SELECCION DE EQUIPOSLa selección del equipo de perforación adecuado es otro aspecto importante, ya que al no contar con el que se ajuste a las necesidades de acuerdo al proyecto, podemos encontrarnos en la situación de estar limitados o excedidos de él. El equipo de perforación tiene dos funciones básicas, la primera es subir y bajar la tubería, barrenas y otros equipos dentro del pozo, la segunda función es proporcionarle rotación a la sarta de perforación.

Para poder seleccionar un equipo de perforación específico, se deben determinar los requerimientos del pozo a perforar, dentro de los más importantes se encuentran: diámetro del agujero a perforar, potencia hidráulica, tipo y configuración de las sartas de perforación, programa de tuberías de revestimiento, por mencionar algunos.

En casi todos los casos, por lo menos uno de los criterios de selección del equipo no se cumple y por lo tanto la perforación se llevara a cabo bajo condiciones limitadas. El proceso de selección del equipo adecuado consiste en determinar la capacidad de operación mínima necesaria del equipo, esto es de acuerdo con los requerimientos y experiencia en pozos ya perforados en la zona.

El proceso de selección comprende dos (2) etapas básicas que son:

Primera: "Establecer las necesidades de potencia, resistencia y capacidad, de acuerdo con las cargas a manejar". (estos datos se obtienen del diseño del pozo y los tipos de formaciones)

Segunda: "Escoger el equipo adecuado para el manejo seguro, eficiente y económico de las potencias y cargas requeridas". (estos datos es la selección propiamente dicha, determina o evalúa mediante la aplicación de las cargas diseñadas, la resistencia y capacidad de los diferentes componentes comprometidos con el manejo de ellas)

CONSIDERACIONES BASICAS EN LA SELECCION

a) Establecer cuál o cuáles serán el o los sistemas predominantes en la selección; p.e. el sistema de levantamiento o el circulatorio o ambos, etc. Esto se puede averiguar discerniendo sobre los factores de mayor importancia, para un pozo profundo en cuyas formaciones se esperen bajas ratas de penetración, qué es más importante, la velocidad en los viajes o la limpieza del hueco

b) Disponer de un completo y bien definido diseño del pozo, el cual incluya datos de perforabilidad de las rocas.

c) Se deben hacer varios supuestos como por ejemplo, que en los viajes de tubería la fuerza de flotación se compensa con la fricción del hueco sobre la sarta.

d) Utilizar factores de diseño que ofrezcan seguridad suficiente, pero teniendo en cuenta que el sobre-diseño incrementa los costos.

e) Las condiciones críticas deben ser las que determinen las cargas para calcular las capacidades y resistencias de los componentes.

f) Calidad, condición y tradición del equipo y compañía que cumpla con los requerimientos de seriedad, confiabilidad y trayectoria.

g) La facilidad de transporte del equipo de perforación es un factor preponderante en la selección, si se planea perforar varios pozos con el mismo equipo, o la situación lo requiere.

Tipo de equipo de perforación

Para el seleccionamiento adecuado de los equipo de perforación se debe tomar encuanta en donde se hará la perforación, si será en onshore u offshore, ya que los requerimientos serán distintos.

Equipos de Perforación Terrestre

Estos equipos se seleccionan de acuerdo a la profundidad a la que se va a perforar, la cual se divide:

CLASIFICACIÓN PROFUNDIDAD

PESO METROS PIES

LIGERO 1,000 – 1,500 3,000 – 5,000

MEDIO 1,500 – 3,000 5,000 – 10,000

PESADO 3,000 – 5,000 10,000 – 16,000ULTRA PESADO 5,000 – 7,500 16,000 – 25,000

Los equipos terrestres se clasifican en equipos convencionales y autotransportables. La diferencia es que los primeros tienen mayor capacidad en la profundidad de perforación y los segundos, disponen de un conjunto de malacate-motores C.I. montados sobre un remolque que se autotransporta. Así, cuenta con mayor facilidad de transporte de una localización a otra, pero con menor capacidad en la profundidad de perforación

UNIDADEC MÓVILES DE PERFORACIÓN MARINA

Antes las unidades de perforación marina fueron equipos de perforación terrestre colocados sobre una estructura para perforar. Se usaron las mismas técnicas desarrolladas en tierra. Se les denomina móviles de perforación a los equipos convencionales montados sobre plataformas autoelevables, semisumergibles y barcos perforadores. Las técnicas desarrolladas se utilizaron por algún tiempo, más la necesidad de perforar en aguas más profundas creó al nuevo ingeniero de diseño de estructuras costa afuera. Junto con los nuevos conceptos de ingeniería, se creó una nueva generación de equipos de perforación ahora ya conocidos, como: sumergible (o barcaza), plataforma autoelevable, semisumergible y barco perforador

Estos equipos tienen la característica de trasladarse de una localización a otra navegando con apoyo de barcos remolcadores. Éstos se encargan de colocar- los en sus respectivas localizaciones, efectuando maniobras de anclaje.

