En la extracción de petróleo y gas natural , un árbol de Navidad , o árbol , es un conjunto de válvulas, carretes de carcasa y accesorios que se utilizan para regular el flujo de tuberías en un pozo de petróleo , pozo de gas, pozo de inyección de agua, pozo de eliminación de agua, pozo de inyección de gas. pozo, pozo de condensado y otros tipos de pozo.
El primer árbol de Navidad primitivo fue utilizado por los hermanos Hamill para controlar a Spindletop . Consistía en una válvula en T, con una válvula de 6 pulgadas (150 mm) y 8 pulgadas (200 mm) en el tubo vertical, y una válvula de 6 pulgadas en el tubo horizontal. Primero se cerró la válvula vertical y luego la válvula del tubo horizontal. [1] [2]
Los árboles de Navidad se utilizan tanto en pozos superficiales como submarinos. Es común identificar el tipo de árbol como "árbol submarino" o "árbol de superficie". Cada una de estas clasificaciones tiene una serie de variaciones. Los ejemplos de árboles submarinos incluyen árboles convencionales, de doble orificio, mono orificio, TFL (línea de flujo pasante), horizontales, de línea de lodo, de línea de lodo horizontal, de válvula lateral y TBT (árbol de orificio pasante). El árbol submarino instalado más profundo se encuentra en el Golfo de México, a aproximadamente 9.000 pies (2.700 m). Los límites técnicos actuales son de hasta alrededor de 3000 metros y temperaturas de trabajo de -50 a 350 °F (-46 a 177 °C) con una presión de hasta 15 000 psi (100 MPa).
La función principal de un árbol es controlar el flujo, generalmente de petróleo o gas , que sale del pozo. (Un árbol también se puede utilizar para controlar la inyección de gas o agua en un pozo no productor con el fin de mejorar las tasas de producción de petróleo de otros pozos). Cuando el pozo y las instalaciones estén listos para producir y recibir petróleo o gas, el árbol Se abren las válvulas y se permite que los fluidos de formación pasen a través de una línea de flujo. Esto conduce a una instalación de procesamiento, depósito de almacenamiento y/u otro gasoducto que eventualmente conduce a una refinería o centro de distribución (de gas). Las líneas de flujo en los pozos submarinos generalmente conducen a una plataforma de producción fija o flotante o a un barco o barcaza de almacenamiento, conocido como buque flotante de descarga de almacenamiento (FSO), o unidad de procesamiento flotante (FPU), o buque flotante de producción, almacenamiento y descarga ( FPSO).
Un árbol a menudo proporciona numerosas funciones adicionales que incluyen puntos de inyección de productos químicos, medios de intervención en el pozo, medios de alivio de presión, puntos de monitoreo (como presión, temperatura, corrosión, erosión, detección de arena, caudal, composición del flujo, retroalimentación de posición de válvulas y válvulas de estrangulamiento ), y puntos de conexión para dispositivos como transductores de presión y temperatura de fondo de pozo (DHPT). En los pozos productores, se pueden inyectar productos químicos, alcoholes o destilados de petróleo para evitar problemas de producción (como bloqueos).
La funcionalidad se puede ampliar aún más mediante el uso del sistema de control en un árbol submarino para monitorear, medir y reaccionar a las salidas de los sensores en el árbol o incluso en el pozo. El sistema de control adjunto al árbol controla la válvula de seguridad de fondo de pozo (SCSSV, DHSV, SSSV) mientras que el árbol actúa como un medio de fijación y conducto del sistema de control a la válvula de seguridad de fondo de pozo.
La complejidad de los árboles ha aumentado en las últimas décadas. Con frecuencia se fabrican a partir de bloques de acero que contienen múltiples válvulas en lugar de ensamblarse a partir de componentes bridados individuales. Esto es especialmente cierto en aplicaciones submarinas donde el parecido con los árboles de Navidad ya no existe debido al marco y los sistemas de soporte en los que está integrado el bloque de válvulas principal.
Tenga en cuenta que un árbol y una boca de pozo son equipos separados que no deben confundirse con la misma pieza. El árbol de Navidad está instalado encima de la boca del pozo. Una boca de pozo se utiliza sin árbol de Navidad durante las operaciones de perforación, y también para situaciones de amarre del tubo ascendente en las que luego se instalaría un árbol en la parte superior del tubo ascendente. Los pozos que se producen con bombas de varilla (gatos de bomba, burros cabeceadores, bombas de saltamontes, etc.) con frecuencia no utilizan ningún árbol debido a la ausencia de un requisito de contención de presión.
Los árboles submarinos y de superficie tienen una gran variedad de configuraciones de válvulas y combinaciones de válvulas manuales y/o accionadas (hidráulicas o neumáticas). Los ejemplos se identifican en las especificaciones API 6A y 17D.
Un árbol de superficie básico consta de dos o tres válvulas manuales (generalmente válvulas de compuerta debido a sus características de flujo, es decir, baja restricción al flujo de fluido cuando está completamente abierta).
Un típico árbol de superficie sofisticado tendrá al menos cuatro o cinco válvulas, normalmente dispuestas en forma de crucifijo (de ahí la persistencia del término "árbol de Navidad"). Las dos válvulas inferiores se denominan válvulas maestras (superior e inferior respectivamente). Las válvulas maestras normalmente están en la posición completamente abierta y nunca se abren ni cierran cuando el pozo está fluyendo (excepto en caso de emergencia) para evitar la erosión de las superficies de sellado de la válvula. La válvula maestra inferior normalmente se accionará manualmente, mientras que la válvula maestra superior suele accionarse hidráulicamente, lo que permite utilizarla como medio para cerrar el pozo de forma remota en caso de emergencia. Normalmente se utiliza una válvula de ala accionada para cerrar el pozo cuando fluye, preservando así las válvulas maestras para un cierre positivo con fines de mantenimiento. Las válvulas de ala operadas hidráulicamente generalmente están construidas para estar cerradas a prueba de fallas, lo que significa que requieren presión hidráulica activa para permanecer abiertas. Esta característica significa que si el fluido de control falla, el pozo se cerrará automáticamente sin la acción del operador.
La válvula de la derecha a menudo se denomina válvula de ala de flujo o válvula de ala de producción, porque se encuentra en la ruta de flujo que toman los hidrocarburos hasta las instalaciones de producción (o la ruta que tomará el agua o el gas desde la producción hasta el pozo en el caso de los pozos de inyección). .
La válvula de la izquierda a menudo se denomina válvula de ala de cierre (KWV). Se utiliza principalmente para la inyección de fluidos como inhibidores de corrosión o metanol para evitar la formación de hidratos. En el Mar del Norte se le llama brazo lateral no activo (NASA). Normalmente se opera manualmente.
La válvula en la parte superior se llama válvula de hisopo y se encuentra en el camino utilizado para intervenciones en pozos como cableado y tubería flexible . Para tales operaciones, se coloca un lubricador en la parte superior del árbol y el alambre o bobina se baja a través del lubricador, pasa la válvula de hisopo y entra en el pozo. Esta válvula normalmente se opera manualmente.
Algunos árboles tienen una segunda válvula de hisopo, ambas dispuestas una encima de la otra. La intención es permitir el montaje de equipos desde lo alto del árbol con el pozo fluyendo preservando la regla de las dos barreras . Con una sola válvula de hisopo, la válvula maestra superior generalmente se cierra para actuar como segunda barrera, lo que obliga a cerrar el pozo durante un día durante las operaciones de montaje. Sin embargo, evitar retrasar la producción durante un día suele ser una ganancia demasiado pequeña como para que valga la pena el gasto adicional de tener un árbol de Navidad con una segunda válvula de hisopo.
Los árboles submarinos están disponibles en configuraciones verticales u horizontales con otras especialidades disponibles, como doble perforación, monoperforación, concéntrica, perforadora, con línea de lodo, sin guía o con guía. Los árboles submarinos pueden variar en tamaño y peso desde unas pocas toneladas hasta aproximadamente 70 toneladas para aplicaciones sin guías de alta presión y aguas profundas (más de 3000 pies o 910 m). Los árboles submarinos contienen muchas válvulas y accesorios adicionales en comparación con los árboles de superficie. Normalmente, un árbol submarino tendría una válvula de estrangulamiento (permite el control del flujo), una interfaz de conexión de la línea de flujo (cubo, brida u otra conexión), una interfaz de control submarino (hidráulica directa, electrohidráulica o eléctrica) y sensores para recopilar datos como como presión, temperatura, flujo de arena, erosión, flujo multifásico y flujo monofásico como agua o gas.
