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35414399 el-taladro-y-sus-componentes

  1. 1. El Taladroy susComponentes
  2. 2. 1 INDICE Pag.1. Introducción. 42. Sistema de Potencia. 6 Descripción Componentes Fuentes de Potencia Motores (Combustión interna, Diesel, Gas) Transmisión de Potencia Mecánica Eléctrica3. Sistema de Levantamiento 8 Definición Componentes Torre o Cabria Corona Encuelladero Consola del Perforador Equipos de Levantamiento Malacate Bloque Corona y Bloque Viajero Gancho Cable de Perforación Cuñas Llaves de Potencia Cadena de Enroscar Top Drive4. Sistema de Rotación 17 Definición 1
  3. 3. 2 Componentes Sarta de Perforación Tubería de perforación Portamechas o Lastrabarrenas Mecha Cuadrante o Kelly Unión Giratoria Mesa Rotatoria5. Sistema de Seguridad 29 Definición y Funciones Componentes Preventor Anular Preventor de Arietes Carreto Acumulador Múltiple Estrangulador Líneas de Matar Tanque de Viaje6. Sistema de Circulación 34 Definición Circuito o Ciclo del Lodo Area de Perforación Casa de Química Tanques de Lodo Embudo Tanque de Mezcla de Química Depósitos a Granel Tanques de Almacenamiento Equipos de Circulación Componentes Bombas de Lodo Líneas de Descarga 2
  4. 4. 3 Tubo Vertical ( Stand Pipe ) Manguera Rotatoria Area de Acondicionamiento del Lodo Tanque de Asentamiento Equipos de Control de Sólidos Vibradores Desarenadores Separadores de Sólidos Degasificador7. Innovaciones en Perforación 428. Bibliografía 53 3
  5. 5. 4INTRODUCCIÓNLa perforación de pozos data de épocas remotas, donde en Asia se perforaban pozossomeros para la obtención de agua salada y sal común. En esta época se utilizabanmétodos como la percusión o golpeteo de un sistema de tuberías introducidas en el hoyomediante golpes en la parte superior de la misma. A través del tiempo, esta técnicas hansufrido modificaciones sustanciales, haciendo de la Perforación de Pozos un cúmulo detécnicas dinámicamente evolutivas y a la par de otras tecnologías.En el año de 1859, en el Campo Oil Creek cerca de Titusville Pensylvania, Estados Unidos,se perfora el primer pozo utilizando el sistema de percusión. El pozo Drake, nombre dadoa este primer pozo, llego a una profundidad de 69.5 pies (21.1 mts.). En Venezuela, 19 añosdespués (1878), se perforo bajo el sistema de percusión el primer pozo en el estadoTáchira, hacienda La Alquitrana a una profundidad de 27 mts.En el año de 1901, el Ingeniero Antony Lucas introduce el uso de una mecha colocada enla punta de la sarta de perforación y a la profundidad de 700 pies (213.4 mts), el pozocomenzó a emanar lodo de perforación que luego de ser desplazado, daría paso alpetróleo, originándose el primer Reventón de petróleo (+- 84.000 BlS/día), causando granrevuelo, ya que 50 Bls de producción en aquella época eran considerados muy buenos.Este pozo estableció la utilización de la perforación rotatoria como un medio deperforación de pozos. En este método se utiliza una maquina que gira llamada mesarotatoria, a través de la cual se inserta tubería; la mecha se conecta a la sarta deperforación y a través de la mesa rotatoria se transmite rotación y se procede de estamanera a la construcción del pozo.La perforación rotatoria se inicio en Venezuela en el año 1928 en el campo Quiriquire,Estado Monagas. A través del tiempo la perforación de pozos a sufridas grandesmodificaciones producto de una serie de innovaciones en equipos y accesorios, mejora dela calidad del acero utilizado en la fabricación de tuberías, mejor manejo de los volúmenesde lodo y la incorporación de maquinas y equipos de perforación operados eléctricamente 4
  6. 6. 5Todas estas innovaciones se traducen en la obtención de grandes profundidades (hasta35000´), altas tasas de penetración hasta 3000 pies/día. El uso de mechas policristalinas(PDC), nuevos sistemas de fluidos de perforación, pozos horizontales, turboperforación,perforación bajo balance, con aire y gas, etc. son ejemplos de estas innovaciones quehacen de la perforación de pozos una ciencia precisa confiable y que realizada de formasegura, permite la obtención de los hidrocarburos de la manera más económica yconfiable posible.Es de notar, que la capacitación del personal involucrado en la constricción de pozos esindispensable para poder aplicar la tecnología actual. Desde cualquiera de los centros decapacitación existentes en el país, se debe formar a las personas que manejaran elnegocio medular de nuestra industria petrolera como lo es la Perforación de Pozos. 5
  7. 7. 6Sistema de Potencia:Constituido por motores de combustión interna, los cuales generan la fuerza o energíarequerida para la operación de todos los componentes de un taladro de perforación.En un taladro de perforación se necesitan varios motores para proveer esta energía,estos en su mayoría son del tipo Diesel por la facilidad de conseguir el combustible;dependerá del tamaño y capacidad de la torre, él numero de motores a utilizar. La energíaproducida es distribuida al taladro de dos formas: mecánica o eléctrica.Transmisión de Potencia Mecánica:Hasta hace pocos años, la mayoría de los taladros eran mecánicos, o sea que la fuerza delmotor se transmitía a los componentes a través de elementos mecánicos. La fuerza quesale de los motores se une, o sea que los motores se juntan a través de unioneshidráulicas o convertidores de torsión y con cadenas y poleas, las cuales igualizan lafuerza desarrollada por cada motor y transmitida por un fluido hidráulico para girar uneje que sale de la unión o convertidor. Los ejes de transmisión se unen mecánicamente con poleas y cadenas, las cuales tienen la misma función que una correa de goma entre dos poleas. A este arreglo de cadena y polea se le conoce como central de distribución, permitiendo que la fuerza generada por cada motor se pueda utilizar conjuntamente. La central de distribución a su vez transmite la fuerza de los motores hasta la mesa rotatoria y el malacate 6
