sistemas basicos del equipo de perforacion
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SISTEMAS BASICOS DEL EQUIPO DE PERFORACION
DIEGO SEBASTIÁN MARTÍNEZ DÍAZ
ING. ALFREDO JAVIER GARVIZU NOGALES
INSTIPETROLINTRODUCCION AL PETROLEO
VILLAVICENCIO-META2013
La perforación rotatoria se utilizó por primera vez en 1901, en el campo de Spindletop cerca de Beaumont, Texas, descubierto por el capitán Anthony F. Lucas, pionero de la industria como explorador y sobresaliente ingeniero de minas y de petróleos. Este nuevo método de perforar trajo innovaciones que difieren radicalmente del sistema de perforación a percusión, que por tantos años había servido a la industria. El nuevo equipo de perforación fue recibido con cierto recelo por las viejas cuadrillas de perforación a percusión. Pero a la larga se impuso y, hasta hoy, no obstante los adelantos en sus componentes y nuevas técnicas de perforación, el principio básico de su funcionamiento es el mismo.
LOS SISTEMAS MÁS IMPORTANTES EN UN EQUIPO DE PERFORACIÓN SON:
1. Sistema De Levantamiento2. Sistema De Rotación3. Sistema De Circulación4. Sistema De Potencia5. Sistema De Seguridad
SITEMA DE LEVANTAMIENTO
Su finalidad es proveer un medio para bajar o levantar sartas de perforación o de revestimiento y otros equipos de subsuelo. Los componentes del sistema de levantamiento se dividen en componentes estructurales y equipos y accesorios. Dentro de los compontes estructurales se encuentran: Cabria, subestructura, bloque corona, Encuelladero y planchada. Dentro de los equipos y accesorios del sistema de levantamiento tenemos: malacate, bloque viajero, gancho, elevadores, cable de perforación (guaya), llaves de potencia y cuñas.
Proporciona tanto el equipo necesario, como las áreas de trabajo.
1) La estructura soportante
2) El equipo para el izaje o levantamiento de cargas
Los principales componentes son:
Malacate: Ubicado entre las dos patas traseras de la cabria, sirve de centro de distribución de potencia para el sistema de izaje y el sistema rotatorio.
Cable o línea de Perforación: El cable de perforación, que se devana y desenrolla del carrete del malacate, enlaza los otros componentes del sistema de izaje como son el cuadernal de poleas fijas ubicado en la cornisa de la cabria y el cuadernal del bloque viajero.
La cabria de perforación: Se fabrican varios tipos de cabrias, portátil y autopropulsada, montadas en un vehículo adecuado; telescópicas o trípodes que sirven para la perforación, para el reacondicionamiento o limpieza de pozos.
Bloque de Corona: Es un ensamblaje de poleas montado sobre vigas en el tope del taladro.
Encuelladero: Es la plataforma de trabajo del encuellador desde donde organiza la tubería de perforación, su altura depende del número de tubos conectados que se manejen en el taladro, por lo general tres (90 pies)
Bloque viajero: Es un arreglo de poleas a través del cual el cable de perforación es manejado y sube o baja en la torre.
TORRE DE PERFORACIÓN
SUB-ESTRUTURA
PISO DEL EQUIPO
Dog house: Es un pequeño cuarto ubicado en el piso del taladro, usado cómo oficina del perforador y cómo almacén para herramienta pequeñas.
Rampa: Rampa angular que sirve para arrastrar y subir la tubería y herramientas hasta la plataforma y la mesa rotaria.
SISTEMA DE ROTACION
Es el sistema de proporcionar la rotación necesaria a la sarta para que la mecha pueda penetrar la corteza terrestre hasta las profundidades donde se encuentran los yacimientos. Este sistema lo conforman: El ensamblaje rotatorio que puede ser convencional o top drive, la sarta de perforación y las mechas de perforación.
Tiene 3 Sub-Componentes Mayores:
1. Ensamblaje de mesa rotaria o top drive2. La sarta de perforación3. La barrena
1)
La mesa rotatoria o colisa: La colisa va instalada en el centro del piso de la cabria. Descansa sobre una base muy fuerte, constituida por vigas de acero que conforman el armazón del piso, reforzado con puntales adicionales.
La junta giratoria: La junta giratoria tiene tres puntos importantes de contacto con tres de los sistemas componentes del taladro. Por medio de su asa, cuelga del gancho del bloque viajero. Por medio del tubo conector encorvado, que lleva en su parte superior, se une a la manguera del fluido de perforación, y por medio del tubo conector que se proyecta de su base se enrosca a la junta kelly.
