1EQUIPO DE PREVENTORAS

El conjunto de preventoras es el equipo de control del pozo en superficie, cuyo diseño permite:

Cerrar el hueco en superficie.

Bombear fluidos dentro del hoyo.

Forzar la tubería de perforación dentro del hueco.

La información suministrada en el programa de perforación deberá incluir las presiones esperadas en fondo para cada profundidad de asentamiento de revestimiento y los criterios utilizados para determinarlas, con el fin de diseñar los conjuntos de preventoras a usar.

Todas las preventoras deben estar equipadas con un sistema hidráulico de manejo, con capacidad de suministrar una y media (1.5) veces el volumen necesario para cerrar todas las unidades con una presión mínima de 200 lppc por encima de la presión de precarga.

Un sistema de apoyo, independiente del sistema de energía primario con capacidad suficiente para cerrar todos los preventores y mantenerlos cerrados.

Existen dos tipos de preventoras: de ariete y anular. El Instituto Americano del Petróleo ha clasificado los arreglos de preventoras de acuerdo con el rango de presión de trabajo, los cuales son mostrados en las Figuras 7.8 a 7.12.

Los códigos dados para cada componente son los siguientes:

A=preventor anular G=cabeza de pozo rotatoria

2R=preventor sencillo (ciego o de tubería)

Rd=preventor doble ariete

Rt=preventor triple ariete

S=carrete de perforación (drilling spool)

M=1000 libras por pulgada cuadrada

Se recomienda tener las siguientes partes disponibles como reserva:

1. Un juego completo de arietes y empaques de tubería y anular para cada tamaño de tubería de trabajo.

2. Un juego completo de cubiertas de sello para cada tamaño o tipo de ariete en uso.

3. Plástico para actuar los sellos secundarios de los arietes.

4. Sellos metálicos anulares para colocar entre las bridas. Todos los materiales deben ser guardados y protegidos para prevenir la oxidación.

Preventor Anular

Su propósito es cerrar el espacio anular alrededor de la tubería, sin importar el diámetro o la forma de la herramienta que está posicionada. Puede usarse para forzar tubería dentro del pozo en caso de emergencia, pero por la fricción pueden fallar fácilmente. Es el primer dispositivo que se actúa para cerrar el pozo. La presión de cierre recomendada es de 1500 lppc; durante el trabajo de forzamiento esta presión debe disminuirse al punto que permita una pequeña fuga que lubrique el empaque, para extender su vida útil.

Los tipos más comunes son: Hydrill Tipo GK, su diseño permite que la presión del pozo ayude a mantenerlo cerrado; Hydrill Tipo GL, diseñado para pozos marinos o de grandes profundidades, tiene una cámara secundaria que ofrece contrabalance para equilibrar la diferencia por la columna hidrostática; Hydrill Tipo MSP, usado principalmente en los sistemas desviadores de flujo.

3El caucho de los empaques puede ser natural "NR", Nitrilo (sintético) "NBR", o de Neopreno "CR".

El preventor Cameron Tipo D, resiste ambientes de sulfuro de hidrógeno y se recomienda en aplicaciones con lodos base aceite. Su apertura y cierre requieren de una presión entre 1500 a 3000 lppc, la cual debe ser mantenida durante su operación.

Preventor Anular de Desviación (Diverter System)

Para controlar un amago a poca profundidad, con el conductor sentado en una formación débil, donde no se puede cerrar el pozo completamente sin el riesgo de generar grandes presiones y la posibilidad de ocasionar fracturas para desfogue de la presión.

El sistema de desviación del flujo usa un preventor anular situado sobre el tubo conductor y una o dos líneas situadas inmediatamente por debajo de él. El control se basa en el agotamiento de la fuente y en llevar el flujo hacia un área segura fuera del equipo y personal (Figura 1.0).

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FIGURA 1.0 SISTEMA DE DESVIACION

Las líneas desviadoras del flujo deben ser de 6 ó 10 pulgadas de diámetro y tan rectas como se pueda, estar situadas en direcciones opuestas (180 grados) hacia la piscina de descarga o al quemadero, viento abajo del equipo, tener válvulas de apertura completa accionadas hidráulicamente, usando al mismo tiempo la presión de cierre del anular, con el fin de evitar que el pozo sea cerrado inadvertidamente.

