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SISTEMA DE ELEVACIÓN O IZAJE
definición
El sistema de elevación o sistema de izaje es una parte de la torre de perforación. Su finalidad es proveer un medio para
bajar o levantar sartas de perforación o de revestimiento y otros equipos de subsuelo.
El sistema de izare es un componente vital del equipo de perforación. Este sistema suministra un medio por el cual se da
movimiento vertical a la tubería que está dentro del pozo; esto es, bajar y sacar la sarta de perforación.
Aporta los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, la tubería de revestimiento y otros equipos sub
superficiales, para realizar conexiones y viajes.
El sistema de elevación o sistema de izaje es una parte de la torre de perforación
FUNCIONES: su finalidad es proveer un medio para bajar o levantar sartas de perforación o de revestimiento y otros
equipos de subsuelo. soportar el peso de la sarta de perforación, posiblemente varios cientos de toneladas. llevar hacia adentro y hacia afuera, según el caso, la sarta de perforación. mantener el peso aplicado sobre la broca durante la perforación y el rimado.
suministra un medio por el cual se da movimiento vertical a la tubería que está dentro del pozo; esto es,
bajar y sacar la sarta de perforación.
aporta los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, la tubería de revestimiento y otros equipos
sub superficiales, para realizar conexiones y viajes.
COMPONENTES DEL SISTEMA DE ELEVACIÓN.
Los principales componentes son:
1.-Malacate o cuadro de maniobras
2.-Tambor de reserva
3.-Cable o Línea de Perforación
4.-ancla de la línea muerta
5.-Bloque de Corona o polea fija
6.-Bloque móvil o polea móvil
7.-Gancho
COMPONENTES DEL SISTEMA DE ELEVACIÓN.
1.-MALACATE
Definición. Es el elemento que utiliza la energía del sistema de potencia para aplicarle una fuerza al cable de perforación.
está provisto de un sistema de frenos para controlar las altas cargas y un sistema de enfriamiento para disipar el
calor generado por una fricción en las balatas. el tambor del malacate tiene un ranurado (lebus) para acomodar
el cable de perforación.
El malacate es la pieza principal del equipo, es grande y pesado, consiste de un tambor que gira sobre un eje alrededor del cual se enrolla un cable de acero, llamado cable de perforación. también tiene un eje que atraviesa el malacate y que tiene 2 tambores que giran en cada extremo de este eje varios ejes, embragues y transmisiones de cadena, facilitan los cambios de dirección y velocidad.
Es un conjunto de componentes de propulsión mecánica. es la parte principal en el sistema de izaje en un
equipo de perforación, por lo tanto se tiene que tener bastante cuidado en su mantenimiento, ya que esta
unidad se somete a trabajo constante y pesado durante la perforación de un pozo, pues con este conjunto se da
movimiento a la sarta de perforación, se introduce tubería de revestimiento y se ocupa para todas las maniobras
que se requieren en la perforación de un pozo petrolero
funciones. proporciona fuerza de transmisión de características apropiadas, para permitir que se levanten cargas
de tubería de perforación y de revestimientos con las unidades motrices del equipo. transmite movimientos a la rotaria, en la mayoría de los equipos.
Transmite fuerza a los cabrestantes, para las maniobras de armar y desarmar la tubería de perforación y de revestimiento.
Izar e introducir la tubería al agujero Transmite la potencia para hacer girar la mesa rotatoria, los carretes auxiliares y sistemas de enrosque
y desenrosque de tubería Es la parte principal en el sistema de izaje en un equipo de perforación, por lo tanto se tiene que tener bastante cuidado en su mantenimiento, ya que esta unidad se somete a trabajo constante y pesado durante la perforación de un pozo, pues con este conjunto se da movimiento a la sarta de perforación, se introduce tubería de revestimiento y se ocupa para todas las maniobras que se requieren en la perforación de un pozo petrolero.
accesorios del malacate: Dentro de los accesorios encontrados en el malacate están: a) EL SISTEMA DE FRENOS.-el sistema de frenos en un malacate tiene como función detener el deslizamiento de la tubería al interior de un pozo y esto se hace al accionar dos bandas que van montadas en dos tambores acondicionados en el carrete principal para servir de pista de contacto. Constituido por un freno principal cuya función es parar el carrete; además, se tiene el freno auxiliar que sirve de soporte al freno principal en casos de emergencia. La mayoría de las instalaciones tienen por lo menos dos sistemas de frenos. Un freno mecánico que puede parar la carga inmediatamente .el otro freno, generalmente hidráulico (hidromático) o eléctrico, controla la velocidad de descenso de una carga que a su vez ayuda a no gastar las pastas del freno mecánico en el bloque del aparejo, pero este segundo freno no detiene el descenso completamente.
b) SISTEMA DE TRANSMISIÓN que provee un sistema de cambios de velocidad que el perforador puede utilizar para levantar la tubería 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 carrete para levantar el equipo que tiene que moverse en el piso de la torre.
