partes del taladro de perforacion
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PARTES DEL TALADRO DE PERFORACIÓN
Introducción
La perforación de los pozos data de épocas remotas, donde en Asia se perforaban pozos
someros para la obtención de agua salada y sal común. En esta época se utilizaban métodos
como la percusión o golpeteo de un sistema de tuberías introducidas en el hoyo mediante
golpes en la parte superior de la misma. A través del tiempo, estas técnicas han sufrido
modificaciones sustanciales, haciendo de la Perforación de pozos un cúmulo de técnicas
dinámicas evolutiva y a la par de otras tecnologías.
En el año de 1859, en el campo Oíl Creek cerca de Titusville Pensilvania, Estados Unidos, se
perfora el primer pozo utilizando el sistema de percusión. El pozo Drake llegó a una
profundidad de 69.5 pies (21.1 mts). En Venezuela, 19 años después se perforó bajo el sistema
de percusión el primer pozo en el estado de Táchira a una profundidad de 27 mts.
En el año de 1901, el ingeniero Anthony Lucas introduce el uso de una mecha colocada en la
punta de la sarta de perforación y a la profundidad de 700 pies(213.4 mts), el pozo comenzó
a emanar lodo de perforación que luego de ser desplazado, daría paso a al petróleo,
originándose el primer reventón de petróleo(84.000 BPPD), causando gran revuelo, ya que 50
bls de producción en aquella época eran considerados muy buenos
Este pozo esableció la utiliacion de la perforacion rotatoria como un medio de perforacion de
pozos . En este método se utiliza una máquina que gira llamada mesa rotatoria, a través de la
cual se inserta tubería y a traves de la mesa rotatoria se transmite rotacion y se procede de
esta maner a a la completacion del pozo.
La perforacion rotatoria se inició en Venezuela en el año de 1928 en el campo Quirinque. A
traves del tiempo la perofracio depozos ha sufrido grandes modificaciones producto de una
serie de innovaciones en equipos y accesorios, mejra de la calidad del acero utilizado en la
fabricacion de tuberias , mejor manejo en los volumenes de lodo y la incorporacion de
maquinas y equipos de perforacion operados eléctricamente.
Taladrodeperforacion
La función principal del taladro de perforación es hacer un hoyo, lo más económicamente posible. Hoyo cuya terminación representa un punto de drenaje eficaz del yacimiento geológico. Lo ideal sería que el taladro hiciese hoyo todo el tiempo pero la utilización y el funcionamiento del taladro mismo y las operaciones conexas para hacer y terminar el hoyo requieren hacer altos durante el curso de los trabajos. Entonces, el tiempo es primordial e influye en la economía y eficiencia de la perforación. Un taladro de perforación rotatorio está compuesto básicamente por cinco sistemas:
Corona
Bloque Viajero
Gancho
Unión Giratoria
Cuadrante o Kelly
TuberíaParada
M anguerade Lodo
Piso delTaladro
M esaRotatoria
M alacateConsola del Perforador
M otores Principales
Tanques de Lodo
Bom bas de Lodo
Sub - Estructura
Linea de Desacarga
Torre o Cabria de Perforación
Encuelladero
Cable o Guaya de Perforación
E l Taladro de Perforación y sus componentesEl Taladro de Perforación y sus componentesEl Taladro de Perforación y sus componentes
Cuello de Ganzo
Sistemadeelevación:
Su objetivo principal es soportar el sistema de rotación, además de proporcionar el desplazamiento vertical necesario a la sarta de perforación durante el enrosque o desenrosque de la tubería. Se cree que este es el sistema que más energía necesita pues es el que tiene que soportar el peso de cientos de metros de tubería pesada y que en ocasiones necesita retirarse lo que implica levantar dicha tubería de manera vertical y estaríamos hablando de decenas de toneladas.
