Considerar el peligro de las zonas de vapor o gas poco profundas requiere consideraciones de control de pozo únicas. Siempre que no se pueda obtener la integridad necesaria de la zapata de revestimiento debido a la poca profundidad de las zonas (antes de encontrar presión), será necesario desviar una arremetida porque no se puede cerrar. Para esta situación, un desviador que se muestra en la Figura 1 es un equipo obligatorio para desviar el flujo no deseado y permitir que el personal proceda al siguiente plan; es decir, la evacuación y/o la interrupción dinámica de un pozo.
Considerar el peligro de las zonas de vapor o gas poco profundas requiere consideraciones de control de pozo únicas. Siempre que no se pueda obtener la integridad necesaria de la zapata de revestimiento debido a la poca profundidad de las zonas (antes de encontrar presión), será necesario desviar una arremetida porque no se puede cerrar. Para esta situación, un desviador que se muestra en la Figura 1 es un equipo obligatorio para desviar el flujo no deseado y permitir que el personal proceda al siguiente plan; es decir, la evacuación y/o la interrupción dinámica de un pozo.
Figura 1 – Paquete de desvío en el control de pozo (Cortesía de Cansco Dubai LLC)
Al dirigir el flujo desde un pozo de descarga, la desviación permite limitar los daños físicos a todo el equipo y al personal de la plataforma. Con procedimientos y equipos especializados, la idea es imponer una contrapresión limitada en las formaciones débiles del fondo del pozo. Aunque no es estrictamente un procedimiento de control de pozo, la desviación exitosa permitirá matar dinámicamente el pozo, crear un puente o vaciarlo (sin perder equipo ni vidas).
Siempre que sea posible, se debe evitar la desviación. En una situación ideal, si se desea un cierre total, se debe optar por una zapata de revestimiento resistente en lugar de un desviador. En las zapatas de revestimiento conductoras, se deben realizar pruebas de fugas para evaluar la probabilidad de éxito del cierre del pozo. Es probable que cualquier flujo de la formación llegue a la superficie rápidamente, ya que el gas se encuentra a poca profundidad y, por lo tanto, el tiempo disponible para detectar la arremetida y luego desviar o cerrar el pozo es extremadamente pequeño.
Propósito del sistema desviador
El sistema desviador puede brindar cierta protección antes de que la plataforma pueda instalar el preventor de reventones en el pozo. Por diseño, los sistemas desviadores dirigirán el flujo a una ubicación segura mediante el empaquetamiento alrededor de la sarta de perforación, el tubo Kelly o la tubería de revestimiento. En el caso de las válvulas, permiten que el flujo del pozo se dirija siempre que se haya activado el desviador.
Figura 2 – Diagrama del desviador
Los sistemas de desvío se definen a menudo como un anular de baja presión. Como sugiere el nombre, el flujo no se puede detener ni cerrar con un desviador; el único objetivo es dirigir el flujo a una ubicación segura lejos de la plataforma. Para eliminar eficazmente el flujo y los desechos del pozo, el sistema debe estar equipado con un diámetro interno grande con líneas de ventilación de tamaño suficiente.
Operación de alto riesgo
La desviación de gas superficial presenta graves riesgos asociados con el gas. Para la industria de la perforación, muchos incidentes muestran que las operaciones de desviación de gas superficial son riesgos de control de pozo más peligrosos que cualquier otro. Independientemente de si son exitosas técnicamente o no, todas las desviaciones se clasifican como reventones por el Servicio de Gestión de Minerales de los Estados Unidos (MMS, por sus siglas en inglés), porque la definición misma de desviación implica fluidos de formación en un flujo descontrolado. Para el éxito técnico de la operación de desviación, el riesgo inherente debe gestionarse con cuidado; la mejor postura de gestión ante el riesgo siempre será evitar la desviación a toda costa.
¿Cómo se puede evitar la desviación? En primer lugar, no perforando en zonas de gas poco profundas. Si bien los datos sísmicos pueden brindar cierta ayuda para evitar zonas de gas poco profundas, perforar solo donde no existe potencial de gas poco profundo es increíblemente difícil. Si la perforación en este entorno es completamente necesaria y el programa de revestimiento no puede diseñarse para que se cierre después de las arremetidas, no perforar en zonas de gas poco profundas será la única técnica posible para evitar la desviación.
Si bien las patadas con sapo se consideran patadas "evitables", los desequilibrios hidrostáticos que provocan patadas con sapo pueden ser inevitables incluso con la mejor planificación. Para lograr el éxito técnico en estas circunstancias, es necesario contar con un plan de respuesta eficaz y todos los elementos de este plan deben estar listos; esto incluye el equipo, la técnica, el personal y la capacitación.
