componentes del taladro de perforación
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Facultad de Ingeniería en
Geología y Petróleos
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3
2. PARA PERFORAR EL POZO ................................................................................................................... 3
2.1 GRÁFICO ...................................................................................................................................................... 3
3. EQUIPO DE PERFORACIÓN .................................................................................................................. 4
3.1 GRÁFICO ..................................................................................................................................................... 4
4. COMPONENTES DEL TALADRO DE PERFORACIÓN ............................................................................... 5
4.1 Sistema de Soporte Estructural y Elevación ................................................................................... 5 4.1.1 Estructura de soporte .................................................................................................................................... 6 4.4.2 Equipo de Elevación ....................................................................................................................................... 9
4.4.2.1 MALACATE ............................................................................................................................................. 9
4.2 Sistema de Rotación .................................................................................................................... 12 4.2.1 Sarta de Perforación .................................................................................................................................... 12 4.2.2 Tubería de Perforación ................................................................................................................................. 13 4.2.3 Portamechas ................................................................................................................................................. 13 4.2.4 Broca, Mecha o Barrena ............................................................................................................................... 14 4.2.5 Cuadrante o junta Kelly ................................................................................................................................ 16 4.2.6 La unión Giratoria ......................................................................................................................................... 17 4.2.7 La mesa Rotatoria ......................................................................................................................................... 17
4.3 Sistema de Circulación ................................................................................................................ 18 4.3.1 Fluidos de Perforación ................................................................................................................................. 19 4.3.2 Área de Preparación ..................................................................................................................................... 19 4.3.3 Equipos de Circulación ................................................................................................................................. 20 4.3.4 Líneas de Descarga y de regreso................................................................................................................... 20 4.3.5 Tubo parado y manguera rotatoria de lodos ................................................................................................ 21 4.3.6 Área de reacondicionamiento de lodo. ........................................................................................................ 21
4.4. Sistema de Generación y Transmisión de potencia .................................................................... 21 4.4.1 Las fuentes primarias de potencia ................................................................................................................ 22 4.4.2 Distribución Básica de potencia en el Taladro .............................................................................................. 22 4.4.3 Los generadores de Electricidad ................................................................................................................... 22
4.5 Sistema de prevención de reventones o surgencias ..................................................................... 23 4.5.1 El aparejo de impidereventones (BOP) ......................................................................................................... 23 4.5.2 Carretes de Perforación ................................................................................................................................ 25 4.5.3 Cabezote de Revestidor ................................................................................................................................ 25 4.5.4 Acumulador .................................................................................................................................................. 25 4.5.5 Sistemas de Soporte de estrangulamiento ................................................................................................... 26
5. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 27
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1. Introducción
El taladro de perforación también llamado torre de perforación, es un dispositivo
utilizado para realizar la perforación del suelo, generalmente entre 800 y 6.000
metros de profundidad, para pozos ya sean de gas, agua o petróleo.
2. Para perforar el Pozo
La broca de perforación o trépano, empujada por el peso de la sarta
y las bridas sobre ella, presiona contra el suelo.
Se bombea lodo de perforación dentro del caño de perforación, que
retorna por el exterior del mismo, permitiendo la refrigeración y lubricación
de la broca.
Se hace girar el trepano, ya sea mediante el giro de la sarta de
perforación o mediante un motor de fondo o ambos a la vez.
El lodo de perforación ayuda a elevar la roca molida a la superficie.
El lodo en superficie es filtrado de impurezas y escombros para ser
rebombeado al pozo.
2.1 Gráfico
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3. Equipo De Perforación
Los equipos de perforación contienen una torre, una tubería de perforación, un
cabrestante de gran capacidad para bajar y subir la tubería de perforación, una
mesa o plataforma que hace girar la tubería y la barrena, una mezcladora y una
bomba de lodos y un motor para el accionamiento del cuadrante giratorio y el
cabrestante.
3.1 Gráfico
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El equipo de perforación tiene como único propósito realizar huecos en el suelo que
posteriormente serán pozos petroleros, los diferente quipos y maquinas que realizan
este trabajo se los puede dividir en sistemas principales.
