INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Ticoman Ciencias de la Tierra Aplicaciones de la Tubería Flexible T E S I S PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO PETROLERO P R E S E N T A N: ALVA RAMÍREZ JORGE ALBERTO RAMÍREZ CORTES JORGE ROSALES ACOSTA ROCIO D I R E C T O R D E T E S I S ING. MOISÉS JAIME SÁNCHEZ VELÁZQUEZ 16 DE MARZO DEL 2011 RESUMEN RESUMEN Esta tesis está enfocada al área de la tubería flexible en trabajos de limpieza, estimulación, cementación, inducción, registros, disparos, pesca, control de arena, perforación y terminación de pozos. La industria petrolera representa la mayor fuente de ingresos en México, por ello es vital que se sigan introduciendo nuevas tecnología, procesos y métodos de trabajo, los cuales ayuden a reducir los costos operacionales y a su vez incrementando la producción nacional de hidrocarburos. Las operaciones con tubería flexible son cada día más frecuentes y conforme se van conociendo sus ventajas la aceptación va creciendo, esta tecnología está ayudando a resolver recientes y viejos problemas en los diversos trabajos a pozos petroleros y se ha convertido en una técnica esencial la cual sirve para ejecutar con mayor rapidez y precisión los trabajos y operaciones de intervención a pozos. El objetivo de esta tesis es, difundir las aplicaciones de la tubería flexible en las áreas de perforación, terminación y reparación de pozos. Para lograr lo anterior, se describen los componentes principales del equipo, el proceso de la fabricación, las normas de seguridad y política en la aplicación de los servicios, las herramientas de fondo que se utilizan para realizar las operaciones y la aplicaciones de la tubería Flexible en limpieza, estimulación, cementación, inducción, registros, disparos, pesca, control de arena, perforación y terminación de pozos. ABSTRACT ABSTRACT This thesis is focused on the area of the coiled tubing cleaning, stimulation, cementing, induction, registration, shooting, fishing, sand control, drilling and completing wells. The oil industry represents the largest source of income in Mexico, it is vital to continue introducing new technology, processes and working methods, which help reduce operational costs and in turn increase domestic production of hydrocarbons. Coiled tubing operations are becoming more frequent, as they are aware of their benefits, acceptance grows, this technology is helping solve old problems in recent and various jobs to oil wells and has become an essential technique which serves to run more quickly and accurately and work well intervention operations. The objective of this thesis is to spread the application of flexible pipe in the areas of drilling, completion and workover. To achieve this, describe the main components of the equipment, manufacturing process, standards of security and politics in the implementation of services, tools that are used to fund perform operations and coiled tubing applications in cleaning, stimulation, cementing, induction, logging, shooting, fishing, sand control, drilling and completion of wells. ÍNDICE INDICE OBJETIVO INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES DEFINICIÓN DE TUBERÍA FLEXIBLE CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE LA TUBERÍA FLEXIBLE 4 Componentes Principales 5 1.1 Unidad de Potencia 6 1.2 Carrete de Tubería 7 1.3 Cabina de Control 9 1.4 Cabeza Inyectora 11 11..55 Equipo de Control del Pozo 16 1.6 Equipo Auxiliar 20 CAP ÍTULO II PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA TUBERÍA FLEXIBLE 22 2.1 Fabricación de la Tubería Flexible 23 2.1.1 Proceso de Fabricación 24 1.5 2.1.2 Proceso de Fabricación de la Lámina 25 2.1.3 Proceso de Soldadura de la Lámina 27 2.1.4 Proceso de Fresado de la Sarta de Tubería Flexible 30 2.2 Control de calidad de la Tubería