Para la desviación submarina y de superficie, el documento de referencia 'Prácticas recomendadas para equipos y operaciones de sistemas de desviación' (Práctica recomendada 64) es proporcionado por el Instituto Americano del Petróleo (API). Considerado como el 'API RP 64', este es un recurso útil para tales eventos.
Criterios para desviador o BOP
En el caso de la zapata, la integridad del pozo suele ser un problema con las sartas de revestimiento poco profundas y, en algunos casos, cerrar el pozo puede causar demasiada presión. Siempre que se cierra un pozo con poca o ninguna integridad de la zapata, esto puede provocar que los fluidos de formación salgan a la superficie o puede causar una rotura de la zapata. Cuando la zapata se rompe, una plataforma sostenida por el fondo puede ponerse en peligro (junto con su tripulación), incluida la plataforma, la plataforma autoelevable y la plataforma terrestre, pero no se considerará tan peligroso para un buque flotante. Cuando hay una tubería de revestimiento inadecuada y se encuentra un golpe de gas poco profundo en una plataforma sostenida por el fondo, la desviación es la mejor alternativa al cierre.
Para dar tiempo a las medidas correctivas y la posible evacuación, y para reducir el riesgo de daños, el flujo debe dirigirse a medida que el pozo comienza a descargarse. Cuando se detecta potencial de gas a poca profundidad, se debe instalar un sistema BOP o un sistema BOP modificado antes de penetrar la formación. De esta manera, se pueden utilizar procedimientos comprobados de control del pozo. Esto solo puede ocurrir cuando la integridad de la formación permita matar el pozo (mediante la aplicación de contrapresión y/o el cierre).
Al considerar un sistema desviador sobre una pila BOP, hay dos consideraciones principales:
• Se preferirá la desviación cuando la integridad insuficiente de la formación signifique que la presión de cierre podría causar daños (al perforar por debajo del conductor). Si el pozo se cerrara después de una arremetida, los fluidos de la formación perforarían la zapata de revestimiento en este escenario.
• Al perforar debajo de tuberías estructurales o de impulsión, el método elegido será la desviación.
Como se mencionó anteriormente, siempre que sea posible, el encierro será el método preferido.
En la línea de ventilación, los sistemas de desvío deben ofrecer una válvula hidráulica de apertura total. Esta válvula se puede abrir automáticamente cuando el desviador se cierra cuando el sistema de control está conectado correctamente, o agregará valor al desviador de cierre. De acuerdo con las mejores prácticas de la industria, las válvulas de bola hidráulicas son los tipos sugeridos con paso total hasta la línea de ventilación y la salida.
Figura 3 – Sistemas de desvío – Instalaciones de superficie
API también recomienda realizar siempre pruebas al momento de la instalación; desde el panel opuesto, se puede realizar una prueba de funcionamiento cada 24 horas. Una vez instalado, se deben activar todas las válvulas y el desviador, y hacerlo en los "momentos apropiados" para garantizar que el sistema funcione como se espera. Para garantizar que las líneas no estén obstruidas, también se debe bombear líquido a través de las líneas del desviador durante el funcionamiento.
Operaciones y equipos de desvío: requisitos de instalación y equipamiento
Por debajo de la línea de lodo, normalmente se puede instalar una cadena corta de tubería de impulsión o una tubería de revestimiento de gran diámetro al comenzar un pozo en el agua. En lugares en tierra, a poca profundidad, se puede colocar y cementar la tubería de revestimiento. Con la tubería de impulsión o de revestimiento en su lugar, actúa como un sello para soportar la carga hidrostática de la columna de fluido, entre la salida de la línea de flujo y la base de la tubería de revestimiento. Cuando la instalación del desviador se realiza en la tubería de impulsión o de revestimiento, se requiere un desviador de baja presión o un preventor anular; si se trata de este último, se requiere un orificio interno suficiente para pasar las herramientas utilizadas para la operación de perforación.
Las líneas de ventilación recomendadas por API RP 64 se extienden entre las salidas debajo del desviador y un espacio seguro alejado del pozo. La ubicación elegida debe permitir la eliminación adecuada del fluido que fluye desde el pozo.
En lugar de desviadores adecuados, algunos han utilizado anteriormente cabezales rotatorios o preventores de reventones anulares. Dicho esto, ahora es posible adquirir desviadores especiales de baja presión en varios tamaños. En términos de la presión de trabajo de las líneas de ventilación y el desviador, esto no es demasiado importante porque en realidad están dimensionados para minimizar la contrapresión del pozo mientras se desvían los fluidos del pozo. Para usos en tierra y en alta mar, muchas empresas operadoras recomendarán un diámetro interior mínimo de 10” para las líneas de ventilación, mientras que se recomienda un diámetro de 12” para los flotadores.
