Empacadores en la Industria Petrolera: Tipos, Funciones y Selección
Accesorios del Empacador
Componentes Esenciales
Empacador: Actúa como sello entre el aparejo de producción y el revestimiento (TR), evitando la comunicación de fluidos.
Extensión Pulida: Área lisa en el cuero del empacador que, junto con los sellos multi-V, previene el flujo entre el aparejo y el empacador.
Niple de Asiento: Permite la instalación de dispositivos de control de flujo como tapones, estranguladores y válvulas.
Juntas de Expansión: Absorben las variaciones dimensionales de las tuberías causadas por cambios de presión y temperatura.
Sellos Multi-V: Sellan la conexión entre la tubería de producción (TP) y el empacador, adaptándose a las elongaciones y contracciones de la tubería.
Zapata Guía: Facilita la inserción de los sellos multi-V en el receptáculo pulido del empacador.
Tope Localizador: Evita que el empacador ingrese al área pulida durante la introducción del aparejo.
Funciones del Empacador
- Proteger el revestimiento de las presiones del yacimiento.
- Evitar el contacto entre los fluidos producidos y el fluido del revestimiento.
- Aislar zonas dañadas del pozo.
- Mantener el fluido empacador en el espacio anular.
Tipos de Empacadores
- Permanentes: Se fijan a la tubería mediante cuñas de acción opuesta, quedando anclados de forma definitiva.
- Recuperables: Diseñados para ser anclados y desanclados, permitiendo su recuperación y reutilización.
Elementos Principales del Empacador
- Elemento Sello: Crea el sello entre el empacador y el revestimiento.
- Cuñas: Se incrustan en el revestimiento para fijar el empacador y evitar su movimiento. Permiten aplicar peso y tensión para comprimir el elemento sello.
- Conos: Expanden las cuñas hacia el revestimiento y brindan soporte al elemento sello.
- Cuerpo del Empacador: Superficie pulida que, junto con los sellos multi-V, impide el flujo entre el aparejo y el empacador.
Envolvente de Diseño
Presión Diferencial
Generada por las presiones existentes por encima y por debajo del empacador, es soportada por los sellos multi-V y el revestimiento. Se presenta durante las operaciones de producción.
Cargas Axiales
Fuerzas generadas por el movimiento del aparejo que se transmiten al empacador, causando compresión o tensión dependiendo de la operación.
Matriz de Carga
Define las posibles combinaciones de carga que el empacador debe soportar:
- I. Presión de sello en el extremo superior (PSE) y tensión en el extremo superior (TE).
- II. Presión de sello en el extremo inferior (PBE) y tensión en el extremo inferior (TBE).
- III. PSE y compresión en el extremo superior (CSE).
- IV. PBE y compresión en el extremo inferior (CBE).
Modos de Falla
- Falla del sistema de anclaje.
- Falla de conexión.
- Falla en el cuello del empacador.
- Falla del elemento sello.
- Colapso de la conexión.
- Falla del tope.
- Falla del candado del cuerpo.
Selección del Empacador
La selección del empacador adecuado se basa en la envolvente de diseño y las condiciones específicas del pozo:
Deltas de Presión (ΔP)
- Inducción: Presión interna del pozo (Pint) menor que la presión anular (Pan). Se desplaza el fluido de terminación y yacimiento por nitrógeno (N2).
- Prueba de Admisión: Se presuriza el sistema para determinar la presión a la que la formación admite fluido.
- Estimulación/Fracturamiento: Inyección de fluidos a alta presión para mejorar la permeabilidad de la formación.
Cargas Axiales
- Balloning: Efecto de expansión del diámetro y acortamiento de la longitud de la tubería debido a la presión radial.
- Pistón: Aplicación de presión sobre un área, causando elongación o contracción del aparejo dependiendo de la diferencia de presión.
- Buckling: Pandeo de la tubería debido a la presión diferencial interna y externa.
- Temperatura: Cambios de longitud proporcionales al coeficiente de expansión del acero.
Condiciones de Carga
- Elástico: El material se deforma bajo carga pero recupera su forma original al retirar la carga.
- Plástico: El material se deforma permanentemente al exceder el límite elástico.
- Deformación/Falla: El material falla al exceder el límite plástico.
Propiedades Mecánicas
Uniaxial
No hay carga axial (tensión/compresión) en la tubería mientras se aplica una carga interna o externa.
- Tensión: Fuerza que tiende a separar la tubería, resistida por las paredes del tubo.
- Colapso: Fuerza que tiende a aplastar la tubería debido a la presión externa. Los modos de colapso incluyen: cedencia, plástico, transición y elástico.
Factor de Seguridad
Margen de seguridad en el diseño para compensar las incertidumbres en las condiciones de carga reales y las propiedades del acero debido a desgaste y corrosión.
Biaxial
Considera el cambio en la resistencia al colapso y la presión interna debido a la tensión o compresión del aparejo.
Triaxial
Considera los tres esfuerzos que actúan sobre la tubería: radial, tangencial y axial.
Aplicaciones de Empacadores
- Pozos con empaque de arena.
- Terminación con empacador y tubería de cola para control de flujo y facilidad de instrumentación.
- Instalaciones mejoradas de empacadores.
- Completación de pozos multizona.
Conclusión
Los empacadores son componentes críticos en la industria petrolera, asegurando la integridad del pozo y la eficiencia de la producción. La selección del empacador adecuado requiere un análisis cuidadoso de las condiciones del pozo y la envolvente de diseño para garantizar un rendimiento óptimo y evitar fallas.