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  • 1. El TaladroComponentes Ing. Alejo García
  • 2. ÍNDICE Pag.1.Introducción. 32. Sistema de Potencia. 7 Descripción Componentes Fuentes de Potencia Motores (Combustión interna, Diesel, Gas) Transmisión de Potencia Mecánica Eléctrica3. Sistema de Levantamiento 9 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 Drive
  • 3. 4. Sistema de Rotación 18 Definición Componentes Sarta de Perforación Tubería de perforación Portamechas o Lastrabarrenas Mecha Cuadrante o Kelly Unión Giratoria Mesa Rotatoria5. Sistema de Seguridad 28 Definición y Funciones Componentes Preventor Anular Preventor de Arietes Carrete Acumulador Múltiple Estrangulador Líneas de Matar Tanque de Viaje6. Sistema de Circulación 33 Definición Circuito o Ciclo del Lodo Área 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
  • 4. Tubo Vertical ( Stand Pipe ) Manguera Rotatoria Área de Acondicionamiento del Lodo Tanque de Asentamiento Equipos de Control de Sólidos Vibradores Desarenadores Separadores de Sólidos Degasifícador7. Innovaciones en Perforación 418. Bibliografía 51
  • 5. INTRODUCCIÓNLa 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 ía 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, EstadosUnidos, se perfora el primer pozo utilizando el sistema de percusión. El pozo Drake,nombre dado a este primer pozo, llego a una profundidad de 69.5 pies (21.1 mts.). EnVenezuela, 19 arios después (1878), se perforo bajo el sistema de percusión el primerpozo en el estado Táchira, hacienda La Alquitrana a una profundidad de 27 mts.En el año de 1901, e! Ingeniero Antony Lucas introduce el uso de una mecha colocadaen la punta de la sarta de perforación y a la profundidad de 700 pies (213.4 mts), elpozo comenzó a emanar lodo de perforación que luego de ser desplazado, daría pasoal petróleo, originándose el primer Reventón de petróleo (+- 84.000 BlS/día), causandogran revuelo, ya que 50 Bis 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 ano 1928 en el campo Quiriquire, Estado Monagos. A través del tiempo la perforación de pozos a sufridas grandes modificaciones producto de una serie de innovaciones en equipos y accesorios, mejora de la calidad del acero utilizado en la fabricación de tuberías, mejor manejo de los volúmenes de lodo y la incorporación de maquinas y equipos de perforación operados eléctricamente
  • 6. Todas 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.
  • 7. Sistema 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. Enun 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 que5ale 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
  • 8. Transmisión de Energía o Potencia Eléctrica:En la actualidad se utilizan motores Diesel para generar energía eléctricaen los taladros de perforación, los cuales dan energía a grandesgeneradores eléctricos.Los generadores producen electricidad que es transmitida a través decables al engranaje eléctrico de conmutadores y control. Desde estepunto de electricidad fluye a través de cables adicionales hasta motoreseléctricos que están directamente conectados a diversos equiposcomo el malacate, bombas de lodo y la mesa rotatoriaExisten ventajas entre el sistema eléctrico y el sistema mecánico, yaque elimina la transmisión por cadenas que es altamente complicadaConsola d 1 Centro de Con oj í_ , Conirol ífef* j — j s lr rí^L Motor —. Bomba cle^oclo, J 1 :: | ,- . J -, —Motor | C- • : T^ 1 __y íÜA>*»fl« L *_ E JConsolí í rxX e Bomba deodo Conl j MótSr r í / j*»> - <_ i_^ «i. ¿: ¿*u .u i. ^ U -^t-l_ Motor J ¿ i Generador Mesa Rotatoria Puerto de contro! iwyyv _. — / ............. 1 --- ^ Í - H > _ - - . >• • S<t Malacate * />-•-• [ — -rv. IÉÍ_ ,..; Motor r S33E& i f " Generador Sistema Diesel-Eléctrico Motores eléctricos suplen energía a bombas de lodo
  • 9. Sistema de Elevación o Levantamiento:La función de una torre o taladro de perforación es perforar y para ellodebe tener un equipo que permita elevar otros componentes y a la vezbajar y soportaren suspensión grandes pesos requeridos, como lo esel caso de las sartas de perforación o revestimiento.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 quebajan por las esquinas de la infraestructura o sub-estructura. Soporta elpiso de la instalación y además provee un espacio debajo del piso parala instalación de válvulas especiales llamadas Impide reventones. Además, la infraestructura soporta el peso de la sarta de perforación cuando esta está suspendida en las cuñas. El piso de la cabria soporta y sostiene al malacate, la consola del perforador y al resto de los equipos relacionados con la perforación rotatoria. Los taladros se clasifican de acuerdo a su capacidad para soportar cargas verticales y velocidades del viento. Las capacidades de carga pueden variar desde 250.000 Lbs hasta 1.500.000 Lbs. Una torre de perforación puede soportar vientos aproximados de 100 a 130 millas por hora con el encuelladero lleno de tubería Taladro de Perforación