4. Componentes del taladro de perforación
Sistema de Soporte Estructural y Elevación
Sistema de Rotación
Sistema de Circulación
Sistema de Generación y Transmisión de Potencia
Sistema de Prevención de Reventones o Surgencias
4.1 Sistema de Soporte Estructural y Elevación
Este sistema soporta el sistema rotatorio en la perforación del pozo, y está
constituido por el equipo necesario para levantar, bajar y suspender los pesos
enormes que el sistema rotatorio utiliza. Posee dos subcomponentes principales:
La estructura de soporte.- Es un armazón de acero que sostiene el
conjunto de maquinarias y equipos.
El equipo especializado de elevación.- Se utiliza para elevar, bajar y
suspender la sarta de perforación o de producción.
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4.1.1 Estructura de soporte
Es aquella que va soportar el ciento por ciento del peso de la sarta de perforación
y su peso.
4.1.1.1 Subestructura
Es la parte inferior de la torre que está debajo del piso de perforación, debe
soportar el mástil, los equipos elevadores y el sistema de rotación. La
subestructura soporta todo el peso de la torre, el de la mesa rotatoria, el del
bloque, el del cuadrante y de toda la sarta.
4.1.1.1.1 Gráfico
4.1.1.2 Piso del Taladro
Es la cubierta colocada sobre el armazón de la subestructura y proporciona la
plataforma de trabajo para la mayoría de las operaciones de perforación.
Descansan además herramientas y tuberías que son llevadas para continuar las
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operaciones de perforación en su avance o cuando se sacan en viajes para
trabajos específicos.
4.1.1.3 La Cabría o Mástil
Es una estructura grande que soporta mucho peso, tiene cuatro patas que bajan
por las esquinas de la infraestructura o sub-estructura. Soporta el piso de la
instalación y además provee un espacio debajo del piso para la instalación de
válvulas especiales llamadas Impide reventones.
4.1.1.3.1 Gráfico
4.1.1.4 Corona
Constituye la parte superior del taladro de perforación, donde el peso de la sarta
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.
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4.1.1.4.1Gráfico
4.1.1.5 Encuelladero
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
portamechas mientras se realizan operaciones como cambio de mechas, bajada
de revestido res, etc.
4.1.1.5.1 Gráfico
Consola del Perforador:
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4.1.1.6 Consola del Perforador
Constituye un accesorio que permite que el perforador tenga una visión general de
todo lo que está 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 o pérdida en el nivel de los tanques, etc.
4.4.2 Equipo de Elevación
El equipo de elevación suspende la sarta de perforación en el pozo. Le permite al
perforador levantar y bajar la sarta de perforación dentro y fuera del pozo y ajustar
el peso sobre la broca.
4.4.2.1 Malacate
Es un tipo especial de cabrestante o güinche que eleva, baja y suspende el peso
de la sarta de perforación durante las operaciones. Los propósitos principales del
malacate son dos, sacar y meter la tubería al hoyo. Un cable de acero es enrollado
en el carretel del malacate y cuando se pone a funcionar el malacate, el carretel
gira.
4.4.2.1.1 Gráfico
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4.4.2.2 Aparejo de Herramientas Suspendidas
Bloque Corona
Está ubicado en la parte superior de la torre, constituido por una serie de poleas.
El cable de perforación pasa a través de estas poleas y llega al Bloque Viajero,
el cual está compuesto de un conjunto de poleas múltiples por dentro de las
cuales pasan el cable de perforación y sube nuevamente hasta el Bloque Corona.
Su función es la de proporcionar los medios de soporte para suspender las
herramientas.
4.4.2.2.1 Gráfico
Bloque Viajero
Es un conjunto de poleas que tienen cables enhebrados en sus canales,
mediante las cuales el aparejo completo del bloque sube y baja dentro de la
cabría o el mástil; por esta razón se lo conoce también como bloque de aparejo.
Gancho
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Es una herramienta localizada debajo del Bloque Viajero al cual se conectan
equipos para soportar la sarta de perforación, se conecta a una barra
cilíndrica llamada aza que soporta la Unión Giratoria.
