sistema de circulacion

Perforación Petrolera

Ing. Litzy Gastelu Herrera

SISTEMA DE CIRCULACION Y CARGA DE LA SARTA DE PERFORACION

TEMA:


INTRODUCCION

La principal función del sistema de circulación es de hacer circular el fluido de perforación hacia el interior y fuera del pozo con el propósito de remover los recortes de roca del fondo del pozo a medida que se perfora, además de proveer un medio para controlar el pozo y las presiones de formación mediante el fluido de perforación.Los fluidos de perforación o lodo se lo asocia con la perforación rotaria, ya que no se puede concebir la perforación de un pozo por rotación si no interviene un fluido.El fluido de perforación (lodo) es una mezcla de agua y unos agentes químicos (aditivos), a veces se utiliza diesel en vez de agua o se añade un poco de diesel al agua para darle ciertas propiedades al lodo.El lodo de perforación se utiliza para mantener la presión de formación bajo control y para transportar los recortes de perforación hasta la superficie para que los mismos sean eliminados con los equipos de control de sólidos.

El conjunto de tuberías que se emplea para la perforación se denomina columna o sarta de perforación, y consiste en una serie de trozos tubulares interconectados entre sí mediante uniones roscadas. Este conjunto, además de transmitir sentido de rotación al trépano, ubicado en el extremo inferior de la columna, permite la circulación de los fluidos de perforación.El primer componente de la columna que se encuentra sobre el trépano son los portamechas (drill collars), tubos de acero de diámetro exterior casi similar al del trépano usado, con una longitud de 9,45 m., Con pasaje de fluido que respeta un buen espesor de pared. Sobre los portamechas (o lastrabarrena) se bajan los tubos de perforación (drill pipes), tubos de acero o aluminio, huecos,que sirven de enlace entre el trépano y/o portamechas y el vástago (kelly) que da el giro de rotación a la columna. El diámetro exterior de estos tubos se encuentra en general entre 3 ½ y 5 pulgadas y su longitud promedio es de 9,45 m.La rapidez con que se perfora varía según la dureza de la roca. A veces, el trépano puede perforar 60 metros por hora; sin embargo, en un estrato muy duro, es posible que sólo avance 30/35 centímetros en una hora.Los fluidos que se emplean en la perforación de un pozo se administran mediante el llamado sistema de circulación ytratamiento de inyección. El sistema está compuesto por tanques intercomunicados entre sí que contienen mecanismos tales como:Zaranda/s: dispositivo mecánico, primero en la línea de limpieza del fluido de perforación, que se emplea para separar los recortes del trépano u otros sólidos que se encuentren en el mismo en su retorno del pozo.

http://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#ALUMIN

http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa




OBJETIVO GENERAL

Estudiar el sistema de circulación del lodo y los componentes que lleva la columna o sarta de perforación

OBJETIVOS ESPECIFICOS

-Determinar la importancia del sistema de circulación y la sarta de perforación.

-Analizar las funciones del sistema de circulación del lodo de perforación.

-Conocer las cargas aplicadas a la sarta de perforación y sus respectivas funciones.

-Realizar un estudio de los componentes de la carga de la sarta de perforación.

-Verificar la importancia de la flotabilidad.





1 SISTEMA DE CIRCULACION

Circulación Del Fluido De Perforación

La circulación del lodo empieza en el tanque de succión. La bomba succiona al lodo del tanque y envía el lodo a alta presión a través de conexiones de tuberías ,pasando por la tubería vertical, la manguera de inyección para llegar a la cabeza de inyección la cual esta unida al vástago a través de un acople especial que le permite introducir el lodo dentro del vástago que esta girando; el lodo continua circulando internamente descendiendo a través del arreglo de perforación, sale por las boquillas del trepano limpiando el trepano y sacando los recortes de roca a superficie por el espacio anular, finalmente el lodo sale a la superficie a través de la línea de retorno del lodo y cae sobre un tamiz vibratorio llamado zaranda, esta zaranda separa los recortes mas grandes y los deposita

en la fosa de reserva, y el lodo pasa a los tanques de control de sólidos donde es limpiado y reacondicionado por medio de la adición de sustancias químicas, para luego finalmente llegar a los tanques de succión donde el lodo ya esta en condiciones de ser nuevamente bombeado al pozo.El sistema de circulación esencialmente es un sistema cerrado donde el mismo lodo circula una y otra vez durante la perforación (ciclo de perforación). Al fluido de perforación de vez en cuando se le añade agua, bentonita, baritina y otros agentes que con la finalidad de reemplazar lodo perdido o para ajustar las propiedades del lodo a las necesidades de las formaciones que están siendo perforadas.El sistema de circulación esta formado por una serie de equipos y accesorios que permiten el movimiento continuo del eje principal de la perforación como lo es el fluido de perforaciónPartes de un circuito de lodo:

