Por @ingenieria_petroleramx -
El Coiled Tubing usualmente se define como una cadena continua de tubería de diámetro pequeño, que conecta una serie de equipos en superficie y asocia trabajos de perforación, reparación, completación y reacondicionamiento de hoyo, pudiéndose usar tanto en ambientes terrestres como marinos.
Esta tubería generalmente es construida de una aleación especial de carbón – acero, lo que permite se le maneje como a las tuberías PVC (Cloruro de Polivinilo) que poseen características de flexibilidad, antioxidación, resistencia al fuego en algunos casos, entre otras.
Las características físicas del Coiled Tubing (CT) son las mismas a las de tubería convencional de diámetro similar, con la ventaja de que no es necesario estibarla tramo por tramo para bajarla o retirarla del pozo, ya que se le desenrolla o enrolla en un carrete accionado mecánicamente como si fuera una manguera, permitiendo así un mejor y más rápido almacenamiento y transporte.
Por ser una tubería rígida flexible puede ser introducida en el pozo con mucha más facilidad desde la superficie, esta característica la hace atractiva para ser utilizada en los pozos muy desviados y horizontales. La tubería CT puede tener una longitud de 9.450 m (31000 pies) o superior, según el tamaño del carrete o el diámetro del tubo, que oscila entre 1 y 4 ½ pulgadas.
Una unidad motriz hidráulica, es controlada desde la consola instalada en una cabina de control central en superficie, la cual acciona el cabezal del inyector en el fondo para desplegar y recuperar la tubería CT. El gran carrete de almacenamiento también aplica peso sobre la tubería. La Unidad de CT posee cuatro componentes básicos, que sin alguno de ellos no se podrían llevar a cabo las operaciones relacionadas con perforación, cementación, reparación, reacondicionamiento de pozos, así pues son necesarios:
*Carrete de Almacenamiento: Sirve para guardar y transportar íntegramente la tubería CT
*Cabezal Inyector: proporciona el esfuerzo de tracción para recuperar la tubería.
*Cabina de Control: donde desde la superficie son operados los equipos y monitorea la operación en curso.
*Unidad de Potencia.
El Coiled Tubing usualmente se define como una cadena continua de tubería de diámetro pequeño, que conecta una serie de equipos en superficie y asocia trabajos de perforación, reparación, completación y reacondicionamiento de hoyo, pudiéndose usar tanto en ambientes terrestres como marinos.
Esta tubería generalmente es construida de una aleación especial de carbón – acero, lo que permite se le maneje como a las tuberías PVC (Cloruro de Polivinilo) que poseen características de flexibilidad, antioxidación, resistencia al fuego en algunos casos, entre otras.
Las características físicas del Coiled Tubing (CT) son las mismas a las de tubería convencional de diámetro similar, con la ventaja de que no es necesario estibarla tramo por tramo para bajarla o retirarla del pozo, ya que se le desenrolla o enrolla en un carrete accionado mecánicamente como si fuera una manguera, permitiendo así un mejor y más rápido almacenamiento y transporte.
Por ser una tubería rígida flexible puede ser introducida en el pozo con mucha más facilidad desde la superficie, esta característica la hace atractiva para ser utilizada en los pozos muy desviados y horizontales. La tubería CT puede tener una longitud de 9.450 m (31000 pies) o superior, según el tamaño del carrete o el diámetro del tubo, que oscila entre 1 y 4 ½ pulgadas.
Una unidad motriz hidráulica, es controlada desde la consola instalada en una cabina de control central en superficie, la cual acciona el cabezal del inyector en el fondo para desplegar y recuperar la tubería CT. El gran carrete de almacenamiento también aplica peso sobre la tubería. La Unidad de CT posee cuatro componentes básicos, que sin alguno de ellos no se podrían llevar a cabo las operaciones relacionadas con perforación, cementación, reparación, reacondicionamiento de pozos, así pues son necesarios:
*Carrete de Almacenamiento: Sirve para guardar y transportar íntegramente la tubería CT
*Cabezal Inyector: proporciona el esfuerzo de tracción para recuperar la tubería.
*Cabina de Control: donde desde la superficie son operados los equipos y monitorea la operación en curso.
