UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

TIPOS DE

PERFORACIÒN

GEOLOGÍA DEL SUBSUELO

PROF.: ING BERNARDO MARTELL ANDRADEAYUDANTE: JUAN RAMÓN GRIMALDO ÁVALOS

PRESENTACIÓN MODIFICADA DE LA REALIZADA POR EL ING. OSCAR MANCERA

Los primeros sistemas de perforación por percusión (China, 4000 AC) consistían en un balancín contrapesado por un grupo de hombres, que efectuaban el tiro en un extremo de una cuerda mientras que de otro colgaba la sarta de perforación construida con cañas de bambú.

Este sistema de perforación evolucionó incorporando técnicas y materiales modernos, por lo que sigue siendo uno de los procedimientos más usados actualmente para la explotación de acuíferos e investigación, ya que presenta ventajas que los más modernos sistemas de perforación no han podido igualar.

La técnica de perforación consiste en realizar un movimiento alternativo de bajada-subida de una masa pesada que en su caída va fracturando o disgregando la roca, desprendiendo de la misma trozos de variado tamaño, que después se extraen por medio de una válvula o cuchara de limpieza.

Es una técnica válida para cualquier tipo de material, sobre todo rocas consolidadas.

Columna o sarta de perforación

Cable que imprime a la sarta el

movimiento de vaivén que le

comunica el balancín de la sonda.

Sonda o máquina de perforación

que desde la superficie del terreno

proporciona a la sarta (por medio

de un balancín), el movimiento de

vaivén.

Columna o sarta de

perforación

Está formada por una serie de herramientas o útiles dispuestos, de abajo a arriba, de la forma siguiente: trépano, barrón, destrabador y montera.

Trépano.

Herramienta que resquebraja, disgrega y tritura la roca. Por tanto, su función es la de penetrar, triturar, escariar y mezclar.

Su peso, salvo casos excepcionales, puede variar entre 100 y 500 kg para pozos pequeños y de mediano diámetro y de 500 a 1200 kg para pozos de gran diámetro.

Presenta formas variadas, para tratar de ajustarse con ellas a determinadas funciones específicas:

Trépano regular

Trépano de estrella o cruciforme. Adecuado para perforar formaciones estratificadas con buzamiento, donde exista una tendencia a producirse desviaciones en las perforaciones. En general con éste tipo de trépano se obtienen buenos rendimientos en cualquier clase de roca, independientemente de su utilidad para evitar desviaciones. Presenta longitudes comprendidas entre 1,00 y 1,60 metros.

Trépano californiano. Presenta hombros escurridizos y biselados para evitar atranques en su movimiento hacia arriba.

Trépano de hombros rectos. Permite golpear hacia arriba o escariar.

Trépano salomónico. Adecuado para formaciones blandas, con tendencia al desprendimiento, sobre todo si son plásticas, pues las caras del trépano alisan y compactan con su roce las paredes de la perforación.

Barrón o barretónEs una barra cilíndrica de acero forjado que se coloca justo encima del

trépano y enroscada a él. Su función es doble. Por una parte dota a la sarta del peso necesario para la perforación y por otra sirve de guía, dada su notable longitud, colaborando de forma importante en el mantenimiento rectilíneo y vertical de la perforación. La longitud del barrón de perforación varía normalmente entre 3 y 5 m y su peso entre 400 y 1000 kg.

Destrabador o tijerasEsta herramienta, que va enroscada al barrón, constituye un elemento de

seguridad ante posibles agarres del trépano. Si se conoce el terreno, si éstos son duros y coherentes y se sabe que no hay peligro de desprendimientos, se puede prescindir de su uso. Si por el contrario, y aunque disminuya algo el rendimiento, en terrenos deleznables o propensos a desprendimientos, y en aquellos en los que falte la experiencia de perforaciones anteriores, es prudente usar el destrabador.

MonteraEs el elemento colocado en la parte superior de la sarta. Sirve para unir la

sarta al cable.

CableDel cable de perforar pende la sarta, comunicándole a ésta el movimiento

de vaivén, que a su vez le transmite el balancín de la sonda. Este cable se ve sometido a un duro trabajo debido a las tensiones alternantes que se producen al elevar y soltar la herramienta, así como por las continuas sacudidas al tensar.

