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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
Sección 2Sección 2Sistemas Básicos Sistemas Básicos
Del Equipo de PerforaciónDel Equipo de Perforación
PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO ACELERADOPROGRAMA DE ENTRENAMIENTO ACELERADOPARA INGENIEROS SUPERVISORES DE POZOPARA INGENIEROS SUPERVISORES DE POZO
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
ContenidoContenido
2.2. Sistemas Básicos del Equipo de PerforaciónSistemas Básicos del Equipo de Perforación
1.1. Sistema de potenciaSistema de potencia
2.2. Sistema para levantamiento de cargasSistema para levantamiento de cargas
3.3. Sistema de rotaciónSistema de rotación
4.4. Sistema de circulación de fluidosSistema de circulación de fluidos
5.5. Sistema para la prevención y control de brotesSistema para la prevención y control de brotes
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
Los cinco sistemas más importantes en un equipo de perforación:
2.1. Sistema de Potencia2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas2.3. Sistema de Rotación2.4. Sistema Circulante de Fluidos2.5. Sistema de Prevención y Control de Brotes
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.1. Sistema de Potencia
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.1. El Sistema de Potencia
• Componentes:
2.1.1 Generación de Potencia
2.1.2 Transmisión de Potencia
• Transmisión Mecánica• Transmisión Eléctrica
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
Según la potencia generada y transmitida, los equipos de perforación pueden ser :
1. Equipos Mecánicos:
Generación de Potencia Mecánica por los motores primarios Transmisión Mecánica (ejes acoplados con cremalleras, cadenas, correas, etc.) para operar los sistemas del equipo
Todavía se tienen algunas de estas unidades operando pero están descontinuadas. Han sido reemplazadas por equipos eléctricos o hidráulicos
2. Equipos Diesel – Eléctricos DC:
“Equipos DC – DC”: Generación de Corriente Directa (DC) para los motores de Corriente Directa (DC) que operan los sistemas
Fueron la primera generación de equipos eléctricos hasta comienzos de los años 60 pero todavía se operan algunas unidades de perforación con este sistema
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
Según la potencia generada y transmitida, los equipos de perforación pueden ser :
3. Equipos Diesel – Eléctricos AC = Equipos SCR
“Equipos AC – DC”: Generación de Corriente Alterna (AC) que se convierte en Corriente Directa (DC) con un Rectificador Controlado de Silicio(SCR) para los motores de corriente directa que operan los sistemas
Desarrollados en los años 60 con el uso extensivo de diodos y transistores
4. Equipos Diesel – Eléctrónicos:
“Equipos AC – AC”: Generación de Corriente Alterna (AC) usada sin cambios por los motores de corriente alterna AC que operan todos los sistemas básicos y auxiliares (no requieren de SCR)
De reciente desarrollo. Utilizan circuitos electrónicos impresos y ordenadores
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
Puerta
Equipos Diesel – Eléctricos AC/DC = Equipos SCR
Ánodo Cátodo
Cátodo auxiliar
Salida de corriente DC
SCR
Filtr
ado
Rect
ifica
do
Niv
elad
o
Entrada de Corriente AC
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
Equipos Diesel – Eléctricos AC / AC
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.1. El Sistema de Potencia• Generación de Potencia:
Tanto para los equipos mecánicos como para los equipos eléctricos, la potencia se origina en los Motores Primarios que son Motores de Combustión Interna, impulsados con diesel (ó “motores diesel”)
• La Potencia Mecánica de los motores primarios:
1. Se transmite sin transformaciones en los equipos mecánicos
2. Impulsa los Generadores de Corriente en los equipos eléctricos:
a. Generador de Corriente Eléctrica Directa, DC
b. Generador de Corriente Eléctrica Alterna, AC
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2.1. El Sistema de Potencia
• Generación de Potencia
Motores Primarios (Motores Diesel) :
• Son motores de combustión interna alimentados por mezclas de aire comprimido de la atmósfera y aceite diesel inyectado que se queman en las cámaras de combustión para producir la energía mecánica primaria
• Pueden operar en forma independiente o acoplados en paralelo de acuerdo con los requerimientos de potencia mecánica o eléctrica de la instalación
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Generación de PotenciaMotores Primarios (Motores Diesel) :
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2.1. El Sistema de Potencia
• Generación de Potencia
Motores Primarios (Motores Diesel) :
• La combustión de la mezcla explosiva del aire comprimido y el diesel inyectado en aerosol impulsa el pistón hacia abajo y lo hace subir al completar el ciclo
• Los pistones mueven las bielas conectadas al “cigüeñal” y este la volante que se acoplará a las transmisiones mecánicas para impulsar los equipos o los generadores eléctricos
• Los pistones pueden tener2 o 4 posiciones en el ciclo de combustión (motores de 2 o de 4 tiempos)
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2.1. El Sistema de Potencia
• Generación de Potencia
Motores Primarios (Motores Diesel) :
• En algunos motores el aire puede ser tomado directamente de la atmósfera y en otros es cargado en las cámaras con cargadores de turbina (turbo alimentados)
• El aire comprimido en las cámaras se calienta a una temperatura de 1000°Flo cual produce la ignición del combustible inyectado
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2.1. El Sistema de Potencia
• Generadores DC
• Reciben la potencia mecánica de los motores primarios por acople directo y producen corriente eléctrica directa (DC)
• Los primeros equipos eléctricos fueron diseñados con el sistema DC/DC:
• Generación de corriente directa DC que se transmite por cables eléctricos a los motores DC que mueven los sistemas principales del equipo (malacate, bombas, mesa rotaria)
• Los motores AC para los equipos auxiliares (centrífugas, compresores, campamento, etc.) reciben la potencia de un generador AC independiente
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
2. Equipos Diesel – Eléctricos DC/DC - “Generador DC”
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
2. Equipos Diesel – Eléctricos DC/DC - “Generador DC”
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
2. Equipos Diesel – Eléctricos DC/DC - “Generador DC”
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Generadores AC (Alternadores):
• Reciben la potencia mecánica de los motores primarios por acople directo y producen corriente eléctrica alterna (AC)
• La mayoría de los equipos Diesel - Eléctricos operan con el sistema AC/DC:
• Generador de corriente alterna AC movido por motores primarios • Rectificador SCR para convertir la corriente alterna en corriente directa, DC• Transmisión de potencia eléctrica a los motores DC que operan los
sistemas• Los motores AC auxiliares reciben la potencia eléctrica tal como sale del
generador, sin rectificar.
