8-7 perforacion a rotopercusion

7/23/2019 8-7 Perforacion a Rotopercusion

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8.7. PERFORACIN A ROTOPERCUSIN

Perforacin a rotopercusin directa o inversa

1. Conjunto de elementos que componen el tren de sondeos:

- Torre, mstil

- Poleas fijas

- Sistema de cadenas para transmisin de la fuerza de empuje (pull down) para la

perforacin y maniobras de descenso y ascenso del varillaje

- Cabezal de rotacin con transmisin por motor y bomba hidrulicos, con paso de

gran abertura y manguera de inyeccin de aire u otros fluidos o de evacuacin de

lodos a la balsa- Bomba de lodos de pistn de doble efecto por motor Diesel independiente.

- Compresor centrfugo o rotativo (de tornillo), de gran caudal y alta presin,

accionado por motor Diesel independiente

- Cabezal de cierre hermtico para captacin del polvo de la perforacin

- Cabrestantes para el alojamiento y maniobra de los respectivos cables

- Sistemas de transmisin (embrague, marchas, etc.)

- Motor Diesel para transmisin de potencia y accionamiento de todo equipo

-

Juego de mandos hidrulicos para le accionamiento del equipo- Accesorios (gatos mecnicos/hidrulicos, llaves para las maniobras, poleas

auxiliares, equipo de soldadura electrgena, etc.)

2. Conjunto de elementos que componen el equipamiento de perforacin:

- Sarta de perforacin:

a) Tricono de boca /tallante (bit)

b) Conjunto de elementos (excntrica, centrador, fugitivo, etc.), empleados cuando se

perfora por el mtodo ODEX

c) Martillo en fondo (opcionalmente en cabeza)

d) Lastrabarrenas (opcionales)

e) Varillaje (de doble pared para circulacin inversa)

f) Vlvula de paso en cruz para inversin del flujo en circulacin inversa, en mtodos

COPROD y similares


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- Herramientas auxiliares (de perforacin y entubacin):

a) Ensanchadores (imprescindibles para dimetros mayores de 250-300 mm

b) Centradores

c) Estabilizadores

- Cables:

a) de maniobra (perforacin, entubacin, etc.)

b) auxiliares (carga de varillaje, etc.)

- Herramientas de pesca ms usuales:

a) Campanas

b) Machos

c) Garras

d) Golpeadores

e) Fresadoras

f) Imanes

g) Tubos de lavado

3. Parmetros de perforacin (avance o eficiencia):

- Resistencia mecnica de la roca (perforabilidad)

- Tipo de dimetro y herramienta

- Peso sobre la herramienta (pull down)

- Velocidad de rotacin

- Tipo y caudal de aire inyectado, y velocidad ascensional del retorno (muy

importantes)

4. Operaciones de perforacin y terminacin del pozo:

- Perforacin:

a) Avance o penetracin con la sarta de perforacin

b) Recuperacin del aire inyectado junto con el polvo, ripio o detritus (cuttings) de la

perforacin, en circulacin directa: por el anular pozo-varillaje En circulacin directa

por el interior del varillaje. En ambos casos: descarga en el dispositivo captador depolvo si se trabaja en seco, o en balsa si se recupera el agua de la formacin o se


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emplean agentes espumantes (foam), y otros aditivos, para mejorar la recuperacin

de ripio

c) Controles: avance, caudal y presin del aire inyectado, velocidad de rotacin,

presin sobre la herramienta, control de los espumantes y aditivos, mezclas aire-agua o agua-lodo, desgaste de la herramienta (estado delos botones de widia

insertados en la boca o en el tallante), desviacin del pozo, cambios de terreno, etc.

d) Colocacin de posibles entubaciones provisionales, con o sin cementacin

- Entubacin:

a) Composicin de la sarta (longitudes y dimetros)b) Soldadura o roscado de la sarta

c) Descenso y colocacin en el pozo

d) Uso de elementos accesorios (centradores, piezmetros, etc.)

e) Extraccin de posibles entubaciones provisionales

f) Operaciones de perforacin o rajado in situ del entubado (opcinoales)

- Colocacin de rejillas:

a) Simultanea a la entubacin o posterior a la misma (telescpicas)

b) Extraccin del tramo de entubacin frente al acufero (en caso de rejillas

telescpicas)

c) Sellado de la rejilla a la entubacin (dem)

- Engravillado:

a) Colocacin del macizo de gravas filtrante o estabilizador de la formacin, con o sin

descenso y extraccin simultneos de entubaciones provisionalesb) Colocacin de una o ms capas de un empaque de gravas, con descenso y

extraccin simultneos de una o ms entubaciones provisionales

- Terminacin del pozo:

a) Cementacin

b) Desarrollo por pistoneo, aire comprimido, sobrebombeo, etc.

c) Acidificacind) Otras operaciones especficas de cada caso


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Variables que afectan a la perforacin por el procedimiento de rotopercusin directa o

inversa

1. Alterables

Propiedades de los fluidos de perforacin:

- tipo

- contenido en slidos

- viscosidad

- densidad

Factores hidrulicos o neumticos:

- presin del aire inyectado (importante en pozos profundos)

- caudal del aire inyectado (muy importante en circulacin directa)

- caudales de agua, lodos, espumantes y aditivos inyectados y recuperados

- velocidad ascensional en el anular pozo-varillaje (circulacin-directa)

- velocidad ascensional en el interior del varillaje (circulacin inversa)

- prdidas de carga por rozamiento

- prdidas de circulacin o ganancias de volumen de agua o de lodos (muy

importante en circulacin directa)

Factores mecnicos:

- tipo de herramienta

- presin de la cadena (pull down) sobre la herramienta

- velocidad de rotacin

- estado y desgaste de la herramienta

2. Inalterables

Meteorologa

Emplazamiento

Operatividad del equipo:

- estado de revisin

- dimensionado fsico proporcional al esfuerzo requerido- facilidad de operacin


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- adaptabilidad al tipo de trabajo

Propiedades de las rocas:

- dureza, compacidad, consolidacin- abrasividad

- perforabilidad

- estado fsico (textura, estructura)

- porosidad

- permeabilidad

- saturacin, contenido en fluidos

- presin intersticial

- presin de confinamiento- presin sobre la pared del pozo

- temperatura

- relacin tensin/compresin

- tendencia al hinchamiento o al apelmazamiento

Problemas caractersticos del pozo

Disponibilidades de agua

Formaciones a perforar

Eficiencia del personal:

- competencia

- turnos de trabajo

- factores psicolgicos

Profundidad

El sistema de rotopercusin se ha convertido en uno de los procedimientos deperforacin de pozos ms utilizados debido a los altos rendimientos que alcanza. Se

diferencia de los otros sistemas en que al movimiento de rotacin que se da a la sarta

se le une un movimiento de percusin de la herramienta sobre el fondo.

La herramienta ms utilizada para perforar pozos por el procedimiento de

rotopercusin, tanto con circulacin directa como inversa, es la boca (Figura 8.7.1), que

en esencia se compone de:

- Acoplamiento (yunque) al martillo


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- Cuerpo de la boca

- Manguitos porta-botones

- Botones o prismas de widia

Se fabrican tres tipos de botones en funcin de su posicin en le cuerpo de la boca:

Modelo Posicin en el cuerpo de la boca Formacin a perforar

D-Perforador Centro Normal

H-Penetrador Centro-Exterior Blandas a medias

R-Escariador Exterior-Lateral Muy fracturadas

Existen 12 tipos de botones, de diferente diseo, en funcin de la litologa de las

formaciones a perforar:

Rasgos CaractersticasClasificacin

compuesta total*Penetracin

Resistencia al

desgaste

Resistencia a

la rotura

10 2 4 4

7/16 8,5 3 2,5 3Dimetro

3/8 7,5 4 1,5 2

Redondeado 10 2 4 4

Afacetado 8,5 3 2,5 3,5Configuracin

Puntiagudo 6,5 4 1 1,5Resistencia a la

abrasin5,5 4 1,5

Resistencia a la

abrasin y

fractura

6 2,5 3,5Composicin

Resistencia a la

fractura5 1 4

*suma de las tres columnas siguientes

Es frecuente en las perforaciones a rotopercusin efectuar primero un sondeo piloto yluego ensanchado al dimetro requerido mediante un ensanchador (hole opener), que

consiste en una boca de diseo especial, con botones insertados en la cara exterior del

cuerpo de la boca.

El tallante es una variante de la boca con aristas en lugar de botones, si el material a

perforar es abrasivo el tallante se desgasta muy deprisa por lo que la tendencia general

es utilizar la boca.

Tanto la boca como el tallante tienen canales de salida del fluido de perforacin.


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El procedimiento de perforacin tiene dos variantes segn la posicin del martillo: en

cabeza o en fondo. En el primero el martillo se sita en la superficie, en el exterior del

pozo, en le segundo, como su nombre indica, se sita en el fondo. Los martillos suelen

ser neumticos o, con menor frecuencia, hidrulicos. Se utilizan en cabeza en

perforaciones pequeas, hasta 40 50 m, en mayores longitudes pierde rendimiento yaque tiene que transmitir todo el movimiento a lo largo del varillaje.

Tallante Boca con botones de widia (bit)

Figura 8.7.1. Herramientas de perforacin a roropercusin.

Seleccin de la velocidad de rotacin:

Aunque tiene ms importancia el movimiento de percusin, la velocidad de rotacin es

una parte importante de la perforacin. La regla general es cuanto ms rpida es la

velocidad de rotacin ms elevado es el avance de la perforacin o profundizacin del

pozo.

La velocidad ms recomendable es de 8 a 30 rpm. Para formaciones duras y abrasivas

son mejores velocidades ms lentas, mientras que para formaciones blendas es mejor

aplicar velocidades superiores. En rocas muy fracturadas son preferibles velocidades

intermedias.