*Unidad de Potencia.
El
desarrollo de la tubería flexible o coiled tubing tal como lo conocemos
hoy en día, inicio en los comienzos de la década de 1960 . Este es
ahora un importante componente de varias aplicaciones para Word over y
servicio de pozos . Mientras que aún el uso del Coiled Tubing está cerca
el 75% de las aplicaciones de rehabilitación y servicio de pozos los
avances tecnológicos han dado como resultado un incremento en la
utilización de la tubería flexible tanto en perforación de pozos como en
aplicaciones de completacion.
La capacidad de desarrollar trabajos remediales en pozos vivos fue un
importante Factor asociado con el desarrollo de la tubería flexible.
Con el propósito de alcanzar esta promesa se necesitaron superar 3
diferentes desafíos técnicos, tales como:
- Un conducto continuó que sea capaz de ser insertado en el hoyo del pozo ( la sarta de coiled tubing / CT string).
- Medios para hacer la corrida de la tubería flexible recuperar la misma hacia dentro o fuera del pozo bajo presiones ( el cabezal de inyección).
- Un dispositivo que sea capaz de crear un sello Dinámico alrededor de la sarta de tubería (empaque / packoff o stripper device)
Unidad de Coiled Tubing (Credit: ShutterStock)
El Origen del Coiled Tubing
Antes de la invasión de los aliados en el año 1944 muchas largas y continuas líneas de tubería fueron desarrolladas y producidas por los ingenieros británicos para transportar la gasolina desde Inglaterra hacia el continente europeo con el fín de suministrar combustible a los ejércitos aliados. Este proyecto Fue llamado como la operación "Pluto" , la cual significaba en inglés : “Pipe Lines under the Ocean” / "líneas de tubería bajo el océano" . Esta operación involucro la fabricación y el tendido de cierto número de tuberías a través del Canal Inglés. La fabricación y enrollamiento exitoso de la tubería flexible sirvió de fundamento para más desarrollos técnicos, los cuales resultaron en la sarta de tuberia que se usa hoy dia en la Industria del Coiled Tubing.
Antes de la invasión de los aliados en el año 1944 muchas largas y continuas líneas de tubería fueron desarrolladas y producidas por los ingenieros británicos para transportar la gasolina desde Inglaterra hacia el continente europeo con el fín de suministrar combustible a los ejércitos aliados. Este proyecto Fue llamado como la operación "Pluto" , la cual significaba en inglés : “Pipe Lines under the Ocean” / "líneas de tubería bajo el océano" . Esta operación involucro la fabricación y el tendido de cierto número de tuberías a través del Canal Inglés. La fabricación y enrollamiento exitoso de la tubería flexible sirvió de fundamento para más desarrollos técnicos, los cuales resultaron en la sarta de tuberia que se usa hoy dia en la Industria del Coiled Tubing.
En el año de 1962 Bowen Tools y California Oil Company desarrollaron la
primera unidad completamente funcional para tubería flexible el
propósito de esta unidad era lavar los puentes de arena en Los Pozos.
Los primeros cabezales de inyección trabajaron en un principio de dos
cadenas verticales de rotación contraria. Aún hoy día este diseño sigue
siendo usado en la mayoría de las unidades de tubería flexible . El
stríper fue un sellado simple de tipo anular qué podría activarse de
manera hidráulica para sellar alrededor de la tubería y relativamente
reducir las presiones del cabezal. La sarta de tubing que fue usada en
los primeros intentos fue fabricada soldando secciones de 50 pies, con
un OD de 1-3/8" obteniendo 15.000 pies enrollados en un carreto con
nucleo de 9 pies de diametro.
Evolucion de los Equipos de Coiled Tubing
Durante finales de 1960 y en la década de 1970 , tanto Brown Oil Tools y Bowen Tools continuaron mejorando sus diseños con el fin de acomodar el CT hasta 1 pulg. OD. Por mediados de la década de 1970, más de doscientas de diseño original de las unidades de bobina de tubos estaban en servicio. Por finales de 1970, una serie de diferentes nuevas empresas de fabricación (Otis Engineering, Inc. Hydra Rig, y Uni-Flex Inc.) también comenzó a influir en la mejora del diseño de las cabezas de los inyectores.Las sartas de CT también pasaron por mejoras significativas en este periodo. A través de finales de 1960, los servicios de CT fueron dominados por los tamaños de tubería de 1 pulg. Y menos. Y las longitudes de cuerda eran relativamente corto. La longitud de la tubería y el diámetro de la tubería fueron limitadas por las propiedades mecánicas y los procesos de fabricación disponibles de la época.