Elevadores
Constituyen un juego de abrazaderas que agarran la sarta de perforación
para permitirle al perforador bajar o subir la sarta hacia y desde el hoyo.
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4.4.2.3 Cable de Perforación
Esta constituido de acero de 1 1/8” a 1 3/4” de diámetro. Está hecho de alambres
es bastante complejo. Ha sido diseñado para cargas pesadas, por lo cual debe ser
seleccionado según el peso que tendrá que soportar.
4.2 Sistema de Rotación
Es aquel que hace girar la sarta de perforación y permite el avance de la mecha
desde la superficie a la profundidad programada.
4.2.1 Sarta de Perforación
Está compuesta de tubería de perforación y una tubería especial de paredes
gruesas llamada la porta barrenas. El lodo circula a través de los porta mechas al
igual que a través de la tubería de perforación. Transmite la potencia rotatoria a la
mecha para poder perforar.
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4.2.2 Tubería de Perforación
Constituye la mayor parte de la sarta de perforación, esta soportada en la parte
superior por el cuadrante, el cual le transmite la rotación a través de la mesa
rotatoria.
4.2.2.1 Gráfico
4.2.3 Portamechas
Son cuerpos de acero más pesados que la tubería de perforación y se utilizan en la
parte más profunda del hoyo para darle peso a la mecha y permitir que esta avance
y se perfore un hoyo lo más vertical posible, bajo el principio del péndulo.
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4.2.4 Broca, Mecha o Barrena
Está conectada a la parte inferior de la sarta de perforación y es el implemento que
realmente corta o perfora el pozo durante las operaciones de perforación. Existen
dos tipos básicos de brocas en servicio:
Brocas de rodillos
Brocas con cortadores fijos
4.2.4.1 Brocas de rodillos
Existen dos tipos de brocas de rodillos:
a. Brocas con dientes de acero
b. Brocas con insertos de carburo de Tungsteno
4.2.4.1.1 Brocas con dientes de acero
En una broca con dientes de acero, el fabricante forja los dientes en el acero de que
está hecho el cono. Las brocas con dientes de acero son las más económicas;
cuando se usan apropiadamente, pueden perforar por varias horas.
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4.2.4.1.2 Brocas de Carburo de Tungsteno.
En las brocas con insertos de Carburo de Tungsteno, el fabricante introduce y
presiona insertos muy duros de Carburo de Tungsteno en huecos perforados en el
cono de la broca. Las brocas con insertos de carburo de Tungsteno son más
costosas pero usualmente duran más debido a que el Carburo de Tungsteno es más
resistente al desgaste que el acero.
4.2.4.2 Brocas de cortadores fijos
Hay dos tipos de brocas con cortadores fijos:
Brocas Policristalinas de Diamantes Compactos
Brocas de Diamante
4.2.4.2.1 Brocas Policristalinas
La broca PDC tiene cortadores hechos de diamantes artificiales y de Carburo de
Tungsteno.
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4.2.4.2.2. Brocas de Diamantes
Tienen varios diamantes incrustados en el fondo y los lados de la barrena. Ya que
los diamantes son tan duros, las barrenas de diamante son especialmente efectivas
para perforar formaciones duras.
4.2.5 Cuadrante 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 a la sarta de perforación.
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4.2.5 .1 La válvula de seguridad del cuadrante
Llamado también válvula tapón del cuadrante es una válvula especial que se puede
cerrar para aislar la presión que sale por la sarta de perforación.
4.2.5.2 La válvula de seguridad para tubería de perforación.
Es usada como una unidad auxiliar de seguridad. Cuando se sospecha un posible
reventón, se conecta esta válvula al extremo superior de la tubería de perforación
y se cierra.
4.2.6 La unión Giratoria
Está conectada directamente a la válvula de seguridad y al cuadrante, permitiendo
que la sarta de perforación gire. Sirve de conducto para que el lodo de perforación
circule. Puede sostener cargas de cientos de toneladas y soportar presiones
hidráulicas mayores a 3000 libras por pulgada cuadrada.
