ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA “MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” BOLIVIA
PRODUCCIÓN PETROLERA I
“PACKERS”
DANIEL FERNANDO SEVERICHE MURILLO HANS SERGIO REYNOLDS FERNANDEZ
SANTA CRUZ – !"#
ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA “MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” BOLIVIA
PRODUCCIÓN PETROLERA I
“PACKERS”
DANIEL SEVERICHE MURILLO S#$"!%& HANS REYNOLDS FERNANDEZ S#"'(%&
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA EL SE)TO SEMESTRE DE INGENIERÍA PETROLERA
DOCENTE* I+,. C--/01+2 A3-+4/ M.
ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA “MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” BOLIVIA
PRODUCCIÓN PETROLERA I
“PACKERS”
DANIEL SEVERICHE MURILLO S#$"!%& HANS REYNOLDS FERNANDEZ S#"'(%&
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA EL SE)TO SEMESTRE DE INGENIERÍA PETROLERA
DOCENTE* I+,. C--/01+2 A3-+4/ M.
INDICE ". INTRODUCCION......................... INTRODUCCION............................................ ...................................... ...................................... ........................... ........ . DESARROLLO DEL TEMA.................................... TEMA................................................................... ..................................... ...... .". 56UÉ SON LOS PACKERS7................ PACKERS7................................... ................................................... ................................ .. FUNCIONES DE LOS PACKERS.............. PACKERS................................. ...................................... ............................ ......... .#. ELEMENTOS PRINCIPALES PRINCIPALES DEL PACKER.................. PACKER................................. ......................... .......... .#.". E-8-+02/ 9- S-2..................................... S-2........................................................ ......................................... ...................... .#.. C:;4/....................................... C:;4/.......................................................... ..................................... ..................................... ......................... ...... .#.#. C2+2/.................................................... C2+2/................................................................................... .............................................. ................... .#.<. C:-3=2 9- -8=4>4923...................... - 8=4>4923........................................ ..................................... ................................. .............. .<.CLASIFICACION DE LOS PACKERS................. PACKERS.................................... ...................................... ................... .<.". PACKERS PACKERS RECUPERABLES........................ RECUPERABLES.......................................... ........................................ ...................... .<.".". P4>?-3/ R->:=-34@-/ M->4+1>2/................................................... .<.".".".P4>?-3/ M->+1>4/ 9- C28=3-/1+ /18=-.................................. .<."."..P4>?-3/ M->+1>4/ 9- C28=3-/1+ D2@-/.................................. .<.".".#. P4>?-3/ M->+1>4/ 9- T-+/1+ S-+>14/.................................... .<.".".<. P4>?-3/ M->+1>2/ 9- T-+/1+. T-+/1+. C28=3-/1+ 3204>1+........... .<.".".$. V-+044/ D-/-+044/ 9- 2/ P4>?-3/ R->:=-34@-/ M->+1>2/....................................................................................................... .<."..P4>?-3/ R->:=-34@-/ H1934:1>2/..................................... H1934:1>2/................................................. ............ .<."..". P4>?-3/ H1934:1>2/ 9- A/-+0481-+02 D1-3-+>14........... D1-3-+>14..... ........... ........ ... .<."... P4>?-3/ H1934:1>2/ H1934:1>2/ 9- 9- 4/-+0481-+02 H1932/001>2............ H1932/001>2...... ...... .<.".".#. A=1>4>12+-/................................................................................ .<.".".<. V-+044/ D-/-+044/ 9- 2/ P4>?-3/ R->:=-34@-/ H1934:1>2/.................................. H1934:1>2/..................................................... ...................................... ........................................... ............................ .... .<.#. PACKERS PACKERS PERMANENTES.................. PERMANENTES.................................... ............................................. ........................... .<.#.". A=1>4>12+-/................................. A=1>4>12+-/.................................................... ..................................... ................................. ............... .<.#..V-+044/ D- 2/ P4>?-3/ P-384+-+0-/........................................... .$. EVALUACIÓN EVALUACIÓN DE UN EMPA EMPACADOR.................. CADOR..................................... .................................. ............... .&. SELECCIÓN DE PACKERS................. PACKERS...................................................... ................................................. ............
.(. CALCULOS Y EJERCICIOS EJERCICIOS SOBRE EL PA PACKERS............................ CKERS.................... ........ #. CONCLUSION CONCLUSIONES ES Y RECOMENDA RECOMENDACIONE CIONES..... S.......... ......... ......... ......... ............. ................... ............ .. <. BIBLIOGRAFIA........................ BIBLIOGRAFIA........................................... ...................................... ...................................... ........................... ........ ÍNDICE DE CUADROS CUADRO .".F:+>12+-/ 9- 2/ =4>?-3/.................. =4>?-3/ ....................................................... ..................................... CUADRO ..T1=2/ 9- --8-+02/ /-4+0-/................................................. CUADRO .#.V-+044/ .#.V-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ 8->4+1>2/....................................... CUADRO .<.D-/-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ 8->4+1>2/.............................. CUADRO .$.V-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ 193:1>2/................................... 193:1>2/.................... ............... CUADRO .&.D-/-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ 193:1>2/............................. CUADRO .(.V-+044/ .(.V-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ P-384+-+0-/................................. CUADRO ..D-0-381+4>1+ 9- 4 >2332/1+-/=-3494.............................
ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA .".E/03:>0:34 @4/1>4 9- =4>?-3.................................................... FIGURA ..E-8-+02/ =31+>1=4-/ 9- =4>?-3............................................ FIGURA .#.P4>?-3 9- C28=3-/1+ /18=-.................................................. /18=-.................................................. FIGURA .<.P4>?-3 9- C28=3-/1+ 92@-................................................... FIGURA .$.P4>?-3 9- T-+/12+ T-+/12+ /-+>14....................................................... /-+>14.............................................. ......... FIGURA .&.P4>?-3 9- T-+/12+ C28=3-/12+ 3204>12+............................ FIGURA .(.P4>?-3 R->:=-34@- S-+>12 9- 4/-+0481-+02 193:1>2 M29-2 H1932%&................................... H1932%&...................................................... ...................................... ...................... ... FIGURA ..P4>?-3 R->:=-34@- S-+>12 9- 4/-+0481-+02 1932/0401>2 M29-2 H1932%................................................... H1932%...................................................................... ....................... FIGURA .'.E/03:>0:34 9- =4>?-3 =-384+-+0-......................................... FIGURA ."!.M4031 9- >43,4 9- :+ -8=4>4923........................................ FIGURA ."".E->02/ ."".E->02/ /18:0+-2/ 9- =3-/1+ >43,4 414..................... 414. .................... FIGURA .".E-8-+02/ >301>2/ 9- 44 9- :+ -8=4>4923..................... FIGURA ."#.E+2-+0- 9- 9-/-8=-;2......................... 9-/-8=-;2.................................................... ........................... FIGURA ."<.E+2-+0- 9- 9-/-8=-;2 >2+/19-3492 91-3-+0918-0321+0-3123 9- 3--/0181-+02......................... 3--/0181-+02............................................ ..................................... .................. FIGURA ."$.D1-3-+>14 9- =3-/1+ 9:34+0- 41+9:>>1+........................ FIGURA ."&.D1-3-+>14 9- =3-/1+ 9:34+0- 4=3:-@4 9- 4981/1+ $ FIGURA ."(.C2+91>12+-/ 9:34+0- 4 -/018:4>1+ ......... ........................ ....................... ........ FIGURA .".E->02/ :- >4:/4+ 82181-+029- 4=43-2 9=329:>>1+..................................... =329:>>1+........................................................ ...................................... .................................... ......................... ........ FIGURA ."'.E->02/ :- 1+0-31-+-+ 9:34+0- :+4 1+9:>>1+................. FIGURA .!.E->02/ :- 1+0-31-+-+ 9:34+0- :+4 =3:-@4 94981/1+.................................. 4981/1+..................................................... ..................................... ..................................... ................................ ............... FIGURA .".C4:/4/ 9- 82181-+02 9- 4=43-2 9:34+0- :+4 -/018:4>1+34>0:3481-+02.......................................... -/018:4>1+34>0:3481-+02....................... ...................................... .............................. ........... FIGURA ..P3-/1+ 4 4 40:34 9- -8=4>4923........................................ FIGURA .#.C28=230481-+02 9- 2/ -/:-32/ /2@3- - -8=4>4923.................................................................................................... FIGURA .<.F:-34/ /2@3- - =4>?-3/...................................................... FIGURA .$.E/0492 .$.E/0492 M->4+1>2....................................... M->4+1>2.......................................................... ............................. ..........