1.-bombas de lodos2.-conexiones de superficie3.-tubo vertical (stand pipe)4.-mangurea de lodo 5.-polea giratoria (swivel)6.-cuadrante o Kelly7.-tuberia de perforación8.-espacio anular 9.-portamechas (dril collars)10.-mecha11.-tubo canal (línea de retorno)12.-equipos de control de solidos13.-tanque de succion




EL SISTEMA DE CIRCULACION PARA UNA MAYOR COMPRENCION SE DIVIDE EN LAS SIGUIENTES PARTES FUNDAMENTALES:AREA DE PREPARACION DEL FLUIDO DE PERFORACIONEsta área se encuentra al principio del sistema

de circulación. En esta área es donde los fluidos son inicialmente preparados, mantenidos, o posteriormente alterado, dependiendo de las condiciones existentes en el pozo.Las alteraciones son necesarias para mantener la estabilidad del pozo, para proveer al fluido la capacidad de tolerar fluidos de densidad y pesos mayores, Proveer la protección a las zonas productoras. La preparación y mantenimiento de los fluidos de perforación es absolutamente necesario para cualquier operación exitosa. Existen cuatro pasos esenciales para la preparación de los fluidos.Estos son:* Preparación inicial.* Incremento de la densidad del fluido* Reducción de la densidad.* Cambio químico de fluido.El área de preparación de los fluidos de perforación esta compuesto de un montaje de equipo especializado, que esta cuidadosamente instalado para fácil preparación y tratamiento de los fluidos.El área generalmente incluye:

DEPOSITO DE MATERIAL

Es una cabaña o cobertizo cerrado y elevado que se encuentra localizada cerca de los cajones de lodo y los contenedores de almacenamiento general. El depósito de material contiene sacos apilados de aditivos que son almacenados hasta el momento en que son necesitados en el programa de tratamiento de lodo. El cobertizo esta usualmente a la misma altura del tope de los cajones de lodo, esto hace que la descarga de los camiones sea mucho mas fácil, manteniendo los aditivos secos

a cierta altura y facilitando el tratamiento efectivo.

CAJONES DE LODOLos cajones de lodo son recipientes contenedores grandes, que pueden tener distintas formas como ser, rectangulares, cilíndricos, y son usados para contener y controlar el fluido de perforación cuando este se encuentra fuera del pozo perforado. Los cajones de lodo son llamados cajones de agitación o tanques de almacenaje cuando están en el área de acondicionamiento. Los cajones de lodo del área de preparación son llamados de reserva o de succión. Son usados debido a que pueden ser rápidamente instalados, fácilmente mantenidos y tienen un volumen conocido que facilita el tratamiento.Por lo general son diseñados en función de la capacidad del equipo las dimensiones de cada uno de ellos esta dada.




Los tanques de lodo incluyen agitadores mecanizados o inyectores mezcladores de lodo, los agitadores mezcladores son básicamente paletas que giran en el lodo, los inyectores mezcladores de lodo tienen boquillas de inyección a través de las cuales se bombea lodo a alta velocidad y presión. Los aparatos para mezclar el lodo son importantes para conservar las propiedades uniformes, y para impedir que sustancias químicas y sólidos se depositen o se asienten en el fondo del tanque.Los tanques activos incluyen también un aparato flotador para indicar la altura del nivel de lodo y por lo tanto el volumen en el tanque del lodo.Se tienen y se denominan

los cajones de las siguientes maneras:CAJON DE ZARANDAEs un cajón que recibe el lodo que pasa a través de las mallas de la zaranda, la cual separa los recortes más grandes, dejando pasar el lodo con recortes mas pequeños que se incorporan al lodo. Las zarandas constan de un cajón trampa donde llega el lodo que sale del pozo a través de la línea de flujo, el lodo por rebalse cae sobre la malla que esta accionada por vibración dada por motores y vibradores, el lodo se limpia de los recortes mas gruesos, y continua su recorrido pasando a otro cajón llamado cajón decantador.CAJON DECANTADOREste cajón decantador al igual que el cajón de zaranda no tiene ningún tipo de agitación pero si pueden tener un recorrido del lodo en zigzag es decir alargar su recorrido para darle más tiempo a los sólidos para su decantación. Estos cajones deben ser periódicamente evacuados o limpiados. En el cajón decantador por lo general esta colocado un desgasificador.El lodo continua su paso a otros cajones, los cuales ya pueden tener agitación hidráulica y mecánica donde van colocados los hidrociclones y centrifugas para mayor eliminación de los sólidos de formación del lodo. Luego el lodo pasa a los cajones de tratamiento químico donde se hace ajuste de las propiedades por el agregado de material químico, y de aquí, pasa al de succión o cajón chupador desde donde es tomado por la bomba el cual envía al lodo a presión al pozo.