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Generadores AC (Alternadores):
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)
En los equipos Diesel – Eléctricos la potencia eléctrica producida alimenta dos tipos de motores eléctricos para operar los sistemas de la unidad de perforación:
1. Motores de Corriente Directa, DC
a. Son utilizados por la mayoría de los equipos Diesel - Eléctricos
b. Requieren de un convertidor SCR si la corriente generada es alterna, AC
2. Motores de Corriente Alterna Trifásica, AC
a. De baja potencia para operar los sistemas auxiliares en el equipo (bombas centrífugas alimentadoras, compresores, bombas hidráulicas)
b. De alta potencia para operar los sistemas principales de la unidad de perforación (malacate, bombas de lodo, top drive, sistemas hidráulicos, etc.)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)
1. Motores de Corriente Directa, DC
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)1. Motores de Corriente Directa, DC
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)
1. Motores de Corriente Directa, DC
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)
2. Motores de Corriente Alterna Trifásica, AC
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)
2. Motores de Corriente Alterna Trifásica, AC
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Motores Eléctricos (Motores Secundarios)2. Motores de Corriente Alterna Trifásica, AC
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Características de los motores eléctricos DC y AC
1. Motores eléctricos DC Vs. Motores Diesel:
a. Los motores eléctricos DC desarrollan más torque a bajas velocidades que los motores diesel de igual potencia.
b. Ampliamente utilizados en los equipos DC/DC y AC/DC
2. Motores eléctricos AC Vs. Motores eléctricos DC:
a. Los motores AC son más pequeños y livianos que los DC de igual potencia
b. Control preciso de torque y potencia entregada a todas las velocidades
c. Desarrollan mayor torque y velocidad que los DC de igual potencia
d. Pueden hacer más trabajo con menos energía = ahorro de combustible y costos de operación
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2.1. El Sistema de Potencia
• Características de los motores eléctricos DC y AC
2. Motores eléctricos AC Vs. Motores eléctricos DC:
e. Los AC son más livianos que los DC de igual potencia
f. Los AC no utilizan escobillas de carbón y tienen menos partes móviles = menor mantenimiento
En resumen, los motores eléctricos AC se pueden desempeñar mejor que los DC de igual potencia; son más versátiles y fáciles de controlar en todas las condiciones y requieren menos mantenimiento
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Transmisión Eléctrica para equipos DC/DC:
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
•Transmisión Mecánica
Consiste de una serie de correas, cadenas, poleas, piñones dentados y engranajes que enlazan uno o varios motores primarios con los sistemas principales (malacate, bombas de lodo, mesa rotaria, etc.)Se denomina también Transmisión Compuesta o de Conjunto (“Compound”)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
Resumen del Sistema de Transmisión de la PotenciaEquipos Mecánicos Equipos Eléctricos
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Requerimientos de Potencia
El requerimiento total de potencia de la unidad de perforación es la suma de los requerimientos de potencia individuales para:
a. Malacate
b. Mesa rotaria o transmisión superior “Top Drive”
c. Bombas de lodo
d. Sistema de manejo de lodos (bombas centrífugas)
e. Requerimientos auxiliares de potencia para iluminación y equipos misceláneos (compresores, campamento, etc.)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.1. El Sistema de Potencia
• Requerimientos de Potencia
1. La potencia real requerida en un momento dado depende de la operación que se esté llevando a cabo.
2. La potencia máxima es utilizada cuando se está circulando y levantando la sarta al mismo tiempo
3. Se utiliza la potencia mínima cuando se corren los registros geofísicos o cuando se llevan a cabo pruebas de producción, DST
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
•Componentes
• Equipo de Soporte
•Torre o Mástil•Subestructura
• Equipo de Levantamiento
•Bloque de corona•Bloque viajero•Gancho•Cable de perforación•Malacate
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
•Consideraciones para el diseño:
1. Profundidad final o total del agujero a perforar
2. Carga máxima esperada sobre el equipo de levante: perforando ó corriendo las sartas de revestimiento
3. Capacidad de carga del mástil y de los componentes del sistema de levante en los equipos de perforación disponibles
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de soporte
• Torre de Perforación o MástilProvee el espacio vertical necesario para correr los tubulares dentro o fuera del pozo y para almacenarlos.