FIGURA .&.D14,3484 9- :-34/..............................................................
". INTRODUCCIÓN Llamados también obturadores o empacadores, son herramientas diseñadas a fin de ayudar en la eficiente producción del petróleo y gas de un pozo con uno o más niveles
productores,
aislando
los
niveles
de
interés.
Los packers generalmente se los considera como la herramienta más importante del pozo en la tubería de producción ya ue entre sus varias funciones, la función principales la proveer la forma de sellar el espacio tubular del espacio anular. !ste sello debe proveer una barrera duradera compatible con los fluidos y gases de yacimiento al igual ue los fluidos y gases de casing.
Los packers de producción se emplean en los arreglos sub"superficiales para brindar el mecanismo más apropiado para direccionar los fluidos de producción por la trayectoria más apropiada determinando una producción eficiente. Los tipos depackers de completación varían grandemente y están diseñadas para cubrir condiciones específicas del pozo o del reservorio #sencillas o en configuración agrupada, con sartas sencillas, duales o triples$.
1
. DESARROLLO DEL TEMA .". 56UÉ SON LOS PACKERS7 %on herramientas de fondo ue se usan para proporcionar un sello entre la tubería de producción y la tubería de revestimiento a fin de evitar el movimiento vertical de fluidos desde el packer por el espacio anular hacia arriba.
!n la actualidad e&iste una gran diversidad de packers en el mercado, pero todas ellas poseen básicamente la misma estructura
FIGURA .". E/03:>0:34 @/1>4 9- =4>?-3
2
.. FUNCIONES DE LOS PACKERS !ntre sus funciones correspondientes están'
F:+>12+-/ 9- 2/ =4>?-3/ 4 C2+1+43 4/ =3-/12+-/ -+ - 2+92 9- =22 -104+92 :- 4 =3-/1+ 9- 2384>1+ -+03- 4 4+:43 0:@-34%3--/01923. @ P320-,-3 4 0:@-34 9- 3--/0181-+02 9- -/04192 @42 >2+91>12+-/ 9- 404 =329:>>1+ 2 =3-/12+-/ 9- 1+->>1+. > M4+0-+-3 2/ :192/ 9- 4 2384>1+ 4-492/ 9- 4 /->>1+ 9- 3--/01923 :- -/0 =23 -+>184 9- 4 -8=4>49:34. 9 M4+0-+-3 2/ :192/ =-/492/ =434 - >2+032 9- =22 -+ - -/=4>12 4+:43. - E1043 4 1+4/1+ 9- 43-+4 /2@3- 4=43-2/ 9- >-942/ A1/43 =-3234>12+-/ 2+4/ 9- =329:>>1+ -+ >28=-04>12+-/ 801=-/. , P-381013 - :/2 9- >1-302/ 8Q0292/ 9- -4+0481-+02 43011>14 P320-,-3 4/ TR/ >4@-4-/ 9
A04/ P3-/12+-/
F:192/ >2332/12/ :- =329:>-+ 2/ 1932>43@:32/
CUADRO.".* F:+>12+-/ 9- 2/ P4>?-3/
.#. ELEMENTOS PRINCIPALES DEL PACKER .#.". E-8-+02/ 9- /-2.% %u función es generar un sello entre el empacador y la tubería de revestimiento. !stos pueden ser fabricados de diferentes materiales los cuales pueden ser operados ba(o diferentes condiciones de presión y temperatura.)uando se asienta un packer, el elemento sellante se comprime para formar un sello contra la tubería de revestimiento. *urante la compresión, el 3
elemento de goma se e&pande entre el cuerpo del packer y la pared de la tubería de revestimiento.
CUADRO..* T1=2/ 9- --8-+02/ /-4+0-/
.#.. C:;4/.% %on piezas metálicas de acero recubiertas con material de alta dureza #tungsteno$ ya ue son las ue anclan la empacadura al revestidor impidiendo el movimiento de la misma.
.#.#. C2+2/.% %irve como un e&pansor para forzar las cuñas hacia la tubería de revestimiento, también sirven como soporte a los elementos de sello.
.#.<. C:-3=2 9- -8=4>4923.% !s una superficie pulida ue está en la parte interior del empacador, la cual forma un sello con las unidades de sellos multi"v impidiendo el flu(o entre el empacador y el apare(o de producción. +demás esta parte del empacador mantiene unidos todos los componentes de la herramienta.
4
FIGURA .. E-8-+02/ P31+>1=4-/ 9- =4>?-3
.<%.CLASIFICACION DE PACKERS *e acuerdo al sistema de ancla(e las empacaduras se pueden clasificar de la siguiente manera'
.<.".% PACKERS RECUPERABLES %e les conoce a los empacadores ue se introducen al pozo, se anclan dependiendo su mecanismo y se recuperan con la tubería de producción. Los obturadores recuperables son preferidos en aplicaciones donde' •
La vida de la terminación es relativamente corta
•
Las condiciones dentro del pozo no son hostiles como temperatura, presión, presencia de -%
•
rofundidad de asentamiento somera a mediana
•
resiones diferenciales de ba(as a moderadas
•
/rayectoria del pozo recta o con desviación moderada
•
roduccióndesdem0ltipleszonas
5
Los packers recuperables se clasifican en'
.<."."% P4>?-3/ R->:=-34@-/ M->+1>2/ Los packers mecánicos representan las empacaduras más comunes utilizadas en la industria petrolera. !stas empacaduras son ba(adas con la tubería de producción y su asentamiento se logra girando la tubería en el sentido de las agu(as del relo(. !l n0mero de vueltas está determinado por profundidad y el diseño de cada fabricante. 1eneralmente se utilizan para las siguientes aplicaciones y condiciones' •
ara profundidades ba(as o medianas
•
ara presiones moderadas o medianas
•
ozos verticales o con desviaciones moderadas
*e acuerdo a la característica de la operación superficial para anclarlas se clasifican en' 2.4.1.1.1.-Packers Mecánicas de Compresión simple :
%on sencillas debido a ue poseen solo un sistema de ancla(e al revestidor, no tienen válvula interna de circulación, el elemento sellante puede traba(ar hasta -2345 y utilizan un (uego de cuñas, ue cuando se activan, evitan ue la empacadura se mueva hacia aba(o. %i se contin0a aplicando compresión al empaue, se comprimen las gomas y se realiza el sello y permanecerá asentada mientras ue peso suficiente sea mantenido sobre el empaue. %e anclan cuando se llega a la profundidad de asentamiento rotando la tubería en dirección de las agu(as del relo( para ue salga la 678 del perfil interno del mandril, de esta manera salen las cuñas y se coloca peso sobre el obturador para anclarlo al revestidor.