CAJONES DE RESERVAEste tanque no tiene acceso al sistema activo y se utiliza para contener exceso de lodo o para mezclar un tipo de lodo diferente del que se esta usando en ese momento.CAJONES DE SUCCIONEs donde el lodo limpio y bien formulado es succionado por medio de las bombas de lodo.TOLVA MEZCLADORAEs un artículo o dispositivo en forma de embudo usado en la adición de materiales sólidos durante el tratamiento del fluido de perforación en los cajones de lodo. La tolva trabaja con un principio de vacio.Esta tolva mezcladora puede manejar de 5 a 10 sacos de más de 800 lbs. De material por minuto.TANQUE MEZCLADOR DE QUIMICOSEs un dispositivo utilizado para agregar los químicos del fluido de perforación. Este dispositivo en forma de barril esta montado encima del cajón de lodo. Es un dispositivo utilizado para agregar los fluidos de perforación.




Es preferible agregar algunas sustancias químicas lenta y continuamente al sistema de lodo de perforación cosa que es difícil hacer con la tolva, tales substancias químicas se mezclan de antemano con agua en un tanque mezclador de químicos y luego se lo deja gotear dentro del sistema activo de lodo.TANQUE DE AGUA Es un contenedor para el almacenamiento de agua en forma de barril esta al lado del cajón de lodo. El agua puede ser suministrada desde varias fuentes: como los pozos perforados para sacar agua, lagos y ríos, en algunos casos es necesario

traer agua de un lugar alejado.FOSA DE RESERVAEs una pileta grande hecha de arena situada lejos del arreglo. Es usada para almacenar los recortes residuales procedentes del pozo y a veces los excesos de lodo para emergencia.La fosa también se utiliza para desechar algunos fluidos que puedan ser producidos durante alguna prueba de formación.La fosa frecuentemente esta dividida en dos partes:El “slush pit” (pileta de inyección) donde se encuentran los recortes de roca, material indeseado, etc.El “duck nest” donde se almacena el exceso de lodo para emergencias.

EQUIPO DE CIRCULACIONEs uno de los mayores componentes en el sistema. El equipo mueve físicamente el lodo.El lodo es movido desde el área de preparación, baja por el vástago y sube por el espacio anular, luego es limpiado en el área de acondicionamiento y es transportado nuevamente a los cajones de lodo para recirculación.El equipo de circulación esta compuesto de equipo severamente especializado. Estos componentes son:* Bombas de lodo.* Tubería vertical* Manguera de inyecciónEstos componentes están conectados al sistema de perforación a través de la unión giratoria y proveen del instrumento al sistema de rotación para que el lodo circule.BOMBAS DE LODOEstas bombas son

el corazón del sistema de circulación. Su función principal es el dar potencia necesaria al lodo para que este realice su recorrido en todo el circuito y limpiar el pozo de los recortes generados por el trepano, también mueven grandes volúmenes de lodo a bajas y a altas presiones, funcionan con energía mecánica o energía del equipo de perforación. Las bombas de lodo movilizan el lodo desde la pileta de succión hasta el fondo del pozo y luego de vuelta hasta la línea de retorno.Existen dos tipos básicos de bombas:1.-Duplex (doble acción)2.-Triplex (simple acción)




BOMBAS DUPLEXSon de doble acción se caracterizan por que llevan dos pistones y desplazan al lodo en dos sentidos o sea el movimiento del fluido se lleva a cabo en ambos lados del pistón de la bomba. A medida que el fluido es succionado en un lado es descargado al otro lado. Están definidas por el diámetro del vástago, longitud y diámetro de la camisa. La longitud de la camisa equivale a la longitud de la embolada y el diámetro de la camisa equivale al diámetro del pistón. Las bombas duplex son generalmente de doble efecto, pues los dos cilindros descargan tanto en el movimiento hacia delante de los pistones como en el movimiento hacia atrás.BOMBAS TRIPLEXSon de triple acción y se caracterizan por que llevan tres pistones y desplazan el fluido en una sola dirección, mientras que los émbolos alternadamente succionan y descargan el fluido.Estas

bombas proporcionan altas presiones a precio mas barato (20 a 50% menos) también son mas livianas, lo que hace mas fácil su transportación. Este tipo de bomba esta definido por la longitud y el diámetro de la camisa.Las bombas triplex son generalmente de efecto único, ya que los tres cilindros descargan solamente en el movimiento del pistón hacia delante. LINEAS DE DESCARGASon generalmente tubería de 4 a 6 pulgadas en diámetro, son extra reforzadas. Se acostumbra tener una cámara de amortiguación con un poco de aire comprimido en la parte superior, cerca de la descarga de la bomba TUBERIA VERTICAL.Es una tubería de acero que se encuentra parada al lado del mástil o torre de perforación, y esta conecta al lodo entre las líneas de descarga y la manguera de inyección. La manguera de inyección descarga en el cuello de cisne que se ajusta en la parte final y mas alta de esta tubería vertical y transporta al lodo a la unión giratoria donde es forzado a bajar por el vástago.Esta tubería vertical permite que la unión giratoria y la manguera de inyección se muevan verticalmente hacia arriba o hacia abajo según sea necesario.MANGUERA DE INYECCIONEs una manguera de goma reforzada, flexible y extremadamente fuerte que conecta la tubería vertical con la unión giratoria. Es flexible porque permite a la unión giratoria moverse libremente en un sentido vertical.Debe ser también extremadamente durable, ya que