4.2.7 La mesa Rotatoria
Es una maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar el cuadrante y a la
sarta de perforación. La mesa rotatoria tiene una superficie relativamente plana y
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limpia con una sección antiresbalante para mejor seguridad de la cuadrilla de
trabajo.
El Buje de Transmisión del Cuadrante
Es un dispositivo que va colocado directamente sobre la mesa rotatoria y por
medio de la cual pasa el cuadrante.
El Buje Maestro
Es un dispositivo que va colocado directamente en la mesa rotatoria y sirve
para acoplar el buje de transmisión del cuadrante con la mesa rotatoria, de
tal manera que el impulso de rotación o torsión de la mesa, pueda ser
transmitido al cuadrante y así pueda hacer girar a la sarta de perforación.
4.3 Sistema de Circulación
Está constituido por una serie de equipos y accesorios que permiten el
movimiento continuo del eje principal en el fluido o lodo de perforación. El lodo
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de perforación es preparado en superficie utilizando equipos especiales que
faciliten la mezcla y tratamiento del mismo
4.3.1 Fluidos de Perforación
Son mezclas líquidas de varios componentes que pueden incluir: agua, aceite,
arcilla, aditivos químicos, gas natural, aire, neblina, espuma o jabón. Hay tres
tipos básicos de fluidos de perforación:
Lodos a base de agua
Lodos a base de aceite
Lodos a base de aire o gas natural
Los que se usan con mayor frecuencia son los lodos a base de agua.
4.3.2 Área de Preparación
Aquí se mantiene o se altera su composición química según las condiciones
que se van encontrando en el hueco perforado. Se efectúan cuatro operaciones
básicas para preparar los lodos:
Preparación inicial
Aumento de densidad o peso (elemento emulsificante)
Disminución de su densidad o peso
Cambio de patrón químico
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4.3.3 Equipos de Circulación
Transportan físicamente los fluidos de perforación desde el área de
preparación, a través del hueco perforado, hasta el área de
reacondicionamiento, desde donde los mandan de nuevo al área de preparación
para poder recircularlos.
4.3.3.1 Tanques de Acero de Succión
Los tanques de lodo son recipientes de acero que facilitan el manejo de los
fluidos de perforación. La cuadrilla prepara el lodo en estos tanques y lo deja
listo para la circulación.
4.3.3.2 Bombas de Lodo
Su función es el de dar potencia hidráulica al fluido en forma de presión y de
volumen y transportarlo del tanque a través de la barra maestra a la barrena,
regresarlo hacia arriba por el espacio anular y de nuevo al tanque.
4.3.4 Líneas de Descarga y de regreso
Estas líneas de conexión transportan los fluidos de perforación hasta el pozo
(descarga) y luego los transfieren al área de reacondicionamiento (regreso).
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4.3.5 Tubo parado y manguera rotatoria de lodos
Tubo Parado
El tubo parado es de acero y se sujeta verticalmente a la cabría o mástil, y
en la parte superior tiene una conexión de cuello de cisne. Sirviendo de
conexión entre la línea de descarga y el cabezal de inyección del pozo.
Manguera de lodo
También llamada manguera del cuadrante, es una parte importante del
sistema de circulación. Debe ser tanto flexible como resistencia a alta
presión, debe ser capaz de manejar varios tipos de fluidos que puedan
contener porcentajes altos de sólidos abrasivos.
4.3.6 Área de reacondicionamiento de lodo.
Esta área se encuentra cerca del taladro. Aquí se limpian los fluidos después
de recuperarlos del pozo.
4.4. Sistema de Generación y Transmisión de potencia
Este sistema genera y distribuye la potencia que se necesita para operar casi
todos los demás sistemas componentes y subcomponentes del taladro de
perforación. El sistema de potencia tiene dos subcomponentes principales:
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Las fuentes primarias de potencia (los motores primarios) que generan casi
toda la potencia requerida en el taladro
El sistema de transmisión de potencia que transmite o distribuye esta
potencia a los componentes del taladro que la requieren.
4.4.1 Las fuentes primarias de potencia
Las principales fuentes de potencia en el taladro de perforación rotatoria son los
motores primarios. Los motores primarios son muy grandes y de combustión
interna; los más comunes emplean carburante diesel.