•Sub – EstructuraProporciona el área de trabajo, soporta el peso de la torre y de los tubulares estibados en ella y provee el espacio para instalar el conjunto preventoras sobre el cabezal del pozo y debajo del piso de perforación
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• Bloque de corona
1. Polea de la línea rápida2. Retenedor del eje principal3. Eje principal4. Polea de la línea de desarenar5. Balero del eje principal6. Polea de la línea muerta
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• Bloque viajero
1. Cuerpo 2. Poleas3. Amortiguador de impactos4. Gancho giratorio5. Balero principal
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Factor de eficiencia de las poleas.
Poleas en bloques de corona y viajero con cojinetes de rodillo:
Numero de Líneas Factor Eficiencia
6 0.870
8 0.842
10 0.810
12 0.782
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
“Wire Rope” = Soga de alambre
“Wire” = Hilo de alambre
“Core” = Núcleo, alma del cable
“Strand” = Torón (trenza de hilos)
“Center” = Centro del torón
• El Cable de Perforación (“drilling line”, wire rope”)
Cuerda en forma de “soga” fabricada con madejas de filamentos deacero que se trenzan alrededor de un núcleo central y que enlaza las poleas en el sistema de levante con el tambor del malacate
Componentes:
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• El Cable de Perforación – Especificaciones:El cable trenzado que se utiliza en perforación se especifica por varios elementos:
•Número de trenzas (torones) tejidos alrededor del núcleo•Número de hilos o filamentos que componen cada trenza o torón •Tipo de núcleo central: madeja de hilos de acero o de fibra •Tipo de torcido o trenzado de los torones (orientación del tejido = “echado”)
16 - 2688 x 19
27 – 4966 x 37
16 – 2766 x 19
766 x 7
N° Alambres por Trenza
Número de Trenzas
ClasificaciónIADC
Clasificación y Construcción del Cable de Perforación
“Lang” Fibra Sintética
Regular Izquierdo Fibra Natural
Regular Derecho Alambre de Acero
Tipo de Torcido(Trenzado)
Tipo de Núcleo(Alma)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• El Cable de Perforación – Construcción:
Diseño del trenzado
• Trenzas Preformadas ( “Pre-Formed Strands”, “PRF”)
Patrones utilizados en el trenzado de los cables de perforación:
1. Hilos de Relleno
2. Sellado (“Seale”)
3. Combinado
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• El Cable de Perforación – Construcción:
(a) (b) (c)
(d)(e)
Diseño del trenzado
a. Capa sencilla
b. Hilos de Relleno
c. Sellado
d. Warrington
e. Patrones Combinados
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• El Cable de Perforación – Construcción:
Tipos de torcido: Orientación de los torones en el trenzado y de los hilos en para formar los torones
Trenzado Regular Derecho (Right Regular Lay) – RRL:Los torones giran a la derecha, hilos a la izquierda
Trenzado Regular Izquierdo – LRL: Los torones giran a la izquierda, hilos a la derecha
Torcido Regular Derecho Torcido Regular Izquierdo
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• El Cable de Perforación – Construcción:
El núcleo del cable de acero
Proporciona el soporte a los torones tejidos en trenzas a su alrededor
Se distinguen tres tipos comunes de núcleos:
1. Núcleo de Fibra ( FC – Fiber Core) – de fibras artificiales como el polipropileno o de fibras naturales (fique o yute)
2. Núcleo Alambre de Acero Independiente – ( IWRC – Independent Wire Rope Core)
3. Núcleo de Trenza – Una Trenza hecha de hilos de alambre.
El cable usado para el sistema de levantamiento en los equipos tiene núcleo de alambre de acero independiente – IWRC.
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• El Cable de Perforación - materiales
Grados de acero para los alambres:
1. Acero de grado mejorado (“IPS” – Improved Plow Steel )
2. Acero de grado extra mejorado (“EIPS” – Extra Improved Plow Steel)
Un cable convencional EIPS de 6 trenzas tiene una resistencia nominal 15% mayor a un cable IPS.
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• El Cable de Perforación - Tamaño
Diámetro externo del cable ya trenzado, medido entre dos lóbulos opuestos del torcidoEl tamaño de la línea de Perforación varía entre ½” a 2 ½ ”
Ejemplo de especificación de un cable de acero para el malacate:
1” x 5000’ – 6 x 19 – S – PRF – RRL – IPS – IWRC
Significado:????
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
El Cable de Perforación – Ejemplo de especificación:
1”– 5000’ – 6 x 19 – S – PRF – RRL – IPS – IWRCDescripción:
1” = Diámetro de la Línea5000’ = Longitud de la línea6 = Número de torones en el Cable19 = Número de hilos en cada TorónS = Seale Pattern – Tendido SelladoPRF = Preformed Strands – Trenzas PreformadasRRL = Right Regular Lay – Tendido Derecho NormalIPS = Improved Plow Steel – Acero de Aleación MejoradaIWRC = Independent Wire Rope Core – Núcleo Independiente
de alambre de acero
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
El Cable de Perforación – medición del diámetro:El diámetro correcto de un cable de acero es el diámetro del círculo que circunscribe todas las trenzas. Es la medición de sección mayor y se debe realizar con un Vernier.
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
El Cable de Perforación – Resistencia Nominal de RupturaCable de acero 6 x 19
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
El Cable de Perforación – Factor de diseño
Si la resistencia a la tensión de un cable de perforación es conocida, entonces se puede calcular el factor de diseño de la siguiente manera:
DF = Resistencia Nominal de la línea (lb) / Carga de la línea rápida (lb),
Factores mínimos de diseño :
Perforando / Viajando : 3
Corriendo Revestimiento: 2
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
El Cable de Perforación – Trabajo del cable
Definición: Trabajo = Fuerza x distanciaEl trabajo efectuado se configura por el levantamiento de las cargas tubulares entrando y saliendo del pozo. Se estima con la sumatoria de los recorridos del bloque viajero con la sarta suspendida desde el piso de trabajo hasta la corona o punto más alto.