Aplicacin de peso sobre la herramienta

El peso aplicado sobre la herramienta de perforacin viene determinado por aciertos y

errores. Cada sondista tiene su mtodo favorito para determinar el mejor peso para

cada situacin particular que se le plantee. La regla general es aproximar el peso al de

cierre del martillo, pero no tanto como para desgastar los botones en exceso. La

siguiente tabla es una gua:


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Dimetro de la boca, pulgadasPeso recomendado

Presin 7 Kg/cm2Sobre la boca, Kg

Presin 17,5 Kg/cm2

5 a 6 500 a 1100 1000 a 1500

6 a 7 700 a 1700 1600 a 2000

7 a 12 1100 a 2000 2000 a 2500

Se debe usar un rango de pesos ms bajos para rocas duras y ms alto para rocas

blandas, de perforacin rpida.

El grfico de la Figura 8.7.2. permite calcular el peso necesario segn la presin de

aire.

Figura 8.7.2.Peso necesario mnimo y mximo - sobre el martillo de fondo segn se emplee el tipo de10kg/cm2 (125 psi) o 14 17 kg/cm2(200 250 psi) de presin de aire. Peso en ordenadas (kg).


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Eleccin de la presin de aire comprimido

La eleccin de la presin de trabajo del compresor o compresores utilizados para

suministrar el caudal de aire comprimido necesario para accionar el martillo neumtico

en fondo, refrigerar la herramienta y elevar el detritus hasta la superficie (barrido del

pozo), es funcin de la profundidad a la que deben trabajar ambos, el martillo y la boca.Normalmente se trabaja entre grupos de presiones muy definidos:

Presin Kg/cm2 psi Profundidad, m

Baja 7 100 Hasta 100

Alta 17,5 250 Hasta 250

Muy alta 21,5 300 Hasta 350

La tendencia actual evoluciona hacia la fabricacin de compresores centrfugosrotativos (o de tornillo) que suministran aire a presiones progresivamente mayores: 24,5

kg/cm2 (350 psi) y 31,5 kg/cm2 (450 psi), lo que obliga a emplear tiles (mangueras,

cabezas de inyeccin, varillaje y martillos en fondo) resistente a tales presiones.

Necesidades de caudal de aire (martillo en fondo)

La velocidad de ascensin del fluido depende del espacio anular entre las paredes del

pozo y el varillaje, cuando menor sea este espacio mayor ser la velocidad que se

consiga. Se considera que a partir de 1000 m/min la velocidad es suficiente para llevar

el detritus hasta la superficie, la velocidad ideal se encuentra en 3000 m/min.

En el baco de la Figura 8.7.3 se relaciona los dimetros de la perforacin y de la sarta

con la velocidad de ascenso del fluido y el caudal de aire comprimido necesario. Por

ejemplo, un dimetro de pozo de 8 necesita para una velocidad ascensional de 1000

m/min un varillaje de 4 . Para perforar pozos de 10 el varillaje para 1000 m/min se

acerca a las 9.

Con muy poca diferencia de seccin de pozo los requerimientos de velocidad

aumentan mucho y se necesitan varillajes de dimetro muy grande. Si se quiereconseguir velocidades mnimamente aceptables los caudales necesarios de aire

comprimido aumentan mucho, paro estos caudales son menores cuando mayor es el

dimetro del varillaje.

Actualmente se trabaja con barras de 6 u 8 .


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Figura 8.7.3.baco para la determinacin de caudales y velocidades del aire.

Perforacin en rocas no consolidadas

Al trabajar con aire comprimido como fluido de perforacin no se ejerce presin sobre

las paredes ya perforadas del sondeo, es decir, a medida que se profundiza va

quedando una columna vaca, por lo que cuando el terreno no es suficientemente

consolidado se presentan problemas de estabilidad. En los primeros aos de su uso

este procedimiento quedaba relegado a terrenos consolidados y en el caso de

materiales semiconsolidados en los primeros metros (para incosolidados era inviable)

se utilizaba el martillo en cabeza (sistema COPROD) con la sarta de perforacin dentro

de una tubera de revestimiento, descendiendo ambas al vez con lo que se evitan

derrumbes.

En hidrogeologa se utiliza el sistema OD, que consiste en bajar la tubera al tiempo

que avanza la perforacin para retener el material poco consolidado de las paredes,

cuando se llega al consolidado se contina solo con la sarta.


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Otro sistema es el mtodo ODEX: consiste en una boca o tallante piloto y entre sta y

la sarta se coloca un escariador excntrico que a medida que avanza la perforacin en

el material inconsolidado ensancha el dimetro de manera que la tubera puede

descender sin quedar retenida por el terreno (Figura 8.7.3).

Figura 8.7.4. Boca y escariador excntrico utilizados en el mtodo ODEX

Perforacin en presencia de varios niveles acuferos

Cuando se perfora con aire comprimido si se atraviesan varios niveles acuferos se

produce una entrada de agua al pozo que modifica los parmetros de perforacin,

sobre todo la velocidad ascensional del detritus. Para mejorar esta velocidad se

emplean tensioactivos que disminuyen la densidad del fluido aumentando la capacidad

de transporte del material a la superficie. Tiene el inconveniente de ser contaminantes

por lo que es preciso evacuarlos correctamente.

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