Equipo de perforación sumergible (barcaza)

Este equipo es usado en aguas muy someras y protegidas, como ríos, bahías y en aguas de hasta 15m. (50 pies) de profundidad. Dicha unidad tiene dos cascos; el superior, conocido como cubierta Texas, usa- do para alojar a la cuadrilla de perforación y al equipo. La perforación se lleva a cabo a través 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 des- cansa el equipo en el fondo marino o lacustre.

El equipo sumergible es llevado a flote hasta la localización como una barcaza convencional y se lastra para sumergirlo hasta que descanse en el fondo marino o lacustre. El casco inferior está diseñado para soportar el peso total de la unidad, más la carga de perforación.

Plataforma auto-elevable (jack-up)

Este es un tipo de plataforma especial usada para perforación y reparación de pozos. Tiene la capacidad de moverse de una localización a otra, por me- dio de autopropulsión o por medio de remolcado- res. Así, la perforación es su función principal, ya sea de pozos exploratorios o de desarrollo.

Una vez que se encuentra en la posición deseada, las piernas son bajadas hasta

alcanzar el fondo marino. Cuando las columnas o piernas se encuentran asentadas en el lecho marino, la cubierta es elevada más allá del nivel de agua, hasta tener una plataforma de perforación estable.

Cuenta con una cubierta que tiene la capacidad de posicionarse a la elevación que se requiera. Ésta so- porta sobre sí todo el equipo necesario para lograr su objetivo. Además de un módulo habitacional y un helipuerto. Para apoyarse en el lecho marino, esta cubierta se encuentra soportada comúnmente por tres columnas de sección triangular o circular que tienen en su extremo inferior un sistema de "zapa- tas aisladas" o "losa de cimentación"

Otra de sus características importantes es la torre de perforación ubicada en un cantiliver móvil. Esto permite el acercamiento de la misma a los pozos de las plataformas fijas. Debido a las longitudes de sus piernas, con estos equipos se puede perforar pozos en tirantes de agua máximo de @0 m. Sus capacidades de carga variable son de 1,500 a 1,800 toneladas cortas y su carga total varía entre 7,200 y 7,670 toneladas cortas.

Los jack-ups actuales se usan en todo el mundo en condiciones ambientales muy severas. Por ejemplo, un equipo para 7@ m (250 pies) de profundidad, debe llevar el siguiente criterio de diseño:

Consideraciones para determinar qué tipo de jack- up se debe usar:

Profundidad del agua y criterio del medio ambiente. Tipo y resistencia del fondo marino. Capacidad de profundidad de perforación. Necesidad de moverse durante la temporada de huracanes. Capacidad de operar con soporte mínimo. Qué tan a menudo es necesario mover la unidad. Pérdida de tiempos en el movimiento.

Semisumergibles

Este tipo de plataforma evolucionó a partir de la sumergible. Varias se diseñaron para operar, ya sea descansando en el fondo del mar o totalmente a flote.

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 de semi-sumergibles, pueden ser clasifica- das en 2 grupos principales: 1) con columnas conectadas a zapatas o pontones separadas, y 2) con pontones gemelos. Estas columnas soportan una sola cubierta, la cual aloja el equipo e instalaciones necesarios para realizar su función. Estas plataformas cuentan con sistemas de propulsión propios ubicados en los pontones. En otras palabras, son autopropulsables.

Los miembros principales (pontones) se encuentran sumergidos. Esto permite incrementar el periodo fundamental en sustentación de la estructura y evitar la resonancia con el oleaje. También reduce las cargas laterales generadas por dicho oleaje. Esta reducción en la carga, se debe a que los miembros principales del casco se localizan a una elevación en la que la energía del oleaje es menor.

Una semi-sumergible posicionada dinámicamente puede operar en aguas profundas de hasta 500 m, pero el yacimiento tendría que ser muy productivo para justificar los gastos de combustible.

