Seleccionar el correcto sello del colgador de revestimiento es una parte importante del diseño o mantenimiento de una cabeza de pozo de petróleo y gas. El sello debe mantener la integridad de presión entre el revestimiento y los componentes de la cabeza de pozo, al mismo tiempo que se adapta a las dimensiones reales, el estado de la superficie, la presión, la temperatura y los fluidos del pozo involucrados.

Un sello que coincida con el tamaño nominal del revestimiento no necesariamente será la elección correcta. En la práctica, las dimensiones del revestimiento, la holgura de sellado, el acabado superficial, la presión, la temperatura y la compatibilidad del elastómero influyen en el rendimiento del sellado.

Entonces, ¿cómo se selecciona el sello correcto del colgador de revestimiento para una cabeza de pozo de petróleo y gas?

¿Qué debe hacer un sello del colgador de revestimiento?

Un sello del colgador de revestimiento crea una barrera de presión entre el revestimiento y los componentes circundantes de la cabeza de pozo. Su propósito principal es ayudar a aislar el anular del revestimiento y evitar que la presión o los fluidos del pozo pasen a través de la interfaz de sellado.

El diseño exacto del sello depende de la configuración de la cabeza de pozo. FS Seals, P Seals, S Seals, sellos elastoméricos y sistemas de sellado metálico pueden utilizarse en diferentes configuraciones de colgadores de revestimiento o tubería.

Por eso, la selección de un sello del colgador de revestimiento debe comenzar con el equipo y la ubicación del sellado, en lugar de simplemente elegir un sello basándose en su nombre o tamaño nominal.

1. Comience con las dimensiones del revestimiento y la cabeza de pozo

El primer paso es identificar las dimensiones del equipo existente.

La información importante incluye:

·Diámetro exterior del revestimiento

·Diámetro interior y exterior del sello

·Dimensiones de la ranura del sello

·Holgura radial

·Profundidad y ancho de la ranura

·Tolerancias dimensionales del revestimiento

·Dimensiones del sello existente

Estos parámetros determinan si el sello puede lograr un contacto suficiente con el revestimiento y la carcasa de la cabeza de pozo.

Para aplicaciones de reemplazo, depender únicamente del tamaño nominal del revestimiento puede ser arriesgado. Un plano o una muestra del sello existente proporciona información mucho más útil para confirmar la geometría real del sellado.

2. Considere el estado de la superficie del revestimiento

El revestimiento no siempre es una superficie de sellado ideal.

Dependiendo del equipo y las condiciones de instalación, el revestimiento puede tener:

·Acabados superficiales relativamente rugosos

·Variación dimensional

·Secciones no circulares

·Tolerancias geométricas más amplias

·Variaciones de holgura entre componentes acoplados

Estas condiciones pueden afectar la consistencia con la que un elastómero mantiene el contacto con el revestimiento.

Esta es una de las razones por las que ciertos diseños de sellos del colgador de revestimiento se desarrollan específicamente para aplicaciones de cabeza de pozo que involucran superficies de revestimiento rugosas y tolerancias dimensionales o geométricas más amplias.

Por ejemplo, FS Seals están diseñados como sellos estáticos de colgador de revestimiento y tubería para cabezas de pozo y están específicamente destinados a adaptarse a superficies de revestimiento rugosas y mayores holguras.

3. Verifique la presión de trabajo

La presión es otro factor importante al seleccionar un sello del colgador de revestimiento.

No se limite a observar la clasificación nominal de presión del equipo. Considere las condiciones reales de sellado, incluyendo:

·Presión de trabajo normal

·Presión diferencial máxima

·Ciclos de presión

·Fluctuaciones de presión

·Dirección de la presión

·Holgura alrededor del sello

Una presión diferencial alta puede aumentar el riesgo de extrusión del elastómero, especialmente cuando existe una mayor separación entre las superficies de sellado.

Por esta razón, el diseño antiextrusión del sello debe evaluarse junto con la presión y la holgura.

Los sellos FS Seals, por ejemplo, utilizan resortes antiextrusión integrados diseñados para ayudar a proteger el elastómero en aplicaciones de cabezal de pozo de alta presión.

4. Adapte el material del sello a la temperatura y a los fluidos del pozo

El material del sello debe seleccionarse según el entorno operativo completo, no solo según la temperatura.

Las opciones habituales de elastómeros para el sellado de cabezales de pozo de petróleo y gas incluyen:

NBR

Una opción común para aplicaciones generales de petróleo y gas donde las condiciones de presión, temperatura y medios se encuentran dentro de su rango operativo adecuado.

HNBR

A menudo se considera para condiciones de temperatura, mecánicas y de servicio en yacimientos petrolíferos más exigentes.

FKM

Puede considerarse cuando se requieren un rendimiento a temperaturas más altas y resistencia química.

FFKM

Se utiliza para entornos químicos y de temperatura especialmente exigentes donde se justifica un elastómero de mayor rendimiento.

La elección real depende de factores como:

·Temperatura de operación

·Composición de petróleo y gas

·Exposición al agua

·Exposición a H₂S o CO₂

·Aditivos químicos

·Presión

·Vida útil requerida

Por lo tanto, la compatibilidad del material debe evaluarse junto con la geometría del sello.

5. Evalúe el diseño antiextrusión

Un sello de colgador de revestimiento que opera bajo alta presión necesita suficiente resistencia a la extrusión.

Cuando la presión diferencial actúa sobre un elastómero, el material puede ser forzado hacia el espacio de holgura entre los componentes acoplados. Si el espacio es lo suficientemente grande, los ciclos de presión repetidos pueden dañar finalmente el sello.

Según el diseño del sello, la protección antiextrusión puede provenir de:

·Resortes integrados

·Anillos de respaldo

·Estructuras de sellado reforzadas

·Componentes de soporte metálicos

Por ejemplo, el sello FS Seal utiliza resortes integrados como elementos antiextrusión. Un sello P Seal, por otro lado, puede utilizar anillos de respaldo para soportar el elastómero bajo presión. El diseño P Seal de JST utiliza anillos de respaldo disponibles en acero inoxidable de malla o acero al carbono sólido.

La configuración adecuada depende del diseño del cabezal de pozo, la holgura, la presión y los requisitos de sellado.

6. Elija el diseño del sello según la configuración del cabezal de pozo

No existe un sello de colgador de tubería de revestimiento universal que sea adecuado para todos los cabezales de pozo.

Se pueden seleccionar diferentes diseños según la configuración del equipo.

Sello FS

Un sello FS es un sello estático energizado por resorte desarrollado para aplicaciones de colgadores de tubería de revestimiento y tubería. Su diseño es especialmente adecuado para conjuntos de cabezal de pozo donde es necesario adaptarse a superficies de tubería de revestimiento rugosas, mayores holguras o tolerancias dimensionales y geométricas más amplias.

Sello P

Un sello P utiliza un elemento de sellado de elastómero con anillos de respaldo antiextrusión. En el diseño de JST, el sello se energiza mediante sellador inyectado y se utiliza en el área de sellado inferior de carretes de tubería de revestimiento o cabezales de tubería.

Puede considerarse cuando el equipo requiere una solución de sellado energizada con sellador y soporte antiextrusión.

Sello S y otros diseños

También se pueden utilizar otros diseños de sellos para colgadores de tubería de revestimiento o tubería según la configuración original del equipo.

El punto importante es que un perfil de sello no debe sustituirse por otro simplemente porque las dimensiones parezcan similares.

La ranura, la compresión, la holgura, la dirección de la presión y el mecanismo de energización deben ser compatibles con el equipo.

7. Considere el método de instalación

Los requisitos de instalación también pueden influir en la selección del sello.

