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

  1. Proteger el revestimiento de las presiones del yacimiento.
  2. Evitar el contacto entre los fluidos producidos y el fluido del revestimiento.
  3. Aislar zonas dañadas del pozo.
  4. Mantener el fluido empacador en el espacio anular.

Tipos de Empacadores

  1. Permanentes: Se fijan a la tubería mediante cuñas de acción opuesta, quedando anclados de forma definitiva.
  2. 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

  1. Falla del sistema de anclaje.
  2. Falla de conexión.
  3. Falla en el cuello del empacador.
  4. Falla del elemento sello.
  5. Colapso de la conexión.
  6. Falla del tope.
  7. 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)

  1. Inducción: Presión interna del pozo (Pint) menor que la presión anular (Pan). Se desplaza el fluido de terminación y yacimiento por nitrógeno (N2).
  2. Prueba de Admisión: Se presuriza el sistema para determinar la presión a la que la formación admite fluido.
  3. Estimulación/Fracturamiento: Inyección de fluidos a alta presión para mejorar la permeabilidad de la formación.

Cargas Axiales

  1. Balloning: Efecto de expansión del diámetro y acortamiento de la longitud de la tubería debido a la presión radial.
  2. Pistón: Aplicación de presión sobre un área, causando elongación o contracción del aparejo dependiendo de la diferencia de presión.
  3. Buckling: Pandeo de la tubería debido a la presión diferencial interna y externa.
  4. 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

  1. Pozos con empaque de arena.
  2. Terminación con empacador y tubería de cola para control de flujo y facilidad de instrumentación.
  3. Instalaciones mejoradas de empacadores.
  4. 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.