  8. 8. 7Transmisión de Energía o Potencia Eléctrica:En la actualidad se utilizan motores Diesel para generar energía eléctrica en los taladrosde perforación, los cuales dan energía a grandes generadores eléctricos.Los generadores producen electricidad que es transmitida a través de cables al engranajeeléctrico de conmutadores y control. Desde este punto de electricidad fluye a través decables adicionales hasta motores eléctricos que están directamente conectados adiversos equipos como el malacate, bombas de lodo y la mesa rotatoriaExisten ventajas entre el sistema eléctrico y el sistema mecánico, ya que elimina latransmisión por cadenas que es altamente complicada Consola de Control Centro de Control Motor Bomba de Lodo Generador Motor Consola de Control Bomba de Lodo Motor Motor Generador Mesa Rotatoria Puerto de control perforador Malacate Motor Generador Sistema Diesel-Eléctrico Motores eléctricos suplen energía a bombas de lodo 7
  9. 9. 8Sistema de Elevación o Levantamiento:La función de una torre o taladro de perforación es perforar y para ello debe tener unequipo que permita elevar otros componentes y a la vez bajar y soportaren suspensióngrandes pesos requeridos, como lo es el caso de las sartas de perforación orevestimiento.Dentro de los componentes del sistema de levantamiento se encuentran :Torre o Cabria de Perforación:Es una estructura grande que soporta mucho peso, tiene cuatro patas que bajan por lasesquinas de la infraestructura o sub-estructura. Soporta el piso de la instalación yademás provee un espacio debajo del piso para la instalación de válvulas especialesllamadas Impide reventones.Además, la infraestructura soporta el peso dela sarta de perforación cuando esta estásuspendida en las cuñas. El piso de la cabriasoporta y sostiene al malacate, la consola delperforador y al resto de los equiposrelacionados con la perforación rotatoria.Los taladros se clasifican de acuerdo a sucapacidad para soportar cargas verticales yvelocidades del viento. Las capacidades decarga pueden variar desde 250.000 Lbs hasta1.500.000 Lbs. Una torre de perforación puedesoportar vientos aproximados de 100 a 130millas por hora con el encuelladero lleno detubería Taladro de Perforación 8
  10. 10. 9La altura de la torre no influye en la capacidad de carga del taladro, pero si influye en lassecciones de tubería que se pueden sacar del hoyo sin tener que desconectarlas (parejas).Esto se debe a que el Bloque Corona debe estar a suficiente altura de la sección parapermitir sacar la sarta del hoyo y almacenarla temporalmente en los peines delencuelladero cuando se saca para cambiar la mecha o realizar otra operación. La altura dela torre es variable desde 69’ hasta 189’ siendo la más común la de 142’Corona:Constituye la parte superior del taladro de perforación, donde el peso de la sarta deperforación es transmitido a la torre a través de un sistema de poleas (Bloque Corona, elcual sostiene y da movilidad al Bloque Viajero Corona y Sistema de poleas Bloque Viajero 9
  11. 11. 10Encuelladero:Constituye una plataforma de trabajo ubicada en la torre a una altura aproximada entre80’ y 90’ y permite que el encuellador coloque las parejas de tubería y portamechasmientras se realizan operaciones como cambio de mechas, bajada de revestidores, etc.Para ello, este accesorio consta de una serie de espacios semejando un peine donde elencuellador coloca la tubería Encuelladero y Bloque Viajero Torre y EncuelladeroConsola del Perforador:Constituye un accesorio que permite que el perforador tenga una visión general de todo loque esta ocurriendo en cada uno de los componentes del sistema: presión de bomba,revoluciones por minuto de la mesa, torque, peso de la sarta de perforación, ganancia operdida en el nivel de los tanques, etc. Consola del Perforador y Accesorios 10
  12. 12. 11Malacate:Consiste en un cilindro alrededor del cual el cable de perforación se enrolla permitiendoel movimiento de la sarta hacia arriba o hacia abajo, dependiendo del tipo de operación arealizar. Además, el malacate transmite la potencia para hacer girar la mesa rotatoria, loscarretos auxiliares y sistemas de enrosque y desenrosque de tubería. Dentro de losaccesorios encontrados en el malacate están: El sistema de frenos, constituido por unfreno principal cuya función es parar elcarreto y aguantarlo; además, se tiene el frenoauxiliar que sirve de soporte al freno principalen casos de emergencia, ayudando a absorberla inercia creada por la carga pesadaOtro de los accesorios o equipos del malacatees el sistema de transmisión que provee unsistema de cambios de velocidad que elperforador puede utilizar para levantar latubería Sistemas de Frenos A ambos lados del malacate se extiende un eje en cuyos extremos se encuentran dos tipos de cabezales: el de fricción, que utiliza una soga que se enrosca varias veces alrededor del carreto para levantar el equipo que tiene que moverse en el piso de la torre. Otro tipo de cabezal es mecánico utilizado para enroscar y desenroscar tubería de perforación cuando se esta sacando o metiendo en el hoyo o cuando se requiere fuerza adicional mientras se esta perforando Malacate y Cabezales 11
