Válvulas para la industria del petróleo y el gas: válvulas de compuerta API 6A, válvulas de tapón y equipos de boca de pozo

En un pozo de esquisto en el oeste de Texas, una válvula de compuerta de losa API 6A de 3 pulgadas no logró sellar durante un cambio de rutina del árbol de Navidad. La tripulación había cerrado la válvula, pero el fluido de producción seguía migrando a través del asiento. El operador perdió 12 horas de tiempo de bombeo y tuvo que solicitar una válvula de reemplazo de emergencia. La falla no se debió al material de la válvula, sino a un conjunto de asiento y compuerta que había sido erosionado por 40,000 ppm de agua producida cargada de arena en solo seis meses. Una válvula especificada con un ajuste de mayor dureza y el nivel de PSL correcto habría mantenido el pozo en línea.

La lección es simple: en los equipos de superficie de petróleo y gas, la válvula no es un bien de consumo. Es un componente de control de presión que debe seleccionarse en función del flujo, la presión, la temperatura y el medio reales. La elección correcta depende de la clasificación de presión API 6A, la clase de material y el nivel de especificación del producto, y del diseño de la válvula que coincida con el ciclo de trabajo.

El estándar API 6A: lo que los compradores deben verificar antes de realizar el pedido

API 6A es la especificación principal para equipos de boca de pozo y árboles de Navidad utilizados en la industria del petróleo y el gas, incluidas válvulas de compuerta, válvulas de obturador y cuerpos de válvulas utilizados en cabezales de revestimiento y cabezales de tubería. Define un rango de clasificaciones de presión de 2000 psi a 20 000 psi, junto con clases de materiales, clases de temperatura y niveles de especificación del producto (PSL).

Para un ingeniero de adquisiciones, el punto más importante es que la placa de identificación API 6A no sea un solo número. Se puede construir una válvula de 5000 psi con diferentes clases de materiales. La clase AA es para servicios generales. La clase EE es para servicio amargo con alto contenido de H2S. Algunos operadores especifican PSL 2 o PSL 3 para pozos críticos, mientras que PSL 1 es aceptable para servicios óptimos y de bajo riesgo. Elegir la clase o el nivel de PSL incorrecto sin verificar las condiciones reales del pozo es una causa común de degradación del sello y reemplazo prematuro de la válvula.

Para obtener una visión más profunda de dónde se aplican las válvulas de compuerta API 6A en perforación, terminación y producción, consulte esta discusión sobre Válvulas de compuerta estándar API 6A en la industria del petróleo y el gas .

Muchos operadores de petróleo y gas también solicitan el cumplimiento de NACE MR0175 para el servicio amargo. Este es un requisito adicional de material y dureza que previene el agrietamiento por tensión del sulfuro. Una válvula que no está clasificada para H2S puede fallar catastróficamente en un pozo de gas con incluso trazas de sulfuro de hidrógeno.

Válvulas de compuerta para boca de pozo y servicio de producción

Las válvulas de compuerta son el caballo de batalla de los equipos de boca de pozo de petróleo y gas. Utilizan una compuerta que se mueve perpendicular a la trayectoria del flujo. Cuando está abierto, el orificio está completamente limpio, lo que significa muy poca caída de presión. Cuando está cerrada, la puerta presiona contra dos asientos para aislar la presión. Las válvulas de compuerta son estándar en árboles de Navidad, carretes de carcasa y colectores de producción. Hay varias familias de válvulas de compuerta según API 6A y cada una se adapta a una condición operativa diferente.

Válvulas de compuerta expandibles

Una válvula de compuerta de expansión utiliza una compuerta de dos piezas que se expande contra los asientos a medida que se cierra. La acción de la cuña produce un sello mecánico que mantiene la presión incluso después de que la válvula ha estado cerrada durante meses. Esto hace que las válvulas de compuerta expandibles sean una excelente opción para válvulas maestras en árboles de Navidad y otras tareas de cierre donde el aislamiento hermético es fundamental.

Válvula de compuerta de expansión WKM para control de presión en boca de pozo Esta válvula de compuerta de expansión API 6A está disponible en tamaños de 2-1/16" a 7-1/16" y presiones nominales de hasta 5000 psi, con un conjunto de cuña que garantiza un aislamiento hermético incluso después de largos períodos de cierre. Ver producto →

YUXOIL fabrica una válvula de compuerta de expansión específicamente para el control de la presión en boca de pozo. Está construido según el diseño API 6A y está disponible en las clases de presión comúnmente utilizadas en las chimeneas de boca de pozo. Para aplicaciones en las que la válvula estará cerrada durante períodos prolongados y no debe tener fugas, el diseño de compuerta expansible merece una seria consideración.

Válvulas de compuerta para losa (PFF)

La válvula de compuerta para losa serie PFF utiliza una compuerta paralela que se desliza entre dos asientos flotantes. Su construcción es simple y robusta, lo que lo convierte en una opción confiable para el cierre manual en servicio de producción. La válvula PFF es común en pozos de presión baja a moderada, en colectores de estrangulamiento y eliminación y en líneas de transferencia donde se requiere una apertura total para minimizar la pérdida de presión.

Válvula de compuerta manual de losa PFF con sellado bidireccional La serie PFF ofrece un diseño de compuerta paralela en tamaños de 2-1/16" a 4-1/16" y presiones de hasta 5000 psi, con sellado bidireccional y asientos flotantes para un cierre confiable en aplicaciones de producción y múltiples. Ver producto →

YUXOIL ofrece la válvula de compuerta manual para losa PFF en la configuración estándar API 6A. El cuerpo se prueba a presión antes del envío y la conexión del puerto está disponible en versiones con bridas o abrazaderas para que coincida con la pila de cabezal de pozo existente.

Diseños de válvulas de compuerta compactas: FC y FLS

Las válvulas de compuerta FC y FLS son dos configuraciones compactas API 6A utilizadas en equipos de cabezal de pozo y colectores. El diseño FC ofrece una ruta de flujo simple y a menudo se selecciona para instalaciones donde el espacio es limitado. El diseño FLS proporciona una geometría de sellado diferente que los operadores pueden elegir según el patrón de flujo esperado y el diferencial de presión. La selección entre FC y FLS generalmente depende de la posición de la válvula en la pila y del tamaño de la línea.

Válvulas de tapón: control de cuarto de vuelta para colectores de alta presión

Las válvulas de tapón son válvulas de un cuarto de vuelta. Un tapón cilíndrico o cónico con un puerto gira 90 grados para abrir o cerrar la ruta del flujo. Debido a que la operación es rápida, las válvulas de tapón se usan a menudo en líneas de fracturación, colectores de descarga y sistemas de distribución donde un operador necesita aislar una línea rápidamente. Una válvula de tapón ofrece una apertura de paso total o de paso reducido. La estanqueidad del sello depende del ajuste entre el tapón y el cuerpo y, en algunos diseños, de un sellador inyectado en la válvula.

Válvula de tapón FMC para líneas de fracturamiento de alta presión Esta válvula de tapón proporciona operación de un cuarto de vuelta con torque bajo, diseñada para el control de líquidos a alta presión en consolidación y fracturamiento de pozos, con una salida 1502 y sellado de metal a metal para un rendimiento confiable. Ver producto →

YUXOIL suministra válvulas de macho construidas para servicio de campos petrolíferos de alta presión. El diseño es compatible con patrones comunes de conexión de cabezales de pozo y colectores, lo que permite el reemplazo directo en muchas configuraciones de fracturación y producción. Al seleccionar una válvula de tapón, observe el par de operación. Si resulta difícil girar la válvula, es posible que el operador deba aplicar una fuerza excesiva, lo que puede dañar el vástago o la empaquetadura. Una válvula de tapón correctamente instalada con el sellador o material de moldura adecuado girará suavemente y mantendrá la presión sin fugas.

Válvula de compuerta versus válvula de tapón: diferencias prácticas

Una de las decisiones más comunes en los equipos de pozos de superficie es si una válvula de compuerta o una válvula de tapón es la opción correcta para una línea específica. La respuesta depende de la frecuencia de operación, la caída de presión permitida y el espacio disponible.

Especificación de válvulas: seis preguntas antes de realizar el pedido

Especificar una válvula para equipos de superficie de petróleo y gas significa responder seis preguntas antes de realizar un pedido:

• ¿Cuál es la presión máxima de trabajo? Las clases API 6A incluyen 2000, 3000, 5000, 10 000, 15 000 y 20 000 psi.
• ¿Cuál es el rango de temperatura de operación del pozo?
• ¿Cuál es la composición del fluido? El servicio agridulce, el H2S, el CO2 y el contenido de arena afectan la selección del material.
• ¿Cuál es el nivel de especificación del producto requerido (PSL 1, 2, 3 o 4)?
• ¿Qué conexiones finales se necesitan: bridadas, roscadas o de abrazadera?
• ¿La válvula se operará manualmente, mediante un actuador o de forma remota?

Cada respuesta cambia el diseño de la válvula. Por ejemplo, un pozo que produce un 12 por ciento de H2S y una temperatura superficial superior a 250 grados Fahrenheit requiere una clase de material y un índice de temperatura específicos. Ignorar estos requisitos es un riesgo de adquisición que afecta directamente el costo del ciclo de vida del pozo.

Por qué son importantes la capacidad del proveedor y el control de calidad

Una vez establecidas las especificaciones de la válvula, la capacidad del proveedor se convierte en el principal factor de riesgo. Un proveedor de válvulas confiable debe controlar toda la cadena: fundición, mecanizado, ensamblaje y prueba. Es posible que las empresas que subcontratan todo no puedan garantizar propiedades de materiales y espesores de pared consistentes.

YUXOIL opera una fábrica de válvulas y una fábrica de fundición en las mismas instalaciones, que cubren los principales pasos de producción. La empresa cuenta con una planta de 13.000 metros cuadrados con más de 30 unidades de mecanizado de gran, mediana y precisión. También realiza ensayos químicos y mecánicos, ensayos no destructivos, metrología y ensayos de tipo de producto. Ese nivel de control interno ayuda a mantener los cuerpos de las válvulas, las superficies de las compuertas y las áreas de sellado dentro de las tolerancias que requiere API 6A.

Una forma práctica de evaluar a un proveedor es solicitar una descripción detallada del proceso de fabricación : de dónde viene la fundición, cómo se contrata el tratamiento térmico, qué pruebas se realizan en cada cuerpo de válvula y cómo se registra la prueba de presión. Las respuestas revelan si el proveedor es un verdadero fabricante o una empresa comercial.

Conclusión: haga coincidir la válvula con el ciclo de trabajo

El costo de una válvula es una pequeña fracción del costo de una intervención en un pozo en la industria del petróleo y el gas. Una válvula que falla durante un trabajo de fracturación o un cambio de árbol puede costar decenas de miles de dólares en tiempo de inactividad y pérdida de producción. Es por eso que las especificaciones de la válvula deben realizarse cuidadosamente desde el principio, no negociarse después de una falla.

Comience con el ciclo de trabajo. Elija una válvula de compuerta cuando necesite un flujo de paso total y un cierre a largo plazo. Elija una válvula de tapón cuando necesite una operación rápida de un cuarto de vuelta en un colector o línea de fracturación. Verifique la clase API 6A, la clase de material y el nivel de PSL con los datos reales del pozo. Luego confirme que el proveedor tenga la capacidad de fundición, mecanizado y prueba para construir la válvula de manera consistente. Con esos pasos, la válvula de su árbol de Navidad, cabezal de carcasa o colector de descarga funcionará según lo diseñado durante años.