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1. TEMA 6
PACKER DE PRODUCCION
OBJETIVOS Y CLASIFICACION.-
Los packer de producción, se emplean para aislar la cañería de producción de la presión
de fondo del pozo y para evitar el contacto físico del fluido a fin de evitar el movimiento
vertical de fluidos desde el packer por el espacio anular hacia arriba, este fluido puede ser
algunas veces altamente corrosivo. La correcta elección del packer tiene un impacto
considerable sobre los trabajos futuros a realizar en el fondo del pozo, la presencia del
packer hace posible la introducción de un fluido de terminación en el espacio anular entre
la cañería de producción y la tubería de producción.
La función principal del fluido de terminación es proteger la cañeria de producción de la
corrosión y además reducir el gradiente de presión en el fondo del pozo, donde se aloja el
packer, evitando así que la cañeria colapse y que la tubería de producción reviente.
El packer además contribuye a controlar las filtraciones en el espacio anular, en el caso
de que la tubería de producción no provea un sello hermético en sus uniones,
consecuencia del desgaste. Dependiendo del peso especifico solicitado, se puede utilizar
aceite o agua y son tratados con un inhibidor de corrosión.
CLASIFICACION DE LOS PACKER.-
De acuerdo al sistema de anclaje los packer se pueden clasificar de la siguiente manera:
• Packer Mecánico (recuperable).
• Packer Hidráulico (recuperable).
• Packer Permanente.
1. PACKER MECANICO.-
Estos packer son bajados con la tubería de producción y su asentamiento se logra girando
la tubería en el sentido de las agujas del reloj, el número de vueltas necesarias para anclar
el packer esta determinado por la profundidad y el diseño del fabricante.
De acuerdo a las características de la operación superficial para anclar se clasifican en:
• Compresión o Peso/Rotación.
• Tensión.
• Compresión/Tensiona/Rotación.
2. PACKER HIDRUALICO.-
Son equipos similares a los pk mecánicos, la diferencia esta en el mecanismo de anclaje
de estos es mediante presión hidráulica. El procedimiento de asentamiento es:
1. Se baja con la tubería hasta la profundidad establecida.
2. Se coloca presión a través de la tubería la cual energiza unos pistos en la parte
interna del packer.
3. Finalmente, el movimiento de estos pistones efectúa el anclaje de las cuñas así
como la expacion de los elementos sellantes contra la cañería de producción.
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2. Existen 2 tipos de packer hidráulicos: Selectivos y No Selectivos.
3. PACKER PERMANENTE.-
Estos equipos están diseñados para pozos de alta presión y temperatura, en
completaciones donde se prevén trabajos de fractura en el futuro, en copletaciones
selectivas y principalmente en pozos exploratorios donde no se conocen las
características del yacimiento, forma parte de la cñeria de revestimiento ya que al estar
anclada hay que fresarla para su remoción.
COLOCACION DEL PACKER.-
El packer se coloca por deslizamiento metálico, esta se empuja a lo largo de una rampa
cónica y sella contra la cañería, el sello lo provee un anillo de goma el cual queda
comprimido contra la cañería.
RECUPERACION DEL PACKER.-
El packer puede ser recuperado de 3 formas diferentes:
1. Perforando o fresando la empaquetadura, utilizando para el caso packer
permanente de producción.
2. Con actuador cortante de pernos o anillo por tracción en la tubería, el cual libera
el anclaje del packer y permite la recuperación.
3. Mecanismos de liberación mecánico, utilizando para empaquetadura recuperable.
CONEXIÓN TUBERÍA-PACKER.-
Existen 2 tipos de conexiones entre la tubería y la empaquetadura:
1. Conexión Rígida: La tubería se fija encima de la empaquetadura.
2. Semi-Libre: Este sistema permite el deslizamiento hacia arriba y hacia debajo de
la tubería. Entre la tubería y el packer se dispone de un niple con camisa
deslizante y sellos que aseguran la hermeticidad.
PACKER RECUPERABLES.-
Son aquellas se bajan con la tubería de producción o tubería de perforación y se pueden
asentar por compresión, mecánicamente e hidráulicamente, después de asentadas pueden
ser recuperadas con la misma tubería, los packer recuperables son parte integral de la
sarta de producción, por lo tanto al sacar la tubería es necesario sacar el packer.
Existen 2 tipos de packer recuperable: Mecánico e Hidráulico.