FACTORES PARA EL BUEN FUNCIONAMIENTO
imágenes de los diferentes tipos de malacate:
2.-TAMBOR DE RESERVA
Definición.- Es un componente del cuadro de maniobras. Es el encargado de enrollar o soltar el cable que va
hacia la corona (fast line), para sostener el aparejo. Puede ser liso o con camisas.
FUNCIÓN: Es el encargado
de enrollar o soltar el cable que va
hacia la corona (fast line), para
sostener el aparejo
3.-EL CABLE DE PERFORACIÓN
Definición.
El cable de perforación une al malacate con el ancla del cable y está guarnido a través de la corona y la polea viajera con objeto de darle movimientos verticales a esta.
Son los cables o guayas de acero que se utilizan para suspender y sostener las cargas manejadas en la torre. las
líneas de perforación pasan por el bloque viajero y por la corona. este cable viene en un gran carrete. las líneas
de perforación constan de seis ramales torcidos de acero y cada ramal consta de 9 hebras externas también
torcidas que envuelven el núcleo o centro.
El cable de perforación une al malacate con el ancla del cable y está guarnido a través de la corona y la
polea viajera con objeto de darle movimientos verticales a esta. El cable de perforación esta generalmente construido con cable de acero de 1 1/8 a 1 ½pulgadas (2.86 a 3.81 cm)
de diámetro. el cable de acero, se fabrica a sus ves de alambres de acero, este también requiere lubricación
debido al movimiento constante de los alambres dentro del cable de acero, ya que unos van rozando contra
otros mientras el cable viaja a través de las poleas en el bloque de la corona y de la polea viajera. ya que es un
artículo que se desgasta y se tiene que reponer, puede ser un gasto apreciable en cualquier instalación.
PARTES DEL CABLE DE PERFORACION
funciones:
la principal función de un cable de perforación conjuntamente con otros componentes (poleas) del
sistema de izaje es la de dar una ventaja mecánica (vm) para levantar o bajar la sarta de perforación.
transmiten fuerzas, movimientos y energía entre dos puntos. une al malacate con el ancla del cable
soportar el peso de los bloques, esto a la vez con todos sus accesorios.
viajes para cambio de barrena. introducción de tuberías de revestimiento.
selección y cuidado del cable de
perforación:
El cable debe ser seleccionado de acuerdo con el peso que tendrá que soportar y con el diseño de las rondanas
del bloque de la corona y del bloque del aparejo a través de las cuales el cable tendrá que pasar.
El cable debe ser movido periódicamente para que se desgaste igualmente por todos lados, el procedimiento para cortar el cable desgastado debe tomar en cuenta el uso o trabajo rendido por el cable, éste desgaste es determinado por el peso, distancia y movimiento de un cable viajando sobre un punto dado.
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.
Para poder utilizar el cable de acero como cable de perforación, debe ser enhebrado, ya que llega a la
instalación enrollado sobre un tambor alimentador de madera. El primer paso que se lleva a cabo para enhebrar el cable es tomar el extremo del cable y subirlo hasta la cima del mástil o la torre en la corona. El cable de perforación se enhebra por una de las poleas y se baja hasta el piso de la instalación. Temporalmente descansando sobre el piso de la instalación se encuentra otro juego enorme de poleas llamado el bloque viajero o polea viajera. El extremo del cable se enhebra por una de las poleas de éste y se sube nuevamente hacia el bloque de la corona. Ahí el cable se enhebra nuevamente por otra polea de la corona, se vuelve a bajar y se le desliza nuevamente hasta la polea viajera donde se vuelve a enhebrar. Esta operación se lleva a cabo varias veces hasta que se logra el número correcto de enhebradas o líneas de cable. La operación de enhebrar casi siempre se lleva a cabo antes de elevar el mástil.