6
FIGURA .#. P4>?-3 9C28=3-/1+ /18=-
2.4.1.1.2.- Packers Mecánicas de Compresión Dobles: %imilar
a
las
sencillas,
son
euipos
recuperables, son dobles debido a ue tienen doble sistema de ancla(e, el agarre mecánico igual a la sencilla y adicional un sistema de candados hidráulicos los cuales son accionados mediante presión hidráulica y los mismos son localizados
por deba(o de
la válvula de
circulación.
!ste tipo de empacadura se debe asentar en compresión la cual se debe mantener. Las cuñas hidráulicas evitan ue la empacadura se mueva
hacia
arriba
utilizando
la
presión
aplicada en la tubería. !ste sistema permite ue la empacadura pueda operar segura en pozos demayores presiones ue otras empacaduras ue tienen ambos (uegos de cuñas por deba(o de las gomas. FIGURA .<. P4>?-3 9C28=3-/1+ D2@-
7
2.4.1.1.3.-Packers Mecánicas de Tensión Sencillas : %on euipos recuperables y muy similares a las empacaduras
de
compresión
sencillas,
la
diferencia es ue presenta las cuñas y cono invertidos, por esta razón el sistema de ancla(e es tensionando la tubería. %u mayor aplicación se encuentra en los pozos inyectores de agua y en pozos productores someros y con tubería de completación de diámetros peueños donde el peso de esta es insuficiente para asentar los obturadores de compresión o peso.
FIGURA .$. P4>?-3 9T-+/12+ /-+>14
2.4.1.1.4.- Packers Mecánicos de Tensión. Compresión y roación:
+l igual ue todos los anteriores son euipos recuperables, presenta la versatilidad ue se pueden
asentar
aplicándole
esfuerzos
de
compresión, tensión y rotación. 9sado
para
producción,
inyección, fracturas,
zonas aisladas y aplicaciones de cementación remedial.
osee capacidad de resistir altas
presiones diferenciales en caso de estimulaciones después de haber completado el pozo. FIGURA .&. P4>?-3 9T-+/12+ C28=3-/12+ 3204>12+
8
2.4.1.1.!. "ena#as y Des$ena#as de los Packers %ec&perables Mecánicos Las venta(as de los packers mecánica recuperable están los siguientes'
C2/02
V-+044/ P23 2 ,-+-34 8-+23 :- 2/ 2032/ 01=2/ 9- -8=4>4923-/
A/-+0481-+023-=-01
E -8=4>4923 =:-9- 4/-+043/- 1@-343/- =2/1>12+43/- -+
@-
2032 =:+02 /1+ 0-+-3 :- /4>432 =434 3-=434>1+
V-3/4011949
U+ 81/82 -8=4>4923 /- =:-9- :/43 -+ 3--/0181-+02/ 9- 81/82 0484;2 OD 91-3-+0- =-/2 91-3-+0- ID 9310 S- 4@31>4+ -+ 2=>12+-/ 9- 4/-+0481-+02 >2+ =-/2 0-+/1+ @1913->>12+4 2 9- 3204>1+
L2+,10:9
P:-9-+ :01143/- =23 2 ,-+-34 -+ /->>12+-/ 9- =22 >2+ 404/ 9-/14>12+-/ 2 >:340:34/ -03-84/
CUADRO.#.* V-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ 8->4+1>2/
Las desventa(as de empacadura mecánica recuperable están los siguientes'
D-/-+044/ C4=4>1949
A04/ >43,4/ 2=-34>12+4-/ 18=:-/04/ /2@3- 4 /4304 =:-9-+
1810494
9-/4+>43 1@-343 - 2@0:34923 L2/ 8->4+1/82/ 9- 4/-+0481-+02 9- 1@-34>1+ =:-9-+ +2 =-381013 /: >233194 -+ /-31-/ 9- 92/ 2 8/ -8=4>4923-/ R-:1-3-+ =23 2 ,-+-34 9- 3204>1+ 82181-+02 9- 4
A/-+0481-+0
/4304 9- 0:@-34 9- =329:>>1+ =434 /: 4/-+0481-+02
2
1@-34>1+ N2 01-+-+ =321/1+ 9- “484>-+4- 9- -+-3,4” =434 4:943 -+ - /-2 4+>4- 9- 2@0:34923 .
CUADRO .<.* D-/-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ 8->4+1>2/
9
.<."..%P4>?-3/ 3->:=-34@-/ 193:1>2/ %on euipos compuestos de iguales materiales ue las empacaduras mecánicas, la diferencia estriba en el mecanismo de ancla(e de éstas ue es mediante presión hidráulica. !l procedimiento de asentamiento es el siguiente'
%e ba(a con la tubería hasta la profundidad establecida.
%e coloca presión a través de la tubería la cual energiza unos pistones en la parte interna del obturador.
5inalmente, el movimiento de estos pistones efect0an el ancla(e de las cuñas así como la e&pansión de los elementos sellantes contra el revestidor.
Los empacadores hidráulicos son preferidos en'
/erminaciones simples de mediana a alta presión
/erminaciones m0ltiples #dos o más sartas$
/erminaciones simples selectivos
:acimientos donde se anticipan fuertes actividades de reparación y estimulación
+plicaciones donde no es posible la rotación de la tubería para el asentamiento o liberación
10
S- 9119-+ -+* .<."..".P4>?-3/ H193:1>2/ D- A/-+0481-+02 91-3-+>14 !ste tipo de empacaduras se asienta por medio de las fuerzas ue las presiones dentro de la tubería, aplican sobre un pistón contra la presión del casing. una cantidad específica de presión diferencial #en favor de la tubería$ se tiene ue aplicar para completar el asentamiento. La empacadura ydro"; #5ig 2"<$ es un e(emplo de empacaduras.
)on el incremento en la demanda de euipos de superficie y componentes operados electrónicamente o por hidráulica, se ha desarrollado un nuevo tipo de empacaduras de asentamiento hidráulico para satisfacer la demanda de pasar m0ltiples conductores atreves de la empacadura sin comprometer la integridad de la misma. el modelo =>?de asentamiento hidráulico es un e(emplo de estas empacaduras.
FIGURA.(. P4>?-3 R->:=-34@- S-+>12 94/-+0481-+02 193:1>2 M29-2 H1932%&
.<."... P4>?-3/ H193:1>2/ 9- 4/-+0481-+02 H1932/001>2 !sta empacaduras utilizan un pistón de asentamiento similar al de una empacadura de asentamiento diferencial, pero toda o parte del are del pistón act0a sobre una cámara ue contiene presión atmosférica y no la de anular. !sto 11
permite ue la presión hidrostática del /ubing asista el asentamiento de la empacadura. %e necesita menos presión para generar la fuerza necesaria ue en la reuerida en una empacadura hidráulica esto permite ue las empacaduras hidrostáticas tengan un mandril más grande ue las otras. Las empacaduras de asentamiento hidrostático son más costosas de fabricar ue las de diferencial y generalmente se utilizan cuando se reuiere una tubería más grande. or e(emplo envés de en un casing de @A con tubería - @BC, se puede utilizar tubería de D E8 para reducir el are de pistón como resultante de un mandril del empaue mayor
La empacadura ydro"C de un solo conducto #5ig 2"FF$ y la ydro" F3 dual son e(emplos de empacaduras de asentamiento hidrostático. La ydro"C también está disponible en la versión selectiva. La posición selectiva permite ue se ba(en varias empacaduras en una misma tubería
y
cada
una
se
pueda
asentar
independiente de la otra. !l mecanismo de asentamiento en cada empaue se activa por métodos de slickline.
