Clase 7 - Barras

7/29/2019 Clase 7 - Barras

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Columna Perforadora

La columna perforadora est definida por el API y el IADC como

el conjunto de todos los elementos usados en la perforacin

rotary, comprendidos desde la cabeza rotativa hasta el trpano.Esto incluye el vstago de perforacin, las barras de sondeo, los

portamechas y otros elementos que integran la columna, como

ser: estabilizadores, barras extra pesadas y elementos de

conexin.Cabeza de inyeccin

Las funciones de este elemento es:

-Soportar todo el peso de la columna (el mximo peso que puede

soportar una cabeza de inyeccin est gravado en relieve en lacarcasa de la cabeza.)

-Debe permitir el movimiento de la columna.

-Debe tambin permitir el flujo de lodo a travs de ella, siendo en

sus partes constitutivas una zona giratoria y otra no.


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El lodo que envan las bombas de perforacin llegan a la cabeza

por la lnea de superficie o STAND PIPE, luego por elMANGUEROTE(que es una manguera flexible cuya longitud es

de alrededor del doble de la longitud til del vstago) y llegaa la cabeza por una unin en forma de U invertida conocidacomo CUELLO DE CISNE, el mismo es parte constitutiva de lacabeza de inyeccin, y ah termina la parte de la cabeza fija. A

continuacin, le sigue un cao relativamente corto conocido comoCAO DE AGUA. Este cao tiene la superficie exteriorrecubierta con cromo duro, que le confiere un pulido espejo y

dureza superficial. Este cao trabaja en la parte superior e

inferior, frente a senda cajas empaquetaduras, que alojan

empaquetaduras chevron o de labios montadasconvenientemente de manera de que la presin de circulacin

actu del lado de los labios de manera que por efecto de ella

estos se abran sellando sobre la caja y sobre el eje. Por debajo

del cao de agua, se encuentra la punta del eje de la cabeza dein eccin osea la arte


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rotativa de la cabeza (tiene un recalque de asiento). La distancia

entre el cao de agua y el cuello de cisne y eje de la cabeza es

muy escasa, menos de 1mm por lo que es bastante probable que

el cao de agua tienda a ser arrastrado y gire a una velocidadmenor que el eje de la cabeza. Por esta razn las dos cajas de

empaquetadura estn provistas de un lubricador por el cual

peridicamente se le debe agregar grasa lubricante.

El eje de la cabeza que debe rotar esta soportado por unoscojinetes montados en la parte inferior de la cabeza de inyeccin.

El esfuerzo principal que debe soportar estos cojinetes es el peso

soportado es decir es axial, aunque tambin debemos considerar

un esfuerzo radial provocado por la excentricidad del movimiento

cuando el vstago esta torcido, situacin muy frecuente en losequipos perforadores. Por esta razn los cojinetes son a rodillo,

algunos de rodillos rectos que trabajan combinados con otros de

rodillos cnicos cuya conicidad es pequea de manera de

soportar ambos esfuerzos. Estos cojinetes trabajan en un bao


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El eje de la cabeza termina en una conexin pin o box derosca izquierda como todos los elementos roscados de la

columna que giran por arriba de la mesa rotary, ya que si fueran

de rosca derecha la rotacin de la mesa le transmitira un torqueen el sentido de desenrosque (efecto espejo).

Debajo de la cabeza encontramos una vlvula esfrica de

accionamiento manual kelly cope, esta es de de vuelta. A partir

de la posicin de cerrada, girndola de vuelta la colocamos enposicin abierta.


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KELLY SPINER

Este aparato consta de una corona dentada en el cual trabajan

por medio de un engranaje correspondiente dos motores

neumticos que le transmiten al vstago un movimiento derotacin hacia la derecha o hacia la izquierda, con el torque

necesario para permitir enroscar o desenroscar el vstago Estos

motores son accionados por el perforador que le enva aire

comprimido al motor que corresponda para que gire hacia un ladoo hacia otro.


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Vstago o Kelly

Es un tubo de acero cilndrico con un trozo de entre 10 y 12 m

con un perfil cuadrado, hexagonal u octogonal (depende de la

calidad del equipo) a mayor cantidad de caras del vstago, mssuave y continuo ser la transmisin del torque de rotacin. Sobre

esta parte del vstago trabaja el buje de impulso, en el se

observa unos rodillos recubiertos de goma que se pegan a las

caras del vstago transmitiendo el movimiento de rotacin ypermitiendo a la vez que el vstago se deslice a travs del buje

como se ve en el detalle de la figura. El extremo inferior del

vstago esta roscado con un pin de rosca derecha, ya que desde

esta unin y hacia abajo, todas las uniones giran en ese sentido,

es decir, la ltima rosca izquierda es el box de la parte superior

del vstago.


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Por debajo del kelly se encuentra la kelly cope inferior que

tambin es una vlvula esfrica tambin de de vuelta que

difiere de la anterior solamente en el dimetro ya que esta debe

pasar por el agujero de la mesa rotary.Existe otro modelo de Kelly cope inferior, que en lugar de ser una

vlvula de accionamiento manual es una vlvula automtica.