Flexible 34 2.2.1 Pruebas no destructivas 34 2.2.2 Pruebas destructivas 35 2.3 Mo delos de esfuerzos 38 CAPÍTULO III NORMAS DE SEGURIDAD Y POLÍTICA EN LOS 45 SERVICIOS DE TUBERÍA FLEXIBLE 3.1 Normas de seguridad en operaciones con tubería flexible 46 CAPÍTULO IV HERRAMIENTAS DE FONDO DE LA TUBERÍA FLEXIBLE 64 4.1 Conexiones 66 4.2 Conectores para Tubería Flexible 66 ÍNDICE 4.3 Válvulas de Contrapresión (Check) 68 4.4 Desconector 69 4.5 Sub de Circulación “Válvula de Circulación” 70 4.6 Juntas de Seguridad 71 4.7 Aceleradores 72 4.8 Martillos 72 4.9 Pescantes Exteriores 73 4.10 Pescantes Interiores 74 4.11 Pescante Tipo GS 75 4.12 Empacadores 76 4.13 Motores de Fondo 78 4.14 Herramienta Perforadora de Impacto (Hipp Tripper) 79 4.15 Escariadores 81 4.16 Trompos Difusores 81 4.17 Juntas de Rodilla 83 4.18 Centradores y Estabilizadores 83 4.19 Cortadores de Tubería 86 4.20 Herramientas Giratorias (swivel) 86 4.21 Localizadores de Accesorios de Aparejo de Producción 87 4.22 Block de Impresión 88 4.23 Filtros 88 4.24 Válvula de Relevo o Alivio 89 4.25 Tapón Expulsable 90 4.26 Herramientas de Molienda 90 CAP ÍTULO V APLICACIONES DE LA TUBERÍA FLEXIBLE 92 5.1 Limpieza Con Tubería Flexible 94 5.1.1 Limpieza con Tubería Flexible en Pozos Desviados 101 5.2 Limpieza de Pozo con Difusor 112 5.3 Estimulación con Tubería flexible 114 5.4 Cementaciones con Tubería Flexible 128 ÍNDICE 5.5 Inducciones con Nitrógeno 140 5.6 Registros con Tubería Flexible 150 5.6.1 Registros en Agujero Descubierto 154 5.6.2 Aplicación en Agujero Vertical 155 5.6.3 Registros en Agujero Entubado 156 5.6.4 Aplicación en Agujero Desviado 157 5.7 Disparos con Tubería Flexible 160 5.8 Pesca con Tubería Flexible 171 5.9 Control de arena con tubería flexible 140 5.10 Perforación y limpieza con Motor de Fondo (Molienda) 174 5.11 Tubería flexible en el Área de Terminación 187 5.11.1 Terminación con aparejos de producción 192 5.11.1.1 Terminación con Bombeo Neumático 192 5.11.1.2 Terminación con Bomba Eléctrica sumergible 194 5.12.1.15 .11 .1.3 Terminación con Bombeo hidráulico (jet) 197 5.12 Apl5ic.1a1ci.ó1n.4 de la Tubería flexible en un Tratamiento de Control 199 de Agua en Formaciones de Alta Temperatura en el Campo Jujo 5.12T.1ec o Herramientas y Comportamiento de la Tubería Flexible 201 5.13 5.12.2 Procedimiento en Pozo 204 55..1122..33 Sistema Usado Para el Control de Agua 205 5.12.4 Descripción del sistema de Polímero Reticulado Orgánico. 206 5.12.5 Caso de Aplicación 207 CON5.C1L2U.6S ION ES 211 RECOMENDACIONES 213 BIBLIOGRAFÍA 215 INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN La Tubería Flexible (CT, por sus siglas en inglés) 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 y terminación, pudiéndose usar tanto en ambientes terrestres como marinos. Esta tubería es fabricada con una tira de lámina de acero al bajo carbón, para mejorar la aleación se agregan otros metales como níquel, cromo y cobre aumentando su resistencia a la tensión. Las características físicas de la Tubería Flexible (CT) son las mismas a las de la tubería convencional de diámetro similar, con la ventaja de que no es necesario colocarla 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. Algunas de las principales ventajas de estas tuberías con respecto a las unidades convencionales de perforación y reparación de pozos son: rápida movilización, menores costos operacionales, aceleración de las operaciones (debido a que no es necesario efectuar interrupciones para realizar la conexión de tuberías) y la capacidad de bombear fluidos en cualquier momento sin importar la posición dentro del pozo. Debido a las ventajas de este tipo de tubería, éstas resultan particularmente útiles para las siguientes aplicaciones: limpieza de pozos, operaciones de cementación, pesca, estimulación, inducción con nitrógeno, adquisición de registros de pozos, disparos, control de arena, operaciones de terminación, perforación y limpieza con motor de fondo (molienda). 