CUELLO DE GANSOEs un extremo de la manguera de inyección que tiene forma de (S) como el cuello de un ganso esta conectado a la unión giratoria. AREA DE ACONDICIONAMIENTO DEL FLUIDO DE PERFORACIONEsta se encuentra cercana a al torre. Esta área incluye equipo especializado para dejar limpio el fluido de perforación después que este es devuelto del pozo. El equipo especializado incluye:




* Separador de gas del lodo* Desgasificador* Hidrociclones*Equipo de control de sólidos* Zaranda vibratoria* Desarenador * Desarcillador * Limpiador de lodo * CentrifugasLa función primaria de esta área es remover los recortes indeseables y cualquier gas que haya ingresado al lodo.Existen dos métodos básicos para remover los recortes y gases: el primero utiliza la gravedad para evadir los fluidos a través de la zaranda a la fosa del lodo, el segundo es mecánico donde los equipos especializados de remoción, montados en las partes superiores

de los cajones de lodo mueven los recortes indeseables y los gases.Las ventajas de la eliminación de los sólidos del lodo son:a)Menor desgaste de los elementos que entran en contacto con el lodo: Camisas, pistones, y válvulas de las bombas de perforación, bombas centrifugas; mangueras, protectores de goma de las barras, etc.b)Incrementa la vida útil del trepano (mejor lubricación y refrigeración).c)Costos menores en el tratamiento de lodo.SEPARADOR DE GAS DEL LODOEl separador de gas del lodo es montado encima del equipo de acondicionamiento próximo a la zaranda vibratoria este es usualmente vertical (algunas veces horizontal)Sus funciones principales son:a) Eliminar las grandes cantidades de gas que vienen junto al fluido de perforaciónb) Rescatar algo de fluido de perforación para pasarlo al desgasificador c) Conducir cualquier gas inflamable y/o venenoso hasta una distancia segura del arreglo.

DESGASIFICADOREl desgasificador es un pequeño tanque diseñado para remover el gas en solución, se pueden encontrar desgasificadores de tipos diversos que utilizan ya sea agitación o vacio.Estos se instalan después de la zaranda vibratoria y antes de los otros equipos de control de sólidos luego el gas es permitido escapar a la atmósfera ya que el volumen de estos gases removidos son generalmente pequeños.El desgasificador es usualmente montado sobre los cajones del lodo. Su función primaria

es continuar removiendo las entradas de gas que aun existen en el fluido de perforación.Los gases son removidos porque ellos:a) Reducen la densidad del fluido de perforación.b) Reducen la eficiencia de la bomba.c) Decrecen la presión hidrostática del fluido de perforación.d) Incrementa el volumen de fluido




EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOSEste equipo de control de sólidos cuenta con zarandas, desarenadotes, desarcilladores, limpiador de lodo y centrifugas.La utilización de algunos o el total de los equipos dependerá sobre todo de las condiciones del lodo y el pozo.Estos equipos tienen la función principal de eliminar la mayor cantidad de sólidos de formación generados por el trepano para que el lodo entre de nuevo al pozo lo mas limpio posible.Las ventajas de la eliminación de los sólidos del lodo son: a) Menor desgaste de los elementos que entran en contacto con el lodo: Camisas, pistones, y válvulas de las bombas de perforación, bombas centrifugas; mangueras, protectores de goma de las barras, etc.b) Incrementa la vida útil del trepano (mejor lubricación y refrigeración).c) Costos menores en el tratamiento de lodo.

ZARANDA VIBRATORIALa zaranda es el primer equipo y el más importante con que debe contar un equipo de perforación.La zaranda vibratoria es usualmente montada al final del primer tanque de lodo, su función principal es eliminar la fracción mas gruesa de los

recortes de formación con la finalidad de optimizar el uso de las restantes unidades de control de sólidos, y así minimizar el reciclaje de los mismos.Una zaranda se compone de una o varias mallas separadoras que están montadas sobre una caja vibradora que es movida por un motor eléctrico, el cual a través de poleas y un eje excéntrico(zarandas convencionales) le imprime la vibración necesaria para el proceso de separación de una parte fluida y de los recortes mas gruesos de formación.

Hay una gran variedad de marcas de zarandas como así también del diseño de las mismas, existen zarandas de un solo cuerpo y una sola malla, de un cuerpo y dos mallas, de múltiples mallas, etc.Las zarandas se clasifican en:

a) Zarandas de baja vibraciónb) Zarandas de alta vibración

ZARANDAS DE BAJA VIBRACION O ZARANDAS CONVENCIONALESEstas zarandas están limitadas al uso de mallas de hasta 40 mesh la cual puede separar recortes no muy finos con un punto de corte de 350 micronesSe llama mesh al número de aperturas de la malla por unidad de pulgada. Así una malla de 30x30 es una malla que tiene 30 aberturas tanto horizontal como vertical.

ZARANDAS DE ALTA VIBRACIONEstas zarandas pueden utilizar mallas mucho mas finas. Una malla de 200 mesh puede remover partículas de hasta 74 micrones. Estas zarandas operan a velocidades de hasta 3600 rpm.




Según Overock la capacidad de procesamiento de una zaranda se determina por el caudal que la zaranda puede procesar sin votar lodo, depende de una serie de factores que van desde la fabricación de la misma, del tipo de zaranda, mallas utilizadas, inclinación de las mallas), formación perforada (arenas, arcillas, etc.), el tipo de lodo usado, del caudal de circulación y de velocidad de penetración.

HIDROCICLONESLos hidrociclones son recipientes de forma cónica en los cuales la energía de presión es transformada en fuerza centrifuga. El lodo se alimenta por medio de una bomba centrifuga, a través de una entrada que la envia tangencialmente en la cámara de alimentación.Una corta tubería llamada tubo de vortice (vortex finder) se extiende hacia abajo en el cuerpo del cono y fuerza a la corriente en forma de remolino a dirigirse hacia abajo en dirección al vértice, es decir hacia el extremo delgado del cono.Los hidrociclones están diseñados parta separar sólidos de diferentes tamaños, de acuerdo al principio de asentamiento de partículas.

El principio básico del funcionamiento consiste en hacer pasar tangencialmente el lodo por la parte superior del cono o ciclón, dando origen a una rotación similar a un torbellino que, a la vez, crea una fuerza centrifuga que hace que las partículas se concentren hacia la pared del cono.Las partículas de mayor tamaño y densidad se precipitan hacia abajo y son eliminadas al llegar al fondo del cono. El resto del lodo rebosa por arriba y sale por la abertura sobre el vértice.

Los hidrociclones operan eficientemente cuando la descarga es en forma de rocio intermitente. Por el contrario, cuando es en forma de chorro continuo, indica que no se están eliminando los sólidos indeseables y que además se esta botando el lodo. En este caso se debe ajustar la presión de operación y la abertura en el fondo del cono.Cuando los conos descargan muy poco están tapados, es necesario destaparlos con la ayuda de una varilla. Generalmente las varillas de soldadura son muy efectivas para estos casos.Existen conos metálicos y de poliuretanos.Los de poliuretanos son mas económicos, manuables y requieren menos mantenimiento que los metálicos, además no son afectados

por la acción abrasiva de los sólidos pero si por las altas temperaturas, normalmente a temperaturas mayores de 160 ºF se daña la boquilla de descarga.Finalmente, no es recomendable el uso de hidrociclones para lodos con densidad mayor de 10 lb/gal.

DESARENADOR (DESANDER)El desarenador consiste de un numero de conos superpuestos cilíndricos estos remueven pequeñas partículas sólidas que pasaron por las mallas de la zaranda vibratoria.El fluido es forzado a pasar por el cilindro bajo presión con las partículas, después es




removido y descargado por las fuerzas centrifugas.La posición correcta de estas unidades es colocarlas después de la zaranda y su función principal es eliminar las arenas.DESARCILLADOR (DESILTER)El desarcillador es similar al desarenador en operación y función excepto que el desarcillador puede remover muy diminutas partículas de la formación que varían desde 10 a 30 micrones dependiendo del tamaño del cono. Su uso es efectivo tanto del desarenador como el desarcillador, porque esto reduce significativamente el desgaste de la bomba de lodo.

El desarcillador esta diseñado para remover los sólidos que no han sido descartados por el desarenador (partículas mayores de 60 micrones). Los conos son por lo general de 4 pulgadas de diámetro y cada uno procesa mas o menos 50 gal/min. A una presión de 40 a 50 psi. LIMPIADOR DE LODO (MUD CLEANER)Son unidades modulares de alto volumen

mantienen la mezcla de lodo limpia de arena y fango; pueden ser configuradas para maximizar la producción. Cada unidad tiene capacidad para limpiar de un 30% contenido de arena hasta 1/4% en un solo pasoEsta unidad es utilizada para procesar lodos de alta densidad ya que la malla utilizada permite recuperar la baritina desechada (material densificante del lodo) por los conos, y eliminar los recortes de formación. La zaranda debe llevar mallas muy finas desde 150 a 270 mesh según sea las condiciones de trabajo.Los tiempos de limpieza pueden variar dependiendo del tamaño de las partículas y la viscosidad de la mezcla, pero esta unidad es el sistema más eficiente que existe hoy día.CENTRIFUGAEsta diseñada para remover sólidos de baja gravedad especifica y baritina de menos de 3.5 micrones. Sólidos de mayor tamaño y de mayor densidad son devueltos al sistema. Elimina, además de sólidos parte de la fase liquida del lodo que contiene material químico en solución, tales como lignosulfito, soda cáustica y otros.Las centrifugas de decantación, están compuestas de dos conos, uno externo que gira a baja velocidad y el otro que gira a muy alta velocidad de revolución.Las centrifugas rotan el lodo a altas velocidades separando partículas de acuerdo a su peso, estas unidades pueden extraer partículas de hasta 2 micrones.

2. COLUMNA O SARTA DE PERFORACIÓN

Está formada por una serie de elementos cuya disposición de abajo a arriba es la siguiente: herramienta de corte, sub o acoplo portaherramientas, lastrabarrenas, Sub reducción de roscas o lastrabarrenas a varillajes, varillaje, barra Kelly, Varilla de acoplo a la mesa de rotación o barra Kelly y cabeza giratoria o de inyección.

Actualmente existen dos sistemas de transmisión de la energía rotativa a la sarta de perforación: mediante mesas de rotación y mediante un cabezal de rotación.




CARGAS APLICADAS A LA SARTA DE PERFORACION

Herramienta de corte

Es todo elemento en contacto directo con el terreno, que al girar produce la rotura y desagregación del mismo en partículas pequeñas, que puedan ser arrastradas a la superficie por la circulación del fluido o lodo de perforación.

Existe una gran diversidad de tipos (triconos, trialetas, policones), diseños y tamaños de las herramientas de corte, adaptados a los distintos terrenos a perforar. Las más utilizadas son las barrenas de rodillos móviles y las herramientas del tipo de "cola de pez" y sus variantes o perfeccionamientos.

Las barrenas de rodillos móviles aparecen formadas por un cuerpo fijo que sirve para unirlo al varillaje por medio de rosca y para soportar a los rodillos (los verdaderos elementos de corte). Según se tengan dos, tres, cuatro o más elementos se denominan biconos, triconos, cuatriconos, etc, atendiendo en último caso a la forma cónica de los rodillos que suelen denominarse "piñas". Prácticamente se usan en exclusiva los triconos, nombre que se suele utilizar para dispositivos con dos o más de tres conos.

Tricono

La parte fija o cuerpo de los mismos disponen en su interior de unos orificios con el objeto de favorecer la circulación del fluido de perforación dispuestos de forma que sirven para limpiar y refrigerar eficazmente las partes móviles o piñas de las herramientas.

RocasDiámetros (en pulgadas)

2 3/8 regular 3 3/4 3 7/8 4 1/8 4 1/4 4 1/2

3 1/2 regular4 5/8 4 3/4 4 7/8 5 5/8 5 3/4 5 7/8 6 6 1/8 6 1/4 6 1/2 6 5/8 6 3/4 7 3/8

4 1/2 regular 7 5/8 7 7/8 8 3/8 8 1/2 8 5/8 8 3/3 95 1/2 ó 6 5/8 regular

9 5/8 9 7/8 10 5/8

6 5/8 regular 11 12 1/4 13 3/46 5/8 ó 7 5/8 regular

1 4 3/4 15 1 /2

6 5/8 ó 8 5/8 20 22 24 26




regularCada tricono, para trabajar en condiciones óptimas, requiere de un determinado peso y una determinada velocidad, en cuya elección intervienen fundamentalmente el diámetro del tricono y la dureza de los terrenos a perforar.

En una primera aproximación puede establecerse que el peso debe ser proporcional al diámetro y a la dureza de la formación. Como regla general, para formaciones intermedias, puede tomarse el que resulte a razón de 1000 kg por pulgada de diámetro. El peso de tanteo se conseguirá disminuyéndolo para formaciones blandas y aumentándolo para las dura, pero siempre observando la marcha de la perforación.

Recomendaciones para la utilización de triconos (según Sánchez Fresneda, 1968).

La velocidad de giro debe ser menor cuanto mayor es el diámetro del tricono y mayor la dureza de la formación, estando también aquella ligada en el mismo sentido con el peso sobre el tricono. Es decir, a mayor peso, menor velocidad.

Muy Blando

Formaciones blandas (pizarras arcillosas, margas, arcillas, caliza blanda), formaciones no consolidadas, etc.

BlandoFormaciones de dureza blanda a media (pizarras arcillosas, arcillas, caliza algo más duras que en el caso anterior).

Medio

Formaciones de dureza media (pizarras duras, calizas duras, dolomías). Formaciones algo abrasivas de dureza media (pizarras silíceas, esquistos, areniscas, caliza dura, dolomías).




DuroFormaciones análogas a las anteriores, más silíceas y más duras, incluyendo cuarcitas y granitos.

Muy duro y abrasivo

Formaciones muy duras y abrasivas (areniscas, cuarcitas, basaltos, etc.)

Un complemento de los triconos son los ensanchadores, herramientas de corte que sirven para aumentar el diámetro de una perforación ya efectuada. Constan de un cuerpo fijo que mediante rosca se une al varillaje y que soporta en su extremo final, un tricono, también roscado, que hace de piloto en el avance, y lateralmente 3 ó más rodillos, también móviles, que son los que realizan el trabajo de ensanche.

Diámetro perforación

(en pulgadas)

Ensanche máximo

(en pulgadas)

7 7/8'' 12 1/4''9'' 13 3/4''9'' 15''

9 5/8'' 17 1/2''10 5/8'' 18 1/2''

12'' 20''13 3/4'' 22''

16'' 24''20'' 28''

El empleo de ensanchadores se hace necesario a medida que aumenta el diámetro perseguido en la perforación y disminuye el par de torsión de la máquina perforadora. Solo si las máquinas son muy potentes, se puede perforar de una sola vez, por lo que a partir de ciertas profundidades, con diámetros superiores a 12 1/4'' (311 mm) es preciso recurrir a uno o varios ensanches una vez perforado previamente con el mayor diámetro adecuado a la máquina empleada y al terreno a atravesar.

Sub o acoplo portaherramientas

A las herramientas de corte de rodillos móviles se pueden añadir los escariadores. Estos sirven para mantener y perfilar el diámetro de una perforación. Su empleo es en general muy conveniente antes de proceder a realizar entubaciones en una perforación, y casi imprescindible cuando, como es frecuente, los diámetros del programa de entubaciones están ajustados en relación con los diámetros de la perforación. Al igual que los triconos y ensanchadores, están formados por un cuerpo fijo y unos rodillos móviles, que están dispuestos lateralmente, alrededor del cuerpo, normalmente en número de tres.

Diámetro pozoescariador

diámetro mínimo diámetro máximo5 5/8 5 1/2 5 7/85 7/8 5 7/8 6

6 a 6 1/4 5 7/8 6 1/4




6 1/8 6 1/46 5/8 a 6 3/4 5 5/8 77 1/2 a 7 7/8 7 1/2 7 7/87 1/2 a 7 7/8 7 5/8 7 7/88 3/8 a 8 5/8 8 1/4 8 5/88 1/2 a 8 3/4 8 1/2 8 3/4

8 3/4 a 9 8 3/4 9 1/49 5/8 a 9 7/8 9 1/2 9 7/8

10 5/8 a 1110 1/210 3/4

1111 3/4

12 1/4 12 12 1/213 3/4 13 1/4 1414 3/4 14 1/4 15 1/4

15 15 1617 1/2 a 18 16 1/2 18 5/818 1/2 a 20 18 1/2 21

20 19 1/2 21 1/222 20 1/4 22 1/2

22 a 24 21 3/4 2426 24 1/2 27 3/8

En formaciones arenosas no cementadas , con mayor o menor contenido en arcilla y en terrenos plásticos blandos se utiliza unas herramientas conocidas como colas de pez y sus variantes, ya que en este tipo de materiales los triconos se atascan, perdiendo sus condiciones de corte y por tanto de avance.

Lastrabarrenas Son barras huecas de pared muy gruesa, cuyo fin es proporcionar peso al útil de corte, permitiéndole de éste modo trabajar en las mejores condiciones para que su avance sea el óptimo en cada clase de terreno. Se colocan inmediatamente encima del útil de corte.

Otra de sus funciones es colaborar en el mantenimiento de la verticalidad del pozo, por su propia rigidez y por bajar el centro de gravedad de la columna de perforación, con lo cual ésta trabaja extendida en vez de comprimida, evitando así la tendencia del útil de corte a desviarse cuando el varillaje flecta o pandea al estar comprimido.

Están construidos con aceros de alta calidad (acero de aleación al cromo-molibdeno, con dureza Brinnell 280-320) respondiendo a las especificaciones API. Puede ser toda la pieza del mismo material o estar formados por una barra central y dos extremos soldados de acero de calidad superior, mecanizados con las roscas macho y




hembra correspondientes.

Varillaje Está formado por varillas huecas de acero, roscadas en los

extremos por donde se unen unas a otras.

El varillaje se utiliza para suspender el útil de corte y los lastrabarrenas, transmitir el movimiento de giro que le proporciona la mesa de rotación y conducir por su interior el fluido de la perforación.

Característicasgrado D

grado E

Límite elástico (kg/cm2) 38,7 52,7Carga de rotura (kg/cm2) 66,8 70,3Alargamiento (%) 18 18

Las varillas más usadas en la perforación de pozos para agua son las external upset, en los diámetros 2 7/8'' y 3 1/2'' y de manera especial las del primer diámetro.

En longitud existen dos tamaños de varillas normalizadas. Las denominadas rangos A (6,10 m) y B ( 9,15 m). En pozos de agua se, emplea preferentemente las del modelo A, mientras que en prospección petrolífera las más usadas son las del modelo B.

La unión entre varillas se hace por medio de un manguito roscado (tool-joint), existiendo 3 tipos denominados REG (regular), FH (full-hole) e IF (internal-flush) que responden también a las especificaciones API. En la perforación de pozos para agua se emplea principalmente el internal flush.

Barra Kelly También llamada barra conductora, de ella depende toda la columna de perforación. Su función es transmitir el giro que le proporciona la mesa de rotación al varillaje, permitir su descenso y ascenso, así como conducir por su interior el fluido de perforación que ha de circular por todo el varillaje.