Todo el conjunto debe quedar lo suficientemente rígido para evitar vibraciones fuertes y pandeos, por lo tanto el revestimiento que soporta la cabeza y las preventoras, debe quedar bien centrado y tener una columna de cemento de mínimo 150 pies hasta superficie.

Cuando el sistema está instalado se debe marcar la manija de control y colocar la advertencia de: "ACTUAR EL DIVERTER Y NO LAS B.O.P".

Ya que la situación no permite imponer presión adicional sobre la formación, el operador tiene 3 alternativas para controlar el pozo:

1. Bombear suficiente lodo al pozo sobre la zona de amago para balancear la presión de formación.

2. Los amagos superficiales pueden depletarse rápidamente.

53. El pozo puede derrumbarse y autocontrolarse.

En la posibilidad No. 1 se bombea lodo pesado de un peso que se supone matará el pozo y no fracturará la formación y se espera hasta que retorne a superficie; si no controla aumentar el peso gradualmente. Se recomienda preparar varios baches (de acuerdo con la capacidad del hueco) de diferentes pesos y la rata de bombeo debe ser mínimo 1 1/2 o 2 veces la del flujo del pozo, con el fin de colocar una columna hidrostática antes que el flujo diluya y reduzca el peso.

La operación es la siguiente:

Cuando se detecta el amago proceda así:

1. Levante el vástago para sacar la unión del elemento de sello anular y pare las bombas.

2. Abra la válvula de la línea de venteo viento abajo del sistema de desviación.

3. Cierre el preventor anular.

4. Inicie el bombeo del lodo en los tanques, o si se tiene, de la píldora pesada; si se acaba y no cesa el flujo, continúe con el lodo que tenga, si se acaba bombee agua si es posible, mientras prepara lodo. La rata debe ser el doble de la rata de flujo del pozo, siempre y cuando no se generen presiones que puedan fracturar el punto débil en el pozo y crear un amago interno o subterráneo.

MAX . PRESION PERMISIBLE = ( Densidad de Frac. - DLI )* 0.052 * Prof.

Preventor de Ariete

6Trabaja sobre el principio de dos elementos de sello, o bloques de ariete, los cuales al acercarse entre si sellan el espacio anular alrededor de la tubería. Son de construcción rígida para insertos flexibles de caucho y diseñados para sellar sobre una forma geométrica predeterminada o con el pozo vacío, usando los arietes ciegos o de mandíbula llena. También pueden utilizarse para cortar la tubería instalando los arietes de corte.

Los arietes cierran y abren por presión hidráulica, el empaque de caucho sintético realiza el sello final entre los arietes opuestos o entre un ariete y la tubería en el pozo. El material elástico sellante, tanto para arietes ciegos como para los de tubería, garantiza un cierre eficaz contra las pérdidas por alta presión de lodo que contengan arenas y ripios. El plástico en reserva detrás de las placas es empujado hacia adelante para reemplazar al desgastado por el movimiento del tubo.

Los preventores del tipo ariete se usan para forzar la tubería dentro del hoyo bajo presión, o sea con el pozo cerrado, en este caso es necesario utilizar dos preventores con el debido espacio entre ellos para las uniones de conexión. El ariete superior e inferior son abiertos y cerrados alternativamente para dejarlas pasar, manteniendo siempre el pozo controlado.

La relación de cierre es alrededor de 7 a 1, lo que significa que la presión requerida para cerrar el preventor es de alrededor de un séptimo de la presión del pozo; las relaciones pueden ser tan bajas como de 2 a 1.

Existen arietes de tubería que pueden cerrar en un rango de diámetro de tubería (3 1/2" - 5 1/2") y preventores con rangos entre 2000 lppc y 15000 lppc.

Preventor de Ariete Tipo Cameron "U"

La mayoría de los preventores tipo "U" tienen relaciones de 7 a 1. La presión del sistema es de 1500 lppc y en condiciones apropiadas solamente se requerirá de alrededor de 500 lppc para operar. Su rango máximo de operación es de 5000 lppc.