Dentro de los componentes del sistema de levantamiento se encuentran:
Cabría o Torre (estructura):
Estructura metálica cuyo objetivo es suministrar un medio a través del cual se pueda bajar gradualmente la sarta de perforación al hoyo a medida que éste se vaya profundizando
Subestructura
Es un armazón grande acero sobre la cual descansa la Torre de perforación debe ser suficientemente alta para que permita la colocar el conjunto de impide reventones
Piso del taladro:
Es la cubierta colocada sobre el armazón de la subestructura, que forma la plataforma de trabajo para la mayoría de las operaciones. Los elementos esenciales que se encuentran dentro, encima o justamente encima del piso del taladro están señalados en la siguiente figura
Bloque Corona (Crown):
Es un ensamblaje de poleas que giran en un eje montado en la parte superior del taladro. Este sistema de poleas permite el deslizamiento del cable a través de las mismas y con ello el avance y progreso de las operaciones de perforación El cable de perforación es corrido sobre las poleas hasta el tambor de levantamiento (parte del malacate)
Entre estas poleas se enhebra el cable del bloque viajero y así llega hasta el piso de la torre.
Bloqueviajero(travellingblock):
El bloque viajero es una cubierta exterior que protege una serie de poleas alrededor de las cuales pasa el cable de perforación, este bloque se desplaza desde el piso del taladro hasta pocos pies cerca del bloque de corona.
Malacate(drawworks):
Es un sistema que sirve como control de fuerza del conjunto elevador, está formado por un tambor elevador controlado por frenos de alta potencia. En el tambor del malacate se encuentra asegurada la punta del cable que viene desde el carrete de almacenamiento se ensarta entre el bloque corona y el bloque viajero y finalmente retorna al carrete de almacenamiento
Es un tipo especial de cabrestante o winche extra fuerte que eleva, baja ysuspendeelpesotremendodelasartadurantelasoperaciones.Porlogeneralseencuentralocalizadoaunladodelamesarotatoriaenelpisodeltaladro.
Ejedeltambordelmalacate:
Sirve de soporte al tambor del malacate a la vez que permite la rotación del mismo a través de un sistema de engranajes.
Frenodelmalacate:
Es una palanca que permite al perforador controlar el peso sobre la broca cuando se está perforando y controlar la velocidad del bloque viajero cuando está sacando o metiendo la tubería
Elevadoresycuñas
Los elevadores son un juego de abrazaderas extra fuertes y sumamente resistentes que cuando están en servicio cuelgan del bloque viajero sujetando la sarta de perforación a nivel de las juntas, para levantarla y/o sacarla del hoyo
Lascuñassonelementosquesecolocanalrededordelasartadeperforaciónparasoportarlascargasysuspenderlasartadentroelhuecoperforado
Encuelladero (monkeyboard):
Es el lugar de la torre donde las secciones de tubería son paradas y amarradas por el encuellador cuando la sarta de perforación está fuera del hoyo
Gancho:
Su función es conectar al bloque viajero con la unión giratoria y de esta manera conseguir la subida o la bajada de la sarta.
Plumo o guinche
Es un carrete de cable de acero operado neumáticamente que permite desplazar herramientas pesadas ya sea en el piso o desde el piso del taladro
Cable de perforación (Drilling line):
Es un cable grueso de acero de 1 a 1 pulgadas de diámetro organizado en un
tambor o carretel que recorre la corona y el bloque viajero.
Su propósito primario es levantar o bajar dentro del pozo la tubería de perforación o el revestimiento. Es también usado para soportar las herramientas de perforación
Sistema de rotación
Realmente depende del tipo de taladro, el más común es el de mesa rotatoria, el cual consiste en una mesa giratoria ubicada al pie del taladro que posee un agujero en su centro generalmente de forma hexagonal por el cual se introduce la tubería de perforación la cual por también contar con una forma hexagonal rota junto a la mesa. Esta mesa gira porque es accionada por una conexión de diferenciales que va unida a un motor de alta potencia.
