02 EMPACADORES DE PRODUCCION.pdf.pdf

Guía de Empacadores de Producción CONTENIDO

1. OBJETIVO

2. INTRODUCCIÓN

3. CLASIFICACIÓN GENERAL Y FUNCIONES DEL EMPACADOR DE PRODUCCIÓN

4. ENVOLVENTE DE DISEÑO DE LOS EMPACADORES DE PRODUCCIÓN

5. METODOLOGÍA DE SELECCIÓN PARA EMPACADORES DE PRODUCCIÓN

a. Condiciones de operación

b. Condiciones del pozo

c. Procedimiento para correrlo y anclarlo.

d. Intervenciones futuras

e. Selección del empacador a partir de la Envolvente de Desempeño

APÉNDICE 1. Nomenclatura.

La selección apropiada de empacadores de producción es una tarea importante dentro del proceso de terminación y mantenimiento de pozos. Esta guía presenta como calcular los esfuerzos a que será sometido un empacador durante operaciones criticas como inducción, prueba de admisión estimulación y fracturamiento, así como los parámetro a considerar para una correcta selección.

Guía de Diseño

2 Gerencia de Ingeniería

1. OBJETIVO Desarrollar una guía práctica para calcular los esfuerzos a los que se somete un empacador de producción, durante las operaciones de terminación y reparación de pozos, con el objeto de contar con criterios apropiados para su selección. El alcance de la guía es contar con una herramienta que permita indicar y determinar los aspectos mas importantes de ingeniería y diseño de un empacador de producción, además se mostrarán los esfuerzos a que es sometido este accesorio durante la realización de operaciones críticas tales como: inducciones, pruebas de admisión, estimulaciones, fracturamientos, etc. Lo anterior con la finalidad de predecir y evitar las condiciones de falla. También se presentarán los parámetros que se tienen que considerar para la selección apropiada tanto técnica como económica de un empacador, asimismo, esta guía incluye la metodología de cálculo de estos parámetros. Queda fuera del alcance de esta guía mostrar información que puede ser encontrada fácilmente en catálogos de las compañías de servicio tales como modelo y tipo de empacadores, herramientas para su introducción y anclaje, tamaños, especificaciones, etc.

�

2. INTRODUCCIÓN Es conocido que la selección apropiada de los empacadores de producción evita la costosa adquisición de las herramientas necesarias que se requieren para las terminaciones, así como la falla de los mismos, lo cual representa un serio problema, pues se tendría que programar una intervención para su corrección, lo cual genera producción diferida, costo de equipo materiales y servicios, así como el riesgo asociado.

Por lo tanto el análisis de los esfuerzos a los cuales serán sometidos durante su utilización es de suma importancia tanto para la selección del mismo, así como para predecir las condiciones de falla de empacadores que se encuentran anclados. Este análisis de esfuerzos tiene que ser comparado con las envolventes proporcionadas por los fabricantes. Hoy en día existe una variedad excesiva de estos productos en cuanto tipo, servicio, material, especificaciones, sistema de operación, etc. Consecuentemente, los parámetros empleados para su elección tienen que estar perfectamente definidos.

3. CLASIFICACIÓN GENERAL Y FUNCIONES DEL EMPACADOR DE PRODUCCIÓN El empacador es un accesorio empleado para sellar la parte exterior del aparejo de producción y la parte interior de la tubería de revestimiento ó de explotación. (ver Figura 1) El empaque es realizado por el elemento de sello que se expande contra el

Empacador

Aparejo deProducción

FluidoEmpacador

EmpacadorEmpacador

Aparejo deProducciónAparejo deProducción

FluidoEmpacadorFluidoEmpacador

Figura 1. Empacador de producción.

