 2-1/16”, 5,000 Ib/pg 2.

a) Colgador 13-5/8” x 9-7/8” rosca premiun, piñon inferior y caja superior con buje empacador de 13-5/8” Ib/pg 2.

Tubería corta o liner de 7” y 5”. U / DD / PSL-2 / PR-2

b) 4 Válvulas de compuerta 2-1/16” 10,000 Ib/pg2. c) 2 Estranguladores 2-1/16” 10,000 Ib/pg .2 2

d) 2 Bridas compañeras 2-1/16” 10,000 lb/pg x 2-7/8” rosca premiun.

U / DD / PSL-2 / PR-1 Medio árbol de 13-5/8”, 5,000 x U / EE / PSL-2 / PR-1 producción con 4-1/16”, 5,000 brida adaptadora U / EE / PSL-2 / PR-1

e) Colgador 13-5/8” x 4-1/2” rosca premiun, piñon inferior y caja superior. a) Bonete adaptador 13-5/8”, 5K x 4-1/16“, 5K y Brida adaptadora 13-5/8”, 10K x 13 5/8“,5K. b) 1 Válvula 4-1/16” 5,000 Ib/pg . a) 1 válvula 4-1/16”, 5,000 Ib/pg .2 2

a) 4 válvulas 2-1/16”, 5,000 Ib/pg .

U / EE / PSL-2 / PR-1

b) 1 válvula de 4-1/16”,5,000 Ib/pg 2. 2 Estranguladores de 2-1/16”, 5,000 Ib/pg 2. c) 1 Cruceta 4-1/16”, 5,000 Ib/pg 2 x 2-1/16”, 5,000 Ib/pg 2. d) Adaptador de prueba 4-1/16”, 5,000 Ib/pg 2.

ÁRBOL DE VÁLVULAS TERRESTRE SEMICOMPACTO P/ TERMINACIÓN SENCILLA 20-3/4”-5,000 X 13-5/8”- 5,000 X 13-5/8”-10,000 X 4-1/16” - 5,000 Ib/pg 2

Tabla 11.- Distribución de cabezales y medio árbol de válvulas o de producción.

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Adaptador de 4-1/16”, 5K Cruceta 4-1/16” x 2-1/16”, 5K Válvulas laterales de la rama 2 de producciòn 2-1/16”, 5K Estrangulador 2-1/16”, 5K Brida compañera 2-1/16”, 5K x 2-7/8” Válvulas maestras inferior y superior 4-1/16”, 5K Bonete adaptador 13-5/8”, 5K x 4-1/16”, 5K y brida adaptadora 13-5/8”,10K x 13 5/8”, 5K. Colgador 13-5/8” x 4-1/2” rosca Premium Colgador 13-5/8” x 9-7/8” rosca Premium con buje empacador de 13-5/8” Válvulas 2-1/16”, 10K Estrangulador 2-1/16”, 10K Brida compañera 2-1/16”, 10K x 2-7/8” rosca Premium Cabezal 13-3/8”, Brida Inferior 20-3/4” 3K, Brida intermedia 13-3/8”, 5K, Brida Superior 13-5/8”, 10K Brida compañera 2-1/16”, 3K Válvulas laterales 2-1/16”, 3K Colgador 20-3/4” x 13-3/8” Cabezal 20” x 20-3/4”, 3K

Figura 5. Resultado de la selección del árbol de válvulas (cabezales y medio árbol de válvulas o de producción).

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6.- APENDICE Apéndice 1. Referencias. 1.- Especifcación para el cabezal

y el árbol de navidad, ANSI / API especifcación 6 A, 19° edición, julio

2004. 2.- Manual de conexiones superfciales

de control. UPMP- 2010, PEMEX Exploración y Producción. 3.- Información técnica de proveedores de cabezales y medios árboles de producción. 4.- Guías de diseño de perforación y terminación de pozos. “Gerencia de Ingeniería y Tecnología. UPMP, Sede Villahermosa”. 5.- Portal de la UPMP, Expediente digitales de pozos “EXDIPO”. 6.- Sistema informativo de operación de pozos “SIOP”. 7.- Procedimientos operativos y recomendaciones de seguridad durante la perforación, terminación y reparación de pozos petroleros en presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S) y bióxido de carbono (CO2), No. 223-21100-OP-211-0301.

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GUIA 18T DE DISENO SELECCION DE AV TERRESTRE O SECO.pdf

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