  13. 13. 12Bloque Viajero y Bloque Corona:El Bloque Corona esta ubicado en la parte superior de la torre, constituido por una seriede poleas. El cable de perforación pasa a través de estas poleas y llega al Bloque Viajero,el cual esta compuesto de un conjunto de poleas múltiples por dentro de las cuales pasa elcable de perforación y sube nuevamente hasta el Bloque Corona. Su función es la deproporcionar los medios de soporte para suspender las herramientas. Durante lasoperaciones de perforación se suspenden el Gancho, la Unión Giratoria, el Cuadrante, laSarta de Perforación y la Mecha.Durante las operaciones de cementación delpozo, soportara el peso de la tubería derevestimiento. Aunque hay un solo cable, da laimpresión de haber mas, esto debido a que elcable de perforación sube y baja tantas vecesentre los bloques, a este procedimiento se lellama Guarnear el Bloque. Una vez que se a Bloque Coronarealizado el guarneo completo del bloque, elextremo del cable se baja hasta el piso deltaladro y se conecta al tambor del malacate. La Sistema de guayas a través del Bloqueparte del cable que sale del malacate hacia el Viajerobloque corona, se llama línea viva ya que semueve mientras se sube o se baja el BloqueViajero.El extremo del cable que corre del bloque coronaal tambor alimentador también se asegura. A Línea Muertaesta parte del cable se le conoce como líneamuerta, ya que no se mueve. 12
  14. 14. 13Gancho:Es una herramienta localizada debajo del Bloque Viajero al cual se conectan equipos parasoportar la sarta de perforación, se conecta a una barra cilíndrica llamada asa quesoporta la Unión Giratoria. Los elevadores constituyen un juego de abrazaderas queagarran la sarta de perforación para permitirle al perforador bajar o subir la sarta haciay desde el hoyo. Gancho y Elevadores Gancho, Asa y Unión Giratoria Bloque Viajero y GanchoCable de Perforación:Esta constituido de acero de 1 1/8” a 1 3/4” de diámetro. Esta hecho de alambres dehacer y es bastante complejo. Ha sido diseñado para cargas pesadas, por lo cual debe serseleccionado según el peso que tendrá que soportar.El diseño de las poleas del Bloque Corona a travésde las cuales tendrá que pasar el cable deperforación es de suma importancia. Debe serinspeccionado con frecuencia para asegurar queeste en buenas condicionesSe debe tomar en cuenta el tiempo de trabajo yuso rendido por el mismo para proceder acambiarlo. El desgaste del cable es determinadopor el peso, distancia y movimientoDe allí que deben llevarse estadísticas en taladrosobre el uso del cable de perforación. Carreto con el Cable de Perforación 13
  15. 15. 14Cuñas :Son piezas de metal ahusado y flexibles con dientes y otros dispositivos de agarre,empleadas para sostener la tubería en la mesa rotatoria alternativamente durante unviaje y evitar que se resbale hacia adentro del hoyo cuando se esta conectando odesconectando la tubería. Las cuñas encajan alrededor de la tubería y se calzan contra elbuje maestro.Las cuñas rotatorias se utilizan exclusivamente con tubería de perforación; para elmanejo de portamechas y tubería de revestimiento se utilizan otro tipo de cuñas.La acción presionadora de las cuñas en el buje maestro, cambia la dirección de la fuerzavertical (hacia abajo), ejercida por la sarta de perforación y la convierte en fuerzalateral o transversal contra la tubería.El tamaño de las cuñas debe ser siempre adecuado para la tubería que se este manejando,ya que del buen contacto de ellas con la tubería de perforación, portamechas orevestimiento, dependerá el agarre efectivo de las mismas sin crear problemasoperacionales. Igualmente, el manejo óptimo de las cuñas por parte de la cuadrilla, influiráen el desgaste de los insertos de agarre. Cuñas para Revestidores y Tubería Instalación de Cuñas Fuerzas Ejercidas Sobre la Tubería 14
  16. 16. 15Llaves de Potencia :Comúnmente llamadas tenazas, se usan conjuntamente con las cuñas para hacer lasconexiones de tubería y para realizar viajes. Permitiendo enroscar y desenroscar latubería de perforación.Dos juegos de tenazas son necesarios paraconectar o desconectar la tubería y su nombrevariara según el modo en que sean usadas; parahacer una conexión mientras se esta metiendotubería en el hoyo, a las llaves que quedan a laderecha del perforador se les denomina deenrosque o apriete y a las de la izquierda se les Llaves de Potenciadenomina de contra fuerza o de aguante, ya queimpiden que la tubería gire. Al sacar tubería,cambiara el nombre de las llavesLas llaves o tenazas constan de mandíbulas oquijadas que se pueden graduar dependiendo deltamaño de la tubería con la que se este trabajando Enrosque de TuberíaCadena de Enroscar:Es una cadena de acero utilizada para enroscar una unión de tubería cuando se estaintroduciendo tubería al hoyo, enrollando un extremo de la cadena alrededor de la uniónde tubería en las cuñas y el otro extremo se sujeta al tambor de enroscar del malacate.Se lanza la cadena por encima del tubo a enroscar y se procede a realizar la conexión; selevantan las cuñas y se introduce la tubería en el hoyoExisten otras herramientas giratorias y de torsión de potencia, las cuales vanreemplazando a la cadena de enroscar y a las tenazas, eliminando en algunos casos lospeligros asociados con las cadenas de enroscar. 15
  17. 17. 16Entre estas herramientas se tienen:El Rotador Neumático del Cuadrante que es una herramienta de potencia empleada parahacer girar el cuadrante cuando se esta haciendo una conexiónSe colocan en el extremo inferior de la UniónGiratoria y pueden ser accionados conmotores neumáticos o hidráulicos. Hace giraral cuadrante sin necesidad que la cuadrillatrabaje, permitiendo un enrosque rápido delmismo con la tubería de perforación Rotador NeumáticoLas Tenazas Giratorias operadas con presión neumática o hidráulica, pueden emplearsetanto para desenroscar como para enroscar tubería, pero necesitan tenazas de contrafuerza convencionales para sujetar la tubería inferior.Las tenazas de potencia se fabrican en diferentes tamaños y se construyen para el usocon potencia hidráulica o neumática. Algunas tenazas de potencia se pueden regular paravolver a dar automáticamente la torsión requerida en cada unión de tubería que entra alhoyo Tenazas Giratorias 16