FIGURA.. P4>?-3 R->:=-34@- S-+>12 94/-+0481-+02 1932/0401>2 M29-2 H1932%
12
.<."..#.%A=1>4>12+-/ Las empacaduras hidráulicas recuperables, son recomendadas para las siguientes aplicaciones en condiciones generales' •
ozos pocos profundos a medianas profundidades
•
resiones ba(as hasta moderadas
•
)ompletaciones con m0ltiples empacaduras
•
)ompletaciones con dos tuberías
•
)ompletaciones selectivas con m0ltiples empacaduras +plicaciones
Las empacaduras hidráulicas recuperables, son recomendadas para las siguientes aplicaciones en condiciones generales' •
ozos pocos profundos a medianas profundidades
•
resiones ba(as hasta moderadas
•
)ompletaciones con m0ltiples empacaduras
•
)ompletaciones con dos tuberías )ompletaciones selectivas con m0ltiples empacaduras
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.<."..<.V-+044/ D-/-+044/ 9- 2/ P4>?-3/ R->:=-34@-/ H1934:1>2/ Las venta(as de su uso son las siguientes'
V-+044/ A84>-+4+
-+-3,4
-+
-
8->4+1/82 9- 4>014>1+ 9- 4/ >:;4/ N2 9-=-+9-+ 9- =-/2 91/=2+1@-+ 4 /4304 =434 - 4/-+0481-+02 2 - /-2 /:@/1,:1-+0-
E+ - 4/-+0481-+02*
L4 2=-34>1+ 9- -/=4>1492 -/ 8/ >1 9- 3-4143 /1+ 82181-+02 94 /4304 E =2/1>12+481-+02 9- -8=4>4923 - -/=4>1492 9- 4 /4304 /2+ 8/ =3->1/2/
CUADRO .$.* V-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ 193:1>2/.
!ntre las desventa(as de empacadurahidraulica están los siguientes'
D-/-+044/ S1 - -8=4>4923 /- 4/1-+04 -+ 2384 =3-840:34 2 1+>233->04 /- 9-@/4>43 4 /4304 3-4>2+91>12+43 /:
E+ - 4/-+0481-+02*
/1/0-84
9-
4/-+0481-+02
>2+
>2/02/ 9- 2=-34>1+ 491>12+4-/ 01-+- :+4 -1@11949 181049
14
CUADRO .&.* D-/-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ 193:1>2/
.<.#. PACKERS PERMANENTES Los empacadores permanentes como su nombre lo indica, uedan fi(os a la tubería de revestimiento mediante cuñas de acción opuesta, su recuperación reuiere la molienda de los mismos. !ste tipo de empacadores fue muy com0n en las décadas anteriores, sin embargo debido a la necesidad de molerlo para su recuperación, ha disminuido su utilización
erfil de afianzado !&tensión de pasa(epulido, GH
!lementos empacadores
FIGURA.'. E/03:>0:34
+cople +daptador de fondo
9- =4>?-3 =-384+-+0-
Las empacaduras permanentes no están para ser conectadasdirectamente a la tubería como las recuperables, pero en cambio unárea interna pulida dentro de la cual se alo(an unidades de sello, uese corren como parte de la tubería. esta parte pulida puede estarincorporada a través de toda la empacadura, o solo en la partesuperior del empaue para poder acomodar sellos de mayordiámetro.
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lasempacaduras permanentes con áreaspulidas se corren y asientan por cualuiera de los dos métodossiguientes' •
+plicación de presión hidráulica a un mecanismo paraasentamiento mecánico
•
+plicación de presión hidráulica a una herramienta deasentamiento conectada a ella, la cual es recuperable y reusable. #settingtool$
•
IJH!LJK! setting ue utiliza una carga e&plosiva paragenerar la fuerza de asentamiento.
.<.#.". A=1>4>12+-/ Las empacaduras hidráulicas recuperables, son recomendadas paralas siguientes aplicaciones en condiciones generales'
ozos pocos profundos a medianas profundidades
resiones ba(as hasta moderadas
)ompletaciones con m0ltiples empacaduras
)ompletaciones con dos tuberías
)ompletaciones selectivas con m0ltiples empacaduras
.<.#.. V-+044/ D- 2/ P4>?-3/ P-384+-+0-/ V-+044/ D-/=:Q/ :- 4 -8=4>49:34 /- 4 4/-+0492 4 -+-3,4 /- 484>-+4-+ - 8->4+1/82 9- >4+9492 :- 4/-,:34 :+4 :-34 >2+01+:4 /2@3-4/ >:;4/ 4/ ,284/ 84+0-+1-+92 4 -8=4>49:34 4/-+0494. P23>2+/1,:1-+0- - 4/-+0481-+02 +2 9-=-+9- 9- 4/ :-34/ :- 4=1>44 0:@-34. Y4 :- 4 :-34 9- 4/-+0481-+02 /- @2:-48->+1>48-+0- 4 -8=4>49:34 =:-9- /2=2304391-3-+>14-/ 9- =3-/1+ -+ 48@4/ 913->>12+-/ =23 9-@42 2=23 -+>184 9- 4 -8=4>49:34. E/0- T1=2 9- -8=4>49:34 /- =:-9- 4/-+043 9-/=:Q/ :- ->4@-4 -/01+/04492. C28=-04>12+-/ >2+ 92/ 0:@-34/ 801=-/ -8=4>49:34/ 16
,-+-348-+0- /- :0114+ -8=4>49:34/ 9- 4/-+0481-+02193:1>2 2 >:4 =-3810- :- +2 /- 9-=-+94 9- 2/82181-+02/ 9- 4 0:@-34 =434 - 4/-+0481-+02. CUADRO .(.* V-+044/ 9- 2/ =4>?-3/ P-384+-+0-/
.$.% EVALUACIÓN DE UN EMPACADOR !l ingeniero de terminación debe tener un entendimiento completo de las características y del desempeño de un empacador ba(o varias condiciones de carga, con la finalidad de operar el mismo dentro de los limites de diseño. Los empacadores de producción son diseñados para ciertas condiciones de traba(o, las cuales deben ser bien conocidas para evitar falla de los mismos. La matriz de carga de un empacador provee las bases para evaluar los efectos simultáneos de' F. resión diferencial -. )argas a&iales F." La presión diferencial es generada por las presiones ue e&isten arriba y aba(o del empacador, esta es soportada por el sello generado entre el elemento sellante y la tubería de revestimiento, así como por los sellos multi"v con el cuerpo del empacador. Las diferenciales de presión se presentan durante la realización de operaciones en la etapa de terminación o mantenimiento, así como durante la vida productiva del pozo. -." Las cargas a&iales son debido a esfuerzos generados por el movimiento del apare(o de producción y son transmitidos al empacador, estos pueden causar tensión ó compresión dependiendo de las condiciones en cada operación. !s importante mencionar ue cuando se introducen (untas de e&pansión, estas pueden absorber parcial ó totalmente los movimientos del apare(o. /ambién esto sucede cuando se corren libres los sellos multi"v. *ebido a lo anterior, la matriz de carga presentada en la 5igura , muestra las bases para evaluar los efectos simultáneos de presión diferencial y carga a&ial. !l cuadrante uno y tres representan el caso donde e&iste mayor presión arriba del empacador
y
simultáneamente
está
sometido 17
a
tensión
y
compresión
respectivamente. or otra parte, los cuadrantes dos y cuatro muestran el caso donde e&iste mayor presión por deba(o del empacador y simultáneamente está sometido a tensión y compresión respectivamente. !sto se muestra en la 5igura 2
F1,:34 ."!. M4031 9- >43,4 9- :+ -8=4>4923.
F1,:34 ."". E->02/ /18:0+-2/ 9- =3-/1+ 91-3-+>14 >43,4 414.
!&isten varios modos de falla ue pueden afectar el desempeño de un empacador de producción, pero los más comunes son los siguientes #ver 5igura ;$' F$ %istema de ancla(e -$ 5alla cone&ión cuerpo M guía D$ )uello del empacador 18
$ !lemento de sello 2$ )olapso cone&ión M guía ;$ /ope del hombro @$ )andado del cuerpo Las diferentes fallas presentadas en la 5igura ; tienen una posición en la matriz de los cuadrantes ue se presentaron con anterioridad.
F1,:34 .". E-8-+02/ >301>2/ 9- 44 9- :+ -8=4>4923.
La 5igura @ muestra la envolvente de desempeño de un empacador de producción, así como el modo de falla resultante de las cargas combinadas de presión diferencial y efectos a&iales. + continuación se comentarán cada uno de los modos de falla ue están representados en la envolvente' F. %istema de ancla(e." La falla del sistema de ancla(e sucede cuando el apare(o de producción está anclado al empacador y el esfuerzo de tensión e&cede la resistencia del material ó de la rosca. !s representado en la región F de la envolvente de la 5igura @. -. 5alla cone&ión cuerpo N guía." !sta ocurre cuando la carga por tensión rebasa la resistencia del cuerpo del empacador ó la de la rosca, la cone&ión es afectada
19
tanto por la presión como por la tensión generada en el empacador por la contracción del apare(o. %e muestra con el numero - sobre la envolvente de la 5igura @. D. )uerpo del empacador." !sta falla es generada por el colapso del cuerpo del empacador, puede resultar por un esfuerzo e&cesivo en el cuerpo producido por presión diferencial, fuerza empacador N apare(o, ó esfuerzos combinados. !l límite de este componente se ilustra en la zona D de la 5igura @. . !lemento de sello." La falla del elemento puede ocurrir por e&ceso de presión sobre el hule, ó por degradación del elemento debido a temperatura ó efectos uímicos. !ste efecto está en la región de la 5igura @. 2. )olapso cone&ión cuerpo N guía." uede ocurrir cuando se utiliza un tapón en el niple de asiento, o cuando se corren e&tensiones pulidas conectadas al empacador. !ste efecto es similar al del colapso del cuerpo del empacador. !sta limitación es ilustrada con la zona 2 de la envolvente de la 5igura @. ;. /ope del hombro." !ste efecto puede ocurrir tanto con el apare(o anclado como con los sellos multi"v libres. La falla de hombro sucede en el momento ue la fuerza compresiva generada por el apare(o de producción e&cede la resistencia del material en el punto de contacto entre eltope localizador ó ancla y el empacador. %e muestra en la región ; de la 5igura @.
@. )andado del cuerpo." !ste elemento se fatiga cuando el esfuerzo aplicado sobre el mismo es mayor al de la resistencia del material. !l límite de resistencia del sistema de candado es ilustrado con la región @ de la 5igura @. La envolvente de desempeño representa los limites de resistencia de un empacador cuando es sometido a cargas combinadas, en otras palabras cuando los valores de presión y esfuerzo a&ial se encuentran dentro del área, el empacador esta dentro de sus rangos de operación, de lo contrario cuando estos valores están fuera de la envolvente, se puede presentar la falla de alguno de los componentes. La evaluación de un empacador considerando solo la presión diferencial no describe los limites de fatiga de éste, para una correcta evaluación y comparación
20
del rendimiento de diferentes empacadores se reuiere un entendimiento de los efectos simultáneos de presión diferencial y cargas a&iales.
F1,:34 ."#. E+2-+0- 9- 9-/-8=-;2.
or lo tanto, con el conocimiento de la interacción de condiciones de cargas combinadas se puede operar dentro de una zona segura, lo cual evitará la ocurrencia de falla durante la e(ecución de operaciones críticas ó la compra innecesaria de productos de alta resistencia !l ingeniero de terminación tiene ue estar familiarizado con los cuatro cuadrantes de condiciones de carga y con los modos ó tipos de falla, pues esto provee un entendimiento de las implicaciones de falla del empacador de producción durante la e(ecución de operaciones y durante la vida productiva del pozo. 9n factor independiente a las características de diseño y configuración del empacador ue afecta la envolvente de desempeño, es la relación entre el tamaño del empacador y el diámetro interior del revestimiento. La 5igura C muestra ue la selección inapropiada de un empacador para diferentes libra(es altera las condiciones de resistencia a la diferencial de presión.
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F1,:34 ."<. E+2-+0- 9- 9-/-8=-;2 >2+/19-3492 91-3-+0- 918-032 1+0-3123 9- 3--/0181-+02.
!ste fenómeno debe ser considerado cuando se introducen empacadores ue están en el límite inferior del rango de libra(e recomendado, lo cual es com0n cuando se tiene tubería de revestimiento de mayor libra(e arriba del revestimiento donde se anclara la herramienta ó cuando se tiene una e&istencia limitada de empacadores. !ste efecto es crítico en pozos donde se opera a altas presiones diferenciales.
.&. METODOLOGÍA DE SELECCIÓN PARA EMPACADORES DE PRODUCCIÓN. La decisión acerca de ué tipo de empacador se va a correr puede ser muy comple(a y la lista de las características de los empacadores disponibles hoy en día es casi interminable. !s com0n iniciar el proceso de selección e&aminando las características del empacador, lo cual no es el método adecuado y se recomienda emplear la siguiente metodología para el proceso de selección del empacador de producción.
". C2+91>12+-/ 9- 2=-34>1+. 4 D1-3-+>14 9- =3-/1+ @ C43,4/ 414-/ 22
> T-8=-340:34 9 F:192/ =329:>192/ . C2+91>12+-/ 9- =22. 4 D18-032 1+0-3123 9- 4 T.R @ F:192 9- 0-381+4>1+ > D-/14>1+ /--31949 #. P32>-9181-+02 =434 >233-32 4+>432. 4 T:@-34 9- =-3234>1+ @ C4@-L+-4 > T:@-34 -1@9 I+0-,34 <. I+0-3-+>12+-/ :0:34/. 4 R-=434>12+-/ 8423-/ @ R-=434>12+-/ 8-+23-/ > I+0-3-+>12+-/ /1+ -:1=2 $. S-->>1+ 9- -8=4>4923 4 =43013 9- 4 -+2-+0- 9- 9-/-8=-;2. + continuación se mostrara como calcular ó como obtener los parámetros involucradosen el proceso de selección.