La junta kelly: Generalmente tiene configuración cuadrada, hexagonal, o redonda y acanalada, y su longitud puede ser de 12, 14 ó 16,5 metros. Su diámetro nominal tiene rangos que van de 6 cm hasta 15 cm, y diámetro interno de 4 cm a 9 cm. El peso de esta junta varía de 395 kg a 1,6 toneladas.
2)
La sarta de perforación: Es una columna de tubos de acero, de fabricación y especificaciones especiales, en cuyo extremo inferior va enroscada la sarta de lastrabarrena 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.
3)
La barrena de perforación: Cada barrena tiene un diámetro específico que determina la apertura del hoyo que se intente hacer.
La tubería lastrabarrena: Durante los comienzos de la perforación rotatoria, para conectar la barrena a la sarta de perforación se usaba una unión corta, de diámetro externo mucho menor, naturalmente, que el de la barrena, pero algo mayor que el de la sarta de perforación.
SISTEMA CIRCULACIONES
Este sistema es el encargado de mover el fluido de perforación en un circuito cerrado de circulación, succionándolo de los tanques activos y enviándolo por medio de las líneas de descarga hacia la cabria, y pasando luego a través de las conexiones superficiales, de la sarta de perforación, de las boquillas de la mecha y de los espacios anulares hasta retornar nuevamente a los tanques activos, pasado por los equipos separadores de sólidos. Sistema de circulación son: El fluido de perforación, tanques activos, bombas de lodo, conexiones superficiales, sarta de perforación, espacios anulares, línea de retorno y equipos separadores de sólidos.
Los 4 componentes principales de un sistema circulante
1. El fluido de perforación 2. El área de preparación y almacenaje3. El equipo para bombeo y circulación de fluidos4. El equipo y área para el acondicionamiento
Las bombas de circulación: La función principal de la(s) bomba(s) de circulación es mandar determinado volumen del fluido a determinada presión, hasta el fondo
del hoyo, vía el circuito descendente formado por la tubería de descarga de la bomba, el tubo de paral, la manguera, la junta rotatoria, la junta kelly, la sarta de perforación (compuesta por la tubería de perforación y la sarta lastrabarrena) y la barrena para ascender a la superficie por el espacio anular creado por la pared del hoyo y el perímetro exterior de la sarta de perforación.
Bomba de Lodos – Tipo Triplex: La bomba de lodos se considera EL CORAZÓN del Sistema Circulante.
Temblorina (Zaranda): Es el limpiador primario del lodo. Remueve los ripios de perforación de mayor tamaño transportados en el lodo reteniéndolas en mallas vibratorias.
Desarenador / Desarcillador: Remueve las partículas más finas Por fuerza centrífuga cuando se hace pasar el lodo a través de Hidrociclones (sistema de conos interconectados con entrada lateral de flujo y descarga de sólidos por el vértice y lodo limpio por el tope.
SISTEMA DE POTENCIA
La potencia generada por los motores primarios debe transmitirse a los equipos para proporcionarle movimiento. Si el taladro es mecánico, esta potencia se
transmite directamente del motor primario al equipo. Si el taladro es eléctrico, la potencia mecánica del motor se transforma en potencia eléctrica con los generadores. Luego, esta potencia eléctrica se transmite a motores eléctricos acoplados a los equipos, logrando su movimiento.
Existen tres formas básicas en las cuales un taladro distribuye o transmite potencia:
a) SISTEMAS DE POTENCIA AC A DC O SCR (SILICIUM CONTROLLER RECTIFIER).
En un sistema eléctrico AC a DC el motor diesel alimenta un generador AC también llamado alternador. Desde el generador AC la corriente eléctrica es enviada al SCR (Silicon Controller Rectifier). Un SCR es un instrumento electrónico de estado sólido de alta tecnología.
El SCR convierte AC en DC, accionando equipo como:
- Bomba de Lodo.
- Malacate.
- Mesa Rotaria.
El equipo auxiliar como las bombas pequeñas y el alumbrado necesitan corriente alterna de menor voltaje, se usa un transformador para reducir el voltaje para el equipo eléctrico auxiliar del taladro.
b) SISTEMAS DE POTENCIA DC A DC.
En esta clase de sistema, los motores diesel le transmiten potencia a generadores de corriente directa. Desde el generador, la corriente DC va a un panel de control y a los motores de corriente directa que accionan:
-Las Bombas de Lodo.
-Malacate.
-Rotaria.
Un pequeño generador de corriente alterna también es parte del sistema. Se usa para suministrar corriente alterna al equipo que funciona mejor con este tipo de corriente, como la bomba para mezclar químicos.