Antes de elegir un reemplazo, determine:

·Cómo se instala el sello

·Si el sello requiere inyección de sellador

·Si los componentes de respaldo están sueltos o integrados

·Si la tubería de revestimiento se introduce a través del sello

·Si se requieren herramientas especiales de instalación

·Si el sello puede reemplazarse sin modificar significativamente el equipo

Por ejemplo, los diseños de sello FS pueden utilizar una estructura antiextrusión integrada, evitando componentes antiextrusión sueltos separados durante la instalación. Las fuentes de la industria también describen los sellos FS como diseños de una sola pieza que no requieren operaciones de sellado posterior a la instalación.

Esto puede ser una consideración importante al reemplazar un sello existente en campo.

8. ¿Cuándo debería considerar un sello personalizado para colgador de tubería de revestimiento?

Un sello estándar puede ser suficiente cuando el equipo sigue una configuración establecida y las condiciones de operación se encuentran dentro del rango de diseño.

Puede valer la pena considerar un sello personalizado para colgador de tubería de revestimiento cuando:

·Las dimensiones de la tubería de revestimiento no son estándar

·El sello existente está obsoleto

·El sello original ya no está disponible

·Las dimensiones de la ranura son inusuales

·La superficie de la tubería de revestimiento es especialmente rugosa

·La holgura es mayor de lo esperado

·Los requisitos de presión o temperatura son exigentes

·Se requiere un compuesto de elastómero específico

·El sello existente ha experimentado fugas o extrusión

Para estas aplicaciones, la personalización no significa necesariamente crear un perfil de sello completamente nuevo. Puede implicar seleccionar las dimensiones adecuadas, el elastómero, la configuración del resorte o respaldo y la geometría de sellado para el equipo.

¿Qué información necesita para seleccionar un sello de colgador de tubería de revestimiento?

Al contactar a un fabricante de sellos, la siguiente información es útil:

Información del equipo

·Cabezal de tubería de revestimiento o cabezal de tubería

·Tipo de colgador de revestimiento

·Modelo de cabezal de pozo o OEM

·Ubicación de sellado

Información dimensional

·Diámetro exterior del revestimiento

·Diámetro interior/exterior del sello

·Dimensiones de la ranura

·Holgura

·Plano del sello existente o muestra

Condiciones de operación

·Presión de trabajo

·Presión máxima

·Temperatura de operación

·Ciclos de presión

Medios

·Petróleo

·Gas

·Agua

·Exposición a H₂S / CO₂

·Otros productos químicos

Problemas existentes

·Fugas

·Extrusión

·Daño del sello

·Instalación difícil

·Vida útil corta

Un plano del sello o una muestra física es especialmente útil para el desarrollo personalizado, porque permite al fabricante evaluar la geometría de sellado original en lugar de hacer suposiciones a partir del tamaño nominal del revestimiento.

Lista de verificación para la selección del sello del colgador de revestimiento

Antes de pedir un sello, compruebe estos parámetros clave:

Conclusión

Seleccionar el sello adecuado del colgador de revestimiento para una cabeza de pozo de petróleo y gas requiere más que hacer coincidir el sello con el tamaño nominal del revestimiento.

Los factores más importantes son la ubicación del sellado, las dimensiones del revestimiento, el estado de la superficie, la holgura, la presión, la temperatura, los fluidos del pozo, la compatibilidad del material y el diseño antiextrusión.

Para aplicaciones de cabezas de pozo que implican superficies de revestimiento rugosas o mayores tolerancias dimensionales, diseños como FS Seals pueden ofrecer ventajas. Otras configuraciones pueden requerir P Seals, S Seals u otras tecnologías de sellado según el diseño del equipo.

El enfoque más seguro es seleccionar el sello de acuerdo con la configuración original de la cabeza de pozo y las condiciones reales de operación, en lugar de asumir que un sello de apariencia similar proporcionará el mismo rendimiento.

Si la aplicación implica dimensiones no estándar o un problema de sellado existente, proporcionar un plano o una muestra del sello junto con la información de presión, temperatura, medios y revestimiento brinda al fabricante del sello el mejor punto de partida para desarrollar una solución adecuada.