". C2+91>12+-/ 9- 2=-34>1+. 4 D1-3-+>14 9- =3-/1+ !l empacador de producción es sometido a presión diferencial durante las operaciones de terminación y reparación del pozo. La estimación de estas presiones es fundamental para la selección adecuada de estas herramientas. !n esta guía se mostrara como determinar la diferencial de presión durante las operaciones de inducción, prueba de admisión, estimulación y fracturamiento.
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Jnducción. *urante la inducción se desplaza el fluido de terminación ó fluido producido por el yacimiento por nitrógeno, por lo regular este proceso se realiza con el au&ilio de latubería fle&ible. #ver 5igura <$ La presión diferencial # PEmp $ es calculada con la !cuación -.D, la cual es la diferencia entre la presión sobre el empacador, SE P #!cuación -.F$ y la presión deba(o del empacador, BE P #!cuación -.-$.
ara fines prácticos se recomienda despreciar las perdidas por fricción # fN P $ ó consultar la guía de inducciones para su determinación$ y considerar una densidad promedio de nitrógeno de 3.- grBcc. /ambién pudiese considerarse el apare(o de producción completamente vació.
F1,:34 ."$. D1-3-+>14 9- =3-/1+ 9:34+0- 4 1+9:>>1+.
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rueba de admisión. La prueba de admisión es realizada mediante el represionamiento del sistema con la finalidad de conocer el valor de presión en el ue la formación cede a laadmisión de fluido, esto esesuemáticamente representado en la 5igura F3. La diferencial de presión # Emp P $es obtenida con las !cuaciones -., -.2 y-.D, para el cálculo de las perdidas porfricción # f P $ referirse a la guía deestimulaciones.
F1,:34 ."&. D1-3-+>14 9- =3-/1+ 9:34+0- 4 =3:-@4 9- 4981/1+.
!stimulaciónB5racturamiento. Las operaciones de estimulación ó fracturamiento involucra la inyección de fluidos con el ob(etivo general de me(orar las condiciones de permeabilidad #Oer 5igura F3$. !stas operaciones generan una diferencial de presión en el empacador de producción, misma ue puede ser determinada con las !cuaciones -.;, -.@ y -.D. ara la determinación de la presión por fricción # f P $ generada entre el fluido inyectado y el apare(o de producción, referirse a la guía de estimulaciones.
25
F1,:34 ."(. C2+91>12+-/ 9:34+0- 4-/018:4>1+ 34>0:3481-+02.
@ C43,494/ A14-/ Ptro parámetro a determinar para la seleccionar correctamente los empacadores de producción son las cargas a&iales. + continuación se ilustrará cuando se presentan, así como el origen de las mismas. *urante las operaciones de terminación y mantenimiento de los pozos comentadas previamente #inducción, prueba de admisión, estimulación y fracturamiento, así como durante su vida productiva, la tubería de producción es sometida a diferentes condiciones de presión y a cambios de temperatura, esto genera esfuerzos en el acero los cuales se refle(an en la contracción y elongación del mismo, causando un movimiento neto del apare(o de producción. !ste movimiento origina tensión ó compresión en el empacador, mismas ue reducen su resistencia a la presión diferencial. !n algunos casos estas cargas son lo suficientemente elevadas ue causan la falla del empacador. or lo tanto es substancial la determinación de los esfuerzos a&iales a ue será sometido el empacador. !s importante mencionar ue en esta guía solo se revisaran tanto los efectos ue generan el movimiento de la tubería de producción, así como sus consecuencias 26
#elongación ó contracción$ en las diferentes operaciones. Las ecuaciones y procedimiento de cálculo serán presentados en la guía de diseño de apare(os de producción. Los efectos ue generan este fenómeno son' Gallooning #e&pansión$, istón, Guckling #pandeo$ y /emperatura. !stos son esuemáticamente representados en la 5igura F-. Gallooning #e&pansión$."!ste efecto es generado por la presión radial e(ercida sobre la tubería, esto tiende a incrementar el diámetro con un consecuente acortamiento de la longitud de apare(o. !l efecto contrario #mayor presión afuera de latubería$ produce una elongación en el apare(o. istón." !ste efecto es producido por la aplicación de presión sobre un área e&puesta, el cual puede causar elongación si la diferencial de presión es mayor arriba del empacador ó contracción si la diferencial de presión es mayor ba(o el empacador, lo cual significa ue esta presión esta actuando en la sección transversal de los sellos multi"v ó zapata guía e intenta comprimir el apare(o de producción. Guckling #pandeo$."+l igual ue el efecto pistón, buckling es el resultado de la diferencial de presión ue se tiene dentro y fuera del apare(o, misma ue act0a sobre una sección transversal. %in embargo este efecto aparece en el momento ue se inicia a doblar ó pandear el apare(o de producción. /emperatura."9n cambio de temperatura debido a la producción de hidrocarburos ó inyección de fluidos causa cambios en la longitud del apare(o de producción. !ste cambio de longitud es directamente proporcional al coeficiente de e&pansión del acero.
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F1,:34 .". E->02/ :- >4:/4+ 82181-+02 9- 4=43-2 9- =329:>>1+
+ continuación se presentara cualitativamente cómo se comporta el apare(o de producción durante las operaciones de terminación y reparación del pozo, tales como inducción, prueba de admisión, estimulación y fracturamiento. )omo se comento anteriormente, la determinación cuantitativa se presentara a detalle en la guía de diseño de apare(os de producción.
Jnducción. La 5igura FD muestra los diferentes efectos ue causan el movimiento del apare(o de producción durante realización de una inducción. !n esta operación la presión dentro del apare(o es menor ue la ue act0a fuera de la tubería, debido a esto la presión e&terna comprime el acero causando una elongación, a su vez esta diferencial de presión se e(erce sobre un área transversal también originando elongación. or el contrario el efecto de temperatura crea contracción, esto es debido al enfriamiento del apare(o de producción. !l movimiento total es la diferencia entre estos efectos.
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F1,:34 ."'. E->02/ :- 1+0-31-+-+ 9:34+0-:+4 1+9:>>1+.
rueba de admisión. La 5igura F muestra los diferentes efectos ue causan el movimiento del apare(o de producción durante realización de una prueba de admisión. + diferencia de la operación de inducción, durante la prueba de admisión la presión dentro del apare(o de producción se incrementa. !sto genera una e&pansión de la tubería generando contracción de la misma. or otra parte la diferencial de presión incrementa dentro del apare(o, misma ue actuá en la sección transversal e&puesta de los sellos multi"v ó zapata guía lo ue también causa contracción. *urante esta operación se inyecta un fluido ue normalmente se encuentra a temperatura ambiente generado un enfriamiento del acero y por consiguiente una contracción del mismo. )omo se observa durante una prueba de admisión todos los efectos causan una contracción del apare(o.
29
F1,:34 .!. E->02/ :- 1+0-31-+-+ 9:34+0-:+4 =3:-@4 9- 4981/1+.
!stimulaciónB5racturamiento. +l igual ue la operación de prueba de admisión, normalmente durante una estimulación ó fracturamiento, también se inyecta un fluido a temperatura ambiente el cual incrementa la presión dentro del apare(o de producción. or tanto los efectos tienen un comportamiento similar, es decir los cuatro tienden a contraer el apare(o de producción.
F1,:34 .". C4:/4/ 9- 82181-+02 9-4=43-2 9:34+0- :+4-/018:4>1+34>0:3481-+02.