Los componentes de rotación se encuentran localizados en el lugar central del piso del taladro que consiste de:
Unión giratoria:
Es un sistema especial que permite simultáneamente la circulación del fluido y la rotación de la sarta. En la parte superior está conectada al gancho y en la parte inferior está conectada al Kelly a través de un elemento giratorio. La unión giratoria debe ser capaz de soportar el peso de la sarta mientras esta rotando altas revoluciones por minuto.
Mesa Rotatoria:
Llamada comúnmente “Mesa rotatoria”, es un equipo muy fuerte y resistente que se encuentra ubicada dentro del piso del taladro, la mesa rotatoria combinada con el buje maestro y otros accesorios seleccionados, la cual transmite a la sarta de perforación o de producción movimiento rotacional. También puede soportar la sarta suspendida en el hueco.
Cuadrante o junta Kelly
Es un pesado tubo de acero, cuadrado o hexagonal de 42 pies de longitud que se enrosca en la unión giratoria, transmite el momento de torsión de la mesa rotaria a la sarta de perforación, es hueco para permitir el paso del fluido de perforación. En la parte superior está conectado a la unión giratoria y en la inferior a la tubería de perforación.
Top Drive
Consiste en que la sarta de perforación y el ensamblaje de fondo reciben la energía para su rotación, desde un motor que va colgado del bloque viajero. El equipo cuenta con un manejador de tubería el cual posee un sistema para enroscar y desenroscar tubería, una cabeza rotatoria y válvulas de seguridad. El sistema constituye un gran avance en la tecnología de rotación. Cuando se utiliza el Top Drive no se requiere el vástago o Kelly. El sondeo rota directamente por acción de un motor eléctrico de CC o de CA o motor hidráulico. Los riesgos se reducen por la eliminación de los dos tercios de las conexiones. Así mismo se reduce el peligro en el piso de perforación donde solo rota una tubería lisa (sin bujes)
Sarta de Perforación:
Está compuesta de tubería de perforación y una tubería especial de paredes gruesas llamada Portamechas o lastrabarrenas. El lodo circula a través del portamechas al igual que a través de la tubería de perforación. Transmite la potencia rotatoria a la mecha para poder perforar.
Tubería de Perforación ( Drill Pipe):
Constituye la mayor parte de la sarta de perforación, está soportada en la parte superior por el cuadrante el cual le transmite la rotación a través de la mesa rotatoria. Un tubo de perforación mide aproximadamente 30 pies.
Mecha: Es el elemento cortador en la perforación de pozos, la mayoría del as brocas tricónicas consiste de 3 conos que giran sobre cojinetes para hacer uso de todos los elementos cortadores. Además, las brocas poseen un sistema de circulación pera su enfriamiento y permitir el paso del fluido, usando su fuerza hidráulica para impactar la roca y facilitar su perforación
Sistema de circulación: En este sistema se trabaja con altas presiones, ya que consiste en la circulación de lodo químico a alta presión, cuyo objetivo es "Lubricar", "Refrigerar" y "Transportar" los escombros removidos por la mecha a su paso dentro del terreno. Es de vital importancia ya que sin este sistema el taladro no lograría penetrar ni siquiera 5 metros en el suelo, pues la fricción fuese tremenda y por consiguiente también la temperatura aumentaría y se fundiría la mecha.
‐Se inicia en el tanque de succión desde donde el lodo es bombeado al interior del pozo ‐Se desplaza por el interior de la sarta de perforación hasta el fondo del pozo, sale a través de la barrena a alta presión lubricándola y recogiendo los cortes de roca. ‐Asciende a la superficie a través del espacio anular y termina en la criba donde las partículas grandes de rocas son separadas ‐Luego pasa a través de los equipos de separación de sólidos donde las partículas más pequeñas son retiradas, es
acondicionado y colocado en el tanque de succión.