Otra consideración en el diseño y operación de un semisumergible es la propulsión. La autopropulsión envuelve una inversión grande inicial, la cual se recupera en un periodo razonable, si lo que se requiere es tener movilidad. Pero si se considera que una vez que la unidad llega a su localización, permanece en esa área por largo tiempo, las unidades de propulsión, no sólo no son necesarias, sino que además ocupan espacio y capacidad de carga muy valiosas.

Factores para seleccionar un semisumergible:

Profundidad del agua. Profundidades a las que se

requiere perforar. Datos del medio ambiente. Características de movimiento de

la unidad. Capacidad de almacenamiento de

materiales de consumo. Movilidad de la unidad.

Barcos perforadores

Como su nombre lo indica, es un barco sobre el cual se instala un equipo de perforación con todo lo necesario para efectuar trabajos de su tipo en el mar.

Los barcos perforadores son los más móviles de to- das las unidades de perforación marina. También son los menos productivos. La configuración que les permite alta movilidad, les resta eficiencia al perforar.

Los barcos perforadores se usaron extensamente para llenar el espacio de capacidad entre el jack-up y el semisumergible, y son los que han perforado en aguas más profundas.

El movimiento vertical es el mayor problema cuando se usa una unidad flotante. Debido a su superficie de con- tacto con el mar y comparado con el semisumergible, el barco perforador desarrolla respuestas muy grandes de movimiento vertical. Ha sido posible reducir el rol en los barcos por medio de tanques estabilizadores. Pero no se ha podido reducir el movimiento vertical.

El anclaje de los barcos perforadores es similar al empleado por los semisumergibles. Sin embargo, hay un sistema adicional que ha sido desarrollado en los barcos perforadores, el sistema de torreta.

Los barcos perforadores son herramientas versátiles. Pero deben ser considerados para usar- se en áreas con olas de poca altura y vientos con bajas velocidades.

Componentes de un equipo de perforación

Un equipo de perforación terrestre cuenta básica- mente con los siguientes componentes: sistemas de elevación y rotación; un mástil que sirve de soporte, una fuente de potencia, y un sistema de circulación

Sistema de izaje

Objetivo: Aportar los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, la tubería de revestimiento y otros equipos sub superficiales, para realizar conexiones y viajes.

El sistema de izaje es un componente vital de un equipo de perforación. Este sistema suministra un medio por el cual se da movimiento vertical a la tubería que está dentro del pozo; esto es, bajar y sacar la sarta de perforación y la T.R.

Los principales componentes de este sistema son:

Mástil y subestructura. El malacate. La corona y la polea viajera (sistema de poleas). El cable de perforación. Equipo auxiliar tal como elevadores, gancho, etc

Las torres convencionales son unas pirámides de cuatro lados construidas en acero estructural y pueden ser portátiles o fijas. Las fijas están en desuso y las portátiles se conocen como mástil. Evolución de las torres de perforación.

Mástil, Es una estructura de acero con capacidad para soportar todas las cargas verticales, cargas excedentes y el empuje por la acción del viento. La longitud de estos varía de 24 a 57 m y soportan cargas estáticas de 125 a 1,500 tons.

Consideraciones para el diseño del mástil:

El mástil debe soportar con seguridad todas las cargas (jalón) y cargas que excedan la capacidad del cable.

Deberá soportar el empuje máximo por la velocidad del viento. La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada para el buen manejo de la

tubería (lingadas).

La capacidad del mástil (CM) se obtiene con la siguiente fórmula:

Subestructura. La subestructura se construye de acero estructural y las cargas que debe soportar son superiores a las que soporta el mástil, ya que además de soportar al mástil con su carga, soporta al malacate, a la mesa rotaria, el piso de trabajo y debe tener una altura suficiente para permitir la instalación del conjunto de preventores y la línea de flote

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.

Componentes

Tambor principal.- Es el que transmite la fuerza al cable de perforación y realiza la acción de subir o bajar la polea viajera.

Cabrestante.- . Son tambores colocados a ambos lados del malacate y son usados para realizar operaciones rutinarias.

Frenos.- Son unidades importantes ya que de ellos depende parar el movimiento. El freno principal de un malacate es mecánico del tipo de

fricción (tambor o disco). Para reducir el calor generado por los frenos de fricción se utilizan frenos auxiliares que ejecutan una gran parte de la acción de frenar.