30
> T-8=-340:34 Ptro parámetro importante para la selección apropiada de empacadores de producción es la temperatura. !ste parámetro es fundamental para la selección de los elastómeros. La temperatura a la cual estará traba(ando el empacador se determina a través del gradiente de temperatura del pozo # 1 T $, este se calcula con la !cuación -.C. 9na vez ue se conoce el gradiente de temperatura, se obtiene la temperatura de operación del empacador con la !cuación -.<.
9 F:192/ =329:>192/ )onocer la composición de los fluidos producidos es fundamental, pues se puede conocer el ambiente al cual será sometido el empacador permitiendo una selección adecuada de la metalurgia. !l tipo de material ue se emplea para fabricar un empacador influye considerablemente en su costo. or lo tanto, es necesario un conocimiento correcto tanto de la concentración, así como de los fluidos ue estarán en contacto con la herramienta, con la finalidad de evitar la compra de empacadores costosos, ó la introducción de herramientas ue no son diseñadas para ambientes corrosivos. Los parámetros a calcular para determinar la corrosión esperada y los materiales ue se recomiendan para los diferentes ambientes. F$ resión parcial del -%. La presión parcial de ácido sulfhídrico es obtenida con la !cuación -.F3. La presión en el empacador # Emp $ es calculada con la !cuación -.FF, esta presión puede ser fácilmente obtenida con los ingenieros de producción. La 5igura F; muestra esuemáticamente como obtener la presión a la profundidad del empacador, la cual es función de la presión de fondo fluyendo # wf
$, las
perdidas por fricción # f $ entre el fluido producido y la tubería de e&plotación y de la densidad de los fluidos producidos # g $.
31
F1,:34 .. P3-/1+ 4 4 40:34 9- -8=4>4923
-$ resión parcial del )P-. La presión parcial del *ió&ido de carbono se determina con la !cuación -.Fempleando el procedimiento previamente e&plicado para la determinación de la presión en el empacador. D$ %alinidad del agua de formación. )orrosión es un proceso electrouímico, por tanto la salinidad del agua de formación (uega un papel importante en este proceso. !n soluciones de )loruro de %odio, la conductividad eléctrica es mayor ue en soluciones libres de cloruros, por tanto la probabilidad de corrosión incrementa. $ p del agua de formación. !l p del agua de formación es un factor esencial en el desarrollo de la corrosión, ha sido demostrado ue la presión parcial del -% y la concentración del Jon hidrógeno influencian en la cantidad del hidrógeno atómico ue entra en el acero.
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9na vez ue se tienen las presiones parciales, se puede emplear la /abla F para determinar si la corrosión esperada será alta, media ó simplemente no se presentara.
CUADRO .. D-0-381+4>1+ 9- 4 >2332/1+ -/=-3494.
. C2+91>12+-/ 9- =22. 4 D18-032 1+0-3123 9- 4 T.R @ F:192 9- 0-381+4>1+ > D-/14>1+ /--31949
a$ *iámetro interior de la /.H. *urante el proceso de perforación y terminación, e&isten diferentes productos ue están en contacto con la tubería de revestimiento, los cuales pueden alterar el diámetro interior y puede impedir ue el empacador ba(e ó causar su ancla(e. !stos materiales pueden ser sólidos del lodo, cemento, etc. or lo cual se recomienda efectuar un via(e con escariador previo a la corrida del empacador. +demás se tiene ue considerar los diámetros interiores de las tuberías de revestimiento ue se encuentran arriba del revestimiento donde se anclara el empacador.
33
b$ 5luido de terminación. %e tiene ue considerar el tipo de fluido tanto de terminación como empacador. %i el fluido es un lodo de perforación, los sólidos tenderán a precipitarse sobre el empacador, lo cual en la mayoría de los casos produce el atrapamiento de este. or otro lado, si el fluido es una salmuera ue contenga cloruros, bromuros etc., deberá e&istir compatibilidad entre esta y los elastómeros del empacador. c$ *esviación y severidad. La desviación y severidad de un pozo son factores importantes a considerar para seleccionar y correr el empacador. !n pozos con severidades muy altas ó patas de perro se tiene ue considerar la longitud del ensamble, esto es lo largo del empacador y sus accesorios #soltador, empacador, e&tensiones pulidas, niples de asiento, etc.$. 9n parámetro importante a contemplar durante la selección del empacador es el procedimiento para correrlo y anclarlo. + continuación se presentan las técnicas mas comunes para realizar esta operación.
#. P32>-9181-+02 =434 >233-32 4+>432. 4 T:@-34 9- =-3234>1+ @ C4@-L+-4 > T:@-34 -1@9 I+0-,34 !l procedimiento para correr y anclar un empacador es un factor crítico para el é&ito de la operación. or lo tanto se recomienda analizar las diferentes opciones y seleccionar la ue tanto técnica como económicamente sea la más adecuada. )abe mencionar ue el tiempo en realizar la operación es básica en la toma de decisión. Ptro factor es la e&actitud a la profundidad deseada, lo cual es com0n cuando se tienen dos intervalos muy cercanos, en estos casos lo más conveniente es correrlo con cable. Ptro aspecto a considerar para la selección de esta herramienta son las intervenciones futuras a realizar. + continuación se comenta lo relevante de este parámetro. 34
<. I+0-3-+>12+-/ :0:34/. 4 R-=434>12+-/ 8423-/ @ R-=434>12+-/ 8-+23-/ > I+0-3-+>12+-/ /1+ -:1=2 !l hecho de conocer si e&istirá una intervención futura ó no, es importante para considerar si se selecciona un empacador permanente ó recuperable. !n pozos de alta presión donde es casi un hecho ue no se realizarán intervenciones de molienda en lo futuro se recomienda un empacador permanente. *e lo contrario en pozos con alta probabilidad de moler el empacador, lo más adecuado sería correr y anclar un empacador recuperable, pues sería más sencillo y económico recuperar el empacador ue su molienda y pesca.
$. S-->>1+ 9- -8=4>4923 4 =43013 9- 4 -+2-+0- 9- 9-/-8=-;2. *espués de haber considerado las condiciones de operación, condiciones del pozo, el procedimiento de para correr y anclar el empacador y las intervenciones futuras, la selección final debe realizarse empleando la envolvente de desempeño de los empacadores candidatos. %e debe solicitar a las compañías de servicio las envolventes de los empacadores a emplear, con el ob(eto de realizar el análisis de cargas combinadas a las operaciones programadas ó probables a efectuar #inducciones, pruebas de admisión, estimulaciones, fracturamientos$ y comparar los resultados con la envolvente de diseño para mantenerse en todo momento en el área de operación segura, el empacador a solicitar será el mas económico, siempre y cuando cumpla con las condiciones de operación. La 5igura FC muestra el e(emplo de una envolvente de desempeño y las cargas a ue es sometido el empacador tanto en la inducción, así como en la vida productiva del pozo. %e puede observar ue los esfuerzos a ue está sometido pueden ser tolerados por el empacador. /ambién se percibe ue un empacador de 2,333 psi el cual sería más económico pudiese tolerar los esfuerzos generados.
35
F1,:34 .#. C28=230481-+02 9- 2/ -/:-32/ /2@3- - -8=4>4923
.(. CALCULOS Y EJERCICIOS SOBRE EL PACKERS
.&.". C>:2 9- >43,4/ :- 4>04+ /2@3- - =4>?-3
)uando el packer esta anclado, act0an sobre él, las siguientes presiones de traba(o' F
resión de fondo de pozo de aba(o hacia arriba.