Sonda o máquina perforadora

La sonda o máquina de perforación realiza tres funciones: mueve la sarta de perforación, extrae los detritus producidos por el trépano y coloca las entubaciones de revestimiento.

Para el movimiento de la sarta se utilizan varios dispositivos, pero prácticamente solo se utiliza el denominado balancín, el cual recibe su movimiento oscilante por medio de un mecanismo de biela y manivela.

Válvulas o cucharas

Se utilizan para la extracción de las esquirlas; esencialmente son unos tramos de tubería, terminados en su parte inferior en una válvula, que puede ser plana o de dardo. La plana, (llamada también chanerla o clapeta) se usa especialmente para la extracción del detritus y hace mejor la limpieza del sondeo. La de dardo o lanza, se usa preferentemente para ensayos de achique o cuchareo de agua, al hacer un aforo elemental, en pozos de pequeño caudal. Su principal ventaja radica en la rapidez con que se vacían al apoyarlas en el suelo.

Ventajas

Mayores diámetros (1.100 mm) que permite mayor maniobrabilidad en posteriores actuaciones y la instalación de elementos de bombeo de mayor potencia y volumen

Perfecta verticalidad Profundidades de hasta 800 m Pueden realizar varias reducciones de diámetro, pueden trabajar en lugares

remotos debido a la poca cantidad de medios que necesitan (gas-oil, agua, y otros materiales), en comparación con otros sistemas

Produce muestras de gran calidad que permiten evaluar con precisión la naturaleza de los terrenos atravesados

Puede perforar cualquier tipo de terreno No presenta problemas en terrenos muy fisurados donde otros sistemas

resultan inoperativos. No emplea lodos por lo que se evitan riesgos de colmatación de las

formaciones acuíferas Costos relativamente bajos de maquinaria, operacional y de mano de obra Pueden instalarse los equipos en áreas de accesibilidad compleja y trabajar

en condiciones climáticas extremas.

Inconvenientes

Requiere personal altamente calificado El avance es más lento aunque en perforaciones poco profundas es

equiparable al de una máquina rotativa. Es sensiblemente más lenta que los sistemas alternativos En terrenos poco consolidados la necesidad de utilizar tuberías auxiliares de

revestimiento limita las profundidades/diámetros de perforación

Evolución de las técnicas de perforación

Métodos deperforación

Perforación por percusión

Perforación rotatoria

Perforación rotatoria.- El método de perforaciónrotaria con circulación directa, comenzó a utilizarseen 1860, adquiriendo gran auge en 1900paralelamente al desarrollo de la industria petrolera.

La perforación rotatoria se realiza mediante el girode una herramienta de corte y el recorte producidoes extraído a la superficie por medio del fluido deperforación.

Sus principales componentes son:

• Sistema de suministro de energía

• Sistema de izaje

• Sistema de circulación

• Sistema rotatorio

• Sistema de control

• Sistema medidor de parámetros de controldurante la perforación

Evolución de las técnicas de perforación

Evolución de las técnicas de perforación

El tipo más antiguo de los equipos rotatorios usaron torres de madera, las cualesse armaban antes de iniciar el pozo y se desarmaban al terminar, la energía eraproporcionada por máquinas de vapor. Con el equipo rotatorio se inicia el uso defluidos de perforación, la cementación de las tuberías de revestimiento y laterminación con aparejos de producción.

Evolución de las técnicas de perforación

Equipos de percusión. Máquina de vapor

Torres de madera.

Principio de la perforaciónrotatoria.

Primeras barrenas de conos(1908).

Diseños de TR y cementaciones (1904).

Primeras bombas de lodos (1910).

Fluidos de perforación (1914).

Equipos de mayor potencia

Mejores diseños de barrenas

Barrenas de carburo detugnsteno(1935).

Nueva tecnología encementaciones.

Uso de bentonita en (1935)

Fluidos especiales

PERIODO DE ORIGEN(1888-1928).

PERIODO DE DESARROLLO(1928-1948)

• Investigación sobre la perforación.

• Introducción de la hidráulica

•Mejoramiento en la barrenas.

• Inicio de la perforación automatizada.

• Inicio de la tecnología de fluidos de perforación.

• Se introducen las turbinas.