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El Kelly cope inferior, est constituida por un obturador cnico que

tiene un resorte que la mantiene pegad en su asiento. Cuando la

presin es desde abajo hacia arriba este obturador cierra

hermticamente el vstago, cuando la presin es desdearriba hacia abajo esta vence la tensin del resorte habilitando la

circulacin.

Cuando la presin es insuficiente, la vlvula permanece cerrada

con lo que evitamos el derrame del lodo contenido en el

manguerote, cabeza de inyeccin y vstago (entre 40 y 60 m de

longitud) evitando que este lodo se derrame cuando se agregatrozo.


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Debajo de la Kelly cope inferior encontramos el sustituto oUnin de sacrificio. Este elemento protege del desgaste al pinde la Kelly cope inferior sirviendo como elemento de empalme

con las barras de perforacin.

Sustituto con goma protectora

que evita el deterioro de lacabeza de pozo ya que el

vstago al girar rozara en ella

gastndolos hasta inutilizarla.


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Barra de sondeo

Tiene la siguientes funciones:

-transmitir el movimiento de traslacin y rotacin a la columna

perforadora.-permitir la circulacin del lodo hacia los porta mechas y trepano.

-permite profundizar el pozo. Es decir a medida que vamos

perforando se van agregando nuevas barras.

Clasificacin de las barrasLa primera clasificacin es por el metal por el cual estn

constituidas, pueden ser de acero o de aluminio.

Barras de aluminio: estas, se construyen todas de 30 ft de

longitud y estn constituidas de un tubo de aluminio que se lofabrica colando aluminio de alta pureza en un molde rotatorio

(fundicin con proceso de centrifugado, para eliminar gases,

entonces el aluminio no tiene porosidad). Estas barras luego son

roscadas doble pin en ambos extremos. En estos extremos se

enroscan las cuplas de acero, una pin y la otra box


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La unin de las cuplas a la barra se hace por una rosca fina, es

decir, con filetes de poco espesor lo que obliga a aumentar los

nmeros de ellos para alcanzar la resistencia necesaria para

soportar el esfuerzo de traccin, aumentando a la vez el roceentre los filetes de manera de que no se puedan desenroscar

accidentalmente cuando se desempalman dos barras

consecutivas. En la parte del cuerpo desde el box hasta 1,2 m de

la longitud de la barra, esta se encuentra engrosada a losefectos de mejorar la resistencia a la flexin de la misma cuando

tensionamos con la llave de ajuste.

Caractersticas, ventajas y desventajas

La nica ventaja que tiene sobre las barras de acero es su poco

peso, lo que me permite perforar grandes profundidades con

equipos cuya capacidad de izaje es poca.


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La desventaja es, su resistencia mecnica se ve muy

influenciada por la temperatura por lo que no es apto para

perforar en pozos calientes (pozos geotrmicos). La

temperatura de fondo no debe exceder los 150 C, es decir los1500 mts de profundidad. En caso de querer perforar estos pozos

con equipos de poco porte se utilizan columnas combinadas,

acero abajo (zona caliente) y aluminio arriba.

Su resistencia a la flexin es muy baja comparada con la barra de

acero de dimetro similar lo que complican su uso en pozos de

gran ngulo (pozos dirigidos). Tambin son muy afectadas por los

esfuerzos reiterados (fatiga) por lo que se debe evitar colocar la

cua en cualquier posicin para evitar entalladuras. Esta es la

razn por lo cual la cua se debe poner a 1,2 m del extremo delbox. Otras desventaja es que es muy fcilmente atacada por la

generacin de pilas galvnicas que se forman entre el acero y el

aluminio por lo que se debe controlar de cerca el pH del lodo no

permitiendo que este supere los 10-10,5.


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Barras de acero

La fabricacin de la barra se inicia con la fundicin del acero,

generando una colada, que es una vaciada de horno. Estas

barras se fabrican con un proceso de laminado conocido comopaso del peregrino. Se parte de un trozo de acero (prismagrande para barra y prisma chico para cupla) calentado hasta casi

el estado pastoso. A este trozo (prisma grande) por medio de un

martillo hidrulico se le fabrica un agujero longitudinal, luego pasa

por un tren de rodillos de laminacin que le da la forma cilndrica

y lo va estirando (paso del peregrino), o sea que lo extienden

hasta que el dimetro coincide con el dimetro de la barra que

queremos fabricar. Con la misma colada se hace un paquete de

barras. Las longitudes de las barras son distintas por efecto de lalaminacin.


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Las cuplas se maquinan completamente y luego van soldadas a

los cuerpos de la barra sin material de aporte.

Este procedimiento se realiza colocando la barra y la cupla en

una maquina alineadora y se las pone en contacto.A continuacin hacemos circular una corriente elctrica lo que

produce un aumento de la temperatura en el lugar de contacto.