  • 10. La altura de la torre no influye en la capacidad de carga del taladro, pero si influyeen las secciones de tubería que se pueden sacar del hoyo sin tener quedesconectarlas (parejas). Esto se debe a que el Bloque Corona debe estar asuficiente altura de la sección para permitir sacar la sarta del hoyo yalmacenarla temporalmente en los peines del encuelladero cuando se, sacapara cambiar la mecha o realizar otra operación. La altura de la torre es variabledesde 69 hasta 189 siendo la más común la de 142Corona:Constituye la parte superior del taladro de perforación, donde el peso de lasarta de perforación es transmitido a la torre a través de un sistema de poleas(Bloque Corona, el cual sostiene y da movilidad al Bloque Viajero Corona y Sistema de poleas Bloque Viajero
  • 11. Encuelladero:Constituye una plataforma de trabajo ubicada en la torre a una alturaaproximada entre 80 y 90 y permite que el encuellador coloque las parejas detubería y portamechas mientras se realizan operaciones como cambio demechas, bajada de revestidores, etc. Para ello, este accesorio consta de unaserie de espacios semejando un peine donde el encuellador coloca la tubería Encuelladero y Bloque Torre y Viajero EncuelladeroConsola del Perforador:Constituye un accesorio que permite que el perforador tenga una visión general detodo lo que esta ocurriendo en cada uno de ios componentes del sistema:presión de bomba, revoluciones por minuto de la mesa, torque, peso de la sartade perforación, ganancia o perdida en el nivel de los tanques, etc. —NnS^1**"Consola del Perforador y Accesorios
  • 12. Malacate:Consiste en un cilindro alrededor del cual el cable de perforación se enrollapermitiendo el movimiento de la sarta hacia arriba o hacia abajo, dependiendo deltipo de operación a realizar. Además, el malacate transmite la potencia para hacergirar la mesa rotatoria, los carretes auxiliares y sistemas de enrosque ydesenrosque de tubería. Dentro de los accesorios encontrados en el malacateestán: El sistema de frenos, constituido porun freno principal cuya función esparar el carrete y aguantarlo; además, setiene el freno auxiliar que sirve de soporteai freno principal en casos de emergencia,ayudando a absorber la inercia creada porla carga pesada Otro de los accesorios oequipos del malacate es el sistema detransmisión que provee un sistema decambios de velocidad que el perforadorpuede utilizar para levantar la tubería 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 perforandoMalacate y Cabezales
  • 13. Bloque 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 del pozo, soportara el peso de latubería de revestimiento. Aunque hay un solo cable, da la impresión de haber mas,esto debido a que el cable de perforación sube y baja tantas veces entre losbloques, a este procedimiento se le llama Guarnear el Bloque. Una vez que se arealizado el guarneo completo del bloque, el extremo del cable se baja hasta elpiso deltaladro y se conecta al tambor del malacate. La Sistema deguayas a través del Bloque parte del cable que sale del malacate hacia el Viajero bloque corona, se llama línea viva ya que se mueve mientras se sube o se baja el Bloque Viajero. El extremo del cable que corre del bloque corona al tambor alimentador también se asegura. A esta parte del cable se le conoce como líneaGancho:
  • 14. Es una herramienta localizada debajo del Bloque Viajero al cual se conectanequipos para soportar la sarta de perforación, se conecta a una barracilindrica llamada asa que soporta la Unión Giratoria. Los elevadoresconstituyen un juego de abrazaderas que agarran ta sarta de perforación parapermitirle al perforador bajar o subir la sarta hacia y desde el hoyo. Gancho y Elevadores Gancho, Asa y Unión Bloque Viajero y Giratoria GanchoCable de Perforación:Esta constituido de acero de 1 1/8" a 1 3/4" de diámetro. Esta hecho dealambres de hacer y es bastante complejo. Ha sido diseñado para cargaspesadas, por lo cual debe ser seleccionado según el peso que tendrá quesoportar. El diseño de las poleas del Bloque Corona a través de las cuales tendrá que pasar el cable de perforación es de suma importancia. Debe ser inspeccionado con frecuencia para asegurar que este en buenas condiciones Se debe tomar en cuenta el tiempo de trabajo y uso rendido por el mismo para proceder a cambiarlo. El desgaste del cable es determinado por el peso, distancia y movimiento De allí que deben llevarse estadísticas en taladro sobre el uso del cable de perforación. Carreta con el Cable de PerforaciónCuñas :