1. PACKER MECANICO RECUPERABLE DE COMPRESION.-
Un packer de compresión se asienta aplicando el peso de la tubería de producción
sobre el packer y se recupera tensionando, por estas razones no se recupera aplicando
peso hacia abajo, se asienta bien aplicando peso sobre la tubería de producción
(compresión) o bien aplicando presión por el espacio anular sobre el packer.
Sus características particulares lo hacen apropiado para resistir diferenciales de
presión hacia abajo. Son principalmente utilizados en pozos verticales, relativamente
someros y de baja presión, pueden soportar presiones diferenciales desde abajo si se
les incorpora un anclaje hidráulico de fondo dentro del ensamblaje del packer.
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3. Packer Mecánica
De Compresión “SR-2”
2. PACKER MECANICO RECUPERABLE DE TENSION.-
Estos packer se asientan rotando la tubería de producción ¼ de vuelta a la izquierda y
luego tensionando. Para recuperarla se deja caer peso de la tubería de manera tal de
compensar la tensiona y luego se rota la tubería a la derecha ¼ de vuelta, de manera
que las cuñas vuelvan a su posición original.
Se usan en pozos someros y donde se anticipen presiones diferenciales moderadas
desde abajo, las presiones desde abajo solo sirven para incrementar la fuerza de
asentamiento sobre el packer.
Son usados preferiblemente en pozos de inyecciones de agua, donde el peso de la
tubería de producción no es suficiente para comprimir el elemento sellante del packer
de asentamiento por peso o packer a compresión.
Packer Mecánica
De Tensión “SA-3”
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4. 3. PACKER MECANICO RECUPERABLE DE COMPRESION-TENSION.-
Estos packer se asientan por rotación de la tubería mas peso o con rotación solamente,
no se recuperan po presiones aplicadas en cualquier dirección, por lo tanto pueden
soportar una presión diferencial desde arriba o desde abajo. Para recuperarlas
solamente se requiere rotación de la tubería de producción hacia la derecha, cuando se
usan en pozos de bombeo mecánico se dejan en tensión y actuad como anclas de
tuberías, cuando se usan en pozos de inyección de agua permiten mantener la tubería
de producción en peso muerto, lo que elimina la posibilidad de que se desasienten
debido a la elongación de la tubería o por contracción de la misma.
Su mayor desventaja se debe a que como deben ser liberadas por rotación de la
tubería si hay asentamiento de partículas sólidas sobre el tope del packer se hace
imposible realizar cualquier trabajo de rotación, sin embargo eso se soluciona usando
un fluido libre de partículas sólidas como fluido de terminación.
4. PACKER RECUPERABLE SENCILLA Y DUALES DE ASENTAMIENTO
HIDRUALICO.-
El asentamiento de los packer sencillo se realiza cuando existe una diferencial de
presión entre la tubería de producción y la cañería de revestimiento, la principal
ventaja de los packer recuperable con asentamiento hidráulico, es que la tubería
puede ser corrida en el pozo y el cabezal de producción instalado antes del
asentamiento del packer, estos packer son particularmente apropiados en pozos
altamente desviados donde la manipulación de la tubería de producción puede
presentar dificultades, los packer duales se utilizan en completaciones múltiples
cuando se requiere producir una o mas arenas.
APLICACIONES.-
Los packer hidráulicos recuperables, son recomendadas para las siguientes
aplicaciones en condiciones generales:
• Pozos pocos profundos a medianas profundidades.
• Presiones bajas hasta moderadas.
• Completaciones con múltiples packer.
• Completaciones con dos tuberías.
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5. • Completaciones selectivas con múltiples packer.
Packer Recuperable
Asentamiento Hidráulico
PACKER PERMANENTES.-
Estos se pueden correr con la tubería de producción o con equipo de cable, en este último
caso se toman como referencia las cuplas registradas en el perfil de cementacion para
obtener un asentamiento preciso. En caso de formación con temperaturas de fondo alta
(4000
F a 4500
F), el método mas seguro de asentamiento consiste en usar un asentador
hidráulico bajado junto con la tubería de producción.
Una ves asentado el packer, se desasienta el asentador hidráulico y se saca la tubería
junto con la tubería de producción, los hackers permanente se pueden considerar como
una parte integrante de la cañería de revestimiento, ya que la tubería de producción se
puede sacar y dejar el packer permanente asentado en la cañería.
Usualmente para destruirla es necesario fresarlo, por lo que frecuentemente se denomina
packer perforable.
Como el nombre lo indica, los packer permanentes son exactamente eso permanentes.
Una vez asentadas, no se pueden desasentar y si necesitan ser recuperados
necesariamente, solo se puede hacer usando equipo de fresar para destruirla. Esta es la
desventaja de este tipo de herramienta.