Empacadotes de Producción

Gerencia de Ingeniería 3

revestimiento, y la retención del mismo es generado por las cuñas. Algunos otros accesorios importantes considerados como parte del empacador son: Extensión pulida: Es una extensión pulida del área del cuerpo del empacador que sirve para sellar en conjunto con los sellos multi-v e impedir el flujo entre el empacador y el aparejo de producción. Niple de asiento: Es un accesorio que permite alojar dispositivos de control de flujo tales como: tapones, estranguladores de fondo, válvulas de contrapresión, etc. Juntas de expansión: Estas absorben las contracciones y elongaciones de la tubería de producción causadas por inducciones, estimulaciones, fracturamientos, pruebas de admisión, así como el efecto del flujo de los fluidos producidos. Sellos multi-v: Forman un sello entre la tubería de producción y el empacador aun cuando el aparejo se mueva debido a los efectos contracción y elongación. Zapata guía: Accesorio que facilita la entrada de los sellos multi-v en el receptáculo pulido del empacador. Tope localizador: Permite localizar al empacador durante la introducción del aparejo de producción, además evita la entrada de la tubería en el área pulida del empacador. Las funciones principales de un empacador son las siguientes: � Proteger el revestimiento de la

presión del yacimiento y de operaciones tales como estimulaciones ó fracturamientos.

� Evitar el contacto entre los fluidos producidos y el revestimiento.

� Aislar zonas con daño ó perforaciones recementadas.

� Mantener un fluido empacador en el espacio anular.

Para cumplir las primeras dos funciones se recomienda anclar la herramienta lo mas cercano a los disparos Los empacadores de producción son en general clasificados como permanentes ó recuperables. Los empacadores permanentes como su nombre lo indica, quedan fijos a la tubería de revestimiento mediante cuñas de acción opuesta, su recuperación requiere la molienda de los mismos. Este tipo de empacadores fue muy común en las décadas anteriores, sin embargo debido a la necesidad de molerlo para su recuperación, ha disminuido su utilización. Los empacadores recuperables son diseñados para ser anclados y desanclados después de cierto tiempo para su recuperación, estos son acondicionados para utilizarse en una nueva intervención. La función de estos empacadores es prácticamente la misma que la de los permanentes.

Permanente

Recuperable

Figura 2. Empacador permanente y recuperable.

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Tanto los empacadores permanentes como los recuperables (ver Figura 2) pueden ser corridos y anclados con una gran variedad de técnicas, mismas que quedan fuera del alcance de esta guía pues estas técnicas pueden ser fácilmente adquiridas en los catálogos de las compañías de servicio. En general los elementos principales de un empacador son: (ver Figura 3).

a) Elementos de sello b) Cuñas c) Conos d) Cuerpo del empacador

a) Elementos de sello.- Su función es generar un sello entre el empacador y la tubería de revestimiento. Estos pueden ser fabricados de diferentes materiales los cuales pueden ser operados bajo diferentes condiciones de presión y temperatura. b) Cuñas.- Se incrustan en la tubería de revestimiento para fijar esta con el empacador y así evitar el movimiento de este, además permiten la aplicación de peso y tensión para comprimir el elemento de sello. c) Conos.- Sirve como un expansor para forzar las cuñas hacia la tubería de revestimiento, también sirven como soporte a los elementos de sello.

d) Cuerpo del empacador.- Es una superficie pulida que esta en la parte interior del empacador, la cual forma un sello con las unidades de sellos multi-v impidiendo el flujo entre el empacador y el aparejo de producción. Además esta parte del empacador mantiene unidos todos los componentes de la herramienta.

4. ENVOLVENTE DE DISEÑO DE LOS EMPACADORES DE PRODUCCIÓN El ingeniero de terminación debe tener un entendimiento completo de las características y del desempeño de un empacador bajo 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 trabajo, 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:

1. Presión diferencial 2. Cargas axiales

1.- La presión diferencial es generada por las presiones que existen arriba y abajo 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 ó mantenimiento, así como durante la vida productiva del pozo. 2.- Las cargas axiales son debido a esfuerzos generados por el movimiento del aparejo de producción y son transmitidos al empacador, estos pueden causar tensión ó compresión dependiendo de las condiciones en cada operación. Es importante mencionar que cuando se introducen juntas de expansión, estas pueden absorber parcial ó totalmente los movimientos del aparejo. También esto sucede cuando se corren libres los sellos multi-v.