Consideraciones sobre riesgos y equipos para sistemas de desvío de superficie (control de pozos)
Risks and Equipment Considerations for Surface Diverter System (Well Control)
| Well Control
De todos los desvíos, muchos estudios muestran una tasa de fracaso de entre el 50% y el 70%. Según los mismos estudios, cuando se trata de problemas de control de pozos, las explosiones de gas en aguas poco profundas son la principal causa de daños y pérdidas en plataformas marinas. En la Plataforma Continental Exterior de los Estados Unidos, el MMS está de acuerdo con estos hallazgos y ha sugerido una tasa de fracaso del 46% entre 1971 y 1991. Aunque se introdujo la capacitación obligatoria en control de pozos durante este período, el MMS ha observado que no se experimentó una reducción en la frecuencia de las explosiones durante este tiempo.
¿Por qué no han disminuido las tasas de fracaso?
En gran medida, no se trata de la habilidad para controlar el pozo, sino del hecho de que perforar en una zona de gas poco profunda es mucho más difícil de manejar que el control de pozo típico.
Por lo tanto, es necesario tener una mentalidad de "cuándo" fallará el desviador en lugar de "si". Durante una desviación de gas superficial, la situación ideal sería ver un agotamiento o una obstrucción antes de que el sistema tenga la oportunidad de fallar. Cuando se trata de la probabilidad de que el pozo se obstruya o se agote, esto aumenta cuanto más tiempo se le permite al sistema desviar un derrame de gas superficial antes de que falle.
En definitiva, existen tres tipos de fallo del desviador:
- Contrapresión excesiva a través del sistema desviador que provoca fractura de la formación.
- Fractura de formación como resultado de una falla en las válvulas de la línea de ventilación (no abren)
- Erosión del metal
Con un respiradero del tamaño adecuado, las válvulas de la línea de ventilación correctas y los sistemas de accionamiento, normalmente se pueden prevenir las dos primeras fallas. Si se siguen las pautas necesarias, así como con el mantenimiento correcto, se puede reducir el riesgo de falla; no debería producirse una contrapresión excesiva y no debería impedirse la apertura de las válvulas de ventilación activas debido a que las líneas de ventilación sean simplemente demasiado pequeñas.
Erosión de metales
La probabilidad de erosión dependerá de varios factores: la geometría del sistema desviador, el tipo de fluido, la viscosidad del fluido e incluso la abrasividad de las partículas arrastradas en el flujo. En muchos casos, la causa de las fallas por erosión son las líneas de ventilación de tamaño insuficiente o la turbulencia resultante de trayectorias de flujo deficientes en las líneas de ventilación. Lo más común es que los recodos en las líneas de ventilación sean los puntos de peligro, pero también se producen en el carrete del desviador, aguas abajo de las válvulas o en las propias válvulas y en las conexiones de las mangueras flexibles.
La razón por la que la erosión del metal es tan difícil de controlar es porque la geometría del sistema es el único riesgo que el personal de perforación puede controlar. Si bien la abrasividad de las partículas y el tipo de fluido de formación no pueden ser controlados por el personal, la geometría del sistema y la permeabilidad de la formación junto con la presión determinarán los índices de viscosidad del fluido.
Gracias a la Universidad Estatal de Luisiana (LSU) y a un estudio sobre la erosión de los metales, podemos ver que está muy influenciada por el tipo de fluido de formación. Los resúmenes son los siguientes:
- En comparación con el líquido, el gas provoca una erosión del metal aproximadamente 100 veces más rápida.
- La cantidad de arena producida con el fluido también es un componente clave. La tasa de erosión aumenta a medida que aumenta la cantidad de arena; sin embargo, hay un punto en el que se alcanza una alta concentración de arena, la arena interferirá consigo misma y protegerá el metal en lugar de aumentar la tasa de erosión.
- La erosión del metal se ve profundamente afectada por la viscosidad del fluido, ya que el cuadrado de la viscosidad del fluido es directamente proporcional a la erosión. ¿Qué significa esto? Bueno, el doble de viscosidad del fluido dará lugar a cuatro veces la erosión. Si se triplica la viscosidad, esto crea nueve veces la erosión.
- En términos de la geometría del sistema, la velocidad del fluido y la turbulencia se pueden reducir con sistemas de líneas de ventilación rectas de mayor diámetro. Además, una restricción en el fondo del pozo proporcionada por tamaños de pozos piloto más pequeños también puede limitar la velocidad del fluido.