Las primeras operaciones computarizadas sufrieron una serie de fracasos debido a la calidad desigual de los tubos y diversos soldaduras a tope requeridas para la producción de longitud de cadena adecuada. Sin embargo, por finales de 1960, las sartas de producción estaban siendo molidos en longitudes más largas y las soldaduras a tope había menos para cada cadena. Las propiedades del acero también vieron mejoras importantes durante el tiempo. Estos cambios y mejoras asociadas en la fiabilidad de la cadena CT contribuyeron en gran medida al crecimiento continuo de la industria de la CT.
Hoy en día es común para las cadenas de CT que se construyen a partir de la tubería continua molido que se puede fabricar sin soldaduras a tope. Además, los diámetros de TC han continuado creciendo a mantener el ritmo con los requisitos de la concentración asociada a las nuevas aplicaciones del mercado. No es raro para los diámetros de CT de hasta 2 7/8 pulg. A estar disponible fácilmente para el uso rutinario.
/
Coiled Tubing Can Perform Various Tasks
Aplicaciones del Coiled Tubing
Hoy en día, la tubería flexible es ampliamente utilizado en varios operación y estas son operaciones llevadas a cabo por las unidades de tubería flexible.
Sarta de Trabajo
− Posicionamiento de Fluidos
- Levantamiento de Nitrogeno / Nitrogen Lift
- Tapones de Cemento / Cement Plugs
- Cementaciones remediales / Cement Squeeze
- Lavado Acido / Acid Wash
- Estimulaciones y Fractura / Fracture Stimulation
- Corte de Agua / Water Shut-off
- Squeeze a Escala / Scale Squeeze
− Transposo y Operacion de Herramientas
- Cañoneo / Perforating Guns
- Tapones / Plugs
- Registros de Producción / Production Logging
- Camaras de video / Video cameras
- Pesca / Fishing
− Limpieza de Hoyo
- Jetting
- Milado / Milling
- Remocion a escala / Scale removal
Sarta de Completación
− Sarta de Velocidad
− Sarta de Gas Lift String
− Corrida de Bomba Electrosumergible / ESP deployment
− Corrida de Bomba de Rodillos / Rod pump deployment
− Reparaciones / Straddle repair
- Control de Arena / Sand Control
Sarta de Perforacion
− Perforacion con Coiled tubing usando motores de fondo
− Perforacion con Coiled tubing usando motores de fondo
- Side track y profundizando el hoyo
− Perforacion Bajo Balance / Under-balanced Drilling
Equipos para Operaciones de Coiled Tubing
Coiled Tubing Equipment Overview
La
tecnología del Coiled tubing fue desarrollada en la decada de in 1970s y
es una de las piezas mas importantes en los equipos de intervención de
pozos en la industria del gas y petróleo. Existen algunas diferencias de
tipos disponibles en el mercado, asi como variedad de diseños de
unidades de tubería flexible: sin embargo los componentes de una unidad
de coiled tubing son muy similares entre si. . La principal diferencia
radica en el desarrollo de las capacidades y los sistemas de control de
potencia hidraulica.
- Pack de Potencia / Power Pack
- Cabina de Control / Control Cabin
- Cabezal Inyector
- Sistema de Control de Presión
- Carreto de Coiled Tubing
Unidad de Potencia
Una unidad de paquete de energía proporciona energía hidráulica para controlar y operar el equipo de unaunidad de tubería flexible. En general, las unidades de paquete de energía tienen una fuente de alimentación eléctrica o diesel independiente que está diseñado para operar en las areas Zona 1 y Zona 2 .