Figura 3. Elementos principales de un empacador permanente.

Cuñas

Elemento de Sello

Conos

Cuerpo de empacador



Debido a lo anterior, la matriz de carga presentada en la Figura 4, muestra las bases para evaluar los efectos simultáneos de presión diferencial y carga axial. El cuadrante uno y tres representan el caso donde existe mayor presión arriba del empacador y simultáneamente está sometido a tensión y compresión respectivamente. Por otra parte, los cuadrantes dos y cuatro muestran el caso

donde existe mayor presión por debajo del empacador y simultáneamente está sometido a tensión y compresión respectivamente. Esto se muestra en la Figura 5 Existen varios modos de falla que pueden afectar el desempeño de un empacador de producción, pero los más comunes son los siguientes (ver Figura 6):

1) Sistema de anclaje 2) Falla conexión cuerpo ~ guía 3) Cuello del empacador 4) Elemento de sello 5) Colapso conexión ~ guía 6) Tope del hombro 7) Candado del cuerpo

Las diferentes fallas presentadas en la Figura 6 tienen una posición en la matriz de

1

6

7

3

4

2

5

Figura 6. Elementos críticos de falla de un empacador.

SEP

BEP

SEP

BEP

IV

IIII

II

Figura 5. Efectos simultáneos de presión diferencial y carga axial.

Tensión aplicada con presión sobre el empacador

Tensión aplicada con presión bajo el empacador

Compresión aplicada con presión sobre el empacador

Compresión aplicada con presión bajo el empacador

I

III

II

IVFigura 4. Matriz de carga de un empacador.

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los cuadrantes que se presentaron con anterioridad. La Figura 7 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 axiales.

A continuación se comentarán cada uno de los modos de falla que están representados en la envolvente: 1. Sistema de anclaje.- La falla del sistema de anclaje sucede cuando el aparejo de producción esta anclado al empacador y el esfuerzo de tensión excede la resistencia del material ó de la rosca. Es representado en la región 1 de la envolvente de la Figura 7. 2. Falla conexión cuerpo – guía.- Esta ocurre cuando la carga por tensión rebasa la resistencia del cuerpo del empacador ó la de la rosca, la conexión es afectada tanto por la presión como por la tensión generada en el empacador por la contracción del aparejo. Se muestra con el numero 2 sobre la envolvente de la Figura 7. 3. Cuerpo del empacador.- Esta falla es generada por el colapso del cuerpo del

empacador, puede resultar por un esfuerzo excesivo en el cuerpo producido por presión diferencial, fuerza empacador – aparejo, ó esfuerzos combinados. El limite de este componente se ilustra en la zona 3 de la Figura 7. 4. Elemento de sello.- La falla del elemento puede ocurrir por exceso de presión sobre el hule, ó por degradación del elemento debido a temperatura ó efectos químicos. Este efecto esta en la región 4 de la Figura 7. 5. Colapso conexión cuerpo – guía.- Puede ocurrir cuando se utiliza un tapón en el niple de asiento, o cuando se corren extensiones pulidas conectadas al empacador. Este efecto es similar al del colapso del cuerpo del empacador. Esta limitación es ilustrada con la zona 5 de la envolvente de la Figura 7. 6. Tope del hombro.- Este efecto puede ocurrir tanto con el aparejo anclado como con los sellos multi-v libres. La falla de hombro sucede en el momento que la fuerza compresiva generada por el aparejo de producción excede la resistencia del material en el punto de contacto entre el

Presión Diferencial Arriba Abajo

1 2

3

4

5

67

3

Envolvente de Desempeño

4

Fuer

za

Com

pres

ión

Tens

ión

Figura 7. Envolvente de desempeño.



tope localizador ó ancla y el empacador. Se muestra en la región 6 de la Figura 7. 7. Candado del cuerpo.- Este elemento se fatiga cuando el esfuerzo aplicado sobre el mismo es mayor al de la resistencia del material. El limite de resistencia del sistema de candado es ilustrado con la región 7 de la Figura 7. 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 axial 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 del rendimiento de diferentes empacadores se requiere un entendimiento de los efectos simultáneos de presión diferencial y cargas axiales.

Por 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 ejecución de operaciones críticas ó la compra innecesaria de productos de alta resistencia El ingeniero de terminación tiene que 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 ejecución de operaciones y durante la vida productiva del pozo. Un factor independiente a las características de diseño y configuración del empacador que afecta la envolvente de desempeño, es la relación entre el tamaño del empacador y el diámetro interior del revestimiento. La Figura 8 muestra que la selección inapropiada de un empacador para diferentes librajes altera las condiciones de resistencia a la diferencial de presión.

Presión Diferencial

Arriba Abajo

Envolvente de Desempeño

23 lb/pie

38 lb/pieFu

erza

C

ompr

esió

n Te

nsió

n

T.R. 7” 23 lb/pie (6.336”)

T.R. 7” 38 lb/pie (5.920”)

Figura 8. Envolvente de desempeño considerado diferente diámetro interior del revestimiento.

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Este fenómeno debe ser considerado cuando se introducen empacadores que están en el limite inferior del rango de libraje recomendado, lo cual es común cuando se tiene tubería de revestimiento de mayor libraje arriba del revestimiento donde se anclara la herramienta ó cuando se tiene una existencia limitada de empacadores. Este efecto es critico en pozos donde se opera a altas presiones diferenciales. 5. METODOLOGÍA DE SELECCIÓN PARA EMPACADORES DE PRODUCCIÓN La decisión acerca de que tipo de empacador se va a correr puede ser muy compleja y la lista de las características de los empacadores disponibles hoy en día es casi interminable. Es común iniciar el proceso de selección examinando las características del empacador, lo cual no es el método adecuado. En esta guía se recomienda emplear la siguiente metodología para el proceso de selección del empacador de producción.

1. Condiciones de operación. a) Diferencial de presión b) Cargas axiales c) Temperatura d) Fluidos producidos

2. Condiciones del pozo.

a) Diámetro interiore de la T.R b) Fluido de terminación c) Desviación y severidad

3. Procedimiento para correrlo y anclarlo.

a) Tubería de perforación b) Cable/Línea c) Tubería flexible d) Integral

4. Intervenciones futuras.

a) Reparaciones mayores b) Reparaciones menores c) Intervenciones sin equipo

5. Selección del empacador a partir de la envolvente de desempeño.

A continuación se mostrara como calcular ó como obtener los parámetros involucrados en el proceso de selección. 1. Condiciones de operación.

a) Diferencial de presión

El 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. En esta guía se mostrara como determinar la diferencial de presión durante las operaciones de inducción, prueba de admisión, estimulación y fracturamiento. Inducción. Durante la inducción se desplaza el fluido de terminación ó fluido producido por el yacimiento por nitrógeno, por lo regular este

SEP

BEP

Figura 9 Diferencial de presión durante lainducción.



proceso se realiza con el auxilio de la tubería flexible. (ver Figura 9) La presión diferencial ( EmpP∆ ) es calculada con la Ecuación 2.3, la cual es la diferencia entre la presión sobre el empacador, SEP (Ecuación 2.1) y la presión debajo del empacador, BEP (Ecuación 2.2)

Para fines prácticos se recomienda despreciar las perdidas por fricción ( fNP ) ó consultar la guía de inducciones para su determinación) y considerar una densidad promedio de nitrógeno de 0.2 gr/cc. También pudiese considerarse el aparejo de producción completamente vació. Prueba de admisión. La prueba de admisión es realizada mediante el represionamiento del sistema con la finalidad de conocer el valor de presión en el que la formación cede a la admisión de fluido, esto es esquemáticamente representado en la Figura 10. La diferencial de presión ( EmpP ) es obtenida con las Ecuaciones 2.4, 2.5 y 2.3, para el calculo de las perdidas por fricción ( fP ) referirse a la guía de estimulaciones.