Evolución de las técnicas de perforación

PERIODO CIENTÍFICO(1948-1968)

Se inicia la perforación horizontal

Se automatiza el equipo de perforación

•Control de las variables de perforación

•Planeación de la perforación

•En los fluidos se incorporan los polímeros, nuevos productos químicos, aditivos, etc.

•Se aplica la tecnología por computadoras

PERIODO AUTOMATIZACIÓN(1968-1995)

•Perforación bajo balance

•Perforación en aguas profundas

•Prerforación multilateral

•Perforación con tubería flexible

•Perforación utilizando MWD y LWD

•Perforación con Tubería de Revestimiento

•Nuevas tecnologías

PERIODO PERFORACIÓN NO CONVENCIONAL(1995- ACTUALIDAD)

Equipos de perforación

TERRESTRES MARINOS

EQUIPOS DE PERFORACION

CONVENCIONALES

AUTOTRANSP

BARCAZAS

PLAT. FIJA PLAT. AUTOELEV FLOTANTES

OCTAPODO

TETRAPODO

TRIPODE

EST. LIGERAS

PIERNAS

INDPTES.

MATT

SUMERGIBLE

BARCO PERFO

SEMI SUMERG.

Equipos de perforación Terrestres

Como su nombre lo indica los equipos terrestres son utilizados para realizarperforaciones en tierra y se clasifican de acuerdo a su capacidad para perforar en:

ESQUEMA GENERAL DE UNA PLATAFORMA DE PERFORACIÓN

Equipos de perforación Marinos

Como su nombre lo indica los equipos marinos son utilizados para realizarperforaciones en costa afuera, en lagos, ríos, lagunas y pantanos:

PLATAFORMA FIJAS

Estos equipos son permanentes y se caracterizan por tener dos pisos de trabajo; el deproducción a una altura de 15.9 m sobre el nivel del mar y el de perforación a 20.7 m dealtura, aquí se instala la torre de perforación y la unidad habitacional. Dependiendo delnúmero de patas se clasifican en: trípodes, tetrápodos y octápodos. Estos equipos sonutilizados principalmente para el desarrollo de campos, ya que pueden perforar hasta 16pozos de una sola plataforma.

Estos equipos sonutilizados paraperforación de pozoscercanos a la costa ytirantes de agua nomayores a 100 m.La reparación de pozos enestas plataformas serealiza generalmente conel equipo Snubbing por sueconomía.

Su construcción se realizaen tierra.

Equipos de perforación Marinos

PLATAFORMA AUTOELEVABLE (JACK – UP)

Criterios que deben tomarse en cuentapara determinar que tipo deplataforma usar son:

Tirante de agua y criterio del medioambiente.

Tipo y resistencia del fondo marino.

Capacidad.

Necesidad de moverse durante latemporada de huracanes.

Tiene la capacidad de moverse de una localización a otra, por medio de autopropulsión o de remolcador. Se apoya en el lecho marino mediante tres columnastriangulares que tienen en su extremo inferior un sistema de “zapatas aisladas”. Latorre de perforación se encuentra ubicada en un cantiliver móvil permitiendo elacercamiento de la misma a los pozos de plataformas fijas. Operan en tirantes deagua de 4 a 120 m y es el equipo más utilizado en la perforación de pozosexploratorios.

PLATAFORMA SUMERGIBLE ( BARCAZA)

Equipos de perforación Marinos

Estos equipos son utilizados en aguas someras o en zonas protegidas (ríos,bahías, pantanos, etc.) en tirantes de agua no mayor a 50 m, son transportadosmediante remolcadores y una vez en el sitio son lastrados y posicionados. Seclasifican en:

Tipo Barcaza Tipo Ártico Tipo Botella

PLATAFORMA SEMI - SUMERGIBLE

Equipos de perforación Marinos

Estos equipos son autopropulsados y están diseñados para operar en tirantes deagua de hasta 2,200 m, su posicionamiento puede ser convencional o dinámico. Esel equipo utilizado en la perforación de pozos en aguas profundas.

BARCO PERFORADOR

Equipos de perforación Marinos

Son los más móviles de todas las unidades de perforación marina pero los másineficientes. Estas unidades se utilizan generalmente para la perforaciónexploratoria en aguas con tirantes medianamente profundas.