  • 15. Son piezas de metal ahusado y flexibles con dientes y otros dispositivos deagarre,empleadas para sostener la tubería en la mesa rotatoriaalternativamente durante un viaje y evitar que se resbale hacia adentro delhoyo cuando se esta conectando o desconectando la tubería. Las cuñasencajan alrededor de la tubería y se calzan contra el buje maestro. Las cuñas rotatorias se utilizan exclusivamente con tubería de perforación; para el manejo 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 fuerza vertical (hacia abajo), ejercida por la sarta de perforación y la convierte en fuerza lateral o transversal contra la tubería. El tamaño de las cunas debe ser siempre adecuado para la tubería que se este manejando, ya que del buen contacto de ellas con la tubería de perforación, portamechas o revestimiento, dependerá el agarre efectivo de las mismas sin crear problemas operacionales. Igualmente, el manejo óptimo de las cuñas por parte de la cuadrilla, influirá en el desgaste de los insertos de agarre. Cuñas para Revestidores y Instalación de Tubería CuñasLlaves de Potencia :
  • 16. Comúnmente llamadas tenazas, se usan conjuntamente con las cuñas parahacer las conexiones de tubería y para realizar viajes. Permitiendo enroscar ydesenroscar la tubería de perforación.Dos juegos de tenazas son necesariospara conectar o desconectar la tubería y sunombre variara según el modo en que seanusadas; para hacer una conexión mientras seesta metiendo tubería en el hoyo, a las llavesque quedan a la derecha del perforador seles denomina deenrosque o apriete y a las de la izquierda se les Llaves de Potencia denomina de contra fuerza o de aguante, ya que impiden que la tubería gire. Al sacar tubería, cambiara el nombre de las llaves Las ¡laves o tenazas constan de mandíbulas o quijadas que se pueden graduar dependiendo del tamaño 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 tuberíacuando se esta introduciendo tubería al hoyo, enrollando un extremo de lacadena alrededor de la unión de tubería en las cuñas y el otro extremo se sujetaal tambor de enroscar del malacate. Se lanza la cadena por encima del tubo aenroscar y se procede a realizar la conexión; se levantan las cuñas y seintroduce la tubería en el hoyoExisten otras herramientas giratorias y de torsión de potencia, las cualesvan reemplazando a la cadena de enroscar y a las tenazas, eliminando enalgunos casos los peligros asociados con las cadenas de enroscar.Entre estas herramientas se tienen:El Rotador Neumático del Cuadrante que es una herramienta de potencia empleada para
  • 17. hacer 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 Sistema de Rotación:
  • 18. 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 aproximadamente 30 píes, cada tubo tiene dos roscas, una interna denominada caja y otra externa conocida como espiga o pin. Cuando se conecta un tubo a otro, la espiga se inserta en la caja y la conexión se enrosca. La tubería de perforación puede sufrir fallas originadas por corrosión, la cual comienza Tubería de Perforación generalmente en el interior de la tubería.Portamechas o Lastrabarrenas:
  • 19. Son cuerpos de acero mas pesados que la tubería de perforación y se utilizanen la partemas profunda del hoyo para darle peso a la mecha y permitir que esta avance yse perforeun hoyo lo más vertical posible, bajo el principio del péndulo.El peso de los portamechas depende de su longitud, diámetro interno yexterno; 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 dela mecha,y el diámetro interno debe ser lo suficientemente grande para evitar caídasaltas depresión durante la circulación del Iodo.Al igual que la tubería de perforación, poseen un extremo hembra (caja) y otromacho(pin). Portamechas o LastrabarrenasMechas: La mecha es uno de los componentes del sistema de rotación de mayor importancia durante la perforación de un pozo. Mientras esta en el fondo perforando, esta ganando dinero. Para continuar su labor, la mecha debe desempeñarse adecuadamente, dependiendo su eficiencia de varios factores como: estado físico, el peso sobre la mecha y la velocidad de rotación aplicados sobre ella. La acción del fluido de perforación, cumpliendo sus funciones de limpieza, enfriamiento y lubricación de forma excelente.En perforación se requieren mechas capaces de perforar con la mayor rapidez posible, osea, que se obtengan altas tasas de penetración.
