SISTEMA DE SEGURIDAD POZO

RONALD D. ANZOLA D ECAPETROL 2011

Se usa principalmente para prevenir el flujo descontrolado de los fluidos de formación hacia la cara del pozo (wellbore). Cuando se desplaza fluido de la formación hacia el wellbore, mezclado con el lodo se define como amago de reventón (kick, influjo o patada). El sistema de control permite: Detectar amagos de reventón Cerrar el pozo en superficie Circular el pozo presionado para desalojar estos fluidos e incrementar la densidad del lodo Mover Mov er la sarta de perforación bajo b ajo condiciones de presión presi ón Desviar el flujo fuera del equipo y del personal de perforación

El flujo de fluidos desde el pozo, causado por un amago se controla o detiene por un sistema empacado llamado preventoras que se encuentran por debajo de la mesa rotaria. Sistema encargado del control de presión, procura un período de tiempo para controlar las presiones, que guardan las formaciones atravesadas, transmitidas por los fluidos que contienen y los amagos de reventón que se generen. obteniendo su potencia de la Unidad acumuladora, con la posibilidad de eliminar el gas indeseado por el Separador de gas.

CONTROL CONTRO L DE PRESIONES 

Se produce por la entrada en el pozo de fluidos de formación, gases e

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hidrocarburos que pueden combustir al llegar a superficie, produciendo un reventón (kick) Es uno de los problemas de mayor incidencia incidenc ia en la operación y puede ocasionar la pérdida de vidas y equipo, de no tener control adecuado Su primer control es la densidad del lodo

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CAUSAS Las causas comunes de los reventones son: Suaveo durante viajes Deficiencia en el llenado del pozo durante  viajes Densidad inapropiada del lodo Pérdida de Circulación  

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La mayoría de los reventones ocurren durante los  viajes Ej: la cuadrilla puede fallar al no mantener el pozo lleno de lodo, cuando se está sacando la tubería de perforación. O puede sacar la tubería demasiado rápido lo cual hace que disminuya la presión de fondo de pozo por un efecto de pistoneo.

REVENTÓN “BLOWOUT “BLOWOUT” ” Un reventón es desastroso. Los fluidos de formación como gas y petróleo se dirigen a la superficie causando un incendio. Un reventón puede matar a la cuadrilla, destruir el equipo de perforación y dañar el medio ambiente. Por ello, las cuadrillas de perforación reciben entrenamiento y trabajan duro para evitar los reventones. Usualmente el control de patadas de pozo “kicks” es exitoso, por ello los reventones son raros en la actualidad. Cuando se presentan, son espectacularmente destructivos, y por ello siempre hacen noticia.

CONTROLANDO UNA PATADA DE POZO “KICK” El lodo que circula hacia abajo a través de la sarta de perforación Y arriba por el anular es la primera línea de defensa contra las patadas de pozo. El fluido de perforación crea una presión adicional mientras está circulando. La presión ejercida por el lodo de perforación evita que los fluidos de formación entren al pozo. Cuando el nivel o el peso del lodo caen, la presión ejercida sobre la formación disminuye; si esto pasa, los fluidos de formación pueden entrar al pozo. En ese momento se presenta la patada de pozo. En otras palabras, cuando la presión de la formación y sus fluidos excede el peso de la columna de lodo, se presenta una patada de pozo. Presión = Fuerza por unidad de área. Presión = Fuerza/Área. Para evitar que la patada de pozo se convierta en un reventón, la cuadrilla del taladro usa un equipo de preventoras de reventones “BOP stack”.

PREVENTORAS DE REVENTONES “BLOWOUT PREVENTERS”

El stack de BOP comprende varias válvulas de gran tamaño apiladas una encima de la otra. Estas válvulas se conocen como BOP. Los fabricantes establecen rangos para los stacks de BOP para controlar controlar presiones que van desde 2000 psi, hasta 15000 psi (14000 a 100000 KPa). Usualmente los taladros tienen dos tipos de preventoras. En la parte superior del stack hay un preventor anular (Hydrill). Se conoce como BOP anular porque al cerrarlo rodea la tubería en el pozo en forma de anillo o ánulo. Debajo del Hydrill o preventor anular están las Preventoras tipo Ram “Ram preventers”. Las  válvulas en las preventor preventoras as tipo Ram se cierran forzándose entre sí. La línea del Choque es una tubería a través de de la cual fluyen f luyen los fluídos f luídos que salen del pozo hacia el distribuidor del choque “Choke Manifold” cuando las preventoras estám cerradas. Aún cuando las preventoras cierran el pozo, la cuadrilla necesita tener una forma de circular la patada o burbuja que viene con el lodo, para sacarla del pozo.