Equipos de circulación
Bombas de lodo:
Pueden ser Duplex o Triplex son utilizadas para desplazar el lodo con suficiente potencia a fin de superar las caídas de presión que se registran a lo largo del sistema de circulación
Líneas de Descarga y Regreso:
Las de descarga transportan el lodo bajo presión, se encargan de llevar el lodo a la sarta de perforación y al hoyo. Las líneas de retorno traen al lodo que sale del pozo conteniendo ripios y gases, desde la boca del pozo hasta el tanque de acondicionamiento.
Tubo vertical y Manguera rotatoria
El tubo vertical (stand pipe) está ubicado en paralelo a una de las patas de la torre y conecta la línea de descarga de la bomba de lodo con la manguera del lodo, la cual se conecta con la unión giratoria
La manguera rotatoria está formada con goma especial extrafuerte, reforzada y flexible que conecta al tubo vertical con la unión giratoria, su flexibilidad se debe a que debe permitir el movimiento vertical libremente.
Equipos de limpieza
Una vez que sale del pozo, hay que proceder a separarle los ripios producto de la perforación
Los vibradores
Es una maquina con un cedazo que vibra en forma controlada, sirve para separar los cortes ò trozos de rocas más grandes del fluido de perforación
Desgasificador
Elemento diseñado especialmente para remover el gas que está en solución en lodo de perforación
Hydrocyclon
Es un cono de diseño especial que obliga a descender al lodo en forma de espiral creando una zona de baja presión en el centro que succiona al lodo por la parte superior mientras que los sólidos son expulsados por la parte inferior.
Centrifuga
En las centrifugas se rota el lodo a alta velocidad separando las partículas de acuerdo a su peso. Estas unidades pueden extraer partículas pequeñas hasta 2 Micrones
Entrada de lodo
Descarga de Sólidos
Salida de lodo
Sistema de seguridad
Está compuesto principalmente por las válvulas, impide reventones que se instalan en la boca del pozo para controlar las altas presiones a las que sale el petróleo una vez que se haya llegado al yacimiento.
El sistema de prevención de reventones tiene como función principal controlar uno de los problemas más serios que es “el golpe de ariete” o “arremetida”, que pudiese resultar en un reventón
La arremetida, cuando la presión de la formación incrementa repentinamente y excede la presión hidrostática del lodo de un golpe puede ocurrir, es decir es una entrada de burbujas de gas o fluido de formación al pozo que luego de salen a la superficie. Si no se controla debidamente el “golpe de ariete” esto puede convertirse en un reventón, los fluidos de la formación desplazan al lodo fuera del pozo y el petróleo o gas fluye libremente.
De esta manera, la entrada incontrolada de estos fluidos de alta presión puede ocasionar un desastre si se incendian, que puede resultar en pérdidas de vidas humanas, daños al ambiente y granes pérdidas económicas.
Para solucionar en parte estos problemas, se tiene en los taladros, equipos especiales que permiten cerrar el pozo y evitar que el fluido invasor salga a superficie.
Conjunto Preventor de Reventones (BOP)
Este conjunto consiste en un juego único de válvula hidráulicas muy grandes con orificios de tamaño considerable, niveles de presión altos y que además accionan con rapidez. El preventor de reventones se ubica debajo de la mesa rotatoria y tiene un conjunto de equipos especiales que sellan las tuberías a presión.
Estos equipos son las válvulas impide –reventones (Blow Out Preventor ) BOP, dentro de las funciones principales de este equipo están permitir el sello del hoyo cuando ocurra una arremetida, mantener suficiente contrapresión en el hoyo, prevenir que salga la entrada de fluidos desde la formación del pozo, mientras se está haciendo la restauración del pozo a sus condiciones normales.
Existen 2 tipos básicos de preventores: Anular y de Ariete
Preventores anulares
Poseen un elemento de goma que sella al cuadrante, la sarta de perforación, los portamechas o al hoyo mismo sino existe sarta en el hoyo.
