cuadrante o junta kelly
DESCRIPTION
ingenieria petroleraTRANSCRIPT
CUADRANTE O JUNTA KELLY
También llamada barra conductora, de ella depende toda la columna de
perforación. Su función es transmitir el giro que le proporciona la mesa de
rotación al varillaje, permitir su descenso y ascenso, así como conducir por su
interior el fluido de perforación que ha de circular por todo el varillaje.
En su extremo superior va enroscada la cabeza giratoria de inyección que a su
vez sirve para suspender toda la columna de perforación. En su extremo
inferior se enrosca la primera varilla de la columna mediante la interposición de
un acoplo que es el que sufre el desgaste de todas las maniobras de roscado
cada vez que se añade o quita una nueva varilla a la columna, impidiendo el
deterioro de la propia barra Kelly.
La barra Kelly pasa por el alojamiento que con este fin tiene la corona de la
mesa de rotación, por el cual se desliza al hacer las maniobras de descenso o
extracción de la columna de perforación.
La sección de la barra conductora o Kelly puede ser hexagonal, cuadrada o
circular con dos o más cheveteros semicirculares. La longitud debe ser algo
superior a la correspondiente a las varillas que se empleen.
Figura 3.9: Junta Kelly
Fuente: Libro de perforación, Udabol 1
Figura 3.10: Estructura de la Junta Kelly
Fuente: Libro de perforación Udabol 2
FUNCIONES DEL CUADRANTE
Tiene tres funciones especiales que son:
1.- Suspender la columna de perforación.
2.- hacer que la columna gire.
3.- conducir el fluido de perforación dentro de la columna.
Los cuadrantes pueden medir de 37 a 54 pies (11,28 a 16 ,46mt), (12,28mt) es
el tamaño normal.
Frecuentemente se coloca dos válvulas de seguridad en cada extremo del
cuadrante, la primera en el extremo superior del cuadrante se lo denomina
válvula de seguridad superior del cuadrante, la otra se coloca en el extremo
inferior y se lo denomina válvula de seguridad inferior del cuadrante.
Una o ambas válvulas pueden cerrarse para impedir que la presión ascendente
proveniente del interior de la bomba maestra penetre al cuadrante a la
manguera del lodo.
Durante la perforación las roscas de la espiga (macho) sufren un desgaste
considerable, para evitar este desgaste se debe emplear un sustituto del
cuadrante.
SUSTITUTO DEL CUADRANTE
Es una sección corta de tubería con un macho (espiga) y una hembra (caja)
cuyos extremos tienen roscas. Este tramo corto de tuberías se agrega al
extremo inferior del cuadrante y la tubería de perforación se enrosca al sustituto
en lugar que al cuadrante.
Figura 3.11: Acople de Tubulares
Fuente: Libro de perforación, Udabol 3
TUBERIA DE PERFORACION
Figura 3.12: Tuberías de Perforación
Fuente: SoloStocks
La tubería de perforación es un tubo de acero o aleaciones de aluminio sado
para transmitir energía rotaria y los fluidos de perforación a la barrena o
trepano situada en el fondo del pozo.
Este es el componente principal, en términos de longitud de la sarta de
perforación. Cada junta de tubería (llamada también ‘tubo’, ‘largo’, ‘sencillo’,
etcétera) de perforación, hecha en acero, comúnmente tiene una longitud de 9
a 11 metros, con una caja de conexión (Tool Joint), macho o hembra, la cual
está soldada en cada extremo de tal forma que se puedan enroscar entre sí
una tras otra. El hombro alrededor de cada caja de conexión tiene un diámetro
mayor pues así se ha dispuesto para dar mayor resistencia a las conexiones.
(Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001, pág. 39)
La tubería de perforación se consigue en varios diámetros (OD) aunque el más
utilizado es el de 5” (127 mm). El diámetro interior de la tubería de perforación
(Inside Diameter) (ID) varía de acuerdo al peso por unidad de longitud de cada
tipo de tubo, entre mayor sea el peso, menor será su diámetro interior.
(Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001, pag. 39)
Comúnmente, el peso de la tubería de 5” más utilizada es de 19.5 lbs/pie o
29.1 kg/m:
Esto resulta OD = 5” = 127 mm
ID = 4.28” = 108.7 mm
También puede conseguirse tubería de perforación en diferentes grados de
acero, lo cual se obtienen diferentes grados de resistencia, donde ‘D’ es la más
débil y ‘S’ la más resistente. (Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001,
pág. 39)
La tubería con pared más gruesa es llamada comúnmente ‘heavy weight drill
pipe’ o tubería de peso pesado. A esta clase de tubería más pesada se le sitúa
normalmente directamente encima de los Drillcollars en la sarta de perforación
para obtener mayor peso y estabilidad. Al igual que la tubería ‘standard’ los
heavy weight drill pipe (HWDP) se consiguen en diferentes diámetros e ID
(inside diameter) diámetro interior variable según su peso por unidad de
longitud. Los heavy weight drill pipe se diferencian exteriormente porque tiene
las cajas de conexión (Tool Joints) más largas que la tubería normal.
(Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001, pág. 39)
Comúnmente, el heavy weight drill pipe de 5” más utilizado es de 49.3 lbs/pie o
73.5 kg/m:
Esto resulta OD = 5” = 127 mm
ID = 3” = 76.2 mm
Nótese que el heavy weight drill pipe tiene el mismo diámetro exterior (OD) que
el tubo estándar, y el mismo diámetro interior (ID) que los drillcollars.
(Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001, pág. 39)
TUBERIA DE TRANSICION
Tiene diferentes usos en función del tipo de pozo a perforar:
o Pozos verticales: como zona de transición entre la tubería de
Perforación y los portamechas, como protección de la tubería de
perforación.
o Pozos horizontales: se usa en la sección curva y en la sección
horizontal.
o Pozos direccionales: se usa en lugar de los portamechas para proveer
el peso necesario sobre la mecha.
Las características de la tubería de transición son:
Más pesada que la tubería de perforación normal.
Punto de contacto (recalque) central, para estabilización.
Más resistentes al pandeo.
Uniones más largas para la remanufactura de las piezas.
La tubería de transición Directional-weight está diseñada para mejorar las
características de la heavy weight, entre otras:
Mejorar la limpieza del pozo.
Minimizar la posibilidad de atascamientos diferenciales
DRILLCOLLARS (COLLARES, BOTELLAS O PORTAMECHAS)
Los Drillcollars son tubos de pared gruesa, rígidos y de alto peso que son la
parte más importante del ensamblaje de fondo (Bottom Hole Assembly) (BHA),
posicionados entre la tubería de perforación y la broca. La mayoría de los porta
mechas regulares son redondos y tienen aproximadamente 30 pies (9 metros).
Cumplen varias funciones importantes:
Proporcionar peso para la broca.
Proporcionar la resistencia para que los drillcollars estén siempre en
compresión.
Proporcionar el peso para asegurar que la tubería de perforación
siempre se mantenga en tensión para evitar que se tuerza.
Proporcionar rigidez o consistencia para que la dirección del pozo se
mantenga.
Producir un efecto de péndulo, permitiendo que los pozos casi verticales
puedan ser perforados.
En forma similar a la tubería de perforación los drillcollars se consiguen en
varios diámetros exteriores (OD) con el diámetro interior (ID) variando según el
peso por unidad de longitud. (Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001,
pág. 40)
Normalmente el ID es similar al de los Heavy weight Drill Pipe, cercano a 3” o
76 mm:
Figura 3.13: Tipos de Lastrabarrena (Drillcollar)
Fuente: El Rincón Petrolero
El peso aplicado a la broca debe provenir únicamente de los drillcollars, si el
peso aplicado a la broca excede el peso total de los drillcollars, el peso extra
provendrá de la tubería, la cual estaría en compresión, siendo susceptible de
torceduras y a que se zafara la rosca. (Procedimientos y Operaciones en el
Pozo, 2001, pág. 40)
El peso de los drillcollars actuando directamente sobre la broca tiene dos
consecuencias principales:
La tendencia de la sarta de colgar verticalmente debido al peso y la
gravedad. Entre más pesados sean los drilcollars, menos probable es
que el pozo se desvíe de la vertical.
El peso aplicado a la broca la hará estabilizar, haciendo que el pozo
mantenga su dirección constantemente. Esta estabilización de la broca
también permitirá una distribución más pareja de la carga sobre la
estructura cortante de la broca. Esto evita que la broca se aleje de la
posición central, garantizando un pozo derecho, de diámetro correcto,
desgaste parejo de la broca y mayores ratas de penetración.
Mantener el pozo en la dirección correcta se logra no sólo por el peso y la
rigidez de los drillcollars en la base de la sarta de perforación, sino con que el
diámetro exterior OD de los drillcollars sea apenas menor que el diámetro de la
broca empleada, o al diámetro del pozo. Esto se conoce como sarta
‘empacada’. (Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001, pág. 40)
El inconveniente asociado a este tipo de diseño de sarta de fondo (Bottom Hole
assembly) (BHA) es que es muy susceptible de sufrir por pega diferencial,
donde la tubería se pega en la torta que cubre las paredes del pozo. Este
riesgo se minimiza mediante la utilización de drillcollars con diferentes diseños
de sección, o de surcos en la superficie con el fin de reducir el área de contacto
que pueda haber entre los drillcollars y la pared del pozo. Así los drillcollars
pueden ser redondos, de sección cuadrada o elíptica, con surcos espirales,
etcétera. (Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001, pág. 40)
Figura 3.14: Lastrabarrenas Redondas (Drillcollars)
Fuente: Libro de perforación, Udabol 4
Figura 3.15: Almacén de Lastrabarrenas (Drillcollar)
Fuente: Libro de perforación, Udabol 5
Los tipos de portamechas son redondas, sin embargo también pueden ser
cuadrados y en forma de espiral. Las cuales son:
PORTAMECHAS INTEGRALES O ESTANDAR
Son barras macizas y redondas, lisas de aleación de acero con cromo
molibdeno.