Cuando la BOP cierra el pozo, el lodo y los fluidos de formación salen a través de la línea del choque, hacia el choke manifold. El manifold está hecho de tubería y válvulas especiales. La válvula más importante es el choke. Se trata de una válvula con una abertura ajustable. La cuadrilla circula la patada pata da a través través del choke c hoke para mantener una contrapresión en el pozo.  Al mantener la cantidad correcta correcta de contrapr contrapresión esión en el pozo se evita que que más fluido de formación siga entrando al hueco. Simultaneamente se puede circular la patada fuera fue ra del pozo y agregar lodo de perforación más pesado para matar el pozo, controlándolo. Los fluidos salen del choke manifold, y  usualmente van a un separador de lodo-gas “mud–gas separator”. Un separador separa el lodo del gas ga s en una patada de pozo. El lodo lo do libre de gas regresa a los tanques, el gas se quema a una distancia segura del taladro.

OPERACIÓN DEL BOP Cuando se presenta una patada y las preventoras preventor as están abiertas, los fluidos f luidos de formación hacen que el lodo fluya hacia arriba  y dentro dentro del stack de BOP. BOP. Cuando el perforador cierra el preventor anular, anular, el f lujo se detiene. Usualmente los perforadores cierran primero el preventor anular. Al cerrar el preventor anular, anular, los f luidos se desvían hacia la línea del choke, y finalmente hacia el choke manifold. El perforador puede abrir una válvula en la línea del choke, y circular la patada de forma segura a través del choke manifold.

1) El preventor anular puede cerrar alrededor de:  A. Drill pipe. B. Drill collars. C. Hueco Abierto “Open Hole”. D. Herramientas “Tools”.

Usualmente el preventor anular se cierra primero.

b) Los preventores tipo Ram están conformados por:

 A. Pipe Rams. B. Ciegos “Blind Rams”. C. Ciegos de Corte “Blind Shear Rams”. D. Rams de diámetro variable “Variable Bore Rams” (VBR).  A. Un Pipe Rams cierra alrededor del drill pipe.  Algunos pipe rams rams se usan para suspender la sarta de perforación “drill string” en equipos de preventoras submarinos. Van debajo del preventor anular Hydrill en caso de que este falle al tratar de controlar una patada.

B. Rams Ciegos “Blind Rams”: Están Est án diseñados para cerrar el pozo cuando no hay tubería de perforación en el mismo

D. Rams de Diámetro  Variable  V ariable “Variable Bore Ram” (VBR): Son especiales, ya que pueden cerrarse alrededor de tuberías de diferente diámetro, desde tubos de 5” hasta 3”

PANEL DE CONTROL DEL BOP DEL PERFORADOR En él el perforador abre y  cierra la BOP y las líneas que van al choke manifold. Usualmente este panel está localizado en la mesa, cerca al perforador. Las palancas e interruptores le permiten al perforador abrir y cerrar rápidamente las preventoras y otras válvulas en el sistema.

ACUMULADOR Las botellas del acumulador almacenan fluido hidráulico a alta presión, mayor de 3000 psi (20000 Kpa). Estos f luidos a alta presión presión aseguran que las preventor preventoras as cierren y abran rápidamente. La unidad del acumulador de operación del BOP se instala a cierta distancia del taladro

LÍNEAS HIDRÁULICAS Cuando el perforador activa la unidad de operación del BOP, bombea fluido f luido hidráulico a través de de líneas y dentro del BOP. La presión abre o cierra cier ra las BOP BOP..

Usualmente el perforador opera el acumulador desde el panel de control en la mesa del taladro. Sin embargo, en una emergencia los miembros de la cuadrilla pueden operar el BOP usando las  válvulas de contro controll que hay hay en en el acumulador

CHOKE MANIFOLD El flujo f lujo llega al choke manifold manifold desde el BOP a través de la línea del choke. Usualmente el manifold tiene dos válvulas especiales operadas a control remoto llamadas chokes. Por lo general el f lujo fluye f luye sólo a través través de uno de los chokes. chokes. El perforador gradúa la cantidad de f lujo a través del choque ajustando el tamaño de la abertura en el mismo, haciéndolo más grande o más pequeño, con incrementos de 1/16 de pulgada. Cuando la abertura es pequeña, el flujo f lujo es menor. menor. Cuando la abertura es más grande, el flujo es mayor. Con menos flujo, f lujo, se tiene mayor contrapresión contrapresión en el pozo. A mayor f lujo, menor contrapresión en el pozo. Este ajuste en la contrapresión, contrapresión, mantiene la contrapresión en el fondo del hueco, de forma que no puedan entrar más fluidos de formación en el mismo.

