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EQUIPOS DE PERFORACIÓN Y SUS
COMPONENTES
Tipos de equipo de perforación
Clasificación de los equipos de perforación
Especificaciones y características de los equipos de perforación
Sistemas que integran un equipo de perforación a) Sistema de potencia
b) Sistema de levantamiento de cargas
c) Sistema de rotación
d) Sistema de circulación de los fluidos
e) Sistema de control superficial
CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS
Equipos de perforación terrestres (onshore)
Autotransportables convencionales
Clasificación Profundidad
Peso pies Metros
Ligero 3000 – 5000 1000 – 1500
Medio 5000 – 10000 1500 – 3000
Pesado 10000 – 160000 3000 – 5000
ultrapesado 16000 – 25000 5000 - 7500
EQUIPOS DE PERFORACIÓN TERRESTRE
Típicamente se fabrican en
configuraciones liviana,
mediana y pesada. Se
movilizan empleado
camiones de carga pesada
y grúas los equipos livianos
solo pueden perforar unos
pocos miles de metros. Los
grandes son capaces de
perforar por encima de los
6500 metros
EQUIPOS CONVENCIONALES
Los componentes de estos equipos van montados en “patines”, de tal forma, pueden moverse en unidades en paquetes que pueden ser acoplados fácilmente.
La torre es ensamblada por partes, con pasadores, en el terreno de la localización y luego se levanta como una unidad integral usando el sistema de levantamiento de equipo (malacate).
EQUIPOS CONVENCIONALES
Los equipos modernos, se fabrican de tal
manera que la torre y los elementos que
constituyen el equipo, puedan movilizarse
fácilmente e instalarse fácilmente. Se utilizan
para perforar todo tipo de pozos en tierra firme,
desde pozos someros hasta ultraprofundos.
ALTURA DE LA TORRE
100 pies hasta 160
30 a 50 metros
CARGA ESTATICA
275000 A 3250000 libras
125000 a 1500000 kg
EQUIPOS AUTOTRANSPORTABLES
Son aquellos equipos montados sobre
unidades móviles y son utilizados para la
perforación de pozos verticales o direccionales,
con la torre en posición fija (vertical)
EQUIPOS DE PERFORACIÓN MARINA
(OFFSHORE) Equipos de
perforación marina (offshore)
Apoyados en fondo
Barcazas Jackups
plataformas
flotante
Semi sumergible barcos
UNIDADES MÓVILES DE PERFORACIÓN MARINA
Se usaron las mismas técnicas desarrolladas
en tierra. Se les denomina móviles de
perforación a los equipos convencionales
montados sobre plataformas autolevables ,
semisumergibles y barcos perforadores.
EQUIPOS LACUSTRES
BARCAZA
Es usado en aguas muy someras y protegidas, como los ríos, bahías y en aguas de hasta 15 metros (50 pies) de profundidad. Esta unidad tiene 2 cascos; el superior conocido como cubierta Texas, usado para alojar a la cuadrilla de perforación y al equipo. La perforación se lleva acabo atraves de un área rectangular en la popa de una estructura en cantiliver. El segundo casco es el inferior. Es el área de lastrado y también es la base sobre la que descansa el equipo en el fondo marino o lacustre.
PLATAFORMA AUTOELEVABLE “JACK UP”
Tiene la capacidad de moverse de una
localización a otra por medio de autopropulsión
o por medio de remolcadores. Una vez que se
encuentra en la posición deseada las piernas
son bajadas hasta hasta alcanzar el fondo
marino.
PLATAFORMA AUTOELEVABLE “JACK UP”
Los Jack up se usan en todo el mundo en condiciones ambientales muy severas, por ejemplo un equipo para 76 metros (250pies) de profundidad debe llevar el siguiente griterío de diseño:
a) Costa del golfo de México, porción americana-olas de 16m. (55pies), vientos de 200km/hr (125mph)
b) Mar del norte-olas de 23m (75pies),vientos de 175km/hr. (115mph), corriente de (1.8 a 3.6 km/hr).
c) Sureste asiatico-olas de 9m(30pies), vientos de 160km/hr. (100mph) y corriente mínima .
Debido a las longitudes de sus piernas con estos equipos se puede perforar pozos de máximo 90m.