La mayoría de preventores anulares tienen un diseño para una presión de cierre máxima recomendada de 1500 psi, no obstante, varios BOP anulares tienen una cámara de presión de 3000 psi
Preventores de Ariete
Consisten de grandes válvulas de acero(arietes) que tienen elementos de goma que sirven de sello, existen:
Preventores de Ariete de Tubería: porque cierra la tubería de perforación mas no puede sellar el hoyo abierto.
Preventores de Ariete Ciégase: se utiliza para sellar el un hoyo abierto
Preventor de Ariete de Corte o Cizallamiento: permite cortar la tubería de perforación, en el caso de que los otros reventones fallen.
Generalmente el preventor anular debe colocarse en la parte superior y los preventores de ariete en la parte inferior.
Estranguladores:
El primer paso una vez que se cierra un pozo es la utilizacion de los preventores. Para comenzar la perforacion nuevamente, hay que circular el fluido para sacar la arremetida y reemplazarlo con lodo de la densidad adecuada,para circular la arremetida hacia fuera y bombear lodo nuevo hacia el hoyo, el estrangulador se abre completamente y se inicia el bombeo del lodo. A medida que el influjo, va saliendo del hoyo, se va reduciéndo la apertura del estrangulador a posiciones que manteniendo la suficinte presión para permitir que salga el influjo y el lodo, pero no mas fluido de fromacion.
Separador de lodo y de gas
Tiene como objetivo separa el gas del lodo durante ò después de un reventón. El separador debe estar diseñado para recibir lodo gasificado de la línea ò desde el manifold
Tanque de Viaje
El nivel del tanque de viaje permite saber si el pozo toma ò produce fluidos mientras se saca ò mete la sarta de perforación. Cualquier desvío durante estas operaciones es
indicativo de que se está perdiendo lodo hacia la formación ò se está produciendo una arremetida
Válvulas de Seguridad
Son válvulas de seguridad que permiten controlar el pozo a nivel del cabezal. Frente a un amago de reventón Impiden el flujo de fluidos por el espacio anular además disponen de una vía a través de la cual se bombea lodo para matar el pozo.
Líneas de Matar
Van desde la bomba de lodo al conjunto de válvulas de seguridad, a través de ellas se bombea lodo pesado al pozo hasta restaurar la presión lo cual ocurre cuando se ejerce suficiente presión hidrostática contra las paredes del hoyo .
Sistema de potencia
Anteriormente solía componerse por enormes calderas y motores a vapor, pero por razones de seguridad y espacio fue sustituido por motores diesel que eran de reducido tamaño pero de mucha más eficacia. Actualmente las salas de máquinas de los taladros se suelen dividir en distintas etapas para mayor eficacia.
El sistema de potencia es el “núcleo” del taladro de perforacion, donde se genera la potencia primaria necesaria para operar todos los componentes y subcomponentes del taladro
La potencia requerida para operar el taladro , se genera con el uso de grandes
motores de combustion interna, que son las fuentes primarias de potencia.
Según la clase de motor primario empleado para generar la potencia, ésta se
transmite por medios mecánicos o eléctricos a los componentes del taladro para su
adecuado funcionamiento. Pueden estar ubicados debajo, en el piso, alado, alejados
del piso del taladro
Sistema de Transmisión Mecánica de Potencia:
Este sistema de transmisión de potencia está compuesto del motor o motores y de un
arreglo elaborado de piñones y cadenas, o sistemas de enlaces, que requieren de una
cuidadosa organización y alineación
Los sistemas mecánicos de transmisión de potencia en la actualidad son los más
usados, aunque se están usando con más frecuencia los sistemas eléctricos
Sistema de Transmisión Eléctrica de Potencia:
Este sistema se compone de generadores eléctricos accionados por generadores de
diesel. Estos a su vez generan la potencia que se transmite por cables hasta los
diferentes sistemas del taladro. Tiene varias ventajas sobre el sistema mecánico:
‐ Da mayor flexibilidad a la ubicación de las unidades
‐ Elimina los complicados arreglos de los motores enlazados en línea
‐ Presenta menos problemas de alineación
‐ Es un sistema más compacto y portátil