  18. 18. 17Sistema de Rotación:Es aquel que hace girar la sarta de perforación y permite el avance de la mecha desde lasuperficie a la profundidad programada. Dentro de los componentes de este sistema setienen:Sarta de Perforación:Esta compuesta de tubería de perforación y una tubería especial de paredes gruesasllamada Portamechas o Lastrabarrenas. El lodo circula a través de los portamechas aligual que a través de la tubería de perforación. Transmite la potencia rotatoria a la mechapara poder perforarTubería de perforación:Constituye la mayor parte de la sarta de perforación, esta soportada en la parte superiorpor el cuadrante, el cual le transmite la rotación a través de la mesa rotatoria.Un tubo de perforación mide aproximadamente30 pies, cada tubo tiene dos roscas, una internadenominada caja y otra externa conocida comoespiga o pin. Cuando se conecta un tubo a otro,la espiga se inserta en la caja y la conexión seenrosca.La tubería de perforación puede sufrir fallasoriginadas por corrosión, la cual comienzageneralmente en el interior de la tubería. Tubería de Perforación 17
  19. 19. 18Portamechas o Lastrabarrenas:Son cuerpos de acero mas pesados que la tubería de perforación y se utilizan en la partemás profunda del hoyo para darle peso a la mecha y permitir que esta avance y se perforeun hoyo lo más vertical posible, bajo el principio del péndulo.El peso de los portamechas depende de su longitud, diámetro interno y externo; sulongitud API es de 30’, aun cuando los hay mas cortos o más largosAl diseñar la cantidad de portamechas a utilizar, debe conocerse el diámetro de la mecha,y el diámetro interno debe ser lo suficientemente grande para evitar caídas altas depresión durante la circulación del lodo.Al igual que la tubería de perforación, poseen un extremo hembra (caja) y otro macho(pín). Portamechas o LastrabarrenasMechas:La mecha es uno de los componentes del sistema de rotación de mayor importanciadurante la perforación de un pozo. Mientras esta en el fondo perforando, esta ganandodinero. Para continuar su labor, la mecha debe desempeñarse adecuadamente,dependiendo su eficiencia de varios factores como: estado físico, el peso sobre la mechay la velocidad de rotación aplicados sobre ella. La acción del fluido de perforación,cumpliendo sus funciones de limpieza, enfriamiento y lubricación de forma excelente. 18
  20. 20. 19En perforación se requieren mechas capaces de perforar con la mayor rapidez posible, osea, que se obtengan altas tasas de penetración.Una mecha debe tener la capacidad de perforar un hoyo de diámetro completo (encalibre), mientras este en el fondo del pozo; si se desgastan los lados de la mecha, estaperforara un hoyo de diámetro reducido, el cual ocasionará problemas operacionalescuando entre la nueva mecha.Para la elección del tipo de mecha que debe usarse, se tiene que tomar en cuenta variosfactores como el tipo de formación a perforar y la profundidad. Existen varios tipos demechas y entre ellas están: de rodillos o conos, de diamantes naturales, diamantessintéticos y de arrastre o fricción.Hay una relación inversa entre el rendimientode una mecha y los costos de perforación; esdecir, que a mayor rendimiento, menores seránlos costos, ya que la cantidad de viajes detubería para el cambio de mechas será menor.En formaciones superficiales, generalmente seutilizan entre una a dos mechas para perforar elhoyo de superficie, ya que son formacionesblandas, sueltas y poco compactadas A medidaque se avanza en profundidad, las formacionesse hacen mas compactas y por ende mas duras, Tipos de Mechasentonces se requerirán mechas con distintodiseño, resistentes a la abrasión. El costo deperforación en este intervalo tiende aincrementarse ya que los cambios de mecha(viajes), son mayores y el tiempo de taladro esigualmente alto. 19
  21. 21. 20Las mechas de cono o rodillo pueden ser de dientes de acero y de insertos de Carburode Tungsteno. Las de dientes de acero tienen conos los cuales están alineadosexcéntricamente, lo que origina que los dientes raspen y excaven a la formación Es el llamado efecto de paleo. Son utilizadas en formaciones blandas, mientras los dientes estén menos separados, cortos y fuertes, se emplearan en formaciones duras. La mecha con insertos de Carburo de Tungsteno y cojinetes sellados, han sufrido una serie de modificaciones; en el pasado, estas mechas tenían solamente pequeñas extensiones de Carburo de Tungsteno, ya que las tasas de Excentricidad de las mechas de conos penetración eran bajasLas mechas modernas con insertos de Carburo de Tungsteno son capaces de alcanzaraltas velocidades de rotación (hasta 180 RPM o más) comparados con 45 RPM de lasanteriores. Estas mechas presentan grandes ventajas debido a su alta durabilidad, subuena penetración de los insertos en formaciones blandasExisten muchos tipos de mechas de dientes deacero y de Carburo de Tungsteno. Es posibleconseguir mechas de insertos capaces deperforar una amplia gama de formaciones quevarían entre las blandas y las semiduras conalta fuerza de compresión; las medias durascon alta fuerza de compresión y lasformaciones duras abrasivasLas mechas de diamante tienen un cuerpo de acero con incrustaciones de diamantesindustriales. Perforan físicamente arando los cortes del fondo del hoyo, muy parecido al 20