El número de cables es solamente uno, pero como el cable de perforación sube y baja tantas veces, da el efecto de muchos cables. El número de líneas de cable depende del peso que se va a soportar con los bloques. Mientras más peso se va a soportar con los bloques., más enhebradas son necesarias. Una vez que la última enhebrada se ha llevado a cabo, el extremo del cable se baja hasta el piso de la instalación y se conecta al tambor del malacate. La parte del cable que sale del malacate hacia el bloque de la corona se llama línea viva, porque se mueve mientras se sube o se baja el bloque del aparejo en la instalación. el extremo del cable que corre del bloque de la corona al tambor alimentador se asegura, llamándose a esta parte del cable línea muerta, porque no se mueve una vez que se ha asegurado.
MANEJO DEL CABLE DE PERFORACIÓN
4.-ANCLA DE LA LÍNEA MUERTA
Definición.- Es el elemento que fija la línea muerta que viene desde la corona al suelo.
tiene un dispositivo que permite medir la carga que sostiene el aparejo, a través de la tensión del cable, para tener una lectura en los indicadores de peso.
El cable de perforación une al malacate con el ancla del cable y está guarnido a través de la corona y la polea viajera con objeto de darle movimientos verticales a esta
Montado sobre la subestructura de la instalación se encuentra un aparato que se llama el ancla de cable muerto la cual sostiene al cable fijo, por lo que el bloque del aparejo puede ser elevado del piso de la instalación hacia arriba enrollando el cable con el tambor del malacate y para bajar el bloque el cable solamente se suelta
5.-BLOQUE CORONA
definición El 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 pasa el cable de perforación y sube nuevamente hasta el bloque corona.
La corona es un sistema de poleas fijas colocadas en la parte superior del mástil.
FUNCIÓN.-la función principal es
sostener y da movilidad al bloque viajero.
6.-BLOQUE VIAJERO
Definición. El conjunto de roldanas que ascienden y descienden en la torre. el cable enroscado a través de las
roldanas se vuelve a enroscar (o a "pasar") por los bloques de corona fijos localizados en el extremo superior de la torre. este sistema de poleas crea una gran ventaja mecánica para la acción del cable de perforación metálico, permitiendo la subida o la bajada de cargas pesadas (sarta de perforación, tubería de revestimiento y tuberías de revestimiento cortas) en el pozo.
El sistema de poleas es el que une mediante el cable de perforación al malacate con tubería de perforación o revestimiento y proporciona un medio mecánico para bajar o levantar dichas tuberías
FUNCIÓN.-la función principal es el sistema de poleas nos permite reducir la fuerza requerida
para sacar o meter la tubería.
roldana
Una polea. En el uso petrolero, el término se refiere generalmente a las poleas instaladas en forma permanente en el extremo superior del equipo de perforación (los bloques de corona), o a las poleas utilizadas para bajar las herramientas operadas con cable en el pozo. En el caso de los bloques de corona, el cable de perforación, un cable pesado, se enrosca entre los bloques de corona y los bloque viajeros en un arreglo de tipo aparejo de roldana para crear una ventaja mecánica. Un cable de perforación relativamente débil, con una resistencia a la rotura de unos 45 400 kg [100 000 libras], puede utilizarse para levantar cargas mucho más grandes, probablemente de más de 454 000 kg [un millón de libras]. Durante las operaciones con cable, en la torre de perforación se cuelgan provisoriamente dos roldanas, y el cable se baja desde el camión de adquisición de registros, pasando por las roldanas, hasta la herramienta de adquisición de registros que se encuentra en el pozo.
imágenes DE LA CORONA Y DEL BLOQUE MÓVIL
7.-EL GANCHO
definición El equipo de gran capacidad en forma de "j" utilizado para colgar varios otros equipos, en
especial la unión giratoria y el vástago de perforación, los brazos del elevador o las unidades de
mando superior. el gancho se fija a la parte inferior del bloque viajero (aparejo móvil) y permite
levantar cargas pesadas con el bloque viajero. el gancho se encuentra trabado (el estado
normal) o bien rota libremente, de modo que puede acoplarse o desacoplarse con los
elementos posicionados en el piso de perforación, sin limitarse a una sola dirección.
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 asa que soporta la
unión giratoria. los 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.
FUNCION.- la función principal es que permite levantar cargas pesadas con el bloque
viajero
FACTORES DE SEGURIDAD
a) EN EL malacate
El sistema de frenos de fricción del carrete del malacate es importante para la correcta operación. Sus requerimientos generales son:
seguridad y confiabilidad efectividad facilidad de mantenimiento
La seguridad y la confiabilidad, se obtiene con diseños cuidadosos. Para que un sistema de frenado sea efectivo debe tener las siguientes características:
debe reducir la fuerza que debe ser aplicada para operar el freno. debe relevarse así mismo conforme el carrete empieza a girar en la dirección de levantamiento.
