5 - equipo de perforacion -bueno

7/25/2019 5 - Equipo de Perforacion -Bueno

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TEMA II

2.1. Sistema de Suministro de Energa.

2.2. Sistema de Izaje.

2.3. Sistema de Circulacin.

2.4. Sistema Rotatorio.

2.5. Sistema de Control.

2.6. Sistema de Medidor de Parmetros de

Perforacin.

Principales Componentes del Equipo de Peroracin

Objetivo: El alumno identificar el funcionamiento einterrelacin de los sistemas que constituyen el

equipo de perforacin rotatorio.

2.1 Sistema de Suministro de Energa

Son transmitidas a algunas partes del equipo como son: elmalacate, las bombas, el sistema de rotacin y algunossistemas auxiliares.

El sistema de potencia en un equipo de perforacingeneralmente consiste de una fuente primaria de potencia.

La potencia primaria puede ser transmitida hacia el equipoque la utilizar por medio de los siguientes medios:

Sistema Diessel Mecnico (Convencional).

Sistema Diessel Elctrico Cd/Cd).

Sistema Diessel Elctrico ca/cd).

Altos Requerimientos De Energa

Sistema diessel mecnico (convencional).

la transmisin de energa se efecta a travs deconvertidores de torsin, flechas, cadenas,transmisiones, cuya eficiencia mecnica promedio esdel 65%.

Sistema diessel elctrico cd/cd

Estos sistemas usan generadores y motores decorriente directa con una eficiencia real en conjunto del85%. En este sistema, la energa disponible seencuentra limitada por la razn de que slo ungenerador cd se puede enlazar elctricamente a unmotor cd dando como resultado 1,600 HP disponiblespara impulsar el malacate.



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Sistema Diessel Elctrico Ca/Cd

Estn compuestos por generadores de ca y por

rectificadores de corriente directa (SCR). Estossistemas obtienen una eficiencia del 98%, la energadisponible se puede canalizarse parcial y totalmente ala maquinaria que la usar (rotaria, malacate ybombas).

La ventaja de este sistema es que toda la potenciapodra dirigirse o impulsar al malacate teniendo unadisponibilidad de potencia de 2,000 HP.

Estos motores ofrecen una vida ms larga y menorcosto.


La potencia al freno de un motor se reduce el 3% por cada 300 m por arriba delnivel del mar.

Respecto a la temperatura se reduce el 1% por cada 10F por arriba de unatemperatura de 85F, o bien, aumenta el 1% por cada 10F por debajo de 85F.

Los Requerimientos de Potencia son Afectados por la

Altitud y la Temperatura:

Un equipo de perforacin est trabajando en un desierto a una altitudde 2,000 m sobre el nivel del mar. La temperatura ms baja es de40F y la ms alta es de 110F. El equipo tiene tres motores diesselcuya potencia nominal es de 1,000 HP cada uno. Determinar los HP

mnimos y mximos disponibles durante las 24 horas.

Ejemplo:


Solucin:

1.- H.P. nominal = 3 x 1,000 = 3,000 HP

2.- Prdida de potencia por altitud = (2,000 x 3,000 x 0.03) / 300 = 600 HP

3,000 600 = 2,400 HP

Ejemplo:

3.- La potencia mnima se obtiene a la temperatura ms alta.

(110 85)(0.01/10) x 2400 = 60 HP 2,400 60 = 2,340 HP

4.- La potencia mxima se obtiene a la temperatura ms baja.

(85 40)(0.01/10) x 2400 = 108 HP 2400 + 108 = 2,508 HP



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Hay dos Mtodos para Transmit i r la Potencia Hasta

los Componentes del Equipo:


Transmis in Mecnica.

Transmisin Elctrica.

E =Potencia de Salida Potencia de Entrada

Potencia de Salida

Transmisin Mecnica.-

la transmisin de Energa desde la toma de fuerza del motordiesel de combustin interna- hasta la flecha de entrada de lamaquinaria de perforacin (malacate, rotatoria y bombas delodo), es atravs de convertidores de torsin:

Flechas Cadenas Ruedas dentadas Poleas Ejes

La eficiencia mecnica anda por el orden del 65%.