Desviación vs. cierre: pila combinada
Dependiendo de la integridad de la formación en la zapata del conductor, se tomará la decisión de cerrar o desviar. Sin embargo, esto no se puede saber hasta que se perfora la zapata, lo que significa que es una decisión complicada si se debe colocar un conjunto de BOP (después de cementar la carcasa del conductor) o un desviador. En la actualidad, las combinaciones de desviador/BOP se pueden colocar en la carcasa del conductor y esto permite una solución alternativa al problema. Una vez que se ha probado la zapata del conductor, se puede tomar la decisión correcta. Según API, antes de usar un conjunto de BOP, se debe colocar una zapata competente y realizar el LOT.
De lo contrario, el problema se puede evitar instalando un sistema desviador diseñado para permitir el cierre total. Esto debería permitir la desviación a través de grandes líneas de ventilación y debería permitir la circulación a través de un colector de estrangulamiento y una línea de estrangulamiento. Esto se puede lograr con dos carretes (uno con líneas de ventilación grandes y otro con líneas de estrangulamiento/corte). En comparación con una pila BOP, el uso de un desviador de esta manera no permitirá el mismo manejo de la presión (o redundancia), pero se espera que los caudales sean altos mientras que las presiones de superficie generalmente se espera que sean bajas.
Figura 1 – Pila combinada
Carrete desviador
El carrete desviador, para aplicaciones de superficie, siempre debe ser igual o mayor que el preventor anular en términos de clasificación de presión. Además, debe tener al menos una línea de ventilación de 10” y dos salidas laterales de diámetro interior mínimo de 10”. Siempre que estén prensadas hasta 10” en el carrete, algunas operaciones de MMS permitirán dos salidas de 8”. Para instalar las válvulas desviadoras, no se deben utilizar otros prensados ni adaptadores. Con algunos carretes, solo tienen una salida; en este caso, deberá ser de 10” y deberá conectarse en T a dos líneas de ventilación de 10” al agua. En un escenario ideal, se utilizarían dos salidas de 10” sin prensados.
¿Qué sucede con las operaciones en tierra? Aunque las políticas y regulaciones locales pueden afectar esto, el carrete requiere al menos una salida con un diámetro interior mínimo de 6". Además de inspeccionarlo minuciosamente para garantizar su integridad, se debe reducir el riesgo de fugas instalando todos los pernos y juntas de anillo nuevas.
Figura 2 – Carrete desviador (Cortesía de Cansco.com)
Válvulas desviadoras
Inmediatamente adyacentes al carrete desviador, se deben instalar las válvulas desviadoras y esto debería proteger contra fallas de la válvula o el carrete; a menudo, el lavado puede ser un problema debido a la turbulencia. Con un diámetro interior mínimo de 10” (o según las regulaciones locales, si se trata de un diámetro interior grande), las válvulas deben tener una apertura completa.
Figura 3 – Válvula desviadora
Como la erosión se acelera por los cambios de diámetro interior, se debe promover un diámetro interno uniforme mediante el diseño del conjunto de la línea de ventilación del desviador; esto incluye válvulas, salidas de carrete y líneas de ventilación. Aunque las válvulas desviadoras no necesariamente han sido diseñadas para soportar la presión de cierre del pozo, el taponamiento repentino de la línea de ventilación podría provocar que esto suceda. A lo largo de los años, la válvula de compuerta hidráulica se ha probado ampliamente con sistemas BOP y se debe elegir con el sistema desviador en lugar de la válvula de bola hidráulica.
¿Por qué elegir funcionamiento hidráulico en lugar de neumático con válvula?
- El fluido de la estación de control y el fluido hidráulico permiten la consistencia.
- En comparación con los operadores neumáticos en un servicio similar, los operadores hidráulicos siempre requerirán una cámara de operación más pequeña para desarrollar más fuerza de cierre.
- Si el suministro de aire de la plataforma se apaga o se agota, las válvulas hidráulicas aún pueden funcionar con normalidad.
- Los problemas de congelación son menos comunes con los sistemas hidráulicos.
- En comparación con los tubos neumáticos, las líneas de control hidráulico son más resistentes a los daños gracias a su naturaleza resistente y a sus líneas de acero de alta presión.
- Las fugas son más fáciles de localizar con los sistemas hidráulicos.
El mal funcionamiento de las válvulas de desvío es la causa más común de falla en el sistema, y un estudio reciente lo confirma. Teniendo esto en cuenta, siempre que sea posible, será preferible una válvula de compuerta hidráulica. Para asegurarse de que no estén atascadas, todas las válvulas deben revisarse cada 24 horas junto con el propio desviador.