1 ANTECEDENTES ANTECEDENTES La Introducción de la tubería flexible a la industria petrolera se presentó al inicio de la década de los 60’s, se utilizó tubería flexible (CT, por sus siglas en inglés) para lavar arena, recuperar válvulas de seguridad de fondo de pozo y extraer fluidos de pozos con nitrógeno. Posteriormente, las aplicaciones TF se expandieron para incluir tratamientos ácidos y tratamientos por fracturamiento hidráulico, bajada de herramientas, cambios de tuberías, perforación, levantamiento artificial, y terminación de pozos. Su utilización fue limitada debido a los altos costos. Actualmente, el uso de la TF ha adquirido un mayor auge en la industria petrolera mundial, debido al desarrollo de nuevas tecnologías y procesos de fabricación la aplicación de la TF en operaciones de reparación y terminación de pozos, se debe al ahorro de tiempo y disminución de costos, manifestándose en la facilidad de transporte, adaptación del equipo a lugares reducidos, equipo con menor número de componentes, simplificación de operaciones, desarrollo de herramientas especiales, operaciones más eficientes, recolección de datos en tiempo real, conservación del medio ambiente. La capacidad de efectuar trabajos de reparación fue la clave para impulsar el desarrollo de la TF. Para alcanzar este logro, se debieron superar tres desafíos técnicos:  La TF continua, debe ser capaz de introducirse en el pozo y efectuar operaciones eficientes  Un sistema para introducir y extraer la sarta de TF dentro y fuera del pozo mientras se encuentre a presión (cabeza inyectora).  Un procedimiento capaz de suministrar un sello dinámico alrededor de la sarta durante las operaciones (estopero, stripper o de empacamiento) FIGURA 1 CABEZA INYECTORA BOWEN DE 1964, COMO PRINCIPAL COMPONENTE DEL EQUIPO DE T.F. 2 ¿QUÉ ES TUBERÍA FLEXIBLE (TF)? La tubería flexible (Coiled Tubing, por sus siglas en inglés), se define como cualquier producto tubular fabricado de manera continua en longitudes que requieren que sea enrollado en un carrete durante el proceso de fabricación. La tubería se endereza antes de introducirla en el pozo y se enrolla nuevamente en el carrete al sacarla. Los diámetros generalmente varían entre 0.75 y 4.5 pulgadas, y se comercializan en carretes sencillos, en longitudes que exceden los 7924.8 m (26,000 Pies) en aceros que han soportado fuerzas desde 3866.74468 kg/cm2 (55,000 PSI) hasta 8436.53385 kg/cm2 (120,000 PSI). La tubería flexible se utiliza para una amplia gama de servicios de campos petroleros, incluyendo pero no limitado a la perforación, registros geofísicos, limpiezas, fractura, cementación, ampliación del agujero perforado, pesca, terminación y producción. ORIGEN DE LA TUBERÍA FLEXIBLE (TF) La tubería flexible (TF), tuvo sus principios de aplicación durante la Segunda Guerra Mundial antes de la invasión aliada en 1944, los ingenieros británicos desarrollaron y fabricaron tuberías muy largas y continuas. Para transportar combustible desde Inglaterra a la Europa continental y abastecer a los ejércitos aliados. El proyecto recibió el nombre de operación “PLUTO”, un acrónimo para “tubería bajo el océano” e involucraba la fabricación e instalación de líneas de conducción a lo largo del Canal de la Mancha. La versatilidad de ésta es que se enrolla con rapidez en los carretes ubicados en la superficie de embarcaciones. El éxito de la fabricación y el enrollado rápido de la tubería flexible continua, favoreció para realizar las bases técnicas, que llevaron al desarrollo y fabricación de las sartas de tubería flexible actual, utilizadas en la industria petrolera. 3 CAPÍTULO I Descripción del Equipo de Tubería Flexible