Consideraciones para determinar que tipo de Jack up se debe usar:
1. Profundidad del agua y criterio del medio ambiente
2. Tipo y resistencia del fondo marino.
3. Capacidad de profundidad de perforación
4. Necesidad de moverse durante la temporada de huracanes.
5. Capacidad de operar con soporte mínimo
6. Que tan a menudo es necesario mover la unidad.
7. Perdida de tiempo en el movimiento.
8. Limites operacionales y de remolque de la unidad
PLATAFORMAS FIJAS (APOYADAS EN EL FONDO)
Están diseñadas de tal manera que puedan instalar equipos de perforación, terminación y reparación de pozos. La penetración del subsuelo se lleva acabo en un tirante de hasta 100m.
Las plataformas fijas de perforación están diseñadas con dimensiones adecuadas para instalar equipos fijos convencionales para la perforación y terminación de pozos, así como para efectuar intervenciones con equipo de mantenimiento de pozos.
PLATAFORMAS SEMISUMERGIBLES
Estas plataformas realizan actividades relacionadas con la exploración y perforación de pozos. También apoyan operaciones de mantenimiento de instalaciones existentes. A pesar de la gran variedad de diseños semisurgibles, pueden ser clasificadas en 2 grupos principales:
1) con columnas conectadas a zapatas o pontones separadas.
2) con pontones gemelos
Estas plataformas cuentan con sistema de propulsión propios ubicados en los pontones. En otras palabras son autopropulsables
BARCOS PERFORADORES
Se usaron extensamente para llenar el espacio de capacidad entre el Jack up y el semi sumergible y son los que han perforado en aguas mas profundas.
Son los mas móviles de todas las unidades de perforación marina. También son los menos productivos. La configuración que les permite alta movilidad les resta eficiencia al perforar
Compensadores de movimiento: para no variar el peso de la barrena
Junta telescópica: para absorber movimientos verticales
INSTALACIONES MARINAS DE PERFORACIÓN
CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS SEGÚN API
SISTEMAS QUE INTEGRAN LOS EQUIPOS DE
PERFORACIÓN Y REPARACIÓN DE POZOS
Sistemas
Sistema de izaje
Sistema rotatorio
Sistema circulatorio
Sistema de potencia
Sistema de preventores
Sistema de monitoreo
SISTEMA DE IZAJE
Representada por la típica silueta de la torre o mástil de perforación, sus función primaria es sostener el sistema rotatorio
El cable de perforación sostiene todo el ensamble de perforación por medio de una sistema de poleas y varios dispositivos de agarre (herramientas de elevación) 1. Bloque de corona
2. Polea viajera
3. El gancho
4. Los elevadores
Mástil o torre
Subestructura
Corona
Polea viajera
Unión giratorio (swivel)
Flecha de perforación kelly
Mesa rotatoria
Malacate
Gancho
Gafas
Elevador
Cable de perforación
Ancla del cable
SISTEMA DE IZAJE
CONSOLA DEL PERFORADOR
el perforador utiliza este panel para operar el
equipo tales como Top Drive, las bombas de
lodo, bomba Koomey, malacate, etc.. También
se utiliza para observar eventos anormales
como brotes, la perdida de fluidos, torsión,
aumento de niveles en presas, etc..
CORONA
Su función es la de proporcionar los medios de
soporte para suspender la sarta en el pozo o
colocarla a una elevación conveniente durante
las operaciones de perforación sobre el piso de
la torre
LAS POLEAS
EL RADIO DE LA RANURA
Si la ranura de la polea es demasiado angosta para el cable, habrá desgaste excesivo tanto en este como en los lados de la polea.
Si la ranura es demasiado ancha, el cable carecerá del soporte lateral necesario y tendrá la tendencia de achatarse al pasar por la polea.
Se emplean laminas calibradoras especiales en la inspección de las ranuras para determinar cuando deberán reacondicionarse
GANCHO
Es una pieza localizada debajo de la polea viajera a la que va unido y del cual van suspendidos la unión giratoria, las flechas y la sarta de tubería hasta la barrena durante las operaciones de perforación.
Sostiene el elevador durante el ascenso y descenso de la sarta.
Están diseñados según el peso máximo que pueden levantar.