4.4.2 Distribución Básica de potencia en el Taladro
Una vez generada la potencia por los motores primarios, hay que transmitirla a
los sistemas principales del taladro. La mayor parte de la potencia generada se
consume en el malacate, los componentes de rotación y las bombas de lodos.
4.4.3 Los generadores de Electricidad
Las instalaciones modernas están provistas de generadores que producen corriente
alterna que casi siempre reciben su potencia a través de motores Diesel. Los
generadores tienen la suficiente capacidad para producir la mayor parte de la
potencia de la instalación – sin incluir el equipo de levantamiento, bombeo y rotación
– utilizando una sola unidad.
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4.5 Sistema de prevención de reventones o surgencias
Este sistema ayuda a controlar uno de los problemas más serios que se confronta
al perforar un pozo, el golpe de ariete, el cual es un aumento repentino de la presión
que pudiera resultar en un reventón.
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El sistema de prevención de reventones o surgencias, llamado también el
impiderreventones, tiene dos subcomponentes principales:
o El aparejo de impiderreventones, generalmente más conocido en la
industria petrolera como BOP.
o El acumulador con su sistema de soporte: el múltiple de
estrangulamiento y las líneas de matar.
4.5.1 El aparejo de impidereventones (BOP)
Preventores de reventones, conjuntamente con otro equipo y técnicas, se
utilizan para cerrar un pozo, controlar un cabeceo antes que ocurra un reventón.
Dos tipos básicos de preventores de reventones encontrados en las
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instalaciones son los preventores anulares y los preventores de ariete llamados
también rams.
4.5.1.1 Preventor anular
Está localizado en la parte superior del aparejo de impiderreventones. Contiene
un obturador de empaque, fabricado de caucho y reforzado con acero que, al
cerrar, forma un sello alrededor de la tubería, el cuadrante o sobre el hueco
perforado.
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4.5.1.2 Preventor de ariete
Estos preventores cierran únicamente sobre tuberías de diámetros específicos,
o sobre el hueco perforado, consisten de grandes válvulas de acero (arietes)
que tienen elementos que sirven de sello.
4.5.2 Carretes de Perforación
Son espaciadores entre los diferentes preventores de arietes y sirven de
conexiones a la línea para estrangular que circula el golpe de ariete fuera del
hueco perforado y la línea para matar que bombea fluidos de perforación hacia
el hueco.
4.5.3 Cabezote de Revestidor
Es un accesorio en el extremo superior de la tubería de revestimiento al cual se
le conecta el aparejo de impiderreventones (BOP).
4.5.4 Acumulador
Aquí que se guarda el fluido hidráulico. El acumulador casi siempre va colocado
como a 100 pies (30.48m) de la instalación para que si ocurre un
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Incendio o reventón, el acumulador no sea averiado y las válvulas puedan ser
utilizadas para cerrar los preventores.
4.5.5 Sistemas de Soporte de estrangulamiento
El sistema de soporte de estrangulamiento consiste de dos componentes: el
múltiple de estrangulamiento y la línea de matar.
4.5.5.1 El múltiple de estrangulamiento.
Es un juego de válvulas instaladas como parte del sistema, resistentes a
presiones altas. Los estranguladores van conectados a los preventores de
reventones con la línea del estrangulador.
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4.5.5.2 Línea para matar
Generalmente se conecta al BOP enfrente de la línea para estrangular. A través
de la línea para matar, se bombean fluidos de perforación al hueco, para ayudar
a balancear las presiones existentes en éste y así, controlar el golpe de ariete.
La cantidad, calidad y tamaños, de los diferentes sistemas de un taladro
dependerán fundamentalmente de las necesidades y tipo de operación que se
realicen y de los contratos establecidos con las compañías propietarias de taladros
que ofrecen sus servicios de perforación.
5. Bibliografía
http://es.scribd.com/doc/35414399/EL-Taladro-y-Sus-Componentes#scribd
Tesis “EQUIPOS Y HERRAMIENTAS DE PERFORACIÓN UTE
Capítulo 3 Perforación
http://es.wikipedia.org/wiki/Torre_de_perforaci%C3%B3n