Estimulación/Fracturamiento. Las operaciones de estimulación ó fracturamiento involucra la inyección de fluidos con el objetivo general de mejorar las condiciones de permeabilidad (Ver Figura 10). Estas operaciones generan una diferencial de presión en el empacador de producción, misma que puede ser determinada con las Ecuaciones 2.6, 2.7 y 2.3. Para la determinación de la presión por fricción ( fP ) generada entre el fluido inyectado y el aparejo de producción, referirse a la guía de estimulaciones.

�

�

TRPDP VEfeSE +⋅⋅= ρ422.1

TPPPDP fNVENBE ++∗∗= 2422.1 ρ

BESEEmp PPP −=∆

(2.2)

(2.1)

(2.3)

TRPDP VEfeSE +∗∗= ρ422.1

ftVEftBE PPDPbba

−+∗∗= ρ422.1

(2.4)

(2.5)

SEP

BEP

Figura 10. Diferencial de presión durante la prueba de admisión.

finyVEfinyBE PPDPbba

−+∗∗= ρ422.1

TRPDP VEfeSE +∗∗= ρ422.1 (2.7)

(2.6)

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b) Cargadas Axiales �

Otro parámetro a determinar para la seleccionar correctamente los empacadores de producción son las cargas axiales. A continuación se ilustrará cuando se presentan, así como el origen de las mismas. Durante 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 reflejan en la contracción y elongación del mismo, causando un movimiento neto del aparejo de producción. Este movimiento origina tensión ó compresión en el empacador, mismas que reducen su resistencia a la presión diferencial. En algunos casos estas cargas son lo suficientemente elevadas que causan la falla del empacador. Por lo tanto

es substancial la determinación de los esfuerzos axiales a que será sometido el empacador. Es importante mencionar que en esta guía solo se revisaran tanto los efectos que generan el movimiento de la tubería de producción, así como sus consecuencias (elongación ó contracción) en las diferentes operaciones. Las ecuaciones y procedimiento de calculo serán presentados en la guía de diseño de aparejos de producción. Los efectos que generan este fenómeno son: Ballooning (expansión), Pistón, Buckling (pandeo) y Temperatura. Estos son esquemáticamente representados en la Figura 12. Ballooning (expansión).- Este efecto es generado por la presión radial ejercida sobre la tubería, esto tiende a incrementar el diámetro con un consecuente acortamiento de la longitud de aparejo. El efecto contrario (mayor presión afuera de la tubería) produce una elongación en el aparejo. Pistón.- Este efecto es producido por la aplicación de presión sobre una área expuesta, el cual puede causar elongación si la diferencial de presión es mayor arriba del empacador ó contracción si la diferencial de presión es mayor bajo el empacador, lo cual significa que esta presión esta actuando en la sección transversal de los sellos multi-v ó zapata guía e intenta comprimir el aparejo de producción. Buckling (pandeo).- Al igual que el efecto pistón, buckling es el resultado de la diferencial de presión que se tiene dentro y fuera del aparejo, misma que actúa sobre una sección transversal. Sin embargo este efecto aparece en el momento que se inicia a doblar ó pandear el aparejo de producción. Temperatura.- Un cambio de temperatura debido a la producción de hidrocarburos ó inyección de fluidos causa cambios en la longitud del aparejo de producción. Este

SEP

BEP

Figura 11. Condiciones durante la estimulación ó fracturamiento.



cambio de longitud es directamente proporcional al coeficiente de expansión del acero. A continuación se presentara cualitativamente como se comporta el aparejo de producción durante las operaciones de terminación y reparación del pozo, tales como inducción, prueba de admisión, estimulación y fracturamiento. Como se comento anteriormente, la determinación cuantitativa se presentara a detalle en la guía de diseño de aparejos de producción. Inducción. La Figura 13 muestra los diferentes efectos que causan el movimiento del aparejo de producción durante realización de una inducción. En esta operación la presión dentro del aparejo es menor que la que actúa fuera de la tubería, debido a esto la presión externa comprime el acero causando una elongación, a su vez esta diferencial de presión se ejerce sobre un área transversal también originando elongación. Por el contrario el efecto de temperatura crea contracción, esto es debido al enfriamiento del aparejo de producción. El movimiento total es la diferencia entre estos efectos.

Prueba de admisión. La Figura 14 muestra los diferentes efectos que causan el movimiento del aparejo de producción durante realización de una prueba de admisión. A diferencia de la operación de inducción, durante la prueba de admisión la presión dentro del aparejo de producción se incrementa. Esto genera una expansión de la tubería generando contracción de la misma. Por otra parte la

BallooningBallooningBallooningBallooning PPPPistónistónistónistón BucklingBucklingBucklingBuckling TemperaturaTemperaturaTemperaturaTemperatura

Figura 12. Efectos que causan movimiento del aparejo de producción

Ballooning

Pistón

Temperatura Elogación

Elogación

Contracción

Figura 13. Efectos que intervienen durante una inducción.

Ballooning

Pistón

Temperatura

Buckling

Contracción

Contracción

Contracción

Contracción

Figura 14. Efectos que intervienen durante una prueba de admisión.

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diferencial de presión incrementa dentro del aparejo, misma que actuá en la sección transversal expuesta de los sellos multi-v ó zapata guía lo que también causa contracción. Durante esta operación se inyecta un fluido que normalmente se encuentra a temperatura ambiente generado un enfriamiento del acero y por consiguiente una contracción del mismo. Como se observa durante una prueba de admisión todos los efectos causan una contracción del aparejo de producción. Estimulación/Fracturamiento. Al igual que 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 aparejo de producción. Por tanto los efectos tienen un comportamiento similar, es decir los cuatro tienden a contraer el aparejo de producción. Esto es esquemáticamente presentado en la Figura 15.

c) Temperatura

Otro parámetro importante para la selección apropiada de empacadores de producción

es la temperatura. Este parámetro es fundamental para la selección de los elastómeros. La temperatura a la cual estará trabajando el empacador se determina a través del gradiente de temperatura del pozo ( TG ), este se calcula con la Ecuación 2.8. Una vez que se conoce el gradiente de temperatura, se obtiene la temperatura de operación del empacador con la Ecuación 2.9.

d) Fluidos producidos Conocer 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. El tipo de material que se emplea para fabricar un empacador influye considerablemente en su costo. Por lo tanto, es necesario un conocimiento correcto tanto de la concentración, así como de los fluidos que estarán en contacto con la herramienta, con la finalidad de evitar la compra de empacadores costosos, ó la introducción de herramientas que no son diseñadas para ambientes corrosivos. A continuación se presentan los parámetros a calcular para determinar la corrosión esperada y los materiales que se recomiendan para los diferentes ambientes. 1) Presión parcial del H2S. La presión parcial de ácido sulfhídrico es obtenida con la Ecuación 2.10. La presión en el empacador ( EmpP ) es calculada con la Ecuación 2.11, esta presión puede ser fácilmente obtenida con los ingenieros de

Figura 15. Causas del movimiento del aparejo durante una

estimulación/fracturamiento.