Para calcular la fuerza necesaria se utilza la siguente formula:

Dimensiones del tambor elevador

Como la clasificación del malacate y el diámetro del cable de perforación están relacionados, el diámetro del tambor elevador debe aumentar con la capacidad del equipo. El uso de un tambor de menor capacidad de la requerida causaría esfuerzos máximos en el cable, dañándolo y acortando su vida útil

Tambor elevador

Frenos

EmbragueCabrestante

El diámetro mínimodel tambor debe ser de 24 veces mayor que el diámetro del cable.

La longitud del carrete: deberá estar en función a una lingada de tubería, de tal manera que se maneje sin que la línea enrollada en el carrete, sea mayor de tres camas. Si existen más de tres camas ocurrirá una abrasión sobre el cable.

La longitud del tambor elevador puede ser obtenida con la siguiente fórmula:

Cable. El cable de perforación une al malacate con el ancla del cable y está guarnido a través de la corona y la polea viajera con objeto de darle movimientos verticales.

Los cables tipo cóndor (utilizados en perforación) son cables torcidos hacia la izquierda de 6 torones de 19 alambres cada uno sobre un alma de acero. Los cables tipo halcón son cables torcidos hacia la izquierda de 6 torones de 19 alambres cada uno sobre un alma de fibra

El diámetro que se debe medir en un cable de acero, es el del círculo que circunscribe a los alambres más alejados del centro. De las medidas que se pueden tomar con un calibrador es la mayor. Si consideramos un eje transversal de la sección a medir que pase por el centro del cable y simultáneamente por los centros de dos torones opuestos, la distancia entre las tan- gentes nos da el diámetro correcto del cable.

Siempre existe el peligro de que se forme una coca en un cable, si éste se desenrolla en forma incorrecta.

Un carrete debe ser montado sobre gatos o sobre una tornamesa, de forma que gire mientras se re- mueve el cable, se debe aplicar suficiente tensión al cable mediante una tabla que actúe como freno sobre el borde del carrete; de esta forma se impide que se afloje el cable en el carrete.

ESPECIFICACIONES DEL CABLE TIPO HALCÓN 6 x 19 (ALMA DE FIBRA)

DIÁMETRO (pulg)RESISTENCIA A LA RUPTURA (ton) ACERO EXTRAMEJORADO 6x19 EFECTIVA

0.75 23.8

0.875 32.1

1.00 41.7

1.125 52.4

1.25 64.5

1.375 77.6

1.5 91.6

1.625 107

1.75 124

1.875 142

2 160

Sistema de circulación

La función principal del sistema de circulación, es la de extraer los recortes de roca del pozo durante el proceso de perforación. El sistema esta compuesto por equipo superficial y sub superficial como se muestra en la siguiente figura:

Sistema de circulación

El equipo superficial esta compuesto por:

Las bombas Las presas de lodo (descarga, de asentamiento y la de succión) El stand Pipe,

swivel y flecha El equipo de control de sólidos

Las bombas.- El componente más importante en el sistema de circulación es la bomba de lodos y la potencia hidráulica suministrada por ésta, ya que de esto dependerá el gasto y la presión requeridas para una buena limpieza del pozo.

laicifrepus buS

En la industria petrolera se utilizan dos tipos de bombas:

Bomba duplex.- Estas bombas se caracterizan por estar constituidas de dos pistones y manejar altos gastos pero baja presión de descarga. Son de doble acción, o sea que bombean el fluido en los dos sentidos. En la actualidad estas bombas se utilizan en los equipos que reparan pozos ó en perforación somera. La presión máxima recomendada de trabajo para estas bombas es de 3,000 lb/pg2

Bomba triplex.- Están constituidas por tres pistones de acción simple y se caracterizan por manejar altas presiones de descarga y altos gastos y son de fácil mantenimiento. Estas bombas son las más utilizadas en la industria petrolera.

El gasto que proporciona una bomba dependiendo de sus componentes y de su eficiencia volumétrica se obtiene con las siguientes ecuaciones:

Existe otro tipo de bombas en los equipos de perforación, comúnmente llamadas centrifugas, estas bombas son mucho mas pequeñas que las anteriores, la presión de trabajo es de solo unas cuantas libras aunque el gasto puede llegar a los 100 gal/min.

Estas bombas son utilizadas para:

Preparar el lodo en el pozo. Distribuir el agua en el equipo. Como precarga de las bombas de lodo. En la preparación de baches. Abasteciendo de agua en las cementaciones. Para la limpieza del equipo.

Presas de lodo

En la actualidad las presas de lodo son recipientes metálicos utilizados para el almacenamiento y tratamiento del lodo de perforación. Generalmente se utilizan tres presas conectadas entre sí, con la capacidad suficiente para almacenar cuando menos 1.5 veces el volumen total del pozo.