El factor de eficiencia (E) describe las prdidas de potencia queexisten desde la fuente primaria hasta el motor y se obtienemediante la siguiente frmula:


Ventajas sobre las de transmisin mecnica;

No es necesario colocar los generadores y los motoresprimarios adyacentes al equipo, se incrementa laseguridad, se reduce el nivel de ruido y la eficiencia seincrementa de un 85 a un 90%.

Transmisin elctrica.-


los motores suministran energa a grandesgeneradores que a su ves producen electricidad que setransmite por cables hasta un dispositivo dedistribucin y de ste a los motores elctricos que van

conectados directamente al equipo (bombas, malacatey rotaria).


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2.2 Sistema de Izje

Este sistema suministra un medio por el cual seda movimiento vertical a la tubera que estadentro del pozo

Mstil y subestructura

El malacate.

La corona y la polea viajera (sistema de poleas).

El cable de perforacin.

Equipo auxiliar tal como elevadores, gancho, etc.

Aportar los medios para levantar y bajar la sartade perforacin, revestimiento y otros equipossubsuperficiales, para realizar conexiones yviajes.

Los principales componentes de este sistema son:

Objetivo:

2.2 Sistema de Izje

Mstil, Estructura de acero con capacidadpara soportar todas las cargas verticales,cargas excedentes y el empuje por laaccin del viento. La longitud de estosvara de 24.5 a 57.5 m.

Subestructura . Es el soporte de la

torre, Espacio para colocar lospreventores.

Mstil

2.2 Sistema de Izje

Consideraciones para el diseo:

1. El mstil debe soportar conseguridad todas las cargas (jaln)y cargas que excedan la capacidaddel cable.

2. Deber soportar el empuje mximopor la velocidad del viento.

3. La plataforma de trabajo tiene queestar a la altura apropiada para elbuen manejo de la tubera(lingadas).

Mstil


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La Capacidad del Mstil (CM) se obtiene con la siguiente frmula:

CM =Carga suspendida (Cs) x Nmero de lneas corona (N)

Eficiencia (E) x Nmero de lneas en polea viajera (n)

Determine la capacidad de un mstil (de dos piernas) si la carga alevantar (carga muerta) es de 375,000 lbs, teniendo un arreglo de 6lneas en la polea viajera, 8 en la corona, una eficiencia del 85% y unpeso de la corona y la polea viajera de 12,000 lbs.

CM =375,000 x 8

(0.85 x 6)+ 12,000 = 600,235 lbs

+ Peso de corona (Pc) + Peso polea viajera (Ppv)

Ejemplo:

2.2 Sistema de Izje

Malacate

Es el elemento que utiliza laenerga del sistema de potenciapara aplicarle una fuerza al cablede perforacin. Esta provisto deun sistema de frenos paracontrolar las altas cargas y unsistema de enfriamiento paradisipar el calor generado por lafriccin en las balatas.

TamborFreno

El tambor del malacatetiene un ranurado paraacomodar el cable de

perforacin.

2.2 Sistema de Izje

utilizan un freno auxiliar del tipohidromtico, el cual trabajaimpulsando agua en direccinopuesta a la rotacin del tamborprincipal.

2.2 Sistema de Izje

usan un freno auxiliar del tipoelectromagntico en el cual segeneran dos campos magnticosopuestos cuya magnitud dependede la velocidad de rotacin.

Los Equipos Elctricos

Los Equipos Mecnicos


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CableLa resistencia de un cable depende de: su construccin, la resistencia delmaterial y de su dimetro, se clasifican en:

El cable ms utilizado en laindustria petrolera tiene unaclasificacin 6 x 19 SEALE concentro de cable independiente.El nmero 6, se refiere alnmero de madejas que rodeanal ncleo de cada aceroindependiente; el nmero 19,indica que cada madeja tiene 19alambres.

2.2 Sistema de Izje

Durante la vida operativa de un cable es necesario estar revisando sudesgaste. se calcula el nmero de toneladas kilmetro (TK) detrabajo realizado por el cable. (Una tonelada kilmetro) es el trabajorealizado por el cable para levantar 1 Ton de peso a lo largo de 1 Km.

Las tons Km se obtienen con la siguiente ec.