Ballooning

Pistón

Temperatura

Buckling

Contracción

Contracción

Contracción

Contracción

Vy

SyT D

TTG

−=

VETSEmp DGTT .+= (2.9)

(2.8)



producción. La Figura 16 muestra esquemáticamente como obtener la presión a la profundidad del empacador, la cual es función de la presión de fondo fluyendo ( wfP ), las perdidas por fricción ( fP ) entre el fluido producido y la tubería de explotación y de la densidad de los fluidos producidos ( gP ).

2) Presión parcial del CO2. La presión parcial del Dióxido de carbono se determina con la Ecuación 2.12 empleando el procedimiento previamente explicado para la determinación de la presión en el empacador. 3) Salinidad del agua de formación. Corrosión es un proceso electroquímico, por tanto la salinidad del agua de formación juega un papel importante en este proceso. En soluciones de Cloruro de Sodio, la conductividad eléctrica es mayor que en soluciones libres de cloruros, por tanto la probabilidad de corrosión incrementa. 4) pH del agua de formación.

El pH del agua de formación es un factor esencial en el desarrollo de la corrosión, ha sido demostrado que la presión parcial del H2S y la concentración del Ion hidrógeno influencian en la cantidad del hidrógeno atómico que entra en el acero.

Una vez que se tienen las presiones parciales, se puede emplear la Tabla 1 para determinar si la corrosión esperada será alta, media ó simplemente no se presentara.

También se puede emplear la Figura 17 para el auxilio en la selección de la metalurgia. Con la utilización de la Tabla 1 y la Figura 17 se puede conocer tanto el ambiente corrosivo esperado como el tipo de material a emplear para la fabricación del empacador, con esto se evitara la compra innecesaria de productos costosos ó la introducción de empacadores que no sean fabricados para servicio en H2S y CO2. Otros parámetros a considerar para la selección del empacador de producción son las condiciones del pozo en el que se introducirá. A continuación se describen los

SHmolPSHP Empparcial 22 %*=

pPP wfEmp ∆−=

22 CO %* molPCOP Empparcial =

(2.10)

(2.11)

(2.12)

wfP

gf PPP ∆+∆=∆

Figura 16. Presión a la altura del empacador. Tabla 1. Determinación de la corrosión

esperada.

Presiones Parciales Corrosión Esperada

CO

2 Mayores o iguales a 30 psi Alta Entre 3 y 30 psi Media Menores a 3 psi

H2S

Mayores a 1.5 psi AltaEntre 0.05 y 1.5 psi

Menores a 0.05 psi

No se presenta

MediaNo se presenta

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factores más importantes a contemplar respecto a las condiciones del pozo. 2. Condiciones del pozo.

a) Diámetro interior de la T.R b) Fluido de terminación c) Desviación y severidad

a) Diámetro interior de la T.R. Durante el proceso de perforación y terminación, existen diferentes productos que están en contacto con la tubería de revestimiento, los cuales pueden alterar el diámetro interior y puede impedir que el empacador baje ó causar su anclaje. Estos materiales pueden ser sólidos del lodo, cemento, etc. Por lo cual se recomienda efectuar un viaje con escariador previo a la corrida del empacador. Además se tiene que considerar los diámetros interiores de las tuberías de revestimiento que se encuentran arriba del revestimiento donde se anclara el empacador. b) Fluido de terminación. Se tiene que considerar el tipo de fluido tanto de terminación como empacador. Si 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. Por otro lado, si el fluido es una salmuera que contenga cloruros, bromuros etc., deberá existir compatibilidad entre esta y los elastómeros del empacador. c) Desviación y severidad. La desviación y severidad de un pozo son factores importantes a considerar para seleccionar y correr el empacador. En pozos con severidades muy altas ó patas de perro se tiene que considerar la longitud del ensamble, esto es lo largo del empacador y sus accesorios (soltador, empacador, extensiones pulidas, niples de asiento, etc.). Un parámetro importante a contemplar durante la selección del empacador es el procedimiento para correrlo y anclarlo. A continuación se presentan las técnicas mas comunes para realizar esta operación. 3. Procedimiento para correrlo y anclarlo.