Las ventajes de estos packers son:
• Mayor área de agarre de las cuñas en el diámetro interno (ID) de la cañería
donde se anclan
• Más fáciles y económicas de fabricar en materiales exóticos para ambientes
hostiles y condiciones de servicios severos.
• La mayoría de los modelos son adecuados para aplicaciones de altas presiones
pozos de cualquier profundidad.
• Permite el uso de tuberías más grandes.
Los packers permanentes no están para ser conectadas directamente a la tubería como las
recuperables, pero en cambio un área interna pulida dentro de la cual se alojan unidades
de sello, que se corren como parte de la tubería. Esta parte pulida puede estar incorporada
a través de todo el packer, o solo en la parte superior del packer para poder acomodar
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6. sellos de mayor diámetro. Los packer permanentes con áreas pulidas se corren y asientan
por cualquiera de los dos métodos siguientes:
• Aplicación de presión hidráulica a un mecanismo para asentamiento mecánico
• Aplicación de presión hidráulica a una herramienta de asentamiento
• conectada a ella, la cual es recuperable y reusable. (setting tool)
• WIRELINE setting que utiliza una carga explosiva para generar la fuerza de
asentamiento.
APLICACIONES.-
Los packer permanentes se utilizan en las siguientes situaciones:
• Aplicaciones en profundidades medianas y profundas
• Pozos desviados y/o con Dog-Legs
• Completaciones con múltiple packer.
• En operaciones de empaque de grava.
• En presiones medianas y altas presiones.
Packer Permanente Packer
Permanente
En Posición De Bajada En Posición De
Asentamiento
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7. Packer Permanente Packer
Permanente
De Asentamiento Por W/L de
Asentamiento Hidráulico
Modelo “L”
Modelo “HS”
CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE PACKER.-
La selección del packer requiere un análisis del objetivo de packer, para las operaciones
previstas así como la terminación inicial, la estimulación del pozo y los procedimientos
de reparación del pozo.
La recuperabilidad puede ser mejorada en gran medida usando aceites o agua libre de
sólidos, como fluidos de terminación.
La frecuencia de fallas del packer puede ser minimizada por el uso del apropiado packer
para el pozo y mediante la previsión de condiciones futuras al asentar el packer.
Los packer permanentes son los más confiables y cuando están propiamente equipados
son excelentes para resistir a la alta presión diferencial impuesta durante la estimulación.
• EQUIPO DE COORDINACION DE SUPERFICIE – FONDO POZO.-
El asentamiento del packer siempre requiere una acción de superficie y en la mayoría
de los casos o movimiento vertical o de rotación de la tubería.
La selección del packer debe estar relacionado con el equipo de cabeza de pozo, los
equipos de superficie y de fondo de pozo debe ser seleccionados para trabajar juntos
como un sistema para garantizar una terminación segura, esto es especialmente cierto
en pozos con altas presiones.
• MECANISMO DEL PACKER.-
Para que un packer realice el trabajo para el cual fue diseñado dos cosas deben
suceder:
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8. 1. Un cono debe ser empujado hacia las cuñas a fin de que estas se peguen
contra la pared de la cañería de revestimiento.
2. El elemento sellantes (goma) debe ser comprimido y efectuar un sello
contra la pared de la cañería.
• FLUIDOS CORROSIVOS DEL POZO.-
Los materiales utilizados en la construcción del packer deben considerar que los
fluidos del pozo contienen CO2 o H2S en presencia de agua o vapor de agua.
COMPONENTES BASICOS DEL PACKER.-
a) ELEMENTOS SELLANTES.-
Estos elementos son normalmente construidos de goma de nitrilo y se usan en
aplicaciones tales como: Instalaciones térmicas, pozos de gas condensado y pozos de
gas seco, se ha comprobado que los sellos de nitrilo son superiores cuando se utilizan
en rangos de temperaturas normales a media, cuando se asienta el packer el elemento
sellante se comprime de manera tal que forma un sello contra la pared de la cañería.
Durante esta compresión, el elemento sellante se expande entre el cuerpo del packer y
la pared de la cañería, esta expansión junto con la maleabilidad del mencionado
elemento ayudan a que estos vuelvan a su forma original al ser eliminada a
compresión sobre el packer, algunos packer incluyen resortes de acero retractiles
moldeados dentro del elemento sellante para resistir la expansión y ayudar en la
retracción cuando se desasiente el packer.