Presa 1.- Es conocida como presa de descarga ya que en ella es donde descarga el pozo, es aquí donde se instala la temblorina para eliminar los recortes de mayor tamaño (40 micras).

Presa 2.- Es conocida como presa de asentamiento, es aquí donde se le da tratamiento al lodo y se instala el equipo de control de sólidos para eliminar los sólidos de menor tamaño.

Presa 3.- Es conocida como presa de succión porque de aquí la bomba de lodos succiona el lodo para enviarlo al pozo.

Además de las presas reglamentarias existen otras presas.

Presa de reserva.- Presa utilizada para almacenar lodo cuando se ha presentado una perdida de circulación y para mantener lodo de baja o alta densidad.

Presa de baches .- Como su nombre lo indica es una presa utilizada para preparar pequeños volúmenes de baches como:

Bache despegador Bache de lodo pesado Bache de lodo viscoso Bache testigo

Sistema de energía

Para llevar a cabo los trabajos de perforación se cuentan con tres tipos principales de equipos, de acuerdo al sistema generador de potencia:

1.- Sistema diesel mecánico (convencional)

2.- Sistema diesel eléctrico c.d./c.d.

3.- Sistema diesel eléctrico c.a./c.d

1.-Los equipos de perforación diesel mecánicos (convencional) son aquéllos en que la transmisión de energía - desde la toma de fuerza del motor diesel de combustión interna hasta la flecha de entrada de la maquinaria de perforación (malacate, rotaria y bombas de lodo), se efectúa a través de convertido- res de torsión, flechas, cadenas, transmisiones, cuya eficiencia mecánica varía y generalmente anda por el orden de 60% promedio.

2.- Los equipos de perforación con sistema c.d./c.d. usan generadores y motores de corriente directa que tiene una eficiencia aproximada de un 85%. La eficiencia real en conjunto con la maquinaria de perforación es de 87.5% debido a pérdidas adicionales en los requisitos de fuerza de los generadores por inducción en el campo, soplador de enfriamiento, temperatura en

conmutador, escobillas y longitud del cable alimentador. En este sistema, la energía disponible se encuentra limitada por la razón de que sólo un generador c.d. se puede enlazar eléctricamente a un motor c.d. dando por resultado 1600 H.P. disponibles para impulsar el malacate.

3.- Los equipos de perforación con sistema c.a./c.d. (corriente alterna/ corriente directa) están compuestos por generadores de c.a. y por rectificadores de corriente (alterna a directa) scr´s (silicon controlled rectifier). Obtienen una eficiencia de un 98%; cuya energía disponible se concentra en una barra común (PCR) y puede canalizarse parcial o totalmente a la maquinaria de perforación (rotaria, malacate y bombas) que se requiera.

La ventaja de este sistema es tal que, en un momento dado y de acuerdo a las necesidades, toda la potencia concentrada en las barras podría dirigirse o impulsar al malacate principal teniendo disponible una potencia de 2000 H.P.

Sistema de rotación

El objetivo del sistema rotatorio es proporcionar la acción de rotación a la barrena para que realice la acción de perforar.

En la actualidad existen tres formas de aplicar rotación a la barrena y son:

Sistema rotatorio convencional Top drive Motor de fondo

El sistema rotatorio convencional.- Es superficial y transmite la rotación a la tubería de perforación a través de sus componentes que son:

Mesa rotaria (rotaria) Buje maestro (buje) Bushing kelly (bushing) Kelly (flecha) Unión giratoria (swivel) Sarta de perforación

El Top Drive.- Es un equipo superficial utilizado para imprimir rotación a la sarta de perforación sin la utilización de la mesa rotaria ni la flecha (kelly):

Unión giratoria integrada Manguera flexible Motor eléctrico Árbol de transmisión Caja de transmisión Preventores tipo BOP Llave de apriete Sustituto Control remoto para el gancho

El Motor de fondo.- Esta herramienta es sub superficial, ya que se instala inmediatamente arriba de la barrena y la acción de rotar es generada por el fluido de perforación.

Al circular el lodo de perforación presurizado a través del estator y el rotor da lugar a la rotación que es transmitida directamente a la barrena.

Esta herramienta es muy utilizada en pozos desviados, horizontales y multi laterales en combinación con el sistema convencional mesa rotaria.

Moto

Porta

Barren

Manguera

Llave de Prevent

Sustit

Caja de

Árbol de

Mot

Eleva

Gu Ganc

Blo

Unión