Unidad de Control del Coiled Tubing / Control Unit
La unidad de control contiene todos los controles necesarios para el funcionamiento de una unidad de tubería flexible desde esta ubicación. Por lo general, una unidad de control se encuentra detrás de un carrete de tubería flexible. Sin embargo, puede haber una situación en la que la ubicación no permite manipulación de esto, por lo que una unidad de control puede ser trasladado a otro lugar donde los agentes también se sentirán segurosmientras se opera la unidad. La Figura 4 demuestra los controles dentro de la unidad y se ve claramente que hay muchas instrumentaciones para el control de la unidad y medidores. El nivel de control e instrumentación dependen del tipo de operación que se realiza. Por ejemplo, una intervención normal de un pozo con coiled tubing tendrá menos controles que en una unidad de perforación con coiled tubing altamente sofisticada.
Figura 4 – Unidad de Control del Coiled Tubing / Control Unit
Cabezal Inyector
Un cabezal de inyección es una de las partes críticas en una unidad de tubería flexible y se compone de varios sistemas hidráulicos que permiten que una unidad de tubería flexible pueda operar con un alto grado de variabilidad en funcionamiento. Su función es suministrar tracción y capacidad de empuje requerida para ela corrida y recuperación de la tuberia flexible hacia dentro y fuera del pozo.. Cuando se trabaja en pozos vivos, es importante asegurarse de que los bloques de agarre de la cadena tienen un poder de agarre suficiente para superar la fuerza de presión a boca de pozo y la presión hidráulica del inyector debe iniciar la fuerza suficiente para empujar un tubo enrollado en el pozo frente a la presión del hoyo del pozo.
Figura 5 – Dibujo de un Cabezal Inyector de Coiled Tubing
Equipos de Control de Presión
Con el fin de operar con seguridad en un pozo vivo, las unidades de tubería flexible deben tener sistemas de control de la presión en el lugar para el control del pozo. Existen Tres clasificaciones para el equipo de control de presión de una unidad de tubería flexible, que son los siguientes:
Barrera Primaria / Primary Barrier
Una barrera primaria es una barrera inicial para la contención de la presión que está normalmente cerrada.
Stripper/Packer
El Stripper/packero empacador es una barrera primaria en una unidad de tubería flexible y el separador está diseñado para proporcionar un sello de presión en torno a una unidad de tubería flexible cuando se corriendo dentro o sacando fuera de un pozo vivo. El mecanismo de sellado se activa por presión hidráulica controlada por un operador.
Tandem Stripper
Los ensamblajes de tipo Tandem stripper se utilizan junto con un separador fijo, proporcionan una copia de seguridad de una stripper cuando el separador principal falla o se desgasta durante una operación de tubería flexible.
Figura 7 – Tandem Stripper
Barrera Secundaria
Es un sistema normalmente abierto mecánico y se utiliza cuando la barrera principal falla o se deteriora.
Barerra Terciaria
Una barrera terciaria es un sistema normalmente abierto mecánica y que se us cuando unabarrera primaria y una secundaria fallan y la integridad del pozo está muy deteriorada.
Preventores de Reventones para Coiled Tubing / Blowout Preventer
Un preventor de reventones para coiled tubing provee como barrera secundaria y terciariapara retronar a los sistemas de barrera primaria. Esta BOP se utiliza para fijar la tubería flexible y aislar la presión del pozo durante las situaciones normales y de emergencia. La disposición típica de un BOP tubería flexible consiste en arietes ciegos, arietes, arietes de corte de deslizamiento y arietes de tubería; y el diagrama de estas preventoras se muestra en la Figura 8.
Figura 8 – Quad Blowout Preventer
De arriba a abajo, el BOP tiene las siguientes arietes:
- Rams Ciegos: están diseñados para cerrar y sellar un pozo sin tubería flexible o cualquier herramienta a través del BOP.
- Rams de Cizalla: están diseñados para cortar el tubo enrollado en una situación de emergencia, pero no sellan los arietes.
- Rams Deslizantes: están diseñadas para cerrarse alrededor de la tubería flexible y mantener la sarta de tubería si las fuerzas están actuando hacia arriba o hacia abajo, pero no sellan los arietes.