Cuando se presenta contenido de CO2 o H2S las condiciones de presión y
temperatura deben ser consideradas, se recomienda el uso de Teflón en elemento
sellante, pero este sello de Teflón debe estar acompañado de una respaldo metálico.
b) CUÑAS.-
Las cuñas existen en una gran variedad de formas, es deseable que posean un área
superficial adecuada para mantener el packer en posición, bajo las diferenciales de
presion previstas. Las cuñas deben ser reemplazadas si el packer ya fue utilizado.
c) ELEMENTO DE ASIENTO Y DESASENTAMIENTO.-
El mecanismo mas simple de asentamiento y desasentamiento es el arreglo cerrojo en
“J” y pasador de cizallamiento que requiere solamente una ligera rotación de la
tubería de producción al nivel del packer para el asentamiento y puede ser
generalmente desasentado por un simple levantamiento sobre el packer, este
procedimiento es aplicable solo a los packer recuperable.
d) DISPOSOSITIVO DE FRICCION.-
e) ANCLAS HIDRUALICAS.-
Las anclas hidráulicas o sostenedores hidráulicos proporcionan un método confiable
para prevenir el movimiento que tiende a producirse al presentarse una fuerza en la
dirección opuesta de las cuñas, por ejemplo un packer con cuñas que se asiente con
peso puede moverse hacia arriba en el hoyo, cuando se lleva a cabo una acidificación
o fractura, sin embargo este movimiento se puede evitar mediante el uso de
sostenedores hidráulicos o de un ancla hidráulico.
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9. 1: Bloques de Fricción, 2: Cuñas, 3: Mandril, 4: Elementos Sellantes, 5: Sellos Internos
RECUPERABILIDAD.-
Las condiciones de recuperabilidad deben combinar varios factores, en relación con el
diseño y el uso del packer, los packer recuperables pueden ser liberados directamente
por tensión o rotación.
En pozos desviados se aplica usualmente el torque para liberar el packer, aunque a
veces se debe maniobrar a tubería hacia arriba y abajo para transmitir el torque al
fondo del pozo.
El elemento sellante debe evitar que los sólidos queden en la superficie de
deslizamiento, por lo general cuando el elemento sellante se libera el bypass del
packer se abre lo que permite la circulación para eliminar arena o material extraño.
Alta fuerza de anclaje es necesaria para proporcionar un sello confiable bajo
condiciones de presión diferencial alta.
PESCA.-
Un packer permanente debe ser perforado para ser retirado, esto generalmente
presenta pocos problemas por que todo el material es maleable, la remoción de los
packer recuperables es un poco costosa por que los elementos no son maleables y
requieren cierto fresado para ser recuperados.
SISTEMA TUBING-PACKER.-
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10. Packer con diámetro interior igual al de la tubería debe utilizarse para facilitar las
operaciones a través de la tubería. Además la tubería debe fijarse para minimizar o
mitigar el pandeo, donde las operaciones a través de la tubería se prevén.
• VENTAJAS.-
Mediante el uso de packer bien seleccionado las operaciones de pozo resultan más
eficientes, las operaciones de presión por wireline y registros procederán de
maneras mas rápido, el alargamiento de la vida fluyente de pozo se logra con el
uso correcto de packer.
• DONDE NO DEBE USARSE PACKER.-
Los packer no se utilizan en pozos de bombeo mecánico, a menos en
circunstancias extraordinarias cuando la completacion es dual.
En pozos de bombeo electrosumergible no debe llevar packer, a menos que
cuenten con válvulas de seguridad de superficie.
REACCIONES CARACTERISITCAS DEL TUBING.-
Cambiar el modo de un pozo (productor, inyector) causa cambios en la temperatura y
presión en el interior y fuera de la tubería. Esto depende de: Como la tubería esta
conectada al packer, El tipo de packer utilizado y Como el packer resiste a la presión y
temperatura y los cambios que esto produce:
a. Variación de la longitud de la sarta de tuberías.
b. Fuerzas de tensión y compresión serán inducidas en la tubería y el sistema del
packer, si el movimiento de la tubería no esta permitido.
• EFECTO DE LA TEMPERATURA.-
Expansión o contracción térmica hacen que la sarta de tuberías aumente su
longitud.
• EFECTO DE PISTONEO.-
El efecto de pistón produce cambio de longitud, el mismo esta afecto por los
cambios de presión en el espacio anular y la tubería.
• EFECTO DE BALONAMIENTO.-
La presión interna hace que la tubería tienda a inflarse como un globo lo que
produciría un corte en la misma, de la misma manera la presión en el espacio
anular aprieta la tubería causando que esta se alargue.
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