C) SISTEMA DE POTENCIA MECÁNICA
Los taladros mecánicos usualmente son más pequeños que los taladros eléctricos. Los motores le transmiten energía al compound, y de allí la energía pasa a las bombas de lodo, malacate y sistema de la rotaria. Los motores accionan una transmisión mecánica compuesta la cual transmite potencia a:
a) El malacate.
b) Sistema de la mesa Rotaria.
c) Bombas de Lodo.
El equipo auxiliar como motores pequeños recibe corriente alterna de un alternador conectado al prime mover o motor principal.
Motores DC: Usualmente grandes motores DC le suministran potencia a las bombas de lodo, malacate y mesa rotaria o top drive. Algunas veces el malacate acciona mecánicamente la mesa rotaria, pero en algunos equipos la rotaria tiene su propio motor. El perforador puede controlar la velocidad del motor DC con mucha precisión, por ello se prefieren los motores DC sobre los AC.
Con un control preciso de la velocidad, el perforador puede manipular mejor el malacate, la bomba de lodo y la mesa rotaria.
Motores AC: Algunos elementos pequeños del taladro también necesitan potencia. Por ejemplo las bombas centrífugas mueven lodo desde un tanque para supercargar la entrada de las bombas de lodo. En este caso es más eficiente usar pequeños motores para alimentarlas en lugar de usar los motores principales, fluido hidráulico o aire. Otro motor AC suministra potencia a las aspas de un agitador de lodo en los tanques de mezcla.
Los motores AC generalmente le suministran energía al equipo que no requiere mucha potencia, por ello usan una potencia de 1 hP (0.75 KW) a 150 hP (100 KW).
Motor Diesel y Generador AC: Los propietarios de taladros prefieren usar generadores AC porque pueden construirse para ser muy poderosos con respecto
a su tamaño, lo cual es una ventaja sobre los generadores DC. El equipo del taladro también puede distribuir la corriente AC más fácil que la DC. Pero la corriente DC tiene ciertas ventajas cuando se accionan grandes equipos; Los motores DC producen mucho torque a bajas RPM y a baja velocidad, lo cual puede controlar fácilmente el perforador.
Los generadores AC son muy poderosos para su tamaño.
AC es más fácil de distribuir que DC.
Usando los controles en su consola para controlar el panel del SCR el perforador puede seleccionar y obtener la potencia desde varios generadores cuando lo requiera.
SISTEMA DE SEGURIDAD
Es el sistema diseñado para cerrar el pozo en caso de contingencia y para permitir el desalojo de arremetidas ocurridas durante el proceso de perforación o
1. Conjunto De BOPs
2. Linea del Estrangulador
4. Múltiple de Flujo y Estrangulación
3. Unidad de cierre a distancia-Acumulador
reacondicionamiento. Este sistema está integrado por: Válvulas de seguridad, Carreto de perforación, múltiple de estrangulación, unidad acumuladora de presión, tanques de viajes, separadores de gas y línea de venteo.
El sistema para control del pozo tiene 3 funciones:
1. Cerrar el pozo en caso de un influjo imprevisto2. Colocar suficiente contra-presión sobre la formación3. Recuperar el control primario del pozo
Preventora Anular: Constituido por un elemento de empaque de acero reforzado con goma especial que cierra y sella la tubería, el cuadrante o el hoyo.
Arietes: cierran únicamente sobre tuberías de diámetros específicos o sobre el hueco perforado.
-Ariete de tubería
-Ariete ciego
-Ariete de corte
Carretes: son espaciadores entre los preventores, provistos de orificios donde se conecta la línea que va al distribuidor de flujo usado para controlar las arremetidas y la línea de matar.
Acumuladores de presión: los preventores se abren o cierran con fluido hidráulico que va almacenando bajo presión en un equipo llamado acumulador.
Línea de Matar: cuando se detecta un brote potencial, se bombea lodo por la línea de matar hasta el conjunto de preventores para restablecer el equilibrio de las presiones en el pozo.
Múltiple de estrangulación: el múltiple de estrangulación se forma por un conjunto de válvulas, crucetas y “ts’’, estranguladores y líneas. Se utilizan para controlar el flujo de lodo y los fluidos invasores durante la perforación y el proceso de control de un pozo.
Estrangulador Manual: está compuesto por un vástago (aguja) y asientos cónicos. Su principal mecanismo de funcionamiento es el siguiente: A medida que
el vástago se acerca al asiento, disminuye el espació anular entre ellos y se restringe el paso de fluido.
Estrangulador hidráulico: los estranguladores ajustables a control remoto tienen la ventaja de permitir monitorear presiones, emboladas y controlar la posición relativa de apertura del estrangulador desde la consola.