  • 20. Una mecha debe tener la capacidad de perforar un hoyo de diámetro completo (en calibre), mientras este en el fondo del pozo; si se desgastan los lados de la mecha, esta perforara un hoyo de diámetro reducido, el cual ocasionará problemas operacionales cuando entre la nueva mecha. Para la elección del tipo de mecha que debe usarse, se tiene que tomar en cuenta varios factores como el tipo de formación a perforar y la profundidad. Existen varios tipos de mechas y entre ellas están: de rodillos o conos, de diamantes naturales, diamantes sintéticos y de arrastre o fricción. Hay una relación inversa entre el rendimiento de una mecha y los costos de perforación; es decir, que a mayor rendimiento, menores serán los costos, ya que la cantidad de viajes de tubería para el cambio de mechas será menor. En formaciones superficiales, generalmente se utilizan entre una a dos mechas para perforar el hoyo de superficie, ya que son formaciones blandas, sueltas y poco compactadas A medida que se avanza en profundidad, las formaciones Tipos de Mechas se hacen mas compactas y por ende mas duras, entonces se requerirán mechas con distinto diseño, resistentes a la abrasión. El costo de perforación en este intervalo tiende a incrementarse ya que los cambios de mecha (viajes), son mayores y el tiempo de taladro es igualmente alto.Las mechas de cono o rodillo pueden ser de dientes de acero y de insertos deCarburo de Tungsteno. Las de dientes de acero tienen conos los cuales están
  • 21. alineados excéntricamente, lo que origina que los dientes raspen y excaven a laformación 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 bajas Las mechas modernas con insertos de Carburo de Tungsteno son capaces de alcanzar altas velocidades de rotación (hasta 180 RPM o más) comparados con 45 RPM de las anteriores. Estas mechas presentan grandes ventajas debido a su alta durabilidad, su buena 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 alarado de surcos en el suelo. Este tipo de mecha incluye a las mechas dediamantes naturales y mechas Policristalinas
  • 22. Las mechas de diamante tienen un diseñomuy básico y no tienen partes moviblesarmadas. Actualmente, se fabrican mechas de cuerpo de acero y de Matriz de Carburo de Tungsteno. El tamaño y disposición de los diamantes en este tipo de mecha determina su uso. Los diamantes se clasifican de acuerdo al numero de quilates.; los diamantes de gran tamaño se emplean para cortar pedazos grandes de formaciones blandas como la arena suave y Lutitas. Las formaciones duras requieren diamantes más pequeños Mechas de DiamantesLas Mechas de Diamantes Policristalinos (Pt>C), aparecieron a mediados de losaños 70, mediante la introducción de un disco de perforación Polícristalinoaglomerado como elemento cortante de la mecha. Contiene muchos cristalesde diamantes pequeños pegados en conjunto. Los planos de cibaje de loscristales de diamante tienen orientación aleatoria que evita rotura por golpes ochoques de un cristal de diamante. El compacto de diamante policristalino esadherido bien a una matriz del cuerpo de la mecha de Carburo de Tungsteno o aun perno prisionero de Carburo de Tungsteno que es montado en el cuerpo deacero de la mecha. Las mechas PbC presentan buenos comportamientos ensecciones uniformes de Carbonatas o Evaporitas y también en Areniscas,Limolitas y Lutitas.La hidráulica es importante en el diseño de lamecha, la acción de limpieza hidráulica se lleva a
  • 23. cabo 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 40píes 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.Un pozo de petróleo o gas es perforado en tramos cuya longitud es igual al
  • 24. tamaño del cuadrante; tan pronto el cuadrante haya perforado toda sulongitud, o sea, cuando la unión giratoria queda cerca de la mesa rotatoria sesube la sarta de perforación para desconectar el cuadrante de ta juntasuperior de tuberíaLa mecha quedara fuera del fondo en una distancia equivalente a la longituddel cuadrante, luego Se conecta una nueva junta de tubería al cuadrante, selevanta y se hace la conexión a la sarta de perforación fes Maniobra de Conexión de Tubería El cuadrante posee una serie de accesorios que tienen funciones especificas y entre ellos se encuentran: La Unión Sustituto del Cuadrante, localizada en la parte inferior del cuadrante y se conecta con la sarta de perforación. Se utiliza para mantener al mínimo el desgaste del enroscado del cuadrante.