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Preventor de Ariete Tipo Cameron "QRC"

En este modelo, la presión del pozo ayuda a mantener los arietes cerrados.

Preventor de Ariete Tipo NL Shaffer "LWS"

Se caracteriza por su estructura ligera que ofrece para el cambio de arietes con dos puertas con bisagras. Hay que disponer de espacio suficiente bajo la estructura para su operación.

Preventor de Ariete Tipo Hydrill "V" y "X"

Tiene sistema de cambio de arietes de puertas con bisagras. El tipo "V" está diseñado para rangos de operación de 5000 lppc y el tipo "X" para 10000 lppc, ambos son resistentes al sulfuro de hidrógeno.

Clasificación de las Preventoras

El API ha clasificado el uso de las preventoras con base en los siguientes puntos:

Rango de presión de estallido del revestimiento al cual se conectan.

8 Presión de ruptura en el zapato.

Máxima presión esperada en superficie.

A continuación se presentan los diferentes diseños:

Clase 2

Conjunto de preventores con un rango de presión de 2000 lppc, consistente en dos (2) preventores de ariete (se acepta un preventor doble) o un preventor anular capaz de cerrar todo el anular, con dos (2) salidas (Figuras 1.1 , 1.2 y 1.3). Se recomienda para perforar el hueco de superficie. Las combinaciones pueden ser (A-R-S), (R-R-S), (R-S-R).

FIGURA 1.1 CONJUNTO CLASE 2 (R-R-S)

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FIGURA 1.2 CONJUNTO CLASE 2 (A-R-S)

Clase 3

Conjunto para 3000 ó 5000 lppc, compuesto de dos (2) preventores de ariete con dos (2) salidas y un (1) preventor anular. Las combinaciones pueden ser: (A-R-S-R), (A-R-R-S). Posee poca flexibilidad porque si se erosiona el carrete no hay posibilidad de cambiarlo.

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FIGURA 1.3 CONJUNTO CLASE 2 (R-S-R)

Clase 5

De igual configuración al clase 3 pero con rango de trabajo de 5000 lppc. Al igual que el anterior se recomienda para pozos de desarrollo y zonas de presión normal. Esta configuración puede hacerse más versátil adicionando otra unidad de ariete, para usarse en pozos exploratorios donde se esperen presiones normales.

Clase 10 y 15

Preventores con presión de trabajo de 10 ó 15M lppc; constan de tres (3) componentes de ariete y un (1) anular. Se recomiendan para zonas desconocidas (A3), o para zonas de alta presión. Los arreglos pueden ser A-R-R-S-R-S, altamente funcional y el A-R-R-R-S-S, no muy flexible.

Arreglos de Preventoras Recomendados.

11Lineamientos Para el Arreglo y Montaje de Preventoras.

Cada área de perforación tiene sus condiciones particulares, que se pueden encajar al sistema más funcional y seguro de los presentados. Las consideraciones especiales para cada área se consignarán en el programa de perforación de cada uno de los pozos, incluyendo el cálculo de las presiones de fondo y esperadas en superficie y servirán para seleccionar el sistema de preventoras. La instalación debe estar supervisada por el ingeniero jefe de pozo de ECOPETROL, para verificar que el conjunto montado quede de acuerdo con lo recomendado.

Rango de Resistencia de Presión

La presión de formación esperada, determina la selección y el rango de presión que deben resistir las preventoras. Cualquier componente puede exceder la presión de trabajo, pero no ser menor, porque si ese componente no puede ser aislado sin interrumpir la función normal de control, pasaría a imponer la capacidad del conjunto.

Uso de Arietes de Tubería

Los arreglos API nos presentan varias alternativas para diferentes rangos de presión según la necesidad, pero la funcionalidad a estos conjuntos se la da el usuario. Podemos dar varias recomendaciones para facilitar su uso:

En una operación normal de control el primer preventor en cerrar debe ser el anular; si comienza a presentar falla se cierra el ariete de tubería debajo de él, lo cual permite su reparación mientras se continua con la operación de control.