El rango de diseño varia de 50 y mas de 600 toneladas
COMBINACIÓN DE GANCHO Y POLEA VIAJERA
ELEVADORES
Son abrazaderas extremadamente resistentes
que sujetan la sarta de tubería ya sea de
perforación, de revestimiento o de producción, de
tal manera que la sarta de perforación pueda ser
descendida dentro del agujero o sacada de el.
Los elevadores están asegurados al gancho por
,medio de eslabones o asas
Elevador tipo cuello de botella: puede
levantar tuberías de perforación que tienen
un ahusamiento de 18grados en el hombro
de la unión de tubería.
TIPOS DE ABERTURAS DE ELEVADORES
1.- con un cerrojo central con abertura en el
centro.
2.- con una pequeña abertura lateral para
acomodar la tubería de perforación
PISO DEL EQUIPO
MALACATE
Funciones importantes en el funcionamiento de un equipo:
Potencia de entrada
Factores de diseño del cable
Frenos de fricción del malacate
Dimensiones del carrete
Relación de velocidad
Embrague de fricción
Freno auxiliar (hidromántico)
MALACATE
Es el elemento que utiliza la energía del
sistema de potencia para aplicarle una fuerza
al cable de perforación. Esta provisto de un
sistema de frenos para controlar las altas
cargas y un sistema de enfriamiento para
disipar el calor generado por la fricción en las
balatas. El tambor del malacate tiene un
ranurado (lebus) para acomodar el cable de
perforación.
CARACTERÍSTICAS DE UN MALACATE
Características de un malacate
Marca National
Modelo 80 – B
Potencia 1000 HP
Dimensiones del tambor 25” X 49”
25” Diámetro
49” largo
Diámetro del cable 1 ¼
BLOQUE CORONA
Contiene un numero de poleas donde se enrrolla el cable de perforación
El bloque corona provee los medios para llevar el cable de perforación desde el tambor hasta la polea viajera.
El bloque corona es estacionario y esta firmemente montado sobre el tope de la torre mástil
Cada polea del bloque corona actúa como una polea individual.
BLOCK Y CABLE DE PERFORACIÓN
el cable de perforación esta constituido de
cable de acero de 1 1/8 y 1 ½ el desgaste del
cable se determina por el peso, distancia y
movimiento de un cable viajando sobre un
punto dado
UNIÓN GIRATORIA (SWIVEL)
Consiste en un unión giratoria, flecha, mesa
rotatoria y la sarta de perforación
TOP DRIVE
Se requiere para perforar con TR
• Proporciona la rotación para perforar
• Integrado al sistema de izaje
• Permite la circulación con el sistema
• Aprieta la tubería
• Perforación automatizada
• Permite repasar para evitar pegaduras y seguir circulando
• Es mas suave el mecanismo que la mesa rotatoria
CABLE DE PERFORACIÓN
Su función es resistir el peso de la sarta de
perforación durante las operaciones de
levantamiento y descenso de la misma, así
como el de las tuberías de revestimiento
Los cables difieren en el numero de torones y en el arreglo o patrón de los hilos en cada uno de ellos la mayoría de los cables de perforación se clasifican en 4 grupos
En el numero 6 refiere al numero de torones que rodean al núcleo y el 19 que cada torón tiene 19 hilos
clasificacion
6 x 7
6 x 19
6 x 37
8 x 19
El cable preformado corre menos riesgo de enroscarse o retorcerse cuando se afloja la tensión de la línea.
Los cables con NCAI tienen mayor fuerza y resistencia al aplastamiento que los cables con alma de fibra pero estos últimos son menos costosos y mas flexibles, amenudeo se usan para limpieza de pozos.
GRADOS O CALIDADES DEL ACERO
Acero tracción (A.T)
Acero de arado suave (A.A.S)
Acero de arado (A.A)
Acero de arado mejorado (A.A.M)
Acero de arado extramejorado (A.A.E.M)
Dureza en los alambres del cable D Dureza para cables de poleas y tambores
Tipo de acero - calidad Rockwell “C” Tipo de acero R Rockwell
“C”
Arado extranejiradi 52 Bajo carbono 17 a 20
Arado mejorado 45 Acero manganeso o
equivalente
30 a 35
arado 43
Una descripción completa de un cable de acero incluye:
1. Longitud
2. Diámetro
3. Numero de torones
4. Numero de hilos de cada torón
5. Diseño de construcción
6. Tipo, dirección y longitud de su trama
7. Calidad del acero
8. Preformado y tipo de alma
Una medición correcta del cable permitirá que éste siente perfectamente en las ranuras de las poleas.