- Rams de Tubería: están diseñadas para cerrarse alrededor de la tubería flexible y sellar alrededor de una superficie anular
Carreto de Coiled Tubing / Reel
La función principal de un carrete de tubería flexible es la de almacenar el coiled tubing enrollado. Típicamente, el carrete de tubería flexible se acciona hidráulicamente, ya sea por una cadena o un accionamiento directo. Un sistema de carrete accionado está diseñado para mantener el tubo enrollado en una tensión dinámica entre el cuello de cisne y el carrete, mientras que la tubería flexible es enrollada o desenrollada.
La Capacidad de tubería flexible depende de varios factores, tales como el tamaño de la tubería flexible, el peso y la longitud de tubería flexible, la disponibilidad de la huella, etc. Es imperativo que para seleccionar tubería flexible sea la adecuada para la operación esperada. El exceso de capacidad de tubería flexible puede conducir a problemas de exceso de coste y espacio para algunos destinos internacionales. Sin embargo, la insuficiente capacidad de una unidad de tubería flexible puede resultar en un trabajo sin éxito.
. .
Figure 9 – Rollo de Coiled Tubing / Reel (Courtesy of GOES GmbH)
Diagrama Esquematico de una Unidad de Coiled Tubing
Imagen cortesia de https://docplayer.es/10608718-Escuela-superior-politecnica-de-chimborazo-facultad-de-mecanica-escuela-de-ingenieria-industrial.html
Diseño de Equipos de la Unidad de COILED TUBING / Tubería Flexible
La unidad de tubería flexible es un sistema de servicio portátil con
motor hidráulico diseñado para correr y recuperar una cadena continua de
tubería concéntrica a una tubería de producción de diametro Interno más grande o sartas de revestidores. Los componentes básicos de la unidad de tubería flexible son los siguientes:
- Cabezal inyector de tubo
- Carrete de tubo enrollado
- Conjunto de prevención de reventones para el cabezal de pozo
- Potencia hidráulica ~ unidad de accionamiento
- Cónsola de Control
En la Fig. C1 se muestra una unidad de tubería flexible simplificada.
Cabezales de inyección de tubos
Están diseñados para realizar tres funciones básicas:
Cabezales de inyección de tubos
Están diseñados para realizar tres funciones básicas:
- Proporcionar el empuje para enganchar el tubo en el pozo contra la presión o para superar la fricción del pozo.
- Controlar la velocidad de entrada de los tubos en el pozo en diversas condiciones de pozo.
- Sostener el tubo suspendido completo, ademas de acelérar a la velocidad de operación cuando lo extraiga del pozo.
La figura C2 ilustra una plataforma simplificada de cabezal
de inyector de tubería flexible y dispositivo de prevención de
reventamiento de pozo.
Carrete de tubería enrollado
Es un carrete de acero fabricado. Las capacidades de la tubería enrollada dependen del diámetro del núcleo (Fig. CI).
La rotación de la bobina se controla mediante un motor hidráulico que se monta para la transmisión directa en el eje de la bobina o es operado por un conjunto de transmisión de cadena y rueda dentada. Este motor se utiliza para mantener un tirón constante en la tubería. Mantenga el tubo envuelto firmemente en el carrete.
El tubo se guía hacia el carrete a través de un mecanismo llamado "conjunto de nivel de viento " para alinear correctamente el tubo a medida que se enrolla o enrolla en el carrete.
Conjunto de Cabezal de Pozo para prevención de reventones
El conjunto BOP se compone de nuestros cilindros hidráulicos, generalmente clasificados para una presión de trabajo mínima de 70 MPa (10 000 psi).
Los cuatro compartimentos BOP están equipados (de arriba abajo) con:
- (a) arietess ciegos
- (b) Ram arietes de tubo
- (c) Slip Rams
- (d) Pipe rams
Unidades de potencia hidráulica.
Están dimensionados para operar todos los componentes de la unidad de tubería flexible. El tamaño del conjunto del motor primario variará según las necesidades de la unidad de accionamiento hidráulico.
Consola de Control
La consola incluye todos los controles y medidores necesarios para operar y monitorear los componentes de la unidad de tubería flexible:
- (a) Los cabezales rojo e inyector se activan a través de válvulas que determinan la dirección de movimiento del tubo a la velocidad de operación.
- (b) El sistema de control regula la cadena de transmisión, el separador de goma y los dispositivos de prevención de reventones.