Como regla general se usa la mínima cantidad de arietes de tubería para el control del pozo.

12 El ariete inferior de tubería sólo puede usarse para operaciones de

forzamiento en casos de extrema emergencia. Su uso normal debe limitarse a cerrar el pozo mientras se reparan componentes por encima de él.

Las operaciones de forzamiento con anular están limitadas por la presión del pozo y el peso de la sarta así: Cuando el peso de la tubería es suficiente para balancear el empuje (la tubería no es arrojada fuera del pozo) se puede forzar con buen desempeño del elemento de sello hasta con una presión de 800 lppc en cabeza, pero arriba de esta presión no es seguro hacer el forzamiento.

Los elementos colocados debajo del último preventor (el más inferior) no se deben usar para controlar el pozo (solo como auxiliares en caso de emergencia), puesto que si se dañan no se pueden reparar.

Cuando el peso de la tubería no balancea el empuje del pozo, el forzamiento debe hacerse ariete - ariete; para esta operación se requiere de mínimo dos arietes de tubería separados por el espacio para alojar una unión y un medio de aliviar y colocar presión entre ellos. (Tener en cuenta que el último, más inferior preventor no se debe usar para el forzamiento).

Tener en cuenta los diámetros de brocas y herramientas a correr para establecer los diámetros de las preventoras. Los siguientes son los conjuntos disponibles:

Arreglos Sugeridos.

13Teniendo en cuenta los lineamientos anotados se presentan a continuación los sistemas recomendados:

Arreglo 1

Lo puede constituir únicamente el sistema de desviación, para perforar huecos de superficie donde se espere peligro de gas .

Arreglo 2

Es un conjunto de tres preventoras, así (Figura 1.4):

Cabeza de pozo Arietes de tubería Carrete de perforación Arietes ciegos Preventor anular

SISTEMA DE CONJUNTO MULTIPLE

BRIDA O HUECO PRESION DE TRABAJO

21 1/4" 2M ó 5M

13 5/8" 3M - 5M, 10M ó 15M

11" 5M, 10M ó 15M

14SISTEMA DE CONJUNTO SENCILLO

HUECO PRESION DE TRABAJO

21 1/4" 10M

18 3/4" 10M ó 15M

16 3/4" 5M ó 10M

FIGURA 1.4 ARREGLO No. 2 CONJUNTO DE PREVENTORAS 5M

Este arreglo puede usarse para 3M ó 5M, utilizando los elementos de una u otra presión de trabajo, de acuerdo a la necesidad.

Para 3M las válvulas pueden ser roscadas.

Para 5M las válvulas deben ser flanchadas.

15En el tope del anular debe ir un aro de sello de presión API y poseer los espárragos y tuercas en todos los huecos.

Ventajas

Puede reemplazarse el carrete de perforación o repararse una válvula de las salidas.

Pueden cambiarse los ciegos por arietes de tubería.

Repararse el anular si es necesario durante la operación de control.

Puede controlarse el pozo sin tubería en él.

Se puede forzar a través del preventor anular.

Si la presión de superficie excede la del preventor anular se puede cerrar el ariete inferior, se cambian los arietes ciegos por de tubería y se aisla con éstos el preventor anular sin perder el control del pozo.

En extrema urgencia se puede usar la cabeza del pozo para control.

Los arietes para revestimiento se pueden instalar en la parte superior (reemplazando los ciegos).

16Desventajas

No se debe forzar ariete - ariete con éste arreglo.

Arreglo 3

Conjunto de cuatro preventoras así :

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FIGURA 1.5 ARREGLO No. 3 CONJUNTO DE PREVENTORAS PARA 10M ó 15M

1. Cabeza del pozo2. Preventor con arietes de tubería3. Carrete de perforación4. Preventor con arietes ciegos5. Preventor con arietes de tubería y salida flanchada de 2" ID6. Preventor anular

Este arreglo puede usarse para 5M, 10M ó 15M. En los arreglos de 10 y 15M el preventor anular se acepta de 5M y 10M, respectivamente.