Para reducir los problemas de pérdida de retorno, algunas operaciones necesitarán la instalación de una bomba de refuerzo en la tubería de impulsión. Se requerirá una válvula remota instalada junto a la tubería de impulsión cuando se utilice esta bomba; siempre debe tener una clasificación de presión cercana al sistema. Cuando el desviador está cerrado, debe cerrarse automáticamente y, por lo tanto, debe estar conectado al panel del desviador. Si una bomba de refuerzo no se cierra automáticamente cuando se cierra la válvula del desviador, aumentará la presión en el pozo y en la superficie y puede provocar fracturas en la formación o daños en el equipo de superficie.
Líneas de ventilación desviadoras
Tal como vimos con las válvulas de desvío, las líneas de ventilación de desvío o las líneas de desvío deben configurarse con la misma presión que el sistema. Siempre que una línea se obstruya, debe soportar la presión mientras se abre la línea opuesta. En términos de extensión, las líneas deben abrirse más allá del borde de la cubierta debajo. Dado que la erosión puede ser causada por el cambio en la dirección del flujo, las líneas deben ser lo más rectas posible.
Siempre que sea posible utilizar tuberías rígidas, utilícelas entre las líneas de navegación y las válvulas de desvío. Si esto no es posible, las válvulas de desvío y las líneas de navegación se pueden conectar con mangueras flexibles. Sin embargo, también deben ser coherentes con el resto del sistema en términos de clasificación de presión. Además, deben ser lo más rectas y cortas posibles, permitiendo la conexión con acoplamientos de extremo integrados. Si bien se pueden utilizar líneas flexibles, las mangueras plegables con manguitos de revestimiento o abrazaderas de manguera no son aceptables para este uso. Dado que van a experimentar fuerzas severas, todas las líneas y mangueras de navegación deben anclarse de forma segura.
Estaciones de control de desvío
En lo que se refiere a la definición de coherencia, parece que hay un componente que es más deficiente que la mayoría: la estación de control. Para que el sistema de desvío funcione de manera eficaz, la estación de control debe ser sencilla de utilizar y de fácil acceso; con esto en su lugar, hay muy poco margen de error. Como estación remota a la estación principal de acumulación, la Figura 4 muestra un ejemplo.
Figura 4 – Estación de control del desviador
Normalmente, en una estación de control de desvío típica se encuentran dos palancas en un panel, y cada una de ellas estaría etiquetada para simplificar. En el caso de la primera palanca, esta controla el desvío del flujo por la borda; tan pronto como se mueve a "Desviar", el preventor anular se cerrará al desplazar la válvula de cuatro vías del acumulador principal. Mientras tanto, ambas líneas de desvío por la borda se abrirán cuando la válvula de cuatro vías de las válvulas de desvío de estribor y babor se desplace en el acumulador principal.
En el caso de la segunda palanca, normalmente se controla la línea de barlovento por la borda. Por ejemplo, si necesitamos cerrar una válvula de estribor que está en la dirección de barlovento, la segunda palanca se cambia a "babor", lo que abre la válvula de desvío de babor (si está cerrada) y, al mismo tiempo, cierra la válvula de cuatro vías de estribor en el acumulador principal. Además, independientemente de cómo se operen estas palancas, ninguna combinación provocará jamás un cierre del pozo.
Con una estación de control de desvío en el piso de la plataforma, se requerirá una estación separada en algún lugar alejado del piso de la plataforma y en una posición segura. Utilizando el suministro de aire continuo de la plataforma, las estaciones serán operadas por aire, pero también deben contener una botella de reserva de aire en caso de que se interrumpa el suministro de aire en la plataforma. Disponible en ambas estaciones de control, la botella debe proporcionar suficiente volumen para que funcione cada operación dos veces.
¿Por qué ofrecer dos sistemas de control de desvío independientes? En realidad, hacerlo tiene varias ventajas.
- La energía almacenada del sistema se utiliza mediante el sistema acumulador principal.
- La única función del sistema de control es controlar la operación de desvío.
- Las líneas de control que van del componente a la unidad son líneas de acero de alta presión instaladas permanentemente.
- Teniendo en mente el punto anterior, siempre será un activo permanente de la plataforma.
- Al desviar un pozo, el riesgo de error humano se elimina por completo
Referencias
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Crumpton, H. (2010). Control de pozos para terminaciones e intervenciones. 1.ª ed. Texas: Gulf Publishing.
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Grace, R. y Cudd, B. (1994). Control avanzado de pozos y reventones. 1.ª ed. Houston: Gulf Publishing Company.
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