El objetivo es diseñar un programa de corte óptimo para el cable de perforación que se adapte a la situación particular del equipo.
• El trabajo realizado por el cable de perforación se mide en “Toneladas por Milla, • 1 “Ton-Milla” = 10,560,000 lbs x pie ó en “Toneladas por kilómetro” • 1 “Ton-Km” = 1,000,000 Kg x metro
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
Trabajo del Cable de Perforación en un Viaje RedondoToneladas-Milla acumuladas para hacer un viaje redondo (TVR)
» M = Peso del bloque viajero (lb),» Ls = longitud de cada parada o lingada (pies),» D = profundidad del hoyo (pies),» We = peso efectivo por pie de la TP sumergida en el lodo,» C = peso de los DC en exceso de la TP = (L x Wdc - L x Wdp) x BF,» Wdc = Peso de los lastra barrenas en el aire,» Wdp = Peso de la TP en el aire,» L = Longitud de los Lastra barrenas (BHA)
000,640,2
)2
(
000,560,10)(*
CMDWDLDT esVR
++
+=
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
Trabajo del Cable de Perforación en un Viaje RedondoToneladas-Kilómetro acumuladas para hacer un viaje redondo (TVR)
» M = Peso del bloque viajero (Kg),» Ls = longitud de cada parada o lingada (mts.)» D = profundidad del agujero (mts.),» We = peso efectivo por metro de la tubería sumergida en el lodo (Kg)» C = peso de los DC en exceso del peso de la tubería = L (Wdc - Wdp) x BF,» Wdc = Peso de los lastra barrenas en el aire (Kg)» Wdp = Peso de la TP en el aire (Kg)» L = Longitud de los lastra barrenas (BHA) (mts.)
TVR = D (Ls + D) We + 2D ( 2M + C)1,000,000
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
Trabajo del cable para perforar (Tperf), tomar núcleos (Tnúcl) y correr TR (TRevest)
1. Para perforar una sección desde una profundidad d1 hasta d2, el trabajo realizado por el cable será:
T perforando = 3 (T2 - T1)2. El trabajo total efectuado para tomar núcleos:
T núcleos = 2 (T2 - T1)3. Trabajo del cable para correr una sarta de TR hasta la profundidad
T Revestimiento = ½ TVR (con C = 0 pues no hay DC)
T2 = Trabajo para un viaje redondo hasta d2 donde se terminó de perforar o de cortar núcleos antes de sacar del agujero
T1 = Trabajo para 1 viaje redondo hasta d1 donde se comenzó a perforar o a tomar núcleos.
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
Ejercicio – cálculo del trabajo del cable
Se ha completado un viaje redondo hasta una profundidad de 15,000 piescon una sarta compuesta por los siguientes tubulares:Lastra barrenas: 21 x 30 pies (101 lb/pie), 6 ¾”OD x 2 ¾”IDTubería de Perforación: 5”OD, (19.5 lb/pie),Longitud promedio de cada lingada: 90 piesPeso del Bloque Viajero: 12,000 lbs.Densidad del lodo en el pozo: 12 lb./ gal.Factor de Flotación = (65.44 – peso del lodo en lb/gal)/65.44Calcular el trabajo hecho por el cable para hacer el viaje redondo,expresado en Toneladas – Milla y en Toneladas – Kilómetro
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
El Malacate
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• El Malacate
• Tipos
• Mecánico
• Eléctrico
• Hidráulico
National tipo UDBE - eléctrico
National tipo 1625M - mecánico
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• El Malacate
• Componentes
• Transmisión • Eje principal• Sistema de embrague• Tambor• Sistema principal de frenos• Sistema auxiliar de frenos• Sistema de enfriamiento
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• Malacate - Eje principal
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• Malacate - Frenos de disco
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• Malacate - Frenos de “balata”
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• Malacate - Sistema de embrague de fricción
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento - Malacate
• Sistema auxiliar de frenos – Freno electromagnético
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento - Malacate
• Sistema auxiliar de frenos – Freno hidromático
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• Malacate – Sistema de enfriamiento
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento • Malacate Mecánico - Especificaciones
333332Velocidades de rotación
666662Velocidades de levantam.
2” – Q2” - Q2” - T2” - D1 3/4” - D1 ½” – DTamaño cadena transm.
2 ½” - T Hvy2” - Q2” - T2” - D2” – D1 ½” - DTamaño cadena tambor
66” x 12”54”x 10 3/8”50”x 10 3/8”46”x 10 3/8”42” x 8”42” x 8"Tamaño del aro/ freno
36” x 62”30” x 56 ¼”27” x 49”25” x 49”20” x 46 ¾”18” x 38 ¾”Tamaño del tambor
1 3/8” – 1 3/4”1 3/8” – 1 1/2”1 1/4” – 1 3/8”1 1/4” – 1 3/8”1 1/8”1 1/8”Tamaño del cable
16 – 30(4.88 – 9.14)
13 – 20(3.96 – 6.09)
11 - 16 (3.35 – 4.88)
8 - 12(2.4 – 3.65)
6 - 10(1.8 – 3.05)
3 - 7(0.9 – 2.1)
Rango de ProfundidadK.pies (K.metros)
3000 2000 1500 1000750550 Potencia (HP)
“ resumido de national oilwell”
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento
• Malacate Mecánico - Cadenas de transmisión
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento • Malacate Eléctrico - Especificaciones
“ resumido de national oilwell”
2
4
2” – Q
2 ½” - T Hvy
66” x 12”
36” x 62”
1 3/8” – 1 3/4”
16 – 30(4.88 – 9.14)
2238
222222Velocidades de rotación
444242Velocidades de levant.