TK = + +DWtp(Ll+D)

1 579 326

D Wg

588.65

Llb D W

789 665

TK = Toneladas kilmetro del cable

D = Profundidad del pozo (m)

Wtp = Peso unitario (flotado)de la TP; (lb/pie)

Ll = Lo ngitud de la lingada (m)

Wg = Peso del gancho (ton)

Llb = Longitud de los lastrabarrenas (m)W = Peso unitario de los lastrabarrenas menospeso unitario de la TP (lb/pie)

Cable 2.2 Sistema de Izjec

Sistema de PoleasEs el que une al malacate con la tubera de perforacin orevestimiento y proporciona un medio mecnico para bajar o levantardichas tuberas.

La corona es una seriede poleas fijascolocadas en la parte

superior del mstil.

La polea viajera, comosu nombre lo indica, esde libre movilidad.Tambin se le conocecomo: Block y Gancho.

2.2 Sistema de Izje


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La funcin principal del sistema de circulacin, es la de extraer losrecortes de roca del pozo durante el proceso de perforacin.

El sistema esta compuesto por equipo superficial y sub superficial.

Sub

superficial

2.3 Sistema de Circulacin

Los componentes del equipo sub superf icialson:

La tubera de perforacin, los lastra barrenas, la barrena y el mismo pozo.


Las Bombas

Las Presas De Lodo (Descarga,

De Asentamiento Y La De

Succin)

El Stand Pipe

El Equipo De Control De Slidos

El Desgasificador

Temblorina

El equipo superficial estacompuesto por:


El componente ms importante en el sistema de circulacin es labomba de lodos y la potencia hidrulica suministrada por sta,depende de la cantidad de fluido a manejar (Gasto) y de la presindisponible en la misma.

HHPb = donde:P Q

550 Eb

HHPb = donde:P Q2

1714 Eb

HHPb potencia hidrulica de salida en los motores en (HP)

Q gasto proporcionado por la bomba en (pies 3/seg)

P presin de descarga de la bomba en (lb/pg2)

Eb eficiencia mecnica de la bomba (0.85)

Q2 gasto de la bomba en (gal/min)

Las Bombas


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BombaDuplex.-

Estas bombas se caracterizan por estar constituidas de dos pistonesy manejar altos gastos pero baja presin de descarga. Son de dobleaccin, o sea que bombean el fluido en los dos sentidos. En laactualidad estas bombas se utilizan en los equipos que reparanpozos en perforacin somera. La presin mxima recomendada detrabajo para estas bombas es de 3,000 lb/pg 2.

En La Industria Petrolera Se Utilizan DosTipos De Bombas:


Bomba triplex.-

Estn constituidas por tres pistones de accin simple y se caracterizanpor manejar altas presiones de descarga y altos gastos y son de fcilmantenimiento.

El gasto que proporciona una bomba dependiendo de suscomponentes y de su eficiencia volumtrica se obtiene con lassiguientes ecuaciones:

Qbd = 0.0068 (2d2t d2r) Ls Eb Ne

Qbt = 0.0102 (d2t ) Ls Eb Ne

Qbd gasto de la bomba duplex en (gal/emb)

Qbt gasto de la bomba triplex en (gal/emb)

dt dimetro del pistn en (pg)

dr dimetro del vstago en (pg)

Ls longitud de la camisa en (pg)

Eb eficiencia volumtrica

Ne nmero de emboladas (no./min)

Ej.: Cul ser la potencia hidrulica de una bomba que proporcionaun gasto de 400 gal/min y una presin de descarga de 1500 lb/pg2?.

HHPb = = = 412 HPP Q2

1714 Eb

1500 x 400

1714 (0.85)


Encuentre el gasto que proporciona una bomba duplex que trabaja a50 emb/min y con una eficiencia volumtrica de 83%

Dimetro del pistn 4.5 pg Dimetro del vstago 1.5 pg

Longitud de la camisa 15 pg

Qbd = 0.0068 (2d2t d2r) Ls Eb Ne =

= 0.0068 (2x 4.52 1.52) 15 (0.83)(50) =

= 0.0068 (38.25) (15) (50) (0.83) = 161.91 gal/min


Ejemplo:


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Deficiencia en las bombas:

Limpieza pobre del pozo

Disminucin en la velocidad de

penetracin

Atrapamiento de la sarta de

perforacin

Aumento en la densidad del lodo por

incorporacin de slidos


Un Deficiente Sistema de Circulacin nos PuedeOcasionar la Siguiente Problemtica:

Aumento en la densidad del lodo

Disminucin en la velocidad de penetracin

Aumento en la viscosidad del lodo

Pegaduras por presin diferencial


Sistema inadecuado de eliminador de slidos:

Disminucin en la densidad del lodo

Problema de arrancones (flujos de la formacin)

Inestabilidad del agujero (por baja densidad)

Desgasificador:

2.4 Sistema Rotatorio

El Sistema Rotatorio es el Encargado de Proporcionar laAccin de Rotacin a la Barrena Para Que Realice la Accinde Perforar.

