Un cabezal de pozo es el componente en la superficie de un pozo de petróleo o gas que proporciona la interfaz estructural y de contención de presión para el equipo de perforación y producción.
El propósito principal de un cabezal de pozo es proporcionar el punto de suspensión y los sellos de presión para las tuberías de revestimiento que van desde el fondo del pozo hasta el equipo de control de presión de la superficie.
Durante la perforación de un pozo petrolero, la presión de la superficie se controla mediante un preventor de reventones (BOP). Si la presión durante la perforación no se controla mediante la columna de fluido de perforación, las tuberías de revestimiento, el cabezal del pozo y el BOP, puede producirse un reventón del pozo.
Cuando se perfora el pozo, se completa para establecer una interfaz con la roca del yacimiento y un canal tubular para los fluidos del pozo. El control de la presión de superficie se proporciona mediante un árbol de Navidad instalado en la parte superior de la cabeza del pozo, con válvulas de aislamiento y dispositivos de estrangulamiento para controlar el flujo de fluidos del pozo durante la producción.
Los cabezales de pozo suelen estar soldados a la primera sarta de revestimiento y cementados en su lugar durante la perforación para formar una estructura integral del pozo. En el caso de pozos de exploración que luego se abandonan, el cabezal del pozo se puede recuperar para reacondicionarlo y reutilizarlo.
En alta mar, un pozo ubicado en la plataforma de producción se denomina pozo de superficie, y si está bajo el agua, pozo submarino o pozo de línea de lodo.
Especificación de diseño
Las especificaciones de la industria petrolera para sistemas de cabezal de pozo (materiales, dimensiones, procedimientos de prueba y clasificaciones de presión, etc.) son:
API 6A, Especificación para equipos de cabezal de pozo y árbol de Navidad
ISO 10423, Equipos para cabezales de pozo y árboles de Navidad
¿Qué son las válvulas de árbol de Navidad?
Las válvulas de árbol de Navidad son un sistema de válvulas, estranguladores, bobinas y medidores que, como era de esperar, se parecen a un árbol de Navidad. Es importante señalar que las válvulas de árbol de Navidad están separadas de los cabezales de pozo y son el puente entre lo que sucede debajo del pozo y lo que sucede sobre el pozo. Se colocan en la parte superior de los pozos después de que la producción ha comenzado para dirigir y controlar el producto que sale del pozo.
Estas válvulas también sirven para muchos otros propósitos, como alivio de presión, inyección de sustancias químicas, monitoreo de equipos de seguridad, interfaces eléctricas para sistemas de control y más. Se utilizan típicamente en plataformas petrolíferas marinas como pozos submarinos, así como en pozos de superficie. Esta gama de componentes es necesaria para la extracción segura de petróleo, gas y otros recursos combustibles en las profundidades de la tierra, proporcionando un punto de conexión central para todos los aspectos del pozo.
La imagen de arriba muestra un árbol de Navidad sencillo con 5 válvulas, pero a menudo existen configuraciones mucho más complejas. La mayoría de las válvulas de los árboles de Navidad se fabrican a medida, lo que dificulta explicar cómo funcionan todas las válvulas de los árboles de Navidad.
Válvula maestra inferior
La válvula maestra inferior es una válvula que se utiliza para limitar la cantidad de flujo que ingresa al árbol de Navidad desde el cabezal del pozo. En la mayoría de los casos, se opera manualmente y se mantiene en una posición restringida y parcialmente abierta durante la producción.
Válvula maestra superior
La válvula maestra superior es una medida de seguridad en caso de que la válvula maestra inferior falle o si es necesario realizar tareas de mantenimiento en el árbol de Navidad. Suele ser una válvula controlada a distancia y se cierra automáticamente cuando se da la señal de seguridad para evitar que el árbol de Navidad reciba todo flujo.
Válvula de ala de muerte
La válvula de ala de cierre es otra válvula operada manualmente que es el punto de conexión para la inyección. Se pueden inyectar fluidos como inhibidores de corrosión, metanol, formulaciones deshidratantes, etc. a través de esta válvula. También se conocen como válvulas de brazo lateral o válvulas de ala secundaria.
Válvula de ala de producción + estrangulador
La válvula de ala de producción, que suele estar ubicada a 180 grados de la válvula de ala de cierre, es un componente de funcionamiento automático que requiere presión hidráulica positiva para permanecer abierta. Evita la inyección/flujo al pozo durante emergencias o mantenimiento y, a menudo, se combina con un estrangulador para controlar el flujo y la presión del pozo. Este estrangulador se considera el "grifo" por el que fluye el combustible, por lo que controlar el caudal es muy importante para este componente.
Válvula de hisopo + tapa y manómetro
La válvula de swab es otra válvula operada manualmente que proporciona acceso vertical directo al pozo para la intervención del pozo. La tapa en T y el manómetro son indicadores visuales de qué válvula está abierta; por ejemplo, si la válvula de ala de cierre está abierta y la válvula de swab está cerrada, el manómetro debe indicar 0 psig (sin presión), y si la válvula de ala de producción está abierta y la válvula de swab está abierta, la presión debe indicar el valor especificado por el fabricante del pozo. También pueden incluir válvulas de temperatura digitales y otros sistemas de monitoreo para mantener el pozo seguro, ya que demasiadas válvulas manuales dejan lugar a errores del operador.
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