1 ¾”” – S1 ½” - S1 ½” - Q1 ½” - Q1 3/4” - D1 ½” – DTamaño cadena transm.
2 ½” – Q2” - Q2” - T2” - D2” – D1 ½” - DTamaño cadena tambor
Disco54”x 10 3/8”50”x 10 3/8”46”x 10 3/8”42” x 8”42” x 8"Tamaño del aro/ freno
42” x 72”30” x 56 ¼”27” x 49”25” x 49”20” x 46 ¾”18” x 38 ¾”Tamaño del tambor
1 5/8” – 2”1 3/8” – 1 1/2”1 1/4” – 1 3/8”1/4” – 1 3/8”1 1/8”1 1/8”Tamaño del cable
20 – 40(6.09 – 12.19)
13 – 20(3.96 – 6.09)
11 - 16 (3.35 – 4.88)
8 - 12(2.4 – 3.65)
6 - 10(1.8 – 3.05)
3 - 7(0.9 – 2.1)
Rango de ProfundidadKpies (Kmetros)
2983 14921119 746 559 410 Potencia (Kw)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento de Cargas
• Equipo de levantamiento • Malacate movido por cadenas - Capacidad
Extraído de Ellis Williams co. - Lewco
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.2. Sistema para Levantamiento o Izado de Cargas
• El Malacate
• Requerimientos de Potencia del Malacate:
• Como regla empírica, el malacate debe tener 1 HP por cada 10 pies a perforar
• Según esto, un pozo de 20,000 pies requiere de un malacate de 2,000 HP
• Existen métodos matemáticos rigurosos para calcular la potencia (HP) requerida por el malacate, pero ellos van a conllevar a resultados muy similares al anterior.
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 74/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación
Tiene 3 componentes principales:
1. Equipo para rotación de la sarta desde la superficie:
a. Conjunto acoplado: mesa rotaria + “kelly” + “swivel”
b. Transmisión superior “Top Drive”
2. Sarta de Perforación
3. Barrena
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación
Conjunto acoplado: mesa rotaria + “kelly” + “swivel”
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación
• Mesa Rotaria:
• La potencia en caballos de fuerza (hp) requerida para la mesa rotaria es generalmente de 1.5 a 2 veces las revoluciones por minuto de la rotaria, dependiendo de la profundidad del agujero.
• Así, para una velocidad de rotaria de 200 RPM, se requiere de una potencia aproximada de 400 HP
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 78/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación
• Mesa Rotaria – tipos
•Mecánica: impulsada por medio cadenas y piñones que le transmiten la potencia de los motores primarios del equipo(equipos mecánicos)
•Eléctrica: impulsada por motores eléctricos acoplados a un reductor de velocidad (equipos eléctricos)
•Hidráulica: impulsada por presión hidráulica proveniente de bombas hidráulicas a su vez operadas por motores diesel o eléctricos en unidades independientes
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 79/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación
• Mesa Rotaria – componentes
•Cubierta metálica - se fabrica en acero de alta densidad
•Anillo de acople - soldado a la mesa rotaria, transmite la rotación al buje maestro.
•Cápsula reemplazable - contiene los engranajes, ejes y mangueras de la mesa rotaria
•Seguros -paran la rotación de la unidad contra la cubierta
•Puerto de lubricación - para engrasar los rodamientos
•Cojinete – fabricado con aleación de acero tratado al calor. Rotación sobre bolas de acero con doble pista.
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 80/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • Mesa Rotaria – componentes
•Buje Maestro
•Transmite el movimiento de la mesa rotaria a la sarta de perforación a través del adaptador de la” kelly”
•Permite colocación de cuñas para colgar la tubería en el pozo, soportada por la mesa rotaria
•El diseño interno varía con el tipo de “kelly” y mecanismo para transmitir la rotación de la mesa a la sarta.
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación
•Se instalan directamente en la mesa rotaria
•Aseguran la alineación del revestimiento con el agujero
•Aceptan varios tamaños de cuerpos de cuñas
•Algunos facilitan la rotación del revestimiento durante las operaciones de cementación
• Mesa Rotaria – componentes
•Bujes para Revestimiento
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 82/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • Mesa Rotaria – componentes
•Buje de la “Kelly”
• Transmite la rotación del buje maestro de la mesa rotaria a la “kelly”• Su diseño depende del tipo y tamaño de “kelly” y del sistema de acople al buje
maestro: acoples de pin o acople de cuadrante• La serie HDP de VARCO fue diseñada para manejar torques extremadamente altos
y proteger la kelly del desgaste prematuro. Para kellys de 5 ¼” y 6”.
SERIE HDP SERIE HDS SERIE MDSSERIE XHDP
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 83/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • Mesa Rotaria – Especificaciones
85 - 1000 Ton.Carga Estática Máxima
25,000 – 40,000 lbf-pieTorsión Máxima
250 - 400 RPMVelocidad Máxima de rotación
12” - 60 ½”Tamaño del “ID” (pasaje central)
RANGOFUNCION
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 84/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación
• La “kelly”: barra de transmisión rotatoria
• Configuraciones básicas
• Cuadrada
• Hexagonal
• Longitudes comunes
• 40 pies (longitud efectiva = 37 pies)
• 46 pies (longitud efectiva = 43 pies)
• 54 pies (longitud efectiva = 51 pies)
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 85/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación
•Unión Giratoria (“Swivel”)
Es el elemento clave del sistema de perforación rotatoria al ejecutar tres funciones simultáneas:
• Suspende el peso de la sarta
• Permite la rotación de la sarta colgada
• Permite el paso del fluido circulante bombeado a presión por el interior de la sarta
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 86/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • “Swivel”: unión giratoria
•Componentes principales
• Gancho• Cuello de ganso • Cuerpo• Balero principal• Balero inferior• Tubo lavador y juego de sellos• Sellos superior e inferior• Eje giratorio
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación
• “Swivel”: unión giratoria Lista de partes de la Swivel “NV” de 150 toneladas.
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 88/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • “Top Drive”: Transmisión superior
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 89/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • “Top Drive”: Transmisión superior
Tipos
• Eléctricos - Operados por motores eléctricos acoplados directamente a la unidad
• Hidráulicos – Operados por unidades hidraúlicas independientes a través de mangueras de alta presión conectadas al sistema.
Unidad hidráulica
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 90/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • “Top Drive”: Transmisión superior
• Componentes principales• Transmisión y eje principal -• Motores (eléctricos incorporados o hidráulicos
independientes)• Swivel (integral o separada)• Ensamble de manejo de tubulares (incluye un convertidor
de torsión)• Válvula hidráulica interna• Gatos para retraer y extender las “piernas” (conectores
del elevador = “links”, “bails”)• Riel guía y de soporte de torsión
Transmisión
Swivel
Transmisión
Ensamble para tubulares
Riel guía y Soporte de torsión
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • “Top Drive”: Transmisión superior
• Desempeño del “top drive”
Ejemplo de la variación del torque aplicado por el “top drive” sobre la sarta de perforación dependiendo de la velocidad de rotación de la sarta para perforar (carta de torsión)
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 92/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación • “Top Drive”: Transmisión superior
• Ventajas del “top drive” sobre la “kelly”
• Reduce riesgos en la manipulación de los tubulares• Reduce el tiempo de cierre del pozo al detectarse un “brote”• Reduce el tiempo de conexiones (una conexión cada tres tramos)• Incrementa la velocidad de la perforación• Permite repasar el agujero durante la extracción de la sarta• Facilita la perforación direccional (bloqueo efectivo de la sarta
en la posición deseada para resistir el torque reactivo)• Facilita la perforación bajo balance (menor desgaste del sello
empacador en la cabeza rotatoria)• Reduce las pérdidas de lodo en superficie (válvula de retención)
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 93/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.3. Sistema de Rotación
La Sarta de Perforación
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 94/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación
La Sarta de Perforación
La columna de perforación permite transmitir la rotación desde la mesa rotaria o “top drive” hasta la barrena y a la vez conducir el fluido de perforación bombeado para limpiar el pozo.
•Componentes de la sarta
• “Kelly”• Tubería de perforación• Tubería de perforación extra pesada (HWTP)• Lastra barrenas• Barrena
Los componentes de la sarta se detallan más adelante en la sección 7.
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 95/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación
Barrena
Es el elemento que perfora el agujero al rotar su estructura de corte con peso sobre las rocas de la formación
La siguiente presentación resume los tipos de barrena.
La sección 8 detalla los procesos de selección y evaluación de las barrenas
La Sarta de Perforación
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 96/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.3. Sistema de Rotación
La Sarta de Perforación
Barrena
Barrenas
Cortadoresfijos
Conos dentados
De insertos
Cojinete de rodillos
Cojinete de fricción (de chumacera)
PDC
De diamante
Diamante natural
TSP (Policristalino térmicamente estable)
Diamante impregnado
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 97/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema de circulación del Fluido de Perforación
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 98/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Cuatro componentes principales de un sistema circulante:
1. Fluido de Perforación2. Área de preparación y almacenamiento3. Equipo para bombeo y circulación de fluido4. Equipo y área de acondicionamiento
Bomba
Tubería de Perforación
Espacio Anular
BarrenaLastrabarrenas
Agujero Abierto
Revestidor
Presas
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 99/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
El Fluido de Perforación
Mezcla de sólidos dispersos en una fase líquida continua con propiedades reológicas especiales (viscosidad, fuerza gel) que le permiten llevar a cabo funciones claves en el proceso de construcción del pozo
Funciones principales del Fluido de Perforación:
1. Suministrar potencia hidráulica a la barrena para perforar2. Transporte de recortes de roca hacia afuera del pozo3. Soportar las paredes del hoyo perforado4. Mantener el control primario del pozo (prevenir brotes)5. Enfriar y lubricar la barrena y la sarta de perforación
Fluidos de perforación convencionales:
1. Fluidos de Perforación de Base Agua2. Fluidos de Perforación de Base de Aceite3. Fluidos de Perforación Neumáticos (Aire o Gas)
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 100/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
El Fluido de Perforación – preparación y tratamientoCuatro rutinas principales aplicadas al sistema de fluidos de perforación:
1. Preparación inicial2. Densificación (incremento del peso o densidad del lodo)3. Dilución (Reducción del peso o densidad del lodo)4. Tratamiento / acondicionamiento (cambios en la química del lodo)
Embudo de Mezcla
El embudo de mezcla se emplea para agregar materiales sólidos a una corriente del fluido que pasa por su vértice:
El fluido es impulsado por una bomba centrífuga y al pasar por un estrangulador en la línea crea el efecto de succión e incorpora los sólidos en polvo seco colocados en el embudo
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 101/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Las propiedades controladas en forma continua:
Peso del lodo: medido con la Balanza de Lodos
Viscosidad de embudo: medida con el embudo de Marsh
Reología: Medida con el viscosímetro de Fann
El Fluido de Perforación – medición de propiedades
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 102/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipo para bombeo y circulación de fluidos
1. Tanques o Presas de Succión2. Línea de Succión3. Bombas de Lodo4. Línea de Descarga de la Bomba5. Línea de Conducción a la torre6. Manguera Rotaria7. Sarta de Perforación8. Espacio Anular hoyo - Sarta9. Línea de Retorno (Línea de flote)10. Tanques o presas de asentamiento11. Área para el acondicionamiento del lodo
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 103/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipo para bombeo y circulación - bombas y presas de lodo
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 104/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipo para bombeo y circulación - bombas de lodo
1. Son el corazón del sistema de circulación
2. Bombas de pistón reciprocante utilizadas en perforación:
a. “duplex de doble acción” – de poco uso por su baja eficiencia, gran tamaño y elevado peso (dos pistones – dos camisas – 4 válvulas de succión y 4 de descarga
b. “triplex de acción simple” – las más utilizadas por ser compactas y eficientes –tres pistones – tres camisas – 3 válvulas de succión y 3 de descarga
3. Los pistones succionan fluido hacia las cámaras o camisas cilíndricas al moverse en una dirección que luego desplazan en su recorrido contrario.
4. Una bomba es de acción simple si bombea el fluido sólo cuando el pistón se mueve hacia adelante (bomba triplex) y de acción doble si bombea fluido en la carrera del pistón hacia delante y hacia atrás (bomba duplex).
5. El tamaño de los pistones (y de las camisas) afectan el caudal (tasa de bombeo o gasto) y la presión máxima que pueda alcanzar la bomba
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 105/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipo para bombeo y circulación - Bombas Triplex
Bombas Triplex operadas con motores eléctricos DC independientes
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 106/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipo para bombeo y circulación - Bombas Triplex
Acción Simple: bombeo en la carrera hacia delante
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 107/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Componentes
Transmisión y Biela
Múltiples de succión
Amortiguador de Pulsaciones
Cuerpo de la bomba
Módulos Succión y Descarga
Múltiples de descarga
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 108/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Componentes
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 109/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Componentes
Carcaza de la bomba Ensamble de potencia
Piñón del eje Eje de bielas
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Componentes
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 111/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Componentes (módulos de succión y de bombeo)
Descarga
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Componentes (múltiples de succión y descarga)
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 113/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Módulo de Bombeo Bomba Triplex
Bomba Triplex – Componentes
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Componentes
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 115/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Amortiguador de Pulsaciones Protector de la válvula
Manómetro de presiónVálvula de recarga
Diafragma
CuerpoInserto del diafragma
Plato de cubierta
Absorbe los golpes de presión en la descarga de la bomba debido al pistoneo
Permite una entrega volumétrica más uniforme y vez disminuye las vibraciones en las líneas
Se conecta sobre la línea de descarga de fluidos en la bomba
La amortiguación se logra con una cámara de nitrógeno pre-cargada entre 750 y 1000 psi que absorbe los pulsos del pistoneo
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – partes para refacción
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 117/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – partes para refacción
Dimensiones consideradas:
•Longitud de la carrera o embolada•diámetro del pistón (igual al diámetro de la camisa)
Volumen teórico entregado por embolada:
•Se calcula de acuerdo con las dimensiones
Volumen Real entregado:
Vol. Real = Vol. Teórico x Eficiencia Volumétrica.
Ef. Vol. para bombas triplex está entre 95 y 98%
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 118/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – partes para refacción
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 119/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Operación
1. Para una bomba dada, los diferentes tamaños de camisas tienen el mismo diámetro externo (DE) pero diferente diámetro interno (DI).
2. La camisa (liner) más pequeña (menor DI), se utiliza en la parte más profunda del pozo donde se requiere un menor caudal pero mayor presión.
3. La presión de operación depende del caudal (gasto), tamaño y profundidad del hoyo, tamaño de la tubería de perforación y lastra barrenas, propiedades del fluido de perforación y el tamaño de las toberas utilizadas.
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 120/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba Triplex – Operación
4. Un programa hidráulico completo debe calcularse para determinar la presión requerida por la bomba.
5. El Tamaño de la bomba se determina por la longitud de carrera del pistón (valor fijo para cada bomba) y por el máximo diámetro interno de la camisa que se puede instalar en ella
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 121/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba “Duplex” de doble acción
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 122/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba “Duplex” de doble acción – componentes
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 123/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bomba “Duplex” de doble acción – partes para refacción
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 124/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Eficiencia Volumétrica:
1.El volumen real bombeado por los pistones en cada cámara o camisa es siempre menor que el teórico por diversidad de factores (escurrimiento, aire o gas atrapado en el fluido, etc.)