En la actualidad existen tres formas de aplicar rotacin a la

barrena:

El Sistema Rotatorio Convencional

El Sistema Top Drive

Motores De Fondo


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2.4 Sistema rotatorio

Mesa rotaria

Buje

maestro

Bushing

kelly

Vlvula

seguridad

kelly

Vlvula

seguridad

Unin

giratoria

El sistema rotatorio convencional.-

Este sistema es superficial y transmite la rotacina la tubera de perforacin y esta a su ves a labarrena. Este sistema esta compuesto por:

Mesa rotaria (rotaria)

Buje maestro (buje)

Bushing kelly (bushing)

Kelly (flecha)

Unin giratoria (swivel)

2.4 Sistema de Rotario

Mesa rotar ia.- La funcinprincipal es proporcionar elmovimiento giratorio, que enconjunto con los bujes estransmitido a la flecha, al swivel ya la sarta de perforacin.

La flecha (kelly).- Es unelemento de acero de formacuadrada y hexagonal que seinstala en la parte superior de latubera de perforacin, en ella seinstalan vlvulas de segurirar enambos extremos para el control deflujos del pozo.

Las flechas estandar miden 12.20m (40 pies) Es el elementoencargado de transmitir la rotacinhacia la tubera de perforacin,lastrabarrenas y la barrena.

En la parte superior de la flecha seconecta la unin giratoria.

Rotaria

Buje maestro

Bushing

Kelly

Pins


Unin girator ia (swivel.- Este elementoesta sostenido por la polea viajero (block)y se instala en la parte superior de laflecha. Tiene tres funciones bsicas:

Soportar el peso de la flecha y susaccesorios.

Permite que la flecha gire.

Conecta el sistema de circulacin con elsistema de rotacin.

Provee un sello hermtico permitiendo elbombeo del lodo.

Nota.- En los equipos marinos la polea viajeraesta provista de un compensador queabsorbe los movimientos oscilatoriosascendentes y descendentes de lasplataformas. Estos movimientos varan de 4.5a 7.5 m.



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2. El s is tem a To p Dr iv e.- Este sistema tambin es superficial y transmite larotacin a la tubera de perforacin y esta a su ves a la barrena. Estesistema esta compuesto por:

Uningiratoria

Motor elctrico

Sistema de frenado Controlde torque

Controlremotoparael gancho

Vlvula de control

Elevador

Al ser un elemento de recienteinnovacin, su utilizacin es muycostosa , razn por la cua lnicamente se utiliza en:

Pozos altamentedesviados

Pozos horizontales

Pozos multilaterales

Perforacin bajo balance


Elimina dos tercios de las conexiones al perforar con lingadas triples.

Mantiene la orientacin direccional en intervalos de 27 a 29 m, reduce ell

tiempo de supervisin y mejora el control direccional.

Toma ncleos en intervalos de 27 a 29 m.

Mejora la eficiencia de la perforacin bajo balance.

Se puede circular y rotar la sarta durante los viajes.

Ayuda en la prevencin de pegaduras.

Mejora la seguridad en el manejo de la tubera.

Altos costos de mantenimiento


Ventajas del uso de un TOP DRIVE:

Desventajas en el uso del TOP DRIVE

Este sistema es sub superficial, ya que se instalainmediatamente arriba de la barrena y la accin de rotares generada por el fluido de perforacin:


El Sistema Motor De Fondo.-


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Sistema de transmisin de la rotacin.- El sistema detransmisin de la rotacin de la superficie a la barrena serealiza mediante la sarta de perforacin. La sarta deperforacin esta compuesta por:

Tubera de perforacin (TP).- Es la tubera que seinstala inmediatamente arriba de los lastra barrenas tubera pesada.