Panel de Control del Choke. Es usado por el perforador u otros miembros de la cuadrilla para ajustar el tamaño de la abertura del choque, a medida que los fluidos f luidos de la patada de pozo fluyen por éste. Observando Obser vando la presión en el drill pipe y en el casing, y manteniendo la bomba de lodo a una velocidad constante, el operador del choque puede ajustarlo.

CHOKE MANIFOLD El flujo llega al choke manifold desde el BOP a través de la línea del choke. Usualmente el manifold tiene dos válvulas especiales operadas a control remoto llamadas chokes. Por lo general el flujo f lujo fluye f luye sólo a través través de uno de los chokes. Los otros chokes actúan como back ups. El perforador gradúa la cantidad de f lujo a través del del choque ajustando el tamaño de la abertura en el mismo, haciéndolo más grande o más pequeño, con incrementos de 1/16 de pulgada. Cuando la abertura es pequeña, el f lujo es menor. menor. Cuando la abertura es más grande, el flujo es mayor. Con menos flujo, se tiene mayor contrapresión en el pozo. A  mayor flujo, menor contrapresión en el pozo. Este ajuste en la contrapresión, contrapresión, mantiene la contrapresión en el fondo del hueco, de forma que no puedan entrar más fluidos f luidos de formación en el mismo.

Panel de Control del Choke. Es usado por el perforador u otros miembros de la cuadrilla para ajustar el tamaño de la abertura del choque, a medida que los fluidos f luidos de la patada de pozo fluyen por éste. Observando la presión en el drill pipe y en el casing, y  manteniendo la bomba de lodo a una  velocidad constan constante, te, el operador operador del choque puede ajustarlo para mantener una presión constante en el fondo del pozo. Para controlar una patada y circularla exitosamente fuera del pozo, el operador del choque debe mantener la presión de fondo constante.

SEPARADOR SEP ARADOR DE LODO-GAS LODO-GAS Los fluidos de la patada y el lodo pasan del choke manifold al separador a través de una línea. Con frecuencia, la mayor parte de una patada está conformada por gas, sin embargo, los f luidos de formación también pueden contener agua, aceite, o una combinación combinación de los mismos. En cualquier caso, el separador s eparador remueve el gas del lodo. Después de remover el gas, la bomba envía el lodo libre de gas a los tanuqes, y al fondo del pozo. El gas que sale del separador va al quemadero.

En un separador, el lodo y el gas que viene del choke manifold entran por la parte superior del separador y y caén sobre varios platos. platos. A medida que el lodo cae sobre los platos, el gas se separa de este, y sale por la línea del quemador. El lodo libre de gas cae al fondo del separador, y sale por una línea hacia los tanques, donde es circulado de nuevo dentro del pozo.

QUEMADERO Y LINEA DE QUEMADERO La línea del quemadero “flare line” conduce el gas desde el pit” en los equipos de separador hasta el quemadero “f lare pit

perforación terrestres. El gas se quema en el flare pit. La La salida del gas de la línea del quemadero está a una distancia segura del taladro. Aúnque se esté quemando gas, la cuadrilla puede trabajar en forma segura.

TANQUE DE VIA VIAJE JE Es un tanque de lodo especial. Se usa cuando se está sacando tubería del pozo, por ejemplo, para cambiar la broca. También También se usa cuando se está metiendo tubería. tuberí a. El hecho de sacar la l a tubería y volver a meterla se conoce como un viaje “trip”, de ahí el nombre de este pequeño tanque. Este tanque se usa para llevar un registro preciso de la cantidad de lodo que la sarta desplaza en el hueco.

OPERACIÓN OPERA CIÓN DEL TANQUE TANQUE DE VIAJE Cuando la cuadrilla saca la tubería del pozo, pozo, el nivel del lodo en el hueco cae. Si la cuadrilla permite que este nivel baje mucho, el lodo no ejercerá suficiente presión como para evitar que los fluidos f luidos de formación entren en el pozo pozo.. Por ello, a medida que la cuadrilla saca tubería, continuamente circulan fluido f luido desde el tanque de viaje para reemplazar el volumen de la sarta de perforación, y mantener el hueco lleno. La cuadrilla también está alerta a cambios inusuales, y se aseguran que el volumen de lodo que se envía al pozo reemplace exactamente el volumen ocupado por la sarta de perforación.  Ya que los volúmenes  Ya volúmenes son pequeños, el tanque trae una escala medida en pequeños incrementos, como por ejemplo décimas de barril o de litro de lodo. Si el volumen de lodo que la cuadrilla coloca en el pozo es menor que el volumen de la tubería que se saca, es probable que los fluidos f luidos de la formación entren en el pozo. Supongamos, por ejemplo, que la cuadrilla saca una parada de drill pipe del pozo. Y que esta tubería desplaza 0.7 bbls (111 (11 1 litros). Entonces la cuadrilla debe bombear dentro del pozo 0.7 bbls o 111 litros para reemplazar la parada. El nivel de lodo en el tanque de viaje debe disminuir disminuir en 0.7 bbls o 111 litros. Si el nivel del tanque no disminuye en esta cantidad, los f luidos de formación han entrado al pozo, y la cuadrilla debe tomar medidas para controlarlo.

 VÁL  V ÁLVULAS VULAS DE LA LA SART SARTAS “DRILL STRING VALVES” Y IBOPS Detienen los fluidos f luidos que suben por la sarta. Con frecuencia, si se presenta una patada con la broca fuera del fondo, los fluidos f luidos de formación fluyen hacia arriba a través del anular y de la sarta de perforación. La cuadrilla cierra las válvulas de sarta para detener el f lujo en la misma. Si la Kelly está colocada, ellos pueden cerrar la válvula superior o inferior de la Kelly. a) Válvula inferior de la Kelly “lower Kelly cock”. b) Válvula Válvula superior supe rior de la Kelly “upper Kelly cock”. c) Válvula de apertura total “full opening valve”.

Si la Kelly no está colocada, la cuadrilla puede instalar una  válvula de apertura apertura total “full opening valve” en la parte superior de la sarta. Un preventor interno de reventones “ Inside Blow Out Preventer” (IBOP) es una válvula de una vía, una válvula cheque que ellos pueden instalar en la sarta. Un tipo de válvula IBOP es la flotadora “float valve”, la cual

usualmente va en la sarta, cerca cerca de la broca. Previenen un f lujo hacia arriba, por el interior de la sarta. Otro tipo de IBOP es la  válvula de tirar tirar “Drop In Valve” (DIV). Ella se tira dentro de la sarta y cae dentro de un landing sub especial que usualmente se coloca cerca de la parte superior del drill collar en la sarta. Le permite al perforador bombear lodo hacia abajo a través de la tubería. Es una válvula cheque que no permite que el fluido f luido se devuelva por la sarta. Otro tipo de IBOP es la válvula cheque “heavy duty check valve”, o “gray type valve”. Es una válvula cheque que la cuadrilla instala

en la superficie, usualmente se usa en operaciones de stripping. Stripping es cuando se corre drill pipe en el hueco mientras la BOP está cerrada y bajo presión.

 Válvulas Superior e Inferior de la  Válvulas Kelly “Upper/Lower “Upper/Lower Kelly  Cocks””. Cocks La válvula superior de la Kelly “upper Kelly cock” se encuentra sobre la

misma. Sirve como back up de la  válvula inferior inferior “lower kelly cock”. Si la lower kelly cock falla, la cuadrilla usa una llave especial para pa ra cerrar la válvula superior “upper”. Esto protege al equipo equ ipo que se encuentra sobre la Kelly Kelly del flujo f lujo a alta presión. Usualmente los miembros de la cuadrilla cierran la válvula inferiorsi una patada pone en riesgo el equipo sobre la Kelly. Esta válvula va en la parte inferior de la kelly. Se usa una llave especial para cerrarla. También se puede cerrar la lower kelly cock para evitar que el lodo fluya fuera de la kelly, cuando se zafa para conectar tubería.

 VÁLVULA  VÁL VULA DE APERTURA APERTURA TOT TOTAL AL “FULL OPENING SAFET SAFETY Y VAL VALVE” VE” Si la Kelly no está puesta y se presenta un f lujo, la cuadrilla puede insertar la safety   valve en la sarta. Este procedimiento procedimiento se conoce como stabbing. Una válvula full opening valve tienen una abertura interna lo más grande posible. Cuando está totalmente totalmente abierta, el flujo f lujo que viene del drill pipe pasa a través de la  válvula sin restricción; esta abertura relativamente grande le permite a la cuadrilla instalar la válvula en contra de la presión que viene de la sarta. La L a válvula se levanta por las manijas. Se confirma que esté abierta, y se instala en el tope del drill pipe. Entonces se enrosca en el el drill pipe. Finalmente se usa una llave especial para cerrar la válvula y detener el flujo.

EQUIPOS

G  R  A C  I  A S