Todas las válvulas deben ser flanchadas y el tope del anular debe ir con aro de sello de presión API y poseer los espárragos y tuercas en todos los huecos.

18Ventajas

Puede forzarse tubería: anular - ariete si se cambian los ciegos por de tubería y ariete - ariete con el espacio que se provee entre los dos.

Los arietes para revestimiento se pueden instalar en el preventor de arietes superior.

Se puede controlar el pozo sin tubería.

Se puede iniciar forzamiento cuando no hay tubería en el pozo.

Puede repararse cualquier componente sobre el ariete inferior.

Puede aislarse el anular si la presión en superficie es superior o cercana a su presión de trabajo.

Desventajas

Si no hay suficiente espacio entre los arietes superiores se debe usar el ariete inferior en operaciones de forzamiento y esto no es recomendable.

Pruebas de Preventoras.

19El fluido de prueba debe ser agua limpia. Se debe sacar todo el aire del sistema. La presión máxima de prueba debe ser: la presión de operación para los arietes y el 70% de la presión de operación para el preventor anular. Antes de probar con alta presión debe hacerse a baja presión: 200 - 300 lppc. La mayoría de arietes sellan a alta presión pero fallan a bajas presiones, que son las más comunes de tener en la cabeza.

Equipo de Prueba

Puesto que una de las presiones de prueba debe ser mínimo el 100% de la presión de trabajo de la preventora, es necesario disponer de:

Las bombas que suministren esta presión (bombas de alta presión impulsadas por aire, las del camión cementador, o las del equipo si son de suficiente capacidad).

Tapón de prueba tipo colgador de revestimiento (boll weevil plug tester); asegurarse de usar el compatible con la cabeza instalada.

Probador tipo copa (cup tester). Se fija en el cabezal para probar los BOP y en revestimiento para probar la parte superior del mismo.

Unidad acumuladora adecuada a las preventoras instaladas.

Frecuencia de las Pruebas

Después de la instalación del BOP.

20 Antes de iniciar perforación, después de colocar una nueva sarta de

revestimiento.

Por lo menos una vez cada 21 días.

Después de operaciones que requieran la desconexión de un sello.

Después de cambiar un ariete o el empaque del anular.

Las preventoras deben ser activadas (sin presión de prueba) de la siguiente forma:

Los arietes de tubería, cerrados contra tubería una vez al día.

Los arietes ciegos cerrados en hueco abierto, una vez cada viaje o por día, si hay varios viajes al día.

Anular cerrado contra tubería, una vez a la semana.

Prueba Inicial

Después que se ha instalado el conjunto de preventoras, las líneas para matar y el choque, se debe proceder a probar todo el equipo de acuerdo con las guías y especificaciones aquí consignadas, bajo supervisión del ingeniero de ECOPETROL, quien se ayudará con la lista de comprobación y los formatos de prueba. Estos formatos se anexarán al reporte de perforación en el cual quedará constancia de las pruebas.

21Programa:

(Probador de copa o tipo colgador). Partir de todos los elementos abiertos (Figura 7.18).

1. Probar todas las líneas y válvulas del acumulador. Probar la línea desde la bomba de prueba hasta las válvulas de la línea de matar.

2. Bajar el probador de copa con una junta de cola, una junta encima y el vástago de perforación.

3. Desplazar el lodo por agua circulando por la tubería.

4. Cerrar la válvula inferior del vástago y abrir la superior.

5. Sentar el tapón de prueba en la cabeza del pozo.

6. Cerrar la válvula manual del choque y mantener abierta la válvula hidráulica, las válvulas 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 13, 15 y los choques.

7. Cerrar el ariete superior de tubería manualmente, aislar la presión del acumulador.Error! Bookmark not defined.

8. Presionar hasta 200 ó 300 lppc por cinco (5) minutos y hasta la presión de prueba por diez (10) minutos. Drenar la presión. Registre la presión en el acumulador.

229. Abrir el ariete superior de tubería y registrar el volumen para abrir y la

presión en el acumulador.

10.Cerrar el preventor anular, registrar el tiempo, volumen y presión del acumulador para cerrar.