LONGITUD
ANGULO DE DESVIACIÓN
Es importante para controlar el desgaste del
cable. A medida que el cable se mueve desde
este punto hacia uno u otro extremo del
tambor, se va formando un ángulo que causa
desgaste al pegar en los flanges o en los lados
del tambor la línea viva a alta velocidad, se
puede mantener a un mínimo de 1.5 grados
para tabores ranurados
AJUSTE DEL CABLE EN LA RANURA DE LA POLEA
De todos los accesorios reemplazables, es decir, artículos que se desgastan mas por el uso en las operaciones de perforación el cable de perforaciones la unidad de mayor costo para los contratistas, por lo tanto, es económicamente de gran importancia prestar atención a las diferentes maneras de prolongar la vida útil del cable.
𝐹. 𝑆. =𝑅𝑟
𝐶𝑒
F.S= factor de seguridad
Rr= resistencia a la ruptura del cable
Ce= cargas estática o carga de trabajo
El termino puntos críticos se
refiere a aquellos lugares a lo
largo del cable son sometidos
a esfuerzos adicionales
mientras se introduce o se
extrae la tubería del agujero.
Carga en el cable
𝑁𝑈𝑀𝐸𝑅𝑂 𝐷𝐸 𝐿𝐼𝑁𝐸𝐴𝑆 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 × 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎
𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 𝑀𝐴𝑋𝐼𝑀𝐴 =𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎 × 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙í𝑛𝑒𝑎𝑠
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑
ANCLA DE LA LÍNEA MUERTA
Guarnido: es el ensarte de la línea desde el
tambor del malacate hasta el ancla de la línea
muerta, pasando alternativamente por una
polea del bloque de corona y una polea viajera.
SISTEMA ROTATORIO
El sistema rotatorio es el punto esencial del equipo. Su función principal es realizar la perforación del pozo.
1. Swivel
2. Enroscador
3. Flecha
4. Tubería de perforación
5. Lastra barrenas
6. Enlaces
7. Estabilizadores
8. Rimas
9. Amortiguadores
10. Barrena triconica
11. Barrena PDC (diamante sintético)
12. Mesa rotaria o impulsor elevado
TOP DRIVE
Es el nuevo y poderoso sistema de rotación que
se utiliza en lugar de la kelly y mesa giratoria.
El gran motor eléctrico puede girar y mover
grandes cargas hacia arriba y abajo mientras
gira la sarta, puede correr con 2 tubos ala vez.
Por este motivo, puede ayudar a ahorrar tiempo
de equipo debido a la reducción de tiempo de
conexión
SARTA DE PERFORACIÓN
Substituto protector del kelly
Tubería de perforación normal
Tubería de perf. Extra pesada (HW)
Lastrabarrenas (DC dricollars)
Estabilizadores Motores de fondo
Herramientas de fondo
Porta barrenas
Barrenas
LA SARTA DE PERFORACIÓN Y SUS
COMPONENTES
COMBINACIONES ROTARIA, CUÑAS Y LLAVES DE
FUERZA
BARRENAS
SISTEMA CIRCULATORIO El sistema de circulación es otro componente principal del equipo, le da el soporte indispensable al sitema rotatorio, a medida que se perfora el pozo.
1. Presas
2. Lineas de succión
3. Bombas
4. Conexiones superficiales
5. Tubería de perforación
6. Barrena
7. Espacio anular
8. Línea de descarga
9. Vibradores y/o control de solidos
10. Recuperación de recortes
Equipo superficial Tubo vertical
Manguera
Unión giratoria
Flecha (kelly)
Flujo del fluido en el pozo Tubería de perforación
Tubería extrapesada (Hevi Wate)
Lastrabarrenas (Drill collars)
Barrena
Espacio anular en diferentes secciones
TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE EQUIPO DE
SUPERFICIE
BOMBA DE LODOS TRIPLEX
Tipos y capacidades de bombas de lodo
DATOS TÉCNICOS DE BOMBAS DE LODO TRIPLE
Camisa
Pistón
Vástago
Contra vástago
Cruceta
Viela
Cigüeñas
Engrane maestro
Engrane impulsor
Válvula de succión o descarga
AMORTIGUADOR DE PULSACIONES SERIE “K”
Para la eficacia de funcionamiento máxima, la presión de
la precarga debe ser 75 por ciento de la presión mínima
del sistema operativo o de 2,000 psi como mínima. Para
las condiciones de funcionamiento normales, la presión
de la precarga debe ser de 50 a 60 de la presión por
ciento de la presión media del sistema operativo a de
2000 psi.