a) Tubería de perforación b) Cable/Línea c) Tubería flexible d) Integral

El procedimiento para correr y anclar un empacador es un factor critico para el éxito de la operación. Por lo tanto se recomienda

P H2S ( i)

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

1

0.1

0.01

10

1000

100

0.05 1.5

30

7

(psi)

P C

O2 (

psi)

Cualquier grado de acero

Grados propietarios para ServicioAmargo como TRC (1% Cr, 0.5%Mo)

Aceros al carbón más inhibidores

13-15 Cr (Cl-, pH, T)

22-25 Cr Super 13 Cr (Cl-, pH, T)

22-25 Cr (Cl-, pH, T<250°C)

Aleaciones de Ni (T<300°C)

T>65°C; N, C95 T>80°C; N, P, HC (pH)

Figura 17. Determinación de la metalurgia del empacador



analizar las diferentes opciones y seleccionar la que tanto técnica como económicamente sea la mas adecuada. Cabe mencionar que el tiempo en realizar la operación es básica en la toma de decisión. Otro factor es la exactitud a la profundidad deseada, lo cual es común cuando se tienen dos intervalos muy cercanos, en estos casos lo mas conveniente es correrlo con cable. Otro aspecto a considerar para la selección de esta herramienta son las intervenciones futuras a realizar. A continuación se comenta lo relevante de este parámetro. 4. Intervenciones futuras.

a) Reparaciones mayores b) Reparaciones menores c) Intervenciones sin equipo

El echo de conocer si existirá una intervención futura ó no, es importante para considerar si se selecciona un empacador permanente ó recuperable. En pozos de alta presión donde es casi un echo que no se realizarán intervenciones de molienda en lo

futuro se recomienda un empacador permanente. De lo contrario en pozos con alta probabilidad de moler el empacador, lo mas adecuado sería correr y anclar un empacador recuperable, pues sería mas sencillo y económico recuperar el empacador que su molienda y pesca. 5. Selección del empacador a partir de la envolvente de desempeño. Después 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. Se debe solicitar a las compañías de servicio las envolventes de los empacadores a emplear, con el objeto 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

Producción

Inducción

Figura 18. Comportamiento de los esfuerzos sobre el empacador

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solicitar será el mas económico, siempre y cuando cumpla con las condiciones de operación. La Figura 18 muestra el ejemplo de una envolvente de desempeño y las cargas a que es sometido el empacador tanto en la inducción, así como en la vida productiva del pozo. Se puede observar que los esfuerzos a que está sometido pueden ser tolerados por el empacador. También se percibe que un empacador de 5,000 psi el cual sería más económico pudiese tolerar los esfuerzos generados.

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Apéndice 1. Nomenclatura

=VED Profundidad vertical del empacador (m)

=VyD Profundidad vertical del yacimiento

(m)

=TG Gradiente de temperatura (°C/m)

=bbaP Presión de bombeo (psi)

=BEP Presión bajo el empacador (psi)

=EmpP Presión en el empacador (psi)

=finyP Perdidas por fricción del fluido de inyección (psi)

=fNP Perdidas por fricción del nitrógeno

(psi)

=ftP Perdida por fricción del fluido de terminación (psi)

=SHPparcial 2 Presión parcial del ácido sulfhídrico (psi)

=2COPparcial Presión parcial del dióxido de carbono (psi)

=SEP Presión sobre el empacador (psi)

=TPP Presión en la tubería de producción

(psi)

=TRP Presión en el espacio anular (psi)

=wfP Presión de fondo fluyendo (%)

=EmpT Temperatura a la profundidad del empacador (m)

=ST Temperatura en superficie (°C)

=yT Temperatura del yacimiento (°C)

=∆p Diferencial de presión entre los disparos y el empacador debido a la fricción y gravedad (psi)

=∆ EmpP Presión diferencial en el empacador

(psi)

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02 EMPACADORES DE PRODUCCION.pdf.pdf