11.Presionar hasta 300 lppc por cinco (5) minutos y hasta la presión de prueba (70% de la presión de trabajo) por diez (10) minutos. Aliviar la presión.

12.Abrir la válvula hidráulica y cerrar las válvulas 1, 3, 4. Presionar hasta 300 lppc por cinco (5) minutos y luego hasta la presión de prueba (70% de la presión de trabajo) por diez (10) minutos. Aliviar la presión.

13.Abrir las válvulas 1, 3, 4, cerrar las 5, 6 y el choque ajustable manual, presionar hasta 300 lppc por cinco (5) minutos, y luego hasta la presión de prueba por diez (10) minutos. Abrir el choque completamente, registrar el tiempo de apertura y de cierre del choque.

14.Abrir la válvula 5, cerrar la válvula 2 y el choque hidráulico a control remoto. Presionar hasta 300 lppc por cinco (5) minutos y luego hasta la presión de prueba por diez (10) minutos. Abrir el choque a control remoto. Registrar el tiempo de apertura y cierre del choque y la presión de la bomba hidráulica.

15.Abrir el preventor anular, registrar el tiempo, volumen y presión del acumulador para abrir.

2316.Sentar el tapón de prueba a ± 2 dentro del revestimiento.

17.Abrir las válvulas 2 y 6.

18.Cerrar el ariete superior de tubería y la válvula hidráulica de control remoto (HCR). Presionar hasta 300 lppc cerrar el ariete inferior de tubería.

19.Abrir la válvula hidráulica por cinco (5) minutos y cerrarla nuevamente, presionar hasta 300 lppc, abrir el ariete inferior de tubería, registrar la presión final.

20.Presionar hasta el 70% de la presión de trabajo menor de los tres componentes (preventor, cabeza, revestimiento). Cerrar el ariete inferior de tubería y abrir la válvula hidráulica. Espere diez (10) minutos.

21.Cerrar la válvula hidráulica, presionar hasta la misma presión anterior.

22.Abrir el ariete inferior de tubería. Registrar la presión final.

23.Abrir la válvula hidráulica para drenar presión.

24.Abrir el ariete superior de tubería. Registrar el tiempo, el volumen y la presión del acumulador, para abrir y cerrar el ariete inferior.

2425.Para la prueba del ariete ciego se debe disponer de un tapón tipo hanger

que se deja sentado en la cabeza. En éste caso se puede probar con un 70% de la presión de trabajo. Si no está disponible este tapón se puede hacer utilizando el pozo pero sólo debe con el 70% de la menor presión entre: la máxima resistencia del cemento y la máxima presión de estallido del revestimiento.

26.Con tapón de prueba ó utilizando el pozo el procedimiento es el mismo: cerrar la válvula hidráulica (HCR). Cerrar el ariete ciego, presionar hasta 300 lppc por cinco (5) minutos y luego hasta la presión de prueba por diez (10) minutos. Registrar el tiempo, el volumen y la presión del acumulador para el cierre.

27.Abrir la válvula hidráulica, abrir el ariete ciego y registrar el tiempo, volumen y presión del acumulador para la apertura.

Dejar las válvulas de la siguiente forma:

Cerradas : Externa de la línea de matar, hidráulica a control remoto (HCR), 3, 6, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 16.

Abiertas : Interna de la línea de matado, manual del choque, No. 1, 2, 4, 5, 7, 9, 10. El choque manual e hidráulico en posición medio abierta.

Prueba diaria

Con la tubería dentro del revestimiento instalar la válvula de seguridad, poner a funcionar los preventores tipo ariete de tubería. Observar el

25ajuste, la presión del acumulador al cerrar y abrir, el volumen y tiempo de cierre y apertura.

Después de sacar la tubería, cerrar el preventor de arietes ciegos. Observar el tiempo, volumen y presión del acumulador para el cierre. Registrar lo mismo para la apertura. Cuando se hace más de un viaje al día, sólo se hace la prueba una vez.

Operar los choques ajustables y bombear a través de ellos para asegurarse que no estén obstruidos.

Regresar las válvulas y equipos a su posición inicial.