  • 25. 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 VálvulaVálvula de Seguridad delCuadrante de Seguridad para Tubería de 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 restableciéndose la circulación del lodo Válvulas de Seguridad para Tubería La Unión giratoria: Esta conectada directamente a la válvula de seguridad y al cuadrante, permitiendo que la sarta de perforación gire. Además de sostener la sarta, sirve de conducto para que el lodo de perforación circule. Puede girar a mas de 200 revoluciones por minuto, sostener cargas de cientos de toneladas y soportar presiones hidráulicas mayores a 3000 libras por pulgada cuadrada. Esta construida de acero de alto grado ya que debe soportar grandes esfuerzos, lo cual garantiza una alta durabilidad.
  • 26. Además, la unión giratoria proporciona una conexión para la manguera de rotatoria por donde circulara el fluido de perforación Partes Principales de la Unión Giratoria Unión Giratoria y Manguera de LodosLa 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 cunas 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
  • 27. acopiado al buje maestro, permitiendo que la mesa rotatoria al girar, haga giraral buje del cuadrante y este a su vez hace girar al cuadrante y a la sarta deperforación. El Buje Maestro es un dispositivo que va colocado directamente enla mesa rotatoria y sirve para acoplar el buje de transmisión del cuadrante conla mesa rotatoria, de tal manera que el impulso de rotación o torsión de lamesa, pueda ser transmitido al cuadrante y así pueda hacer girar a la sarta deperforación. También proporciona la superficie ahusada o cónica, necesaria parasostener las cuñas cuando estas sostienen la tubería Tipos de Mesa Piso del Rotatoria Taladro Acoplamiento de Bujes del Cuadrante
  • 28. Sistema Top DríveConsiste en que !a 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
  • 29. Ventajas. Menor tiempo de conexión. Tiempo de viaje. Menos riesgo de atascamiento diferencial. Perforación direccional óptima. Repaso o rectificación del hoyo. Ampliación del hoyo. Disminución de accidentes. Cierre más rápida del pozo en caso de arremetidasDesventajas. Costo de adquisición. Instalación. Mantenimiento. Inexperiencia del personal. Numero de conexiones. Riesgo de atascamiento durante las conexiones por longitud de elongación. Corrida de registros dentro de la tubería. Ocupación del encuellador
  • 30. Sistemas de Seguridad:El 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 aguasalada, una vez que se pierden los controles primarios conformados por elmantenimiento óptimo de las condiciones del fluido de perforación como lo son:densidad, reología, etc. Estas condiciones del lodo deben ser monitoreadas por elIngeniero de Lodos y por unidades especializadas (Mud logging), con la finalidad dedetectar anomalías rápidamente y poder atacarlas sin perdida de tiempo. Una vezperdidos estos controles primarios, se tendrá en el pozo un reventón que no es masque una manifestación incontrolada de fluidos a alta presión.Para solucionar en parte estos problemas, se tienen en los taladros, equiposespeciales que permiten cerrar el pozo y evitar que el fluido invasor salga a superficie.Estos equipos son las Válvulas Impide-reventones (Blow Out Preventor). dentro delas funciones principales de este equipo están: permitir un sello del hoyo -cuandoocurra una arremetida, mantener suficiente contrapresión en el hoyo, prevenir quesiga la entrada de fluidos desde la formación al pozo, mientras se esta realizando larestauración del pozo a sus condiciones normales.. Los Preventores de Reventones son equipos que se utilizan para cerrar el pozo y permitir que la cuadrilla controle un cabeceo o arremetida antes de que ocurra un reventón. Existen dos tipos básicos de preventores: anular y de ariete. Los Preventores Anulares poseen un elemento de goma que sella al cuadrante, la sarta de perforación, los portamechas o al hoyo mismo si no existiere sarta en el hoyo Preventor AnularLos Preventores de Ariete consisten de grandes válvulas de acero (arietes) que