En su extremo superior va enroscada la cabeza giratoria de inyección que a su vez sirve para suspender toda la columna de perforación.

Cabeza giratoria Pieza con una triple función: (1) suspender la columna durante el trabajo de perforación, (2) permitir al mismo tiempo el giro del




varillaje y (3) hacer posible el paso del fluido de perforación desde la manguera de impulsión de la bomba a la columna de perforación mientras ésta está girando y avanzando.

Está compuesta de dos partes: una superior sujeta al cable sustentador y otra inferior roscada a la barra Kelly, que puede girar independientemente merced a unos rodamientos de bolas o rodillos de gran capacidad de resistencia al empuje axial (o vertical) ya que de él pende toda la columna de perforación, que puede llegar a pesar fácilmente hasta 80 Tm en pozos para agua y hasta 300 Tm en los de petróleo, o incluso más.

SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA A LA SARTA DE PERFORACIÓN

M. La mayor parte de los equipos, sobre todos los de mayor capacidad, transmiten el movimiento rotativo mediante mesas de rotación. Este elemento lleva en su eje un hueco ajustado a la sección de la barra Kelly. Suelen ser elementos abatibles o incluso totalmente desmontables, para permitir las operaciones de entubación. Por esta razón requieren de otro elemento para soportar el peso de la sarta de perforación, y al mismo tiempo, conectar el circuito del fluido de perforación en el tren de varillaje, que es el denominado giratoria de inyección y que está soportado por un cabrestante y debe tener capacidad para soportar grandes cargas a considerables revoluciones. Su principal ventaja radica en su elevado par de rotación, su capacidad para trabajar a mayor rango de velocidad y la sencillez de su mecánica.

Cabezal de rotación. Consiste en un elemento de accionamiento mecánico-hidráulico que se desplaza a lo largo de la torre de perforación gracias a cilindros hidráulicos y/o transmisiones de cadenas. Este sistema se instala en la mayoría de las perforaciones modernas. Disponen de capacidad de empuje sobre la herramienta de corte, importante en la primera fase de perforación, mientras que en las otras perforadoras apenas existe peso disponible. También disponen de mejor control sobre el peso, mayor velocidad de maniobras (los cabezales suelen tener capacidad para autoalimentarse y roscar nuevas varillas) y precisan de menor número de operarios ya que el manejo es más automatizado.

3. Flotabilidad

Una de las diversas funciones del fluido de perforación es brindar flotabilidad a la tubería de perforación. Éste es un beneficio indirecto del hecho de tener un líquido en el pozo. Los fluidos de perforación no están específicamente diseñados para aumentar la flotabilidad, si bien resultan ideales para ello. La densidad del fluido de perforación, y por lo tanto su flotabilidad, se determina en función de otras consideraciones: la necesidad de contrarrestar la presión del fluido en el pozo sin ejercer una presión tal que provoque la fractura de la formación y la pérdida de su fluido.




CONCLUSIONES

Se determino que el sistema de circulación del lodo esencialmente es un sistema cerrado donde el mismo lodo circula una y otra vez durante la perforación (ciclo de perforación) es muy importante ya que tiene como función principal realizar la limpieza constante del pozo.

Atravez del estudio realizado se observo que la columna o sarta de perforación perforación es una columna de tubos de acero, de fabricación y especificaciones especiales, en cuyo extremo inferior va enroscada la sarta de barrena y en el extremo de ésta está enroscada la barrena, pieza también de fabricación y especificaciones




especiales, que corta los estratos geológicos para hacer el hoyo que llegará al yacimiento petrolífero.

La flotabilidad es un factor muy relevante ya que este impide el atascamiento de las herramientas y además el uso está en función a la necesidad que se presente mientras se realiza la perforación.

RECOMENDACIONES

El lodo de perforación se utiliza para mantener la presión de formación bajo control y para transportar los recortes de perforación hasta la superficie para que los mismos sean eliminados con los equipos de control de sólidos por lo tanto el lodo debe tener ajustadas sus propiedad según la necesidad.

A toda la sarta le imparte su movimiento rotatorio la colisa por medio de la junta kelly, la cual va enroscada al extremo superior de la sarta y además El número de revoluciones por minuto que se le impone a la sarta depende de las características de los estratos como también del peso de la sarta que se deje descansar sobre la barrena, para que ésta pueda efectivamente cortar las rocas y ahondar el hoyo.

Generalmente, la elección de barrenas se fundamenta en la experiencia y resultados obtenidos en la perforación de formaciones muy blandas, blandas, semiduras, duras y muy duras en el área u otras áreas. En el caso de territorio virgen, se paga el noviciado y al correr el tiempo se ajustará la selección a las características de las rocas.

BIBLIOGRAFIA

TECNOLOGIA DE PERFORACION

AUTOR: Schlumberger

INTRODUCCION A LA PERFORACION PETROLERA

AUTOR: Tom Hithman

sistema de circulacion

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