  22. 22. 21arado de surcos en el suelo. Este tipo de mecha incluye a las mechas de diamantesnaturales y mechas PolicristalinasLas mechas de diamante tienen un diseñomuy básico y no tienen partes moviblesarmadas. Actualmente, se fabrican mechasde cuerpo de acero y de Matriz de Carburode Tungsteno.El tamaño y disposición de los diamantes eneste tipo de mecha determina su uso. Losdiamantes se clasifican de acuerdo al numerode quilates. ; los diamantes de gran tamaño seemplean para cortar pedazos grandes deformaciones blandas como la arena suave yLutitas. Las formaciones duras requierendiamantes más pequeños Mechas de DiamantesLas Mechas de Diamantes Policristalinos (PDC), aparecieron a mediados de los años 70,mediante la introducción de un disco de perforación Policristalino aglomerado comoelemento cortante de la mecha. Contiene muchos cristales de diamantes pequeñospegados en conjunto. Los planos de cibaje de los cristales de diamante tienen orientaciónaleatoria que evita rotura por golpes o choques de un cristal de diamante.El compacto de diamante policristalino es adherido bien a una matriz del cuerpo de lamecha de Carburo de Tungsteno o a un perno prisionero de Carburo de Tungsteno que esmontado en el cuerpo de acero de la mecha. Las mechas PDC presentan buenoscomportamientos en secciones uniformes de Carbonatos o Evaporitas y también enAreniscas, Limolitas y Lutitas. 21
  23. 23. 22La hidráulica es importante en el diseño de lamecha, la acción de limpieza hidráulica se lleva acabo generalmente usando jets para el cuerpode acero de las mechas PDC . El tamaño, forma ynumero de los cortadores usados y el ángulo deataque del cortador son importantes en eldiseño de las mechas PDC. Actualmente, unángulo de ataque negativo de 20” es usadonormalmente en mechas PDC de cuerpo deacero; para formaciones blandas se utilizanángulos menores de ataque. El ángulo dearrastre ayuda a empujar los cortes formadoshacia los lados del hoyo, muy parecido a la acciónde un arado Mechas Policristalinas ( PDC )La orientación de los cortadores debe adaptarse aproximadamente a la dureza de laformación que esta siendo perforado. La orientación de los cortadores también dependede la velocidad esperada de los cortadores que a su vez depende de la distancia de lalocalización de los cortadores al centro del hoyoCuadrante o Junta Kelly:Es un tramo de la tubería de forma cuadrada hexagonal o triangular, generalmente de 40pies de largo, cuyo objetivo es transmitir el movimiento de rotación de la mesa rotatoria ala sarta de perforación. A medida que el buje maestro de la mesa rotatoria gira, estehace girar el buje del cuadrante; como la tubería de perforación esta conectada a la basedel cuadrante, esta también tiene que girar. Igualmente, el cuadrante es parte delsistema de circulación del fluido de perforación. 22
  24. 24. 23Un pozo de petróleo o gas es perforado en tramos cuya longitud es igual al tamaño delcuadrante; tan pronto el cuadrante haya perforado toda su longitud, o sea, cuando launión giratoria queda cerca de la mesa rotatoria se sube la sarta de perforación paradesconectar el cuadrante de la junta superior de tuberíaLa mecha quedara fuera del fondo en una distancia equivalente a la longitud delcuadrante, luego se conecta una nueva junta de tubería al cuadrante, se levanta y sehace la conexión a la sarta de perforación Maniobra de Conexión de TuberíaEl cuadrante posee una serie de accesorios que tienen funciones especificas y entre ellosse encuentran:La Unión Sustituta del Cuadrante, localizada en la parte inferior del cuadrante y seconecta con la sarta de perforación. Se utiliza para mantener al mínimo el desgaste delenroscado del cuadrante. 23
  25. 25. 24 La Válvula de Seguridad del Cuadrante forma parte del sistema de circulación del fluido de perforación y esta colocada entre la unión giratoria y el cuadrante. Cuando se produce un contraflujo de alta presión dentro de la sarta de perforación, se cierra la válvula para impedir que la presión llegue a la unión giratoria y a la manguera de lodos La Válvula de Seguridad para Tubería de Válvula de Seguridad del Cuadrante Perforación es usada como unidad de seguridad. Cuando se tiene una arremetida durante un viaje de tubería, se conecta abierta la válvula al extremo superior de la tubería de perforación y se cierra, luego se conecta el cuadrante y se abre la válvula de seguridad reestableciéndose la circulación del lodo Válvulas de Seguridad para TuberíaLa Unión Giratoria:Esta conectada directamente a la válvula de seguridad y al cuadrante, permitiendo que lasarta de perforación gire. Además de sostener la sarta, sirve de conducto para que ellodo de perforación circule. Puede girar a mas de 200 revoluciones por minuto, sostenercargas de cientos de toneladas y soportar presiones hidráulicas mayores a 3000 libraspor pulgada cuadrada.Esta construida de acero de alto grado ya que debe soportar grandes esfuerzos, lo cualgarantiza una alta durabilidad. 24
  26. 26. 25Además, la unión giratoria proporciona una conexión para la manguera de rotatoria pordonde circulara el fluido de perforación Unión Giratoria y Manguera de Lodos Partes Principales de la Unión GiratoriaLa Mesa Rotatoria:Es una maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar el cuadrante y a la sartade perforación. Cuando la perforación avanza, la mesa rotatoria gira hacia la derecha;luego, cuando se extrae la tubería del hoyo, la mesa sostiene la sarta de perforación conlas cuñas durante los intervalos cuando la tubería no esta suspendida del gancho.Cuando la mecha llega al fondo del hoyo, la mesa rotatoria vuelve a girar variando suvelocidad entre 40 a 200 RPM. A medida que el hoyo se va profundizando, el cuadrantebaja a través de los bujes que van montados en las aberturas de la mesa.La mesa rotatoria tiene una superficie relativamente plana y limpia con una secciónantiresbalante para mejor seguridad de la cuadrilla de trabajo.Los accesorios de la mesa rotatoria permitirán hacer girar las herramientas en el hoyo ysostener la sarta de perforación mientras se hacen las conexiones o viajes. Entre ellosestán: el Buje de Transimisión del Cuadrante, el cual es un dispositivo que va colocadodirectamente sobre la mesa rotatoria y por medio de la cual pasa el cuadrante. Esta 25
  27. 27. 26acoplado al buje maestro, permitiendo que la mesa rotatoria al girar, haga girar al bujedel cuadrante y este a su vez hace girar al cuadrante y a la sarta de perforación.El Buje Maestro es un dispositivo que va colocado directamente en la mesa rotatoria ysirve para acoplar el buje de transmisión del cuadrante con la mesa rotatoria, de talmanera que el impulso de rotación o torsión de la mesa, pueda ser transmitido alcuadrante y así pueda hacer girar a la sarta de perforación. También proporciona lasuperficie ahusada o cónica, necesaria para sostener las cuñas cuando estas sostienen latubería Tipos de Mesa Rotatoria Piso del Taladro Acoplamiento de Bujes del Cuadrante 26
  28. 28. 27Sistema Top DriveConsiste en que la sarta de perforación y el ensamblaje de fondo reciben la energía para surotación, desde un motor que va colgado del Bloque Viajero. El equipo cuenta con un Swibelintegrado, un manejador de tubería, el cual posee un sistema para enroscar y desenroscartubería, una cabeza rotatoria y válvulas de seguridad 27
  29. 29. 28 Ventajas y Beneficios en la utilización de Top Drive en los taladros o Operaciones de viajes de tubería y conexiones mas seguras y rápidas. o Transmisión directa de la potencia reduce la oscilación y falla de las sartas de perforación. o Perforación mas rápida al utilizar parejas de 90 pies, menor número de conexiones. No se utiliza encuellador . Menor accidentalidad. o Minimiza los problemas de atascamiento de tubería por presión diferencial. o Habilidad para realizar repasos o rectificaciones, hacia arriba y hacia abajo (back and forward reaming), en casos extremos de inestabilidad, o ampliaciones del hoyo. o Facilidades para maniobrar la tubería en casos de atascamientos. o Rápida respuesta en caso de influjo durante la perforación o viajes de la tubería. o Elimina el desperdicio de lodo durante las conexiones. o Torque uniforme y adecuado a cada conexión, lo cual alarga la vida útil de la sarta. o Habilidad para rotar y circular en la corrida de revestidores en zonas apre tadas. o Corte de hasta 93 pies de núcleos continuo.Sistemas de Seguridad: 28
  30. 30. 29El evento menos deseado durante la perforación de un pozo son las arremetidas y losreventones. La arremetida es la intrusión de hidrocarburos (gas o Petróleo) o agua salada,una vez que se pierden los controles primarios conformados por el mantenimiento óptimode las condiciones del fluido de perforación como lo son: densidad, reología, etc. Estascondiciones del lodo deben ser monitoreadas por el Ingeniero de Lodos y por unidadesespecializadas (Mud logging), con la finalidad de detectar anomalías rápidamente y poderatacarlas sin perdida de tiempo. Una vez perdidos estos controles primarios, se tendrá enel pozo un reventón que no es mas que una manifestación incontrolada de fluidos a altapresión.Para solucionar en parte estos problemas, se tienen en los taladros, equipos especialesque permiten cerrar el pozo y evitar que el fluido invasor salga a superficie. Estos equiposson las Válvulas Impide-reventones (Blow Out Preventor). Dentro de las funcionesprincipales de este equipo están: permitir un sello del hoyo cuando ocurra unaarremetida, mantener suficiente contrapresión en el hoyo, prevenir que siga la entrada defluidos desde la formación al pozo, mientras se esta realizando la restauración del pozo asus condiciones normales..Los Preventores de Reventones sonequipos que se utilizan para cerrar el pozo ypermitir que la cuadrilla controle uncabeceo o arremetida antes de que ocurraun reventón. Existen dos tipos básicos depreventores: anular y de ariete. LosPreventores Anulares poseen un elementode goma que sella al cuadrante, la sarta deperforación, los portamechas o al hoyomismo si no existiere sarta en el hoyo Preventor AnularLos Preventores de Ariete consisten de grandes válvulas de acero (arietes) que tienenelementos de goma que sirven de sello. Existe un tipo de preventor de ariete que se 29
  31. 31. 30conoce como Preventor de Ariete de Tubería porque cierra la tubería de perforaciónmas no puede sellar el hoyo abierto. El Preventor de Ariete Ciego se utiliza para sellar elun hoyo abierto. Además, existe un tipo de ariete llamado de Corte o Cizallamiento quepermite cortar la tubería de perforación en el caso de que los otros preventores fallen, yasí poder cerrar el pozo en el caso de una arremetida.Generalmente, en los pozos se instalan una serie de preventores apilados uno encima delotro; la distribución de los mismos dependerá de las condiciones de cada pozo,profundidad y categoría (alto riesgo). Sin embargo, el preventor anular debe colocarsesiempre en la parte superior y los preventores de arietes, de tubería y ciegos en la parteinferior Preventores de ArieteEl primer paso una vez que se cierra un pozo es la utilización de los preventores. Paracomenzar la perforación nuevamente, hay que circular el fluido para sacar la arremetida yreemplazarlo con lodo con la densidad adecuada; para esto se utilizan los Estranguladoresque son válvulas cuya apertura puede ser cerrada, puede abrirse o cerrarsecompletamente y hay muchísimas posiciones entre los dos extremos. Para circular laarremetida hacia fuera y bombeara lodo nuevo hacia el hoyo, el estrangulador se abrecompletamente y se inicia el bombeo del lodo. A medida que el influjo va saliendo del hoyo, 30