La fuerza de frenado del malacate proporciona una ventaja mecánica muy alta, permitiendo que el frenado, aún para grandes cargas, se realice con una fuerza manual razonable aplicada sobre la palanca de operación del freno. Se dice que un sistema de frenado está bien calibrado, cuando el peso de la polea viajera es sostenido únicamente con el peso de la palanca
POTENCIA DEL MALACATE Y DIÁMETRO DEL CABLE DE PERFORACIÓN
FACTORES DE SEGURIDAD
b) EN EL CABLE DE PERFORACIÓN
CALCULO DE LA TONELADA – MILLA
DEFINICION.-Es el trabajo realizado sobre el cable durante la perforación del pozo, bajada de cañería,
bajada de tubería, corona y operaciones de pesca. La Tonelada – Milla se refiere al levantamiento de un
peso de una tonelada corta (2000 lb.) a la distancia de una milla (5280 pie). Este es un método que se
emplea para calcular la vida aproximada del cable.
Dónde:
W = Trabajo
F = Fuerza
D = Distancia
TM = Tonelada Milla
W = F * D
TM = F * D
Según las recomendaciones por el API nos indica que el trabajo del cable desempeñado en la perforación
debe considerarse que es tres veces el trabajo hecho en un viaje redondo a la profundidad total, entonces
el trabajo será
TM = 3 Tv
TM = 2 Tv
Viaje Completo:
Es la operación de sacar toda la columna de perforación hasta la superficie desde una profundidad
cualquiera y nuevamente volver a bajar la columna hasta la misma profundidad de donde fue sacada.
Ciclos de operaciones de un viaje completo:
La tubería de perforación se levanta a la longitud del vástago. El peso levantado en la operación
incluye el peso de toda la tubería, el vástago y el conjunto de polea viajera.
Se desconecta el vástago y se lo deposita en la ratonera. El peso considerado en esta operación
es solo el del vástago y del aparejo.
La tubería de perforación se levanta a la distancia de un tiro se desconecta y se apila en la torre.
El peso en la operación es todo el peso de la tubería de perforación y del aparejo.
El conjunto del aparejo se baja hasta el piso de la torre y se ensancha en la tubería de perforación
para sacar otro tiro. El peso de la perforación es del aparejo.
Se repiten los pasos anteriores hasta que toda la tubería de perforación se ha sacado del pozo.
Al bajar la tubería de perforación al pozo, el procedimiento primeramente descrito se repite en
forma inversa, sin embargo los pasos manejados y las distancias recorridas serán idénticas.
Todo el servicio o trabajo del cable (TM) se calcula y se registra para obtener el trabajo total del cable de
perforación, para que así de esta manera se determine el corrido y corte del cable.
Los trabajos realizados por el cable de perforación se realizan en las siguientes operaciones:
Calculo de Tonelada Milla para sacar y bajar la herramienta de perforación:
2640000
5.0
10560000
CMDWDLDTM m
Dónde:
D = Profundidad total del pozo (pies)
L = Longitud de tiro de tubería (pies)
Wm = Peso unitario por flotación de tubería por el Factor
De flotabilidad del lodo de perforación.
WSD = Peso unitario del sondeo
M = Peso total del conjunto del izaje (aparejo – cabeza de
Inyección – vástago) (libras)
ff = Factor de flotación
C = Peso efectivo del conjunto de portamechas corregido
por el factor de flotación
cc = Peso del conjunto del portamechas sin afectado por el Factor de flotación
1er Paso: Factor de flotación:
LPGff L 015.01
2do Paso: Calculo del peso del lodo flotador:
pieLbsffWW SDm /
3er Paso: Calculo del peso del portamecha flotado:
LbsffccC
Pero:
LbsWWLcc SDPMPM
Cálculo de Tonelada – Milla en operaciones de perforación
12
3DD VCVCOP TMTMTM
Dónde:
2DVCTM = Tonelada Milla para un viaje completo a la profundidad
donde se termina la perforación del tramo.
1DVCTM = Tonelada Milla para un viaje completo a la profundidad
que comienza la perforación del tramo a ser perforado.
Cálculo de Tonelada – Milla para bajar cañería:
2640000
5.0
105600002
1 CMDWLDDