02 sistemas basicos del equipo de perforacion

Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 1/146

2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación

Sección 2Sección 2Sistemas Básicos Sistemas Básicos

Del Equipo de PerforaciónDel Equipo de Perforación

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO ACELERADOPROGRAMA DE ENTRENAMIENTO ACELERADOPARA INGENIEROS SUPERVISORES DE POZOPARA INGENIEROS SUPERVISORES DE POZO



ContenidoContenido

2.2. Sistemas Básicos del Equipo de PerforaciónSistemas Básicos del Equipo de Perforación

1.1. Sistema de potenciaSistema de potencia

2.2. Sistema para levantamiento de cargasSistema para levantamiento de cargas

3.3. Sistema de rotaciónSistema de rotación

4.4. Sistema de circulación de fluidosSistema de circulación de fluidos

5.5. Sistema para la prevención y control de brotesSistema para la prevención y control de brotes



Los cinco sistemas más importantes en un equipo de perforación:

2.1. Sistema de Potencia2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas2.3. Sistema de Rotación2.4. Sistema Circulante de Fluidos2.5. Sistema de Prevención y Control de Brotes



2.1. Sistema de Potencia



2.1. El Sistema de Potencia

• Componentes:

2.1.1 Generación de Potencia

2.1.2 Transmisión de Potencia

• Transmisión Mecánica• Transmisión Eléctrica


2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia

Según la potencia generada y transmitida, los equipos de perforación pueden ser :

1. Equipos Mecánicos:

Generación de Potencia Mecánica por los motores primarios Transmisión Mecánica (ejes acoplados con cremalleras, cadenas, correas, etc.) para operar los sistemas del equipo

Todavía se tienen algunas de estas unidades operando pero están descontinuadas. Han sido reemplazadas por equipos eléctricos o hidráulicos

2. Equipos Diesel – Eléctricos DC:

“Equipos DC – DC”: Generación de Corriente Directa (DC) para los motores de Corriente Directa (DC) que operan los sistemas

Fueron la primera generación de equipos eléctricos hasta comienzos de los años 60 pero todavía se operan algunas unidades de perforación con este sistema



Según la potencia generada y transmitida, los equipos de perforación pueden ser :

3. Equipos Diesel – Eléctricos AC = Equipos SCR

“Equipos AC – DC”: Generación de Corriente Alterna (AC) que se convierte en Corriente Directa (DC) con un Rectificador Controlado de Silicio(SCR) para los motores de corriente directa que operan los sistemas

Desarrollados en los años 60 con el uso extensivo de diodos y transistores

4. Equipos Diesel – Eléctrónicos:

“Equipos AC – AC”: Generación de Corriente Alterna (AC) usada sin cambios por los motores de corriente alterna AC que operan todos los sistemas básicos y auxiliares (no requieren de SCR)

De reciente desarrollo. Utilizan circuitos electrónicos impresos y ordenadores



Puerta

Equipos Diesel – Eléctricos AC/DC = Equipos SCR

Ánodo Cátodo

Cátodo auxiliar

Salida de corriente DC

SCR

Filtr

ado

Rect

ifica

do

Niv

elad

o

Entrada de Corriente AC



Equipos Diesel – Eléctricos AC / AC



2.1. El Sistema de Potencia• Generación de Potencia:

Tanto para los equipos mecánicos como para los equipos eléctricos, la potencia se origina en los Motores Primarios que son Motores de Combustión Interna, impulsados con diesel (ó “motores diesel”)

• La Potencia Mecánica de los motores primarios:

1. Se transmite sin transformaciones en los equipos mecánicos

2. Impulsa los Generadores de Corriente en los equipos eléctricos:

a. Generador de Corriente Eléctrica Directa, DC

b. Generador de Corriente Eléctrica Alterna, AC




• Generación de Potencia

Motores Primarios (Motores Diesel) :

• Son motores de combustión interna alimentados por mezclas de aire comprimido de la atmósfera y aceite diesel inyectado que se queman en las cámaras de combustión para producir la energía mecánica primaria

• Pueden operar en forma independiente o acoplados en paralelo de acuerdo con los requerimientos de potencia mecánica o eléctrica de la instalación



• Generación de PotenciaMotores Primarios (Motores Diesel) :






• La combustión de la mezcla explosiva del aire comprimido y el diesel inyectado en aerosol impulsa el pistón hacia abajo y lo hace subir al completar el ciclo

• Los pistones mueven las bielas conectadas al “cigüeñal” y este la volante que se acoplará a las transmisiones mecánicas para impulsar los equipos o los generadores eléctricos

• Los pistones pueden tener2 o 4 posiciones en el ciclo de combustión (motores de 2 o de 4 tiempos)






• En algunos motores el aire puede ser tomado directamente de la atmósfera y en otros es cargado en las cámaras con cargadores de turbina (turbo alimentados)

• El aire comprimido en las cámaras se calienta a una temperatura de 1000°Flo cual produce la ignición del combustible inyectado




• Generadores DC

• Reciben la potencia mecánica de los motores primarios por acople directo y producen corriente eléctrica directa (DC)

• Los primeros equipos eléctricos fueron diseñados con el sistema DC/DC:

• Generación de corriente directa DC que se transmite por cables eléctricos a los motores DC que mueven los sistemas principales del equipo (malacate, bombas, mesa rotaria)

• Los motores AC para los equipos auxiliares (centrífugas, compresores, campamento, etc.) reciben la potencia de un generador AC independiente



2. Equipos Diesel – Eléctricos DC/DC - “Generador DC”



• Generadores AC (Alternadores):

• Reciben la potencia mecánica de los motores primarios por acople directo y producen corriente eléctrica alterna (AC)

• La mayoría de los equipos Diesel - Eléctricos operan con el sistema AC/DC:

• Generador de corriente alterna AC movido por motores primarios • Rectificador SCR para convertir la corriente alterna en corriente directa, DC• Transmisión de potencia eléctrica a los motores DC que operan los

sistemas• Los motores AC auxiliares reciben la potencia eléctrica tal como sale del

generador, sin rectificar.



• Generadores AC (Alternadores):



• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)

En los equipos Diesel – Eléctricos la potencia eléctrica producida alimenta dos tipos de motores eléctricos para operar los sistemas de la unidad de perforación:

1. Motores de Corriente Directa, DC

a. Son utilizados por la mayoría de los equipos Diesel - Eléctricos

b. Requieren de un convertidor SCR si la corriente generada es alterna, AC

2. Motores de Corriente Alterna Trifásica, AC

a. De baja potencia para operar los sistemas auxiliares en el equipo (bombas centrífugas alimentadoras, compresores, bombas hidráulicas)

b. De alta potencia para operar los sistemas principales de la unidad de perforación (malacate, bombas de lodo, top drive, sistemas hidráulicos, etc.)



• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)1. Motores de Corriente Directa, DC



• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)2. Motores de Corriente Alterna Trifásica, AC



• Características de los motores eléctricos DC y AC

1. Motores eléctricos DC Vs. Motores Diesel:

a. Los motores eléctricos DC desarrollan más torque a bajas velocidades que los motores diesel de igual potencia.

b. Ampliamente utilizados en los equipos DC/DC y AC/DC

2. Motores eléctricos AC Vs. Motores eléctricos DC:

a. Los motores AC son más pequeños y livianos que los DC de igual potencia

b. Control preciso de torque y potencia entregada a todas las velocidades

c. Desarrollan mayor torque y velocidad que los DC de igual potencia

d. Pueden hacer más trabajo con menos energía = ahorro de combustible y costos de operación




• Características de los motores eléctricos DC y AC

2. Motores eléctricos AC Vs. Motores eléctricos DC:

e. Los AC son más livianos que los DC de igual potencia

f. Los AC no utilizan escobillas de carbón y tienen menos partes móviles = menor mantenimiento

En resumen, los motores eléctricos AC se pueden desempeñar mejor que los DC de igual potencia; son más versátiles y fáciles de controlar en todas las condiciones y requieren menos mantenimiento



• Transmisión Eléctrica para equipos DC/DC:



•Transmisión Mecánica

Consiste de una serie de correas, cadenas, poleas, piñones dentados y engranajes que enlazan uno o varios motores primarios con los sistemas principales (malacate, bombas de lodo, mesa rotaria, etc.)Se denomina también Transmisión Compuesta o de Conjunto (“Compound”)



Resumen del Sistema de Transmisión de la PotenciaEquipos Mecánicos Equipos Eléctricos



• Requerimientos de Potencia

El requerimiento total de potencia de la unidad de perforación es la suma de los requerimientos de potencia individuales para:

a. Malacate

b. Mesa rotaria o transmisión superior “Top Drive”

c. Bombas de lodo

d. Sistema de manejo de lodos (bombas centrífugas)

e. Requerimientos auxiliares de potencia para iluminación y equipos misceláneos (compresores, campamento, etc.)



• Requerimientos de Potencia

1. La potencia real requerida en un momento dado depende de la operación que se esté llevando a cabo.

2. La potencia máxima es utilizada cuando se está circulando y levantando la sarta al mismo tiempo

3. Se utiliza la potencia mínima cuando se corren los registros geofísicos o cuando se llevan a cabo pruebas de producción, DST



2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas


2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas

•Componentes

• Equipo de Soporte

•Torre o Mástil•Subestructura

• Equipo de Levantamiento

•Bloque de corona•Bloque viajero•Gancho•Cable de perforación•Malacate



•Consideraciones para el diseño:

1. Profundidad final o total del agujero a perforar

2. Carga máxima esperada sobre el equipo de levante: perforando ó corriendo las sartas de revestimiento

3. Capacidad de carga del mástil y de los componentes del sistema de levante en los equipos de perforación disponibles



• Equipo de soporte

• Torre de Perforación o MástilProvee el espacio vertical necesario para correr los tubulares dentro o fuera del pozo y para almacenarlos.

•Sub – EstructuraProporciona el área de trabajo, soporta el peso de la torre y de los tubulares estibados en ella y provee el espacio para instalar el conjunto preventoras sobre el cabezal del pozo y debajo del piso de perforación



• Equipo de levantamiento

• Bloque de corona

1. Polea de la línea rápida2. Retenedor del eje principal3. Eje principal4. Polea de la línea de desarenar5. Balero del eje principal6. Polea de la línea muerta




• Bloque viajero

1. Cuerpo 2. Poleas3. Amortiguador de impactos4. Gancho giratorio5. Balero principal



• Factor de eficiencia de las poleas.

Poleas en bloques de corona y viajero con cojinetes de rodillo:

Numero de Líneas Factor Eficiencia

6 0.870

8 0.842

10 0.810

12 0.782



“Wire Rope” = Soga de alambre

“Wire” = Hilo de alambre

“Core” = Núcleo, alma del cable

“Strand” = Torón (trenza de hilos)

“Center” = Centro del torón

• El Cable de Perforación (“drilling line”, wire rope”)

Cuerda en forma de “soga” fabricada con madejas de filamentos deacero que se trenzan alrededor de un núcleo central y que enlaza las poleas en el sistema de levante con el tambor del malacate

Componentes:



• El Cable de Perforación – Especificaciones:El cable trenzado que se utiliza en perforación se especifica por varios elementos:

•Número de trenzas (torones) tejidos alrededor del núcleo•Número de hilos o filamentos que componen cada trenza o torón •Tipo de núcleo central: madeja de hilos de acero o de fibra •Tipo de torcido o trenzado de los torones (orientación del tejido = “echado”)

16 - 2688 x 19

27 – 4966 x 37

16 – 2766 x 19

766 x 7

N° Alambres por Trenza

Número de Trenzas

ClasificaciónIADC

Clasificación y Construcción del Cable de Perforación

“Lang” Fibra Sintética

Regular Izquierdo Fibra Natural

Regular Derecho Alambre de Acero

Tipo de Torcido(Trenzado)

Tipo de Núcleo(Alma)



• El Cable de Perforación – Construcción:

Diseño del trenzado

• Trenzas Preformadas ( “Pre-Formed Strands”, “PRF”)

Patrones utilizados en el trenzado de los cables de perforación:

1. Hilos de Relleno

2. Sellado (“Seale”)

3. Combinado




(a) (b) (c)

(d)(e)

Diseño del trenzado

a. Capa sencilla

b. Hilos de Relleno

c. Sellado

d. Warrington

e. Patrones Combinados




Tipos de torcido: Orientación de los torones en el trenzado y de los hilos en para formar los torones

Trenzado Regular Derecho (Right Regular Lay) – RRL:Los torones giran a la derecha, hilos a la izquierda

Trenzado Regular Izquierdo – LRL: Los torones giran a la izquierda, hilos a la derecha

Torcido Regular Derecho Torcido Regular Izquierdo




El núcleo del cable de acero

Proporciona el soporte a los torones tejidos en trenzas a su alrededor

Se distinguen tres tipos comunes de núcleos:

1. Núcleo de Fibra ( FC – Fiber Core) – de fibras artificiales como el polipropileno o de fibras naturales (fique o yute)

2. Núcleo Alambre de Acero Independiente – ( IWRC – Independent Wire Rope Core)

3. Núcleo de Trenza – Una Trenza hecha de hilos de alambre.

El cable usado para el sistema de levantamiento en los equipos tiene núcleo de alambre de acero independiente – IWRC.



• El Cable de Perforación - materiales

Grados de acero para los alambres:

1. Acero de grado mejorado (“IPS” – Improved Plow Steel )

2. Acero de grado extra mejorado (“EIPS” – Extra Improved Plow Steel)

Un cable convencional EIPS de 6 trenzas tiene una resistencia nominal 15% mayor a un cable IPS.



• El Cable de Perforación - Tamaño

Diámetro externo del cable ya trenzado, medido entre dos lóbulos opuestos del torcidoEl tamaño de la línea de Perforación varía entre ½” a 2 ½ ”

Ejemplo de especificación de un cable de acero para el malacate:

1” x 5000’ – 6 x 19 – S – PRF – RRL – IPS – IWRC

Significado:????



El Cable de Perforación – Ejemplo de especificación:

1”– 5000’ – 6 x 19 – S – PRF – RRL – IPS – IWRCDescripción:

1” = Diámetro de la Línea5000’ = Longitud de la línea6 = Número de torones en el Cable19 = Número de hilos en cada TorónS = Seale Pattern – Tendido SelladoPRF = Preformed Strands – Trenzas PreformadasRRL = Right Regular Lay – Tendido Derecho NormalIPS = Improved Plow Steel – Acero de Aleación MejoradaIWRC = Independent Wire Rope Core – Núcleo Independiente

de alambre de acero



El Cable de Perforación – medición del diámetro:El diámetro correcto de un cable de acero es el diámetro del círculo que circunscribe todas las trenzas. Es la medición de sección mayor y se debe realizar con un Vernier.



El Cable de Perforación – Resistencia Nominal de RupturaCable de acero 6 x 19



El Cable de Perforación – Factor de diseño

Si la resistencia a la tensión de un cable de perforación es conocida, entonces se puede calcular el factor de diseño de la siguiente manera:

DF = Resistencia Nominal de la línea (lb) / Carga de la línea rápida (lb),

Factores mínimos de diseño :

Perforando / Viajando : 3

Corriendo Revestimiento: 2



El Cable de Perforación – Trabajo del cable

Definición: Trabajo = Fuerza x distanciaEl trabajo efectuado se configura por el levantamiento de las cargas tubulares entrando y saliendo del pozo. Se estima con la sumatoria de los recorridos del bloque viajero con la sarta suspendida desde el piso de trabajo hasta la corona o punto más alto.

El objetivo es diseñar un programa de corte óptimo para el cable de perforación que se adapte a la situación particular del equipo.

• El trabajo realizado por el cable de perforación se mide en “Toneladas por Milla, • 1 “Ton-Milla” = 10,560,000 lbs x pie ó en “Toneladas por kilómetro” • 1 “Ton-Km” = 1,000,000 Kg x metro



Trabajo del Cable de Perforación en un Viaje RedondoToneladas-Milla acumuladas para hacer un viaje redondo (TVR)

» M = Peso del bloque viajero (lb),» Ls = longitud de cada parada o lingada (pies),» D = profundidad del hoyo (pies),» We = peso efectivo por pie de la TP sumergida en el lodo,» C = peso de los DC en exceso de la TP = (L x Wdc - L x Wdp) x BF,» Wdc = Peso de los lastra barrenas en el aire,» Wdp = Peso de la TP en el aire,» L = Longitud de los Lastra barrenas (BHA)

000,640,2

)2

(

000,560,10)(*

CMDWDLDT esVR

++

+=



Trabajo del Cable de Perforación en un Viaje RedondoToneladas-Kilómetro acumuladas para hacer un viaje redondo (TVR)

» M = Peso del bloque viajero (Kg),» Ls = longitud de cada parada o lingada (mts.)» D = profundidad del agujero (mts.),» We = peso efectivo por metro de la tubería sumergida en el lodo (Kg)» C = peso de los DC en exceso del peso de la tubería = L (Wdc - Wdp) x BF,» Wdc = Peso de los lastra barrenas en el aire (Kg)» Wdp = Peso de la TP en el aire (Kg)» L = Longitud de los lastra barrenas (BHA) (mts.)

TVR = D (Ls + D) We + 2D ( 2M + C)1,000,000



Trabajo del cable para perforar (Tperf), tomar núcleos (Tnúcl) y correr TR (TRevest)

1. Para perforar una sección desde una profundidad d1 hasta d2, el trabajo realizado por el cable será:

T perforando = 3 (T2 - T1)2. El trabajo total efectuado para tomar núcleos:

T núcleos = 2 (T2 - T1)3. Trabajo del cable para correr una sarta de TR hasta la profundidad

T Revestimiento = ½ TVR (con C = 0 pues no hay DC)

T2 = Trabajo para un viaje redondo hasta d2 donde se terminó de perforar o de cortar núcleos antes de sacar del agujero

T1 = Trabajo para 1 viaje redondo hasta d1 donde se comenzó a perforar o a tomar núcleos.




Ejercicio – cálculo del trabajo del cable

Se ha completado un viaje redondo hasta una profundidad de 15,000 piescon una sarta compuesta por los siguientes tubulares:Lastra barrenas: 21 x 30 pies (101 lb/pie), 6 ¾”OD x 2 ¾”IDTubería de Perforación: 5”OD, (19.5 lb/pie),Longitud promedio de cada lingada: 90 piesPeso del Bloque Viajero: 12,000 lbs.Densidad del lodo en el pozo: 12 lb./ gal.Factor de Flotación = (65.44 – peso del lodo en lb/gal)/65.44Calcular el trabajo hecho por el cable para hacer el viaje redondo,expresado en Toneladas – Milla y en Toneladas – Kilómetro



El Malacate





• El Malacate

• Tipos

• Mecánico

• Eléctrico

• Hidráulico

National tipo UDBE - eléctrico

National tipo 1625M - mecánico





• El Malacate

• Componentes

• Transmisión • Eje principal• Sistema de embrague• Tambor• Sistema principal de frenos• Sistema auxiliar de frenos• Sistema de enfriamiento





• Malacate - Eje principal





• Malacate - Frenos de disco





• Malacate - Frenos de “balata”





• Malacate - Sistema de embrague de fricción



• Equipo de levantamiento - Malacate

• Sistema auxiliar de frenos – Freno electromagnético



• Equipo de levantamiento - Malacate

• Sistema auxiliar de frenos – Freno hidromático





• Malacate – Sistema de enfriamiento




• Equipo de levantamiento • Malacate Mecánico - Especificaciones

333332Velocidades de rotación

666662Velocidades de levantam.

2” – Q2” - Q2” - T2” - D1 3/4” - D1 ½” – DTamaño cadena transm.

2 ½” - T Hvy2” - Q2” - T2” - D2” – D1 ½” - DTamaño cadena tambor

66” x 12”54”x 10 3/8”50”x 10 3/8”46”x 10 3/8”42” x 8”42” x 8"Tamaño del aro/ freno

36” x 62”30” x 56 ¼”27” x 49”25” x 49”20” x 46 ¾”18” x 38 ¾”Tamaño del tambor

1 3/8” – 1 3/4”1 3/8” – 1 1/2”1 1/4” – 1 3/8”1 1/4” – 1 3/8”1 1/8”1 1/8”Tamaño del cable

16 – 30(4.88 – 9.14)

13 – 20(3.96 – 6.09)

11 - 16 (3.35 – 4.88)

8 - 12(2.4 – 3.65)

6 - 10(1.8 – 3.05)

3 - 7(0.9 – 2.1)

Rango de ProfundidadK.pies (K.metros)

3000 2000 1500 1000750550 Potencia (HP)

“ resumido de national oilwell”





• Malacate Mecánico - Cadenas de transmisión




• Equipo de levantamiento • Malacate Eléctrico - Especificaciones

“ resumido de national oilwell”

2

4

2” – Q

2 ½” - T Hvy

66” x 12”

36” x 62”

1 3/8” – 1 3/4”

16 – 30(4.88 – 9.14)

2238

222222Velocidades de rotación

444242Velocidades de levant.

1 ¾”” – S1 ½” - S1 ½” - Q1 ½” - Q1 3/4” - D1 ½” – DTamaño cadena transm.

2 ½” – Q2” - Q2” - T2” - D2” – D1 ½” - DTamaño cadena tambor

Disco54”x 10 3/8”50”x 10 3/8”46”x 10 3/8”42” x 8”42” x 8"Tamaño del aro/ freno

42” x 72”30” x 56 ¼”27” x 49”25” x 49”20” x 46 ¾”18” x 38 ¾”Tamaño del tambor

1 5/8” – 2”1 3/8” – 1 1/2”1 1/4” – 1 3/8”1/4” – 1 3/8”1 1/8”1 1/8”Tamaño del cable

20 – 40(6.09 – 12.19)

13 – 20(3.96 – 6.09)

11 - 16 (3.35 – 4.88)

8 - 12(2.4 – 3.65)

6 - 10(1.8 – 3.05)

3 - 7(0.9 – 2.1)

Rango de ProfundidadKpies (Kmetros)

2983 14921119 746 559 410 Potencia (Kw)




• Equipo de levantamiento • Malacate movido por cadenas - Capacidad

Extraído de Ellis Williams co. - Lewco



2.2. Sistema para Levantamiento o Izado de Cargas

• El Malacate

• Requerimientos de Potencia del Malacate:

• Como regla empírica, el malacate debe tener 1 HP por cada 10 pies a perforar

• Según esto, un pozo de 20,000 pies requiere de un malacate de 2,000 HP

• Existen métodos matemáticos rigurosos para calcular la potencia (HP) requerida por el malacate, pero ellos van a conllevar a resultados muy similares al anterior.



2.3. Sistema de Rotación




Tiene 3 componentes principales:

1. Equipo para rotación de la sarta desde la superficie:

a. Conjunto acoplado: mesa rotaria + “kelly” + “swivel”

b. Transmisión superior “Top Drive”

2. Sarta de Perforación

3. Barrena


2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación

Conjunto acoplado: mesa rotaria + “kelly” + “swivel”



• Mesa Rotaria:

• La potencia en caballos de fuerza (hp) requerida para la mesa rotaria es generalmente de 1.5 a 2 veces las revoluciones por minuto de la rotaria, dependiendo de la profundidad del agujero.

• Así, para una velocidad de rotaria de 200 RPM, se requiere de una potencia aproximada de 400 HP



• Mesa Rotaria – tipos

•Mecánica: impulsada por medio cadenas y piñones que le transmiten la potencia de los motores primarios del equipo(equipos mecánicos)

•Eléctrica: impulsada por motores eléctricos acoplados a un reductor de velocidad (equipos eléctricos)

•Hidráulica: impulsada por presión hidráulica proveniente de bombas hidráulicas a su vez operadas por motores diesel o eléctricos en unidades independientes



• Mesa Rotaria – componentes

•Cubierta metálica - se fabrica en acero de alta densidad

•Anillo de acople - soldado a la mesa rotaria, transmite la rotación al buje maestro.

•Cápsula reemplazable - contiene los engranajes, ejes y mangueras de la mesa rotaria

•Seguros -paran la rotación de la unidad contra la cubierta

•Puerto de lubricación - para engrasar los rodamientos

•Cojinete – fabricado con aleación de acero tratado al calor. Rotación sobre bolas de acero con doble pista.



2.3. Sistema de Rotación • Mesa Rotaria – componentes

•Buje Maestro

•Transmite el movimiento de la mesa rotaria a la sarta de perforación a través del adaptador de la” kelly”

•Permite colocación de cuñas para colgar la tubería en el pozo, soportada por la mesa rotaria

•El diseño interno varía con el tipo de “kelly” y mecanismo para transmitir la rotación de la mesa a la sarta.




•Se instalan directamente en la mesa rotaria

•Aseguran la alineación del revestimiento con el agujero

•Aceptan varios tamaños de cuerpos de cuñas

•Algunos facilitan la rotación del revestimiento durante las operaciones de cementación

• Mesa Rotaria – componentes

•Bujes para Revestimiento



2.3. Sistema de Rotación • Mesa Rotaria – componentes

•Buje de la “Kelly”

• Transmite la rotación del buje maestro de la mesa rotaria a la “kelly”• Su diseño depende del tipo y tamaño de “kelly” y del sistema de acople al buje

maestro: acoples de pin o acople de cuadrante• La serie HDP de VARCO fue diseñada para manejar torques extremadamente altos

y proteger la kelly del desgaste prematuro. Para kellys de 5 ¼” y 6”.

SERIE HDP SERIE HDS SERIE MDSSERIE XHDP



2.3. Sistema de Rotación • Mesa Rotaria – Especificaciones

85 - 1000 Ton.Carga Estática Máxima

25,000 – 40,000 lbf-pieTorsión Máxima

250 - 400 RPMVelocidad Máxima de rotación

12” - 60 ½”Tamaño del “ID” (pasaje central)

RANGOFUNCION




• La “kelly”: barra de transmisión rotatoria

• Configuraciones básicas

• Cuadrada

• Hexagonal

• Longitudes comunes

• 40 pies (longitud efectiva = 37 pies)






•Unión Giratoria (“Swivel”)

Es el elemento clave del sistema de perforación rotatoria al ejecutar tres funciones simultáneas:

• Suspende el peso de la sarta

• Permite la rotación de la sarta colgada

• Permite el paso del fluido circulante bombeado a presión por el interior de la sarta



2.3. Sistema de Rotación • “Swivel”: unión giratoria

•Componentes principales

• Gancho• Cuello de ganso • Cuerpo• Balero principal• Balero inferior• Tubo lavador y juego de sellos• Sellos superior e inferior• Eje giratorio



• “Swivel”: unión giratoria Lista de partes de la Swivel “NV” de 150 toneladas.



2.3. Sistema de Rotación • “Top Drive”: Transmisión superior




Tipos

• Eléctricos - Operados por motores eléctricos acoplados directamente a la unidad

• Hidráulicos – Operados por unidades hidraúlicas independientes a través de mangueras de alta presión conectadas al sistema.

Unidad hidráulica




• Componentes principales• Transmisión y eje principal -• Motores (eléctricos incorporados o hidráulicos

independientes)• Swivel (integral o separada)• Ensamble de manejo de tubulares (incluye un convertidor

de torsión)• Válvula hidráulica interna• Gatos para retraer y extender las “piernas” (conectores

del elevador = “links”, “bails”)• Riel guía y de soporte de torsión

Transmisión

Swivel

Transmisión

Ensamble para tubulares

Riel guía y Soporte de torsión




• Desempeño del “top drive”

Ejemplo de la variación del torque aplicado por el “top drive” sobre la sarta de perforación dependiendo de la velocidad de rotación de la sarta para perforar (carta de torsión)




• Ventajas del “top drive” sobre la “kelly”

• Reduce riesgos en la manipulación de los tubulares• Reduce el tiempo de cierre del pozo al detectarse un “brote”• Reduce el tiempo de conexiones (una conexión cada tres tramos)• Incrementa la velocidad de la perforación• Permite repasar el agujero durante la extracción de la sarta• Facilita la perforación direccional (bloqueo efectivo de la sarta

en la posición deseada para resistir el torque reactivo)• Facilita la perforación bajo balance (menor desgaste del sello

empacador en la cabeza rotatoria)• Reduce las pérdidas de lodo en superficie (válvula de retención)




La Sarta de Perforación




La columna de perforación permite transmitir la rotación desde la mesa rotaria o “top drive” hasta la barrena y a la vez conducir el fluido de perforación bombeado para limpiar el pozo.

•Componentes de la sarta

• “Kelly”• Tubería de perforación• Tubería de perforación extra pesada (HWTP)• Lastra barrenas• Barrena

Los componentes de la sarta se detallan más adelante en la sección 7.



Barrena

Es el elemento que perfora el agujero al rotar su estructura de corte con peso sobre las rocas de la formación

La siguiente presentación resume los tipos de barrena.

La sección 8 detalla los procesos de selección y evaluación de las barrenas





Barrena

Barrenas

Cortadoresfijos

Conos dentados

De insertos

Cojinete de rodillos

Cojinete de fricción (de chumacera)

PDC

De diamante

Diamante natural

TSP (Policristalino térmicamente estable)

Diamante impregnado



2.4. Sistema de circulación del Fluido de Perforación



2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación

Cuatro componentes principales de un sistema circulante:

1. Fluido de Perforación2. Área de preparación y almacenamiento3. Equipo para bombeo y circulación de fluido4. Equipo y área de acondicionamiento

Bomba

Tubería de Perforación

Espacio Anular

BarrenaLastrabarrenas

Agujero Abierto

Revestidor

Presas


2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación

El Fluido de Perforación

Mezcla de sólidos dispersos en una fase líquida continua con propiedades reológicas especiales (viscosidad, fuerza gel) que le permiten llevar a cabo funciones claves en el proceso de construcción del pozo

Funciones principales del Fluido de Perforación:

1. Suministrar potencia hidráulica a la barrena para perforar2. Transporte de recortes de roca hacia afuera del pozo3. Soportar las paredes del hoyo perforado4. Mantener el control primario del pozo (prevenir brotes)5. Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación

Fluidos de perforación convencionales:

1. Fluidos de Perforación de Base Agua2. Fluidos de Perforación de Base de Aceite3. Fluidos de Perforación Neumáticos (Aire o Gas)



El Fluido de Perforación – preparación y tratamientoCuatro rutinas principales aplicadas al sistema de fluidos de perforación:

1. Preparación inicial2. Densificación (incremento del peso o densidad del lodo)3. Dilución (Reducción del peso o densidad del lodo)4. Tratamiento / acondicionamiento (cambios en la química del lodo)

Embudo de Mezcla

El embudo de mezcla se emplea para agregar materiales sólidos a una corriente del fluido que pasa por su vértice:

El fluido es impulsado por una bomba centrífuga y al pasar por un estrangulador en la línea crea el efecto de succión e incorpora los sólidos en polvo seco colocados en el embudo



Las propiedades controladas en forma continua:

Peso del lodo: medido con la Balanza de Lodos

Viscosidad de embudo: medida con el embudo de Marsh

Reología: Medida con el viscosímetro de Fann

El Fluido de Perforación – medición de propiedades



Equipo para bombeo y circulación de fluidos

1. Tanques o Presas de Succión2. Línea de Succión3. Bombas de Lodo4. Línea de Descarga de la Bomba5. Línea de Conducción a la torre6. Manguera Rotaria7. Sarta de Perforación8. Espacio Anular hoyo - Sarta9. Línea de Retorno (Línea de flote)10. Tanques o presas de asentamiento11. Área para el acondicionamiento del lodo



Equipo para bombeo y circulación - bombas y presas de lodo



Equipo para bombeo y circulación - bombas de lodo

1. Son el corazón del sistema de circulación

2. Bombas de pistón reciprocante utilizadas en perforación:

a. “duplex de doble acción” – de poco uso por su baja eficiencia, gran tamaño y elevado peso (dos pistones – dos camisas – 4 válvulas de succión y 4 de descarga

b. “triplex de acción simple” – las más utilizadas por ser compactas y eficientes –tres pistones – tres camisas – 3 válvulas de succión y 3 de descarga

3. Los pistones succionan fluido hacia las cámaras o camisas cilíndricas al moverse en una dirección que luego desplazan en su recorrido contrario.

4. Una bomba es de acción simple si bombea el fluido sólo cuando el pistón se mueve hacia adelante (bomba triplex) y de acción doble si bombea fluido en la carrera del pistón hacia delante y hacia atrás (bomba duplex).

5. El tamaño de los pistones (y de las camisas) afectan el caudal (tasa de bombeo o gasto) y la presión máxima que pueda alcanzar la bomba



Equipo para bombeo y circulación - Bombas Triplex

Bombas Triplex operadas con motores eléctricos DC independientes



Equipo para bombeo y circulación - Bombas Triplex

Acción Simple: bombeo en la carrera hacia delante



Bomba Triplex – Componentes

Transmisión y Biela

Múltiples de succión

Amortiguador de Pulsaciones

Cuerpo de la bomba

Módulos Succión y Descarga

Múltiples de descarga




Carcaza de la bomba Ensamble de potencia

Piñón del eje Eje de bielas



Bomba Triplex – Componentes (módulos de succión y de bombeo)

Descarga



Bomba Triplex – Componentes (múltiples de succión y descarga)



Módulo de Bombeo Bomba Triplex




Amortiguador de Pulsaciones Protector de la válvula

Manómetro de presiónVálvula de recarga

Diafragma

CuerpoInserto del diafragma

Plato de cubierta

Absorbe los golpes de presión en la descarga de la bomba debido al pistoneo

Permite una entrega volumétrica más uniforme y vez disminuye las vibraciones en las líneas

Se conecta sobre la línea de descarga de fluidos en la bomba

La amortiguación se logra con una cámara de nitrógeno pre-cargada entre 750 y 1000 psi que absorbe los pulsos del pistoneo



Bomba Triplex – partes para refacción





Dimensiones consideradas:

•Longitud de la carrera o embolada•diámetro del pistón (igual al diámetro de la camisa)

Volumen teórico entregado por embolada:

•Se calcula de acuerdo con las dimensiones

Volumen Real entregado:

Vol. Real = Vol. Teórico x Eficiencia Volumétrica.

Ef. Vol. para bombas triplex está entre 95 y 98%




Bomba Triplex – Operación

1. Para una bomba dada, los diferentes tamaños de camisas tienen el mismo diámetro externo (DE) pero diferente diámetro interno (DI).

2. La camisa (liner) más pequeña (menor DI), se utiliza en la parte más profunda del pozo donde se requiere un menor caudal pero mayor presión.

3. La presión de operación depende del caudal (gasto), tamaño y profundidad del hoyo, tamaño de la tubería de perforación y lastra barrenas, propiedades del fluido de perforación y el tamaño de las toberas utilizadas.




Bomba Triplex – Operación

4. Un programa hidráulico completo debe calcularse para determinar la presión requerida por la bomba.

5. El Tamaño de la bomba se determina por la longitud de carrera del pistón (valor fijo para cada bomba) y por el máximo diámetro interno de la camisa que se puede instalar en ella




Bomba “Duplex” de doble acción




Bomba “Duplex” de doble acción – componentes




Bomba “Duplex” de doble acción – partes para refacción



Eficiencia Volumétrica:

1.El volumen real bombeado por los pistones en cada cámara o camisa es siempre menor que el teórico por diversidad de factores (escurrimiento, aire o gas atrapado en el fluido, etc.)