  32. 32. 31se va reduciendo la apertura del estrangulador a posiciones que mantienen la suficientepresión para permitir que salga el influjo y lodo, pero no permite que salga mas fluido deformación. EstranguladoresLos preventores se abren o cierran con fluidohidráulico que va almacenando bajo presión en unequipo llamado Acumulador. Varios recipientes enforma de botella o esféricos están localizados enla unidad de operaciones y es allí donde se guardael fluido hidráulico. Posee líneas de alta presión quellevan el fluido hidráulica a los preventores ycuando las válvulas de control se activan, el fluidocausa que los preventores actúen. Ya que lospreventores se deben poder sellar rápidamentecuando es necesario, el fluido hidráulico se tiene Acumuladorque poner bajo 1500 a 3000 psi de presiónutilizando el gas de nitrógeno contenido en losrecipientes 31
  33. 33. 32El Separador de Lodo y Gas es una pieza esencial en una instalación para podercontrolar una arremetida de gas. Este equipo permite restaurar el lodo que sale del pozomientras ocurre un cabeceo y así se puede separar el gas y quemarlo a una distanciasegura de la instalación.Interiormente esta constituido por deflectores que hacen que cantidades de lodo y gasse muevan mas despacio y un arreglo en forma de S en el fondo permite que el lodo fluyahacia el tanque del vibrador mientras mantiene el gas por encima del lodo. El tubo dedescarga en la parte superior permite que el gas se queme sin hacer mucha presión contrael lodo Separador de Lodo y GasLas Líneas de Matar van desde la bomba de lodo alconjunto de válvulas de seguridad, conectándose a estasen el lado opuesto a las líneas de estrangulación.. Através de esta línea se bombea lodo pesado al pozo hastaque la presión se haya restaurado, lo cual ocurre cuandose ejerce suficiente presión hidrostática contra lasparedes del hoyo para prevenir cualquier irrupción delfluido al pozo Línea de Matar 32
  34. 34. 33El Tanque de Viaje es una estructura metálica utilizada con la finalidad de contabilizar elvolumen de lodo en el hoyo durante los viajes de tubería; permite detectar si la sarta deperforación esta desplazando o manteniendo el volumen dentro del hoyo cuando se meta ose saque la tubería del mismo. Posee una escala graduada que facilita la medición másexacta de estos volúmenes. Tanque de Viaje 33
  35. 35. 34Sistema de Circulación:Esta constituido por una serie de equipos y accesorios que permiten el movimientocontinuo del eje principal en el fluido o lodo de perforación. El lodo de perforación espreparado en superficie utilizando equipos especiales que faciliten la mezcla ytratamiento del mismo. Circuito o Ciclo del Lodo Bombas de Lodo Polea Giratoria (Swibel) Portamechas (Drill Conexiones de Superficie Cuadrante ( Kelly Collars) Mech Tubo Vertical (Stand Pipe) ) Tubería de Perforación a Tubo Canal (Línea de retorno) Manguera de Lodo Espacio Anular Equipos de Control de Sólidos Tanque de Succión 34
  36. 36. 35El equipo del sistema de circulación consta de gran numero de equipos y estructurascomo lo son: Las Bombas de Lodo, las cuales recogen lodo de los tanques y lo envían através de una Línea de Descarga hasta un tubo colocado paralelo al taladro llamadoTubería Parada o Stand Pipe.De allí el lodo sube y pasa por una manguera flexible de alta resistencia llamadaManguera de Lodos la cual esta conectada a la cabeza de inyección o Unión Giratoria,pasa a través de ella y se dirige al interior del cuadrante para luego seguir su recorridoa través de la tubería de perforación, los portamechas y sale por la mecha subiendo porel espacio anular y sale a la superficie a través de la línea de descarga, cayendo sobreun equipo constituido por un cedazo vibratorio o zaranda vibratoria, en la cual seseparan los recortes hechos por la mecha y contenidos en el lodo.En su recorrido en los tanques de superficie, el lodo es sometido a limpieza de sólidosindeseables que de no ser removidos del sistema, ocasionaran problemas operacionales.El sistema de circulación del lodo es un sistema cerrado ya que el lodo circula todo eltiempo, siguiendo el mismo recorrido, a excepción de cuando se presentan problemas deperdida de circulación.El área de preparación del lodo en superficie consta de una serie de equipos especialesque facilitan la mezcla y tratamiento del mismo; esta área esta conformada por:La Casa de Química que es el sitio donde se almacenan los aditivos que se utilizan en lapreparación del lodo. El Embudo de Mezcla, equipo utilizado para agregar al lodo losaditivos en forma rápida. El tanque o barril químico es un equipo utilizado para agregarquímicos líquidos al lodo de perforación. 35
  37. 37. 36Los depósitos a granel permiten almacenar grandes cantidades de aditivos como la Baritay que pueden ser agregados al lodo en forma rápida y en grandes cantidades a la vez. Lostanques de lodo facilitan el manejo del lodo en superficie; de acuerdo a su posición en elárea de preparación pueden ser: de asentamiento (sin agitación), en el cual los sólidosremanentes en el lodo luego de pasar a través del vibrador, son decantados por gravedady separados del resto del sistema.Luego, seguidamente esta el tanque de tratamiento y agitación, donde se realiza eltratamiento al lodo a través del embudo y el tanque de química; y por ultimo esta eltanque de succión que es donde esta el lodo en óptimas condiciones, listo para ser enviadoal pozo, succionado por las Bombas de Lodo. Adicionalmente a estos tanques y alejados deellos están los depósitos o tanques de agua, gasoil y los tanques de reserva de lodo, útilesen el momento de ser requeridos cantidades adicionales de lodo por efecto de perdidasde circulación en el pozo. 36
  38. 38. 37Equipos de Circulación:Movilizan el lodo de perforación a través del sistema de circulación. Las Bombas de Lodoson los componentes primarios de cualquier sistema de circulación de fluido; funcionan conmotores eléctricos conectados directamente a ellas o con energía transmitida por lacentral de distribución. Tiene mucha potencia y son capaces de mover grandes volúmenesde fluidos a presiones altísimas. Existen varios tipos de bombas y entre ellas están:Duplex, Triplex y Centrifugas; la diferencia entre ellas es él numero de pistones.Las mas usadas son las Triplex, las cuales permiten altas presiones en menos tiempos. Lascentrifugas son utilizadas en los agitadores para la transferencia de lodo entre tanques ytienen potencia hasta de 100 HP Bombas Triplex para Lodos Otro de los equipos que permiten la circulación del lodo, lo constituyen las Líneas Líneas de Descarga de Descarga, las cuales transportan el lodo bajo presión. Las de descarga se encargan de llevar el lodo tratado a la sarta de perforación y al hoyo. Las Líneas de Retorno traen el lodo que sale del pozo conteniendo ripios y gases, desde la boca del pozo hasta los tanques de acondicionamientoLínea de Retorno 37
  39. 39. 38El Tubo Vertical (Stand Pipe), esta ubicado paralelo a una de las patas de la torre yconecta la línea de descarga de las bombas de lodo con la manguera de lodo, la cual seconecta con la unión giratoria y permite el paso del lodo a través de la misma. Tanto lamanguera de lodo como la unión giratoria se pueden mover verticalmente hacia arriba ohacia abajo cuando así se requiera Tubería Vertical (Stand Pipe)La Manguera Rotatoria esta fabricada con goma especial extrafuerte, reforzada yflexible que conecta al tubo vertical con la unión giratoria. Su flexibilidad se debe a quedebe permitir el movimiento vertical libremente Manguera y Unión Giratoria Manguera de Lodos 38
  40. 40. 39Equipos Limpiadores del Lodo:Una vez que el lodo sale del pozo, hay que proceder a separarle los ripios producto de laperforación. El vibrador o rumbera, separa estos ripios utilizando una malla o tamizvibradora, accionado por motores eléctricos. Los Vibradores constituyen el primer y más importante dispositivo para el control mecánico de los sólidos. Utiliza mallas de diferentes tamaños que permiten remover recortes de pequeño tamaño, dependiendo del tamaño de las mallas, las cuales dependen de las condiciones que se observen en el pozo. El vibrador es la primera línea de defensa contra el aumento de sólidos en el lodo. Los Hidrociclones son recipientes en forma cónica en los cuales la energía de presión es transformada en fuerza centrifuga: El tamaño de los conos y la presión de bomba, determinan el tamaño de la partícula que se separa. ; menores presiones darán como resultado una separación más seguraLos Desarenadores son utilizados con el propósito de separar la arena, utilizandogeneralmente un cono de 6” o más de diámetro interno. Estos conos manejan grandesvolúmenes de lodo pero tienen la desventaja de seleccionar tamaños grandes departículas, de allí que debe ser instalado adecuadamente 39
  41. 41. 40 DesarenadoresEl Limpiador de Lodo consiste en una batería de conos colocados por encima de un tamizde malla fina y alta vibración. Este proceso remueve los sólidos perforados de tamaño dearena, aplicando primero el Hidrociclón al lodo y haciendo caer luego la descarga de losHidrociclones sobre el tamiz vibratorio de malla fina.El lodo y los sólidos que atraviesan el tamiz, son recuperados y los sólidos retenidos sobreel tamiz se descartan; el tamaño de la malla varia entre 100 y 325 mesh Limpiador de LodosLas Centrifugas de Decantación aumentan la velocidad de sedimentación de los sólidosmediante el reemplazo de la fuerza de gravedad por la fuerza centrifuga. Los aumentos 40
  42. 42. 41de viscosidad y resistencia de gel, son los mejores indicadores de que debe emplearse unacentrifuga en un sistema de lodo densificado. Además de servir para ahorrar Barita ypara el control de viscosidad; las centrifugas también pueden tener otras aplicaciones. Ladescarga de la misma son sólidos secos. La reducción de costos del lodo sin sacrificar elcontrol de las propiedades esenciales del mismo, es el único propósito real y lajustificación para emplear una centrifuga de decantaciónLos Degasificadores son equipos que permiten la separación continua de pequeñascantidades de gas presentes en el lodo. El gas al entrar en contacto con el lodo deperforación, provoca una reducción en su densidad, cuestión indeseable durante elproceso de perforación, ya que puede dar origen a una arremetida por la disminución de lapresión hidrostática. Igualmente, el gas en el lodo reduce la eficiencia de las bombas delodo; por estas razones es necesaria la presencia de degasificadores en todos los equiposde perforación. Degasificador 41
  43. 43. 4242
  44. 44. 43Tanques de lodo cilíndricos 43
  45. 45. 44Patín para bomba y tanque de succión 44
  46. 46. 45Patín para los Equipos de control de sólidos 45
  47. 47. 46Frenos de disco 46
  48. 48. 47Piso del taladro y drenajes 47
  49. 49. 48Unidad de Top- Drive 48
  50. 50. 49Llave Neumática de tuberíaCabezal de alta presión 49
  51. 51. 50Mechas Policristalinas, y de Diamante Natural 50
  52. 52. 51Amortiguador de presión Soportes del cableado eléctrico 51
  53. 53. 52Manejo de efluentes sólidos y líquidos 52
  54. 54. 53 Bibliografía Consultada• “ Rules of Thumb for the Man on the Rig” .William J. Murchinson• “ Drilling Fluid Control”. Petroleum Extension Servives The University of Texas. AT Austin Texas• “ Rotary. Kelly, Swibel, Tongs and Top Drive”. Rotary Drilling Unit 1. Lesson 4• “Applied Drilling Engineering”. A. Bourgoyne. K. Millheim, M Chenevert y F.S. Young• “ La Mesa Rotatoria, El Cuadrante y La Unión Giratoria”. Instituto Mexicano del Petróleo y PETEX. Austin Texas• “ La Barrena”. Servicio de Extensión Petrolera. División de Educación Continua. La Universidad de Texas en Austin Austin Texas.• “ El Taladro y sus Componentes”. Centro Internacional de Educación y Desarrollo”. CIED 53

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