A medida que se va calentando se va aumentado la presin entre

la cupla y el cuerpo hasta que se funde el material en la zona decontacto lo que produce la unin por fusin. De esta manera nos

aseguramos de que no exista ningn acero de distinta

caracterstica en toda la barra.

PlastificadoUna vez construidas las barras de acero o de aluminio son

sometidas a un plastificado interior a los efectos de disminuir la

perdida de presin necesaria para circular y a su vez evitar el

desgaste por erosin producido por el roce de los slidos del

lodo.


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Las cuplas se maquinan completamente y luego van soldadas a

los cuerpos de la barra sin material de aporte.

Este procedimiento se realiza colocando la barra y la cupla en

una maquina alineadora y se las pone en contacto.A continuacin hacemos circular una corriente elctrica lo que

produce un aumento de la temperatura en el lugar de contacto.

A medida que se va calentando se va aumentado la presin entre

la cupla y el cuerpo hasta que se funde el material en la zona decontacto lo que produce la unin por fusin. De esta manera nos

aseguramos de que no exista ningn acero de distinta

caracterstica en toda la barra.

PlastificadoUna vez construidas las barras de acero o de aluminio son

sometidas a un plastificado interior a los efectos de disminuir la

perdida de presin necesaria para circular y a su vez evitar el

desgaste por erosin producido por el roce de los slidos del

lodo.


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Clasificacin de Barras

Rango

Existen barras de acero de rango 1, 2 y 3 de acuerdo a la longitudnominal de las mismas.

Rango 1 la longitud nominal es 30 ft (aprox. 10m),

Rango 2 la longitud nominal es 60 ft (aprox. 20 m),

Rango 3 la longitud nominal es 90 ft (aprox. 30 m).

Las dos ltimas se utilizan para perforar con top drive, no con

vstago.

Grado de Acero

Las normas API utilizan una clasificacin de aceros particular y

diferente a las normas ASTM que son las que rigen laclasificacin de los aceros en todas las actividades.


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Las barras de acero ms comunes actualmente son:

E 75, G105, S135

Existen otros tipos de acero que en la perforacin se los utiliza en

las caeras de revestimiento y que los nombraremos mas

adelante.

En esta clasificacin la letra nos indica la composicin qumica yel tratamiento trmico (forma de enfriamiento) del acero, y el

nmero el lmite elstico o punto de cedencia indicado en miles

de libras por pulgadas cuadradas. El nmero indica la resistencia

a la traccin dentro del lmite elstico (deformac. no permanente)

E 75 soporta 75.000 lb/pulg2

G105 soporta 105.000 lb/pulg2

S135 soporta 135.000 lb/pulg2

T i F/


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Tensin: = F/sup

R

E

E: lmite elstico

R: lmite de rotura

Deformacin: = L /L (alargamiento por unidad de long.)

Dentro del campo elstico no hay deformacin. Al sacar la

carga vuelve a su dimensin original.

En el campo plstico hay deformacin permanente.


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Peso y Dimetro

Las barras estn normalizadas por el dimetro exterior del

cuerpo, las ms comunes son 2 7/8, 3 , 4, 5 y 5 . Cada

una de ellas se la clasifica tambin por una gama de pesos porunidad de longitud (peso especfico: libras por pie) lo que nos fija

adems el dimetro interior de la barra, por ejemplo una barra de

5 de 19,5# (el signo numeral corresponde a libras por pie) tienecomo dimetro interior 4,276.

Cuplas

Existen dos tipos de cuplas la hombros cnica y la de hombros

rectos. Las de hombros cnicos son las nicas que llevan lasbarras de aluminio y las barras de acero hay equipadas por los

dos tipos de cupla. Se debe tener especial cuidado en que los

elevadores que se utilicen sean para la cupla correspondiente.


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Rosca

Las roscas de las barras

son de un perfil cnico y

filete trapezoidal de unespesor importante. La

misin de los filete es crear

la suficiente presin de

apriete en los espejos. El

trabajo es el mismo que

hace el tornillo patrn de

una morsa de trabajo.


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El plano de alivio de tensiones que vemos en la figura tiene como

objeto aliviar las tensiones que se generan por el tallado de la

rosca en el pin, este tallado crea un esfuerzo de fatiga en las

uniones, y si no fuese por este plano con muy pocos ciclos deflexin se producira la rotura a la altura del tercer filete.

Dado que la caja o box est afectada por la erosin debido a los

slidos de lodo y a la friccin contra las paredes es el elementoms dbil. Por esta razn cuando se seleccione el dimetro de

las cuplas y el tipo de rosca se lo hace de manera que la

resistencia del box sea tres veces la resistencia del pin.

Construccin de las cuplas: Estas se maquinan y controlan con

un calibre API y luego con un rodillo que tiene el perfil del filete se

le da una terminacin por aplastado. A continuacin se la recubre

con cobre electrolticamente.

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