2.La eficiencia volumétrica es la relación entre el volumen real y el teórico. Tiene un valor entre el 95% y el 98% para las bombas triplex de acción simple y alrededor de 90% para las duplex de doble acción

3.La eficiencia mecánica de la mayoría de las bombas con transmisión mecánica es aproximadamente del 85%



Eficiencia Volumétrica – Ejemplo de cálculo

Para una bomba Triplex:

Longitud de la carrera (embolada): 10”

Diámetro de la camisa (cabeza del pistón): 5.5”

Calcular la entrega volumétrica por embolada



Requerimientos de potencia hidráulica para la bomba:

Vol. bombeado (GPM) x Presión (PSI) Caballaje Hidráulico (HHP) =

1713.6



Requerimientos de potencia hidráulica para la bomba:

Ejemplo de cálculo:

Calcular la potencia requerida para la siguiente bomba:

– Volumen bombeado = 1200 gpm,– Presión de bombeo = 2000 psi,– Eficiencia Mecánica = 0.85

Solución:

Potencia Hidráulica (hhp) = {(GPM) x (PSI)} / 1713.6 = 1400.6 HHP

Potencia requerida por el motor = 1400.6/0.85 = 1648 HP



Bombas Centrifugas:•Un impulsador de paletas (semejante a un ventilador) gira dentrode una carcaza e impulsa el fluido succionado•Succiona el fluido por el centro de las aspas y lo expulsa tangencialmente por la descarga en la carcaza

Succión

Descarga




Bombas Centrifugas:• Las paletas pueden ser de orientación derecha o izquierda y girar en

dirección horaria o contraria • Pueden ser impulsadas por motores eléctricos trifásicos o acopladas

a motores de combustión interna a diesel o a gas• Se utilizan para alimentar la succión de las bombas reciprocantes de

lodo, para operar los equipos de control de sólidos y para los equipos de mezcla y agitación del lodo.



Equipo para Control de Sólidos - Mallas Vibratorias (temblorinas)

Es el limpiador primario del lodo.

Remueve los ripios de perforación de mayor tamaño transportados en el lodo por retención en mallas vibratorias La canasta que recibe el fluido del pozo tiene un movimiento cíclico de impacto circular, lineal o elíptico que permite la retención y eliminación de las partículas sólidas en forma eficienteMalla Vibratoria (Temblorina)



Equipo para Control de Sólidos - Hidrociclones

Remoción de partículas sólidas finas por fuerza centrífuga al pasar el fluido a presión a través de conos verticales de diseño especial (hidrociclones)Se crea un vórtice de fluido en el interior de los conos que elimina las partículas sólidas más pesadas hacia las paredes del cono y su salida por el vértice inferiorEl fluido limpio sale por la descarga superior de cada hidrociclón

Desarenador / Desarcillador



Equipos para Control de Sólidos

Desarenador (elimina la arena)Temblorina (elimina recortes)



Equipos para Control de Sólidos

Desarcillador (Elimina Arcillas) Centrífuga de decantación(Elimina sólidos de baja gravedad)




Acondicionamiento del lodo - Desgasificador

Remoción del gas en el lodo

El gas que haya entrado en el lodo se debe remover porque:

1. Reduce la densidad del lodo 2. Reduce la eficiencia volumétrica de la bomba 3. Disminuye la presión hidrostática de la columna de fluido 4. Aumenta el volumen del fluido de perforación




Acondicionamiento del lodo - Desgasificador

Equipos para Remoción de Gas

Desgasificador de Vacío



2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes




• Equipos para la Prevención y Control de Brotes (BOPE)

Funciones:

1. Cerrar el pozo en caso de un influjo imprevisto o brote2. Colocar suficiente contra-presión sobre la formación3. Recuperar el Control Primario del Pozo




• Equipos para la Prevención y Control de Brotes (BOPE)

• Componentes:

• Arreglo de preventoras (BOP´s)• Preventora esférica• Preventora de arietes para tubería• Preventora de arietes ciegos • Preventora de arietes de corte (opcional para equipos en tierra)

• Unidad de control remoto (“Unidad de Cierre” ó “Acumulador”)• Conexiones superficiales de control (líneas de estrangular y matar)• Equipo auxiliar (instrumentos de detección, separador gas – lodo, etc)




Arietes Ciegos o de Corte

Preventora Esférica

Arietes para tubería

Línea de Estrangular

Línea de Matar

Arietes para Tubería

Arietes para Tubería

Conjunto de Preventoras




1. Conjunto de Preventoras

3. Múltiple de Flujo y Estrangulación

2. Línea del Estrangulador Línea de Matar

4. Unidad de control Remoto (“Acumulador”)




• Conjunto de Preventoras

BOP´s de ArietesBOP´s Esférico

Cameron Tipo “U”Shaffer




Unidad de Cierre (Acumulador)

Unidad para control remoto de las BOP



2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes Unidad de Cierre (Acumulador)




Control remoto del estrangulador

Estrangulador (Choke) Remoto




Separador Vertical




Elementos para la selección de los equipos de prevención y control

1. Máximo tamaño de herramienta / tubular que se vaya a introducir al pozo

2. Máxima presión de formación esperada en superficie (presión de formación o presión de operación)

3. Tipo de pozo (de alta o baja presión)

4. Tipo de instalación (tierra firme o submarina)

5. Condiciones específicas de operación (corrosividad de fluidos, hidratos, etc.)

6. Espacio disponible debajo de la mesa rotaria

02 sistemas basicos del equipo de perforacion

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