-
#Q$
resión hidrostática del fluido de terminación en el
espacio anular ue e(erce de arriba hacia aba(o. I#/b$
#"$
eso de la tubería ue act0a sobre el packer de
arriba hacia aba(o.
#"$
Luego las cargas totales a la ue está sometida el packer F1, .<. F:-34/ /2@3- - =4>?-3/
anclado se calcula con la siguiente ecuación'
36
*onde' F ' resión de formación desde fondo de pozo a la base del packer en psi. - ' resión hidrostática del fluido en el espacio anular en psi. I/b ' eso de la tubería ue act0a sobre ekl packer. +ic ' +rea interna de la cañería en plg-. +i/b ' +rea interna del tubing en plg-. +e/b ' +rea e&terna del tubing en plg-.
EJEMPLO "%. !n un pozo de ;-33 pies de profundidad el packer esta anclado a ;333 pies de profundidad, calcular las cargas ue act0an sobre el packer para los siguientes datos de pozo.
1radiente de fluido de terminación en !+ R 3.;3 psiBpie F ó presión 5p R -C33 psi eso de la tubería R D.-2 lbBpie
Cálc&los " eso total de la tubería R D.-2 lbBpie S ;333 pie R F<233 lb. " - R R 1fluido S h R 3.;3 psiBpie S ;333 pie R D;33 psi
37
" )álculo de áreas
Lo ue significa ue act0a una presión de arriba deba(o de "-CC psi o sea FDFC psi mas ue la ue act0a de aba(o hacia arriba, o sea' -3-C"-CC R FDFC psi or esta razón el packer no se desanclará durante el traba(o de producción porue se tiene un factor de seguridad de DFT con la carga de arriba hacia aba(o, o sea'
or normas, seguridad del 23T. ara aumentar el factor de seguridad se tiene ue aumentar el grado de la tubería.
38
EJEMPLO %. %e tiene un pozo con los siguientes datos' /H ; 2BC pg K"C3 -C lbBpie R 2.@
.@ lbBpíe R F.<<2 pg *.J.
rofundidad media de los disparos R -,233 m Kivel de fluido, en la superficie Kivel de operación R F-23 m +ceite R 3.<3 grBcmU
%e pretende anclar el empacador a -<3 m con F,333 lb 1radiente de presión R 3.3<3 kgBcmVBm f R -,233 & 3.3<3 R --2 kgBcmV f R eso en lb de la columna de fluido #agua$ tp R eso de la / sobre el empacador en lb #F,333$ f R resión de fondo del yacimiento en lbBpgV
FIG. 7 ESTADO MECANICO PROF. INTERIOR 2520.0 M INTERVALO 2495 - 2505 M GUIA DEL EMP. 2491.0 M EMPACADOR BROWN HUSK! MSP DE " 5#$ PG. 2$ LB#P A 2490.M CAMISA DESLI%ABLE CAMCO CB-1 A 24$1.0 M TUBERIA DE PRODUCI&N DE 2 '#$ PG. COMBINADA (-55 N-$0 DE 4.7 LB#P TUBERIA DE REVESTIMIENTO DE 6 5/8 PG
F1,..$. E/0492 8->4+1>2
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5uerza e(ercida por la presión del yacimiento #5y$
5y R f #+rea *.J. /H N +rea *.J. /$
+rea *.J. /H R
+rea *.J. / R
W
W
& *V R 3.@C2 & #2.@
& *V R 3.@C2 & #F.<<2$V R D.FpgV 74 228 lb
5y R #--2 & F.--$ #-;.D- N D.F-$ R
f R hf #+rea *.J. /H N +rea *.!. /$
hf R 3.F3 & F-23 & F.-- R F@@@.2 lbBpgV +rea *.!. / R 3.@C2 & #-.D@2$V R .D pgV
f R F@@@.2 #-;.D- N .D$ R
38 909 lb
5uerza resultante' 5H R 5y N #f Q tp$ 5H R @,--C N #DC,<3< Q F,333$ R @,--C N 2-,<3< FR 21319 lb
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F1,..&. D14,3484 9- F:-34/
or lo tanto la fuerza del yacimiento tratará de desempacar la herramienta, ya ue la fuerza resultante hacia arriba es de -F,DF< lb.
RECOMENDACION 4 9tilizar un empacador permanente o semipermanente cuando se pueda represionar el espacio anular.
@ 9tilizar un empacador de compresión ancla doble, para au&iliar al empacador en su mecanismo hidráulico, producido por la diferencial de presiones.
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CONSIDERACIONES PRCTICAS PARA POZOS DE APAREJO SENCILLO ". ara pozos hasta de C33 m de profundidad con apare(os de producción fluyentes, bombeo neumático o inyectores de agua, es necesario U! "#$%&%'() '" *"!+-!
. ara pozos de C33 a F,233 m de profundidad con apare(os de producción fluyentes y de bombeo neumático, es necesario U! "#$%&%'() '" &(#$)"+-! +"!&ll( '" %!&l% #"&.!&%
#. ara pozos de F,233 a -,233 m de profundidad con apare(os de producción fluyentes, bombeo neumático o inyectores de agua, es necesario
U! "#$%&%'() '" &(#$)"+-! &(! %!&l% '(bl"
<. ara pozos de F,233 a -,233 m de profundidad con apare(os de producción de bombeo neumático, se puede utilizar U! "#$%&%'() +"#$")#%!"!*" '" %!&l%" '" &(#$)"+-!, !"*)( ( *"!+-! !sto es siempre y cuando no se presente arenamiento
$. ara pozos de -,233 a ,233 m de profundidad con apare(os de producción fluyentes, bombeo neumático o inyectores de agua, se programa U! "#$%&%'() $")#%!"!*"
&. ara pozos de D,233 a ;,233 m de profundidad con apare(os de producción fluyentes o inyectores de agua, se programa U! "#$%&%'() $")#%!"!*"
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#. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.%
#.".CONCLUSIONES La selección final debe realizarse empleando la envolvente de desempeño de los empacadores candidatos. %e debe solicitar a las compañías de servicio las envolventes de los empacadores a emplear, con el ob(eto de realizar el análisis de cargas combinadas a las operaciones programadas ó probables a efectuar #inducciones, pruebas de admisión, estimulaciones, fracturamientos$ y comparar los resultados con la envolvente de diseño para mantenerse en todo momento en el área de operación segura, el empacador a solicitar será el más económico, siempre y cuando cumpla con las condiciones de operación.
#.. RECOMENDACIONES
!n selección de empacaduras es necesario considerar diversos factores tanto técnicos como económicos. 1eneralmente, se escoge la empacadura menos costosa ue puede realizar las funciones para la cual se selecciona. %in embargo, el costo inicial de la empacadura no debe ser el 0nico criterio de selección. !s necesario tomar en cuenta los reuerimientos presentes y futuros de los pozos para la selección de la empacadura, por e(emplo, las empacaduras más económicas son generalmente las de compresión y las de tensión. Las empacaduras hidráulicas suelen ser las más costosas. !s necesario tomar en cuenta facilidades de reparación y disponibilidad. Las empacaduras con sistemas comple(os para el asentamiento y desasentamiento deben evitarse, así por e(emplo, las empacaduras recuperables ue se liberan con simple tensión son deseables en muchos casos.
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