CONTROL DE SOLIDOS
TEMBLORINAS
es un equipo de control de solidos para separar los
cortes al salir el lodo a superficie. El concepto es
producir vibración sobre las mallas que la
componen. Los cortes no pueden pasar a través de
las mallas finas y permanece en la malla. Por
ultimo, el corte será separado por la vibración de la
mesa en la temblorina.
DESARENADOR
Diseñado para remover arena. Este aparato
puede estar formado por 1,2 o 3 conos.
Generalmente de 10 a 12 pulgadas de
diámetro interno.
MALLAS Y SOLIDOS SEPARADOS POR TAMAÑO
EN MICRONES
DESGASIFICADORES
Presion de operación: presión en el
desgasificador durante las operaciones de control
su funcionamiento debe ser inferior a la
hidrostática proporcionada por el lodo que
contiene en el tubo U.
Químicos Hopper
Se utiliza para mezclar sustancias químicas en el lodo de perforación.
Compresor de aire
Compresores de aire neumático genera energía para abastecer con una gran cantidad de aire al equipo de izaje, pistolas de aire, cuñas neumáticas, etc., sobre el piso del equipo.
SISTEMA DE POTENCIA
El sistema de potencia es el núcleo que
impulsa al equipo de perforación cuando se
requiere realizar un trabajo.
Un equipo de perforación debe de desempeñar
3 funciones:
Circulación del fluido de perforación
Manejo de cargas
Rotación de la sarta de perforación
TIPOS DE POLEAS PARA BANDAS EN “V”
TRANSMICION DE FUERZA
SCR (SILICÓN CONTROL RECTIFIER)
Se trata de un dispositivo eléctrico utilizado para
convertir corriente alterna (CA) e corriente continua
(CC)
MCC (MOTOR CONTROL CENTER)
Se utiliza para controlar arranque/parada de
motor.
FUENTE DE POTENCIA PRIMARIA
La fuente mas común de potencia es el motor
de combustión interna. Estos normalmente se
alimenta de diésel y pueden proveer un torque
mayor que los alimentados por gasolina.
MAQUINAS DIÉSEL Y GENERADOR
Se utiliza para generar electricidad mediante la
conversión de la energía mecánica en
electricidad
Los motores dosel giran el cigüeñal inferior que
esta conectado a un generador para generar la
electricidad utilizada en la plataforma
CORTE TRANSVERSAL DEL SISTEMA DE
ADMISIÓN DE ESCAPE
SISTEMA DE PREVENTORES DE REVENTORES
(BOP´S)
S función principal es permitir detener el flujo
de un brote, el cual puede convertirse en una
gran catastrofe.
ARREGLO DE PREVENTORES
PREVENTORES CON DOBLE SALIDAS LATERALES
El carrete de control se instala para conectar
las líneas primarias de matar y estrangulador
en un conjunto de preventores.
PREVENTORES ESFÉRICOS
EMPACADORES
PREVENTOR SENCILLO DE ARIETES
Preventores de arietes
El preventor de arietes anulares tiene como característica principal para poder utilizar diferentes tipos y medidas de arietes, según se requiera en los arreglos de los conjuntos de preventores, y por su diseño es considerado como el mas seguro.
RAMS DE PREVENTORES
RAMS DE CORTE
SISTEMA DE SEGURIDAD
PREVENTOR ANULAR HYDRIL GK
VÁLVULAS DE COMPUERTA
MÚLTIPLE DE ESTRANGULACIÓN
Controla el flujo del pozo cuando se cierran los
preventores. Cuando el pozo se cierra el brote
es circulación hacia las presas de quemar o del
pozo.
ACUMULADOR (KOOMEY)
Acumulador se compone de una serie de
acumuladores, de 10 galones el tamaño
común, conectado al múltiple.