  • 31. tienen elementos de goma que sirven de sello. Existe un tipo de preventor deariete que se conoce como Preventor de Ariete de Tubería porque cierra la tuberíade perforación mas no puede sellar el hoyo abierto. El Preventor de Ariete Ciégase,utiliza para sellar el un hoyo abierto. Además, existe un tipo de ariete llamado de Corteo Cizallamiento que permite cortar la tubería de perforación en el caso de que losotros preventores fallen, y así poder cerrar el pozo en el caso de una arremetida.Generalmente, en los pozos se instalan una serie de preventores apilados uno encimadel otro; la distribución de los mismos dependerá de las condiciones de cadapozo, profundidad y categoría (alto riesgo). Sin embargo, el preventor anular debecolocarse siempre en la parte superior y los preventores de arietes, de tubería yciegos en la parte inferior 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 arremetiday reemplazarlo con lodo con la densidad adecuada; para esto se utilizan losEstranguladores que son válvulas cuya apertura puede ser cerrada, puedeabrirse o cerrarse completamente y hay muchísimas posiciones entre los dosextremos. Para circular la
  • 32. arremetida hacía fuera y bombeara lodo nuevo hacia el hoyo, el estrangulador seabre completamente y se inicia el bombeo del lodo. A medida que el influjo vasaliendo del hoyo, se va reduciendo la apertura del estrangulador a posicionesque mantienen la suficiente presión para permitir que Salga el influjo y lodo, pero nopermite que salga mas fluido de formación. Estranguladores Los preventores se abren o cierran con fluido hidráulico que va almacenando bajo presión en un equipo llamado Acumulador. Varios recipientes en forma de botella o esféricos están localizados en la unidad de operaciones y es allí donde se guarda el fluido hidráulico. Posee líneas de alta presión que llevan el fluido hidráulica a ios preventores y cuando las válvulas de control se activan, el fluido causa que los preventores actúen. Ya que los preventores se deben poder sellar Acumulador rápidamente cuando es necesario, e! fluido hidráulico se tiene que poner bajo 1500 a 3000 psi de presión utilizando el gas de nitrógeno contenido en los recipientes
  • 33. El Separador de Lodo y Gas es una pieza esencial en una instalación para podercontrolar una arremetida de gas. Este equipo permite restaurar el iodo 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 5 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 Gas Las Líneas de Matar van desde la bomba de lodo al conjunto de válvulas de seguridad, conectándose a estas en el lado opuesto a las líneas de estrangulación.. A través de esta línea se bombea lodo pesado al pozo hasta que la presión se haya restaurado, lo cual ocurre cuando se ejerce suficiente presión hidrostática contra las paredes del hoyo para prevenir cualquier irrupción del Línea de Matar fluido al pozo
  • 34. El 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 eí volumen dentro del hoyo cuando se metao se saque la tubería del mismo. Posee una escaía graduada que facilita la mediciónmas exacta de estos volúmenes. Tanque de Viaje
  • 35. Sistema 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 Conexiones de Superficie Tubo Vertical {Stand Pipe) Manguera de Lodo Polea Giratoria (Swibl Cuadrante ( Kelly Tubería de Perforaciól Espacio Anular Portamechas (Drill tubo Canal (Línea de retorno Equipos de Control de Sólido Tanque de Succión
  • 36. E! 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 llamada rotatorio , Manguera de Lodos la cual esta conectada a la cabeza de inyección o UniónGiratoria,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. Elsistema 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 Casade Química que es el sitio donde se almacenan los aditivos que se utilizan en la preparacióndel lodo. El Embudo de Mezcla, equipo utilizado para agregar al lodo los aditivos enforma rápida. El tanque o barril químico es un equipo utilizado para agregar químicoslíquidos al lodo de perforación.
  • 37. Los depósitos a granel permiten almacenar grandes cantidades de aditivos comola Barita y que pueden ser agregados al lodo en forma rápida y en grandescantidades a la vez. Los tanques de lodo facilitan el manejo del lodo ensuperficie; de acuerdo a su posición en el área de preparación pueden ser: deasentamiento (sin agitación), en el cual los sólidos remanentes en el lodo luegode pasar a través del vibrador, son decantados por gravedad y separados delresto del sistema.Luego, seguidamente esta el tanque de tratamiento y agitación, donde se realizael tratamiento al lodo a través del embudo y el tanque de química; y porultimo esta el tanque de succión que es donde esta el lodo en óptimascondiciones, listo para ser enviado al pozo, succionado por las Bombas de Lodo.Adícionalmente a estos tanques y alejados de ellos están los depósitos o tanquesde agua, gasoil y ¡os tanques de reserva de lodo, útiles en el momento de serrequeridos cantidades adicionales de lodo por efecto de perdidas de circulaciónen el pozo.
  • 38. Equipos de Circulación:Movilizan el lodo de perforación a través del sistema de circulación. Las Bombasde Lodo son los componentes primarios de cualquier sistema de circulación defluido; funcionan con motores eléctricos conectados directamente a ellas o conenergía transmitida por la central de distribución. Tiene mucha potencia y soncapaces de mover grandes volúmenes de fluidos a presiones altísimas. Existenvarios tipos de bombas y entre ellas están: Dúplex, Triplex y Centrifugas; ladiferencia entre ellas es él numero de pistones. Las mas usadas son las Triplex,las cuales permiten altas presiones en menos tiempos. Las centrifugas sonutilizadas en los agitadores para la transferencia de lodo entre tanques y tienenpotencia 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 deRetorno
  • 39. El 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
  • 40. Equipos Limpiadores del Lodo: Una vez que el lodo sale del pozo, hay que proceder a separarle los ripios producto de la perforación. El vibrador o rumbera, separa estos ripios utilizando una malla o tamiz vibradora, 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 iodo. Los Hidrocidones 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 besarenadores 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
  • 41. 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 retenidossobre el tamiz se descartan; el tamaño de la malla varia entre 100 y 325 mesh Limpiador de LodosLas Centrífugas de Decantación aumentan la velocidad de sedimentación de lossólidos mediante el reemplazo de la fuerza de gravedad por la fuerza centrifuga. Losaumentos
  • 42. de 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 det mismo, es el único propósito real y lajustificación para emplear una centrifuga de decantaciónLos Oegasificadores 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 dela presión hidrostática. Igualmente, el gas en el lodo reduce la eficiencia de las bombasde lodo; por estas razones es necesaria la presencia de degasif icadores en todos losequipos de perforación. Degasificador
  • 43. Tanques de lodo cilindricos
  • 44. Patín para bomba y tanque de succión
  • 45. Patín para losEquipos de controlde sólidos
  • 46. Frenos de disco
  • 47. Piso del taladro y drenajes
  • 48. UnidaddeTop-Drive
  • 49. Llave Neumática de tubería Cabezal de alta presión
  • 50. Mechas Policristalinas, y de Diamante Natural
  • 51. Amortiguador de presiónSoportes del cableado eléctrico
  • 52. Manejo de efluentes sólidos y líquidos
  • 53. Bibliografia consultada• " Rules of Thumb fon the Man on the Rig" .William J. Murchinson• " Drilling Fluid Control". Petroleum Extensión Servives The University of Texas. AT Austin Texas• " Rotary. Kelly, Swibel, Tongs and Top Drive". Rotary Drilling Unit 1. Lesson 4• "Applied brilling Engineering". A. Bourgoyne. K. Millheim, M Chenevert y F.5. Young• " La Mesa Rotatoria, El Cuadrante y La Unión Giratoria". Instituto Mexicano del Petróleo y PETEX. Austin Texas• u La Barrena". Servicio de Extensión Petrolera. División de Educación Continua. La Universidad de Texas en Austin Austin Texas.• w El Taladro y sus Componentes". Centro Internacional de Educación y Desarrollo". CIED