Estos portamechas tienen la superficie exterior cilíndrica lisa y son
enderezado, alineando en todas sus longitud; de hacer con normas API.
Los portamechas tienen una longitud de 30, 31, 32, pies según sea su
OD, con un rango de tolerancia de más o menos de 6 pulg. Estos
portamechas son usados en todo lugar aun en formaciones suaves.
PORTAMECHAS ELICOIDALES O ESPIRALES
Los portamechas helicoidales o acanalados en espirales, son empleados
principal mente en pozo para diámetro mediano o pequeño, son comunes
en las perforaciones profundas y en direccional para prevenir la pegadura
diferencial en el pozo donde se facilitan el paso para que el fluido de
perforación salga y alivie la presión diferencial.
La acanaladuras en espiral proporcionan mejor la circulación del fluido de
perforación reduciendo las posibilidades de aprisionamiento por presión
diferencial y el contacto de la pared del pozo permitiendo así compensar o
equilibrar la presión hidrostática l rededor del portamecha.
El piso de un porta mecha helicoidal es de 9% que de un liso pero su
longitud es similar los integrales.
PORTAMECHAS CUADRADOS
Un porta mecha cuadrado es una barra cuadrada con esquina cuadradas,
el portamecha proporciona mayor rigidez a los conjunto de la sarta de
perforación y da paso a la circulación entre sus lados liso y la pared del
pozo.
Estas clases de portamechas son comunes en formaciones duras o de
gran buzamiento que permite aplicar más peso sobre el trepano. Un
portamecha cuadrado es menos efectivo cuando es usado en
formaciones blandas, porque no soportan lo suficiente para evitar una
desviación. Cuando el ángulo total debe ser reducido el portamecha
cuadrado debe ser retirado de la sarta y es arregla de péndulo debe ser
usado con portamechas y estabilizadores.
HERRAMIENTAS ESPECIALES
Son aquellas herramientas y equipos que se colocan en la sarta de perforación
con algún fin específico.
Entre estas herramientas especiales se tienen los siguientes componentes:
1. ESTABILIZADORES
Estos son unos tramos cortos de tubería, posicionados entre los drillcollars con
el fin de mantenerlos centrados dentro del hueco, mantener el pozo derecho y
por medio de la acción de corte mantener el diámetro correcto en las paredes
del pozo. El diámetro completo del pozo se consigue con unas ‘Cuchillas’
montadas en el cuerpo del estabilizador, las cuales pueden estar hechas de
aluminio o caucho macizo, o más comúnmente, de acero con insertos de
carburo de tungsteno dispuestos en la caras cortantes. Los estabilizadores se
pueden clasificar como de cuchillas rotantes o no rotantes, o como de cuchillas
espirales o rectas. (Procedimientos y Operaciones en el Pozo, 2001, pág. 42)
Figura 3.16: Estabilizador en Espiral
Fuente: El Rincón Petrolero
Va colocado encima de la boca de perforación y tiene la misión de hacer que el
trícono gire correctamente según el eje del barreno e impida que se produzca
una oscilación y pandeo del varillaje de perforación. (Manual de perforación y
voladura de rocas, 1994, Pág. 79)
Las ventajas derivadas de su utilización son las siguientes:
Menores desviaciones de los barrenas, sobre todo cuando se perfora
inclinado.
Mayor duración del trícono y aumento de la velocidad de penetración,
debido a un mejor aprovechamiento del empuje.
Menor desgaste de los faldones, de la hilera periférica de insertos y de
los cojinetes.
Mayor estabilidad de las paredes del barreno, debido a que las barras de
perforación no sufren pandeo.
Mejora de la carga de explosivo.
El estabilizador debe tener un diámetro próximo al del barreno, normalmente
1/8” (3mm) más pequeño que el trícono. (Manual de perforación y voladura de
rocas, 1994, Pág. 79)
Existen dos tipos de estabilizadores, de aletas y de rodillos.
Los estabilizadores de aletas; son de menor coste, pero requieren un
crecido de material antidesgaste, originan una disminución del par de
rotación disponible y una mala estabilización en terrenos muy duros
después de perforar los primeros barrenos. (Manual de perforación y
voladura de rocas, 1994, Pág. 79)
Los estabilizadores de rodillos con insertos de carburo de tungsteno;
requieren un menor par de rotación, tienen un mayor coste y son más
eficientes que los de aletas. (Manual de perforación y voladura de rocas,
1994, Pág. 79)
Figura 3.17: Estabilizador de Rodillos
Fuente: Rincón del Petrolero