2.La eficiencia volumétrica es la relación entre el volumen real y el teórico. Tiene un valor entre el 95% y el 98% para las bombas triplex de acción simple y alrededor de 90% para las duplex de doble acción
3.La eficiencia mecánica de la mayoría de las bombas con transmisión mecánica es aproximadamente del 85%
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 125/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Eficiencia Volumétrica – Ejemplo de cálculo
Para una bomba Triplex:
Longitud de la carrera (embolada): 10”
Diámetro de la camisa (cabeza del pistón): 5.5”
Calcular la entrega volumétrica por embolada
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 126/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Requerimientos de potencia hidráulica para la bomba:
Vol. bombeado (GPM) x Presión (PSI) Caballaje Hidráulico (HHP) =
1713.6
Revisión de Equipos, Herramientas y Cálculos de Perforación 127/146
2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Requerimientos de potencia hidráulica para la bomba:
Ejemplo de cálculo:
Calcular la potencia requerida para la siguiente bomba:
– Volumen bombeado = 1200 gpm,– Presión de bombeo = 2000 psi,– Eficiencia Mecánica = 0.85
Solución:
Potencia Hidráulica (hhp) = {(GPM) x (PSI)} / 1713.6 = 1400.6 HHP
Potencia requerida por el motor = 1400.6/0.85 = 1648 HP
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bombas Centrifugas:•Un impulsador de paletas (semejante a un ventilador) gira dentrode una carcaza e impulsa el fluido succionado•Succiona el fluido por el centro de las aspas y lo expulsa tangencialmente por la descarga en la carcaza
Succión
Descarga
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Bombas Centrifugas:• Las paletas pueden ser de orientación derecha o izquierda y girar en
dirección horaria o contraria • Pueden ser impulsadas por motores eléctricos trifásicos o acopladas
a motores de combustión interna a diesel o a gas• Se utilizan para alimentar la succión de las bombas reciprocantes de
lodo, para operar los equipos de control de sólidos y para los equipos de mezcla y agitación del lodo.
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipo para Control de Sólidos - Mallas Vibratorias (temblorinas)
Es el limpiador primario del lodo.
Remueve los ripios de perforación de mayor tamaño transportados en el lodo por retención en mallas vibratorias La canasta que recibe el fluido del pozo tiene un movimiento cíclico de impacto circular, lineal o elíptico que permite la retención y eliminación de las partículas sólidas en forma eficienteMalla Vibratoria (Temblorina)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipo para Control de Sólidos - Hidrociclones
Remoción de partículas sólidas finas por fuerza centrífuga al pasar el fluido a presión a través de conos verticales de diseño especial (hidrociclones)Se crea un vórtice de fluido en el interior de los conos que elimina las partículas sólidas más pesadas hacia las paredes del cono y su salida por el vértice inferiorEl fluido limpio sale por la descarga superior de cada hidrociclón
Desarenador / Desarcillador
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipos para Control de Sólidos
Desarenador (elimina la arena)Temblorina (elimina recortes)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Equipos para Control de Sólidos
Desarcillador (Elimina Arcillas) Centrífuga de decantación(Elimina sólidos de baja gravedad)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Acondicionamiento del lodo - Desgasificador
Remoción del gas en el lodo
El gas que haya entrado en el lodo se debe remover porque:
1. Reduce la densidad del lodo 2. Reduce la eficiencia volumétrica de la bomba 3. Disminuye la presión hidrostática de la columna de fluido 4. Aumenta el volumen del fluido de perforación
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.4. Sistema Circulante del Fluido de Perforación
Acondicionamiento del lodo - Desgasificador
Equipos para Remoción de Gas
Desgasificador de Vacío
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
• Equipos para la Prevención y Control de Brotes (BOPE)
Funciones:
1. Cerrar el pozo en caso de un influjo imprevisto o brote2. Colocar suficiente contra-presión sobre la formación3. Recuperar el Control Primario del Pozo
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
• Equipos para la Prevención y Control de Brotes (BOPE)
• Componentes:
• Arreglo de preventoras (BOP´s)• Preventora esférica• Preventora de arietes para tubería• Preventora de arietes ciegos • Preventora de arietes de corte (opcional para equipos en tierra)
• Unidad de control remoto (“Unidad de Cierre” ó “Acumulador”)• Conexiones superficiales de control (líneas de estrangular y matar)• Equipo auxiliar (instrumentos de detección, separador gas – lodo, etc)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
Arietes Ciegos o de Corte
Preventora Esférica
Arietes para tubería
Línea de Estrangular
Línea de Matar
Arietes para Tubería
Arietes para Tubería
Conjunto de Preventoras
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2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
1. Conjunto de Preventoras
3. Múltiple de Flujo y Estrangulación
2. Línea del Estrangulador Línea de Matar
4. Unidad de control Remoto (“Acumulador”)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
• Conjunto de Preventoras
BOP´s de ArietesBOP´s Esférico
Cameron Tipo “U”Shaffer
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
Unidad de Cierre (Acumulador)
Unidad para control remoto de las BOP
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes Unidad de Cierre (Acumulador)
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
Control remoto del estrangulador
Estrangulador (Choke) Remoto
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
Separador Vertical
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2. Sistemas Básicos del Equipo de Perforación
2.5. Sistema para Prevención y Control de Brotes
Elementos para la selección de los equipos de prevención y control
1. Máximo tamaño de herramienta / tubular que se vaya a introducir al pozo
2. Máxima presión de formación esperada en superficie (presión de formación o presión de operación)
3. Tipo de pozo (de alta o baja presión)
4. Tipo de instalación (tierra firme o submarina)
5. Condiciones específicas de operación (corrosividad de fluidos, hidratos, etc.)
6. Espacio disponible debajo de la mesa rotaria