Tubera pesada (heavy walled).-Esta tubera se instalainmediatamente debajo de la tubera de perforacin.

Estos pueden ser lisos y helicoidal (ranurado) ayudandoeste ltimo a evitar pegaduras.


Lastra barrenas (Drill Collar).-Es la tubera que seinstala arriba de la barrena. Son muy pesados y sonlos que proporcionan el peso a la barrena paraperforar, el rango de dimetro de esta herramienta esde 3 a 12 pg, su longitud promedio es de 9.5 m. Aligual que la tubera pesada, existen lastra barrenasliso y en espiral.

Sustitutos.- Son utilizados para unir tubera condiferente rosca

Estabilizadores.- Son instalados entre los lastrabarrenas como proteccin de los mismos y mantienenla direccin de la barrena, algunos son equipadoscon elementos de corte (carburo de tungsteno).


Los requerimientos de potencia para el sistema de rotacin (rotaria)dependern de la friccin de la sarta de perforacin en el pozo, de larectitud del pozo y puede ser estimada con la siguiente frmula:

HPr = donde:T N

5250

HPr Potencia Para La Rotacin En (HP)

T Torsin En (lb/pie)

N Velocidad De Rotacin En (rpm)

Aunque la expresin anterior es correcta, es muy difcil estimar la torsinde la sarta de perforacin antes de perforar. Para fines prcticos, se hadesarrollado una frmula emprica que permite calcular la potencia demanera aceptable.

HPr = F N donde:

F depende del peso sobre la barrena y tiene los siguientes valores:

F = 1.50 para pozos menores a 3050 m

F = 1.75 para pozos entre 3050 y 4575 m

F = 2.00 para pozos mayores de 4575 m



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Pruebas Hidrulicas.

Pruebas Operativas a los Preventores

Adiestrar al personal para su operacin.

Verificar que las lneas desviadores estn libres.

2.5 Sistema de Control

Se emplea como medio de control del pozo,antes de cementar la tubera de revestimientosuperficial e instalar el conjunto inicial depreventores, con el objetivo de poder manejar losposibles flujos en formaciones someras yderivndolos a sitios de control.

Cuando se instale un sistema desviador se recomienda lo siguiente:

Desviador de flujo (Diverter).-

S I S T E M A D E C O N T R O L

T E R R E S T R E


Preventor esfrico 21 2M

Preventor sencillo 21 o 2M Arietes 5 o 4

Carrete de control 21 2M,

Preventor sencillo 21 2M arietes ciegos

Cabezal soldable 20

Carrete espaciador 21 2M

Mltiple deestrangulacin

TR de 20

Brida adaptadora de 20 3M a 21 2M

Arreglo estndar de conexiones superficiales de control para perforacin de pozos dedesarrollo con presiones mximas de 2000 PSI con preventores sencillos



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Arreglo estndar de conexiones superficiales de control para perforacin depozos de desarrollo con presiones mximas de 2000 PSI con posible presencia degas.

Diverter

Preventor esfrico

BOP anular

Carrete de control

Cabezal

BOP anular

Mltiple de

estrangulacin


Arreglo estndar de conexiones superficiales de control para perforacin depozos de desarrollo y exploratorios con presiones mximas de 5000 psi paraperforar bajo balance.

Cabeza rotatoria

Preventor esfrico

Preventor anular doble

Carrete de control

Preventor anular sencillo

Cabezal

rbol de estrangulacin


Arreglo estndar de conexiones superficiales de control para perforacin de pozos de desarrolloy exploratorios con presiones mximas de 10,000 PSI para perforar con flujo controlado.

Preventor rotatorio

Preventor esfrico

Preventor anular doble

Carrete de control


Cabezal

rbol d e estrangulaci n



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S I S T E M A D E C O N T R O L

M A R I N O


Arreglo estndar de conexiones superficiales de control para perforacin de pozosde desarrollo con presiones mximas de 2000 psi en plataformas fijas yautoelevables.

BOP esfrico 21 1/4

BOP anular sencillo 21 1/4

BOP anular sencillo 21 1/4

Cabezal 20

Carrete de trabajo 21 1/4

Raiser


Arreglo estndar de conexiones superficiales de control para perforacin de pozos dedesarrollo y exploratorios con presiones mximas de 3000 PSI en plataformas fijas yautoelevables.

Diverter 21 1/4

BOP esfrico de 21 1/4

BOP anular sencillo tipo U21 1/4

Carrete de trabajo 21 1/4

BOP anular sencillo tipo U 21 1/4

Brida adaptadora 2M a 3M

Cabezal 20



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Bop esfrico de 13 5/8

Bop anular doble tipo Ude 13 5/8

Bop anular sencillo tipo U de 13 5/8

Cabezal compacto de 13 3/8 x 9 5/8 x 7 1/16

Cabezal compacto de 20

Arreglo estndar de conexiones superficiales de control para perforacin de pozos dedesarrollo y exploratorios con pres iones mx imas de 5000PSI en p lataformas f i jas yautoelevables.


Piso depreventores

Piso de produccin

Preventor esfrico16 3/4 5m

Carrete de control16 3/4 5 m

TR de 20

Carrete cabezalde 20 3m x

16 3/4 5m

Preventor sencillo16 3/4 5 m

Arietes 5 o 4

TR de 13 3/8

Preventor doble 16 3/4 5mArietes superi or 5 o 41/2

Arietes infer ior ciego

Cabezal soldable20 3m

Conductor 30

Lnea deIgualacin

Lnea deU.De alta

Lnea de Matar

Lnea deMatar

Lnea deEstrangulacin

Lnea a temblorina

Lneaal mar

Carrete espaciador16 3/4 5m

Arreglo de conexiones superficiales de control para perforacin de pozos de desarrollocon presiones mximas de 5000 PSI en plataformas fijas y autoelevables para perforarcasquete de gas, bajo balance y con flujo controlado.


Arreglo estndar de conexiones superficiales de control para perforacin de pozosexploratorios con presiones mximas de 10,000 PSI en plataformas fijas y autoelevablespara perforar casquete de gas

Preventor rotatorio

Bop esfrico de 13 5/8

Preventor anular doble tipo U

Carrete de trabajo


Cabezal

Lnea de matar



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Arreglo estndar de mltiple de estrangulacin para perforacin, terminacin yreparacin terrestre 10,000 PSI

Lnea de estrangular

primaria dimetronominal mnimo 3

Lnea de estrangularsecundaria dimetronominal mnimo 3

Estranguladorhidrulico a control

remoto

Estranguladoresajustables manuales

Cmara de expansindimetro mnimo 6

Vlvulas y cuadros de 31/16

10,000 PSI

Lneas de desfogue

D.N. mnimo 3

Y para pozos de gas

4

Vlvulas 5000 PSI

Carretes de 3 conbridas 3 1/16 5000 PSI

A batera de s eparacin

A quemador

A quemador


Arreglo estndar de mltiple de estrangulacin para perforacin, terminacin yreparacin en plataformas fijas y autoelevables 10,000 PSI.


El sistema de control depreventores se puede accionarde dos maneras:

Manual.- Utilizando un volantecon una espiga larga parafacilitar su operacin.

Hidrulicamente .- Elaccionamiento hidrulica serealiza mediante la Bombakoomey que es la encargadade proporcionar la presinnecesaria para accionar elsistema de cierre o apertura delos preventores.La bomba koomey tiene dossistemas de control; unoinstalado al lado izquierdo delperforador y el otro en lamisma unidad de la bomba.



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2.5 Sistema Medidor de Parmetros de Perforacin

La funcin principal de estesistema es la de monitorearen forma contina losparmetros ms importantesdurante la perforacin, paraevitar desviaciones en losprogramas operativos yanomalas que pudieranocasionar accidentesdurante la operacin.

Profundidad

Velocidad de perforacin

Peso en el gancho

Propiedades de la roca

Direccin y ngulo de laperforacin

Peso sobre la barrena

Gasto de bombeo

Potencia de torsin

Velocidad de rotacin (rpm)

Presin de la bomba

Nivel de presas (vol de lodo)

Densidad del lodo

Flujo de salida del lodo

Algu nos De Estos Parm etro:2.5 Sistema Medidor de Parmetros de Perforacin

Secuencia de la perforacin

Mete el 1er tubo Perfora 1er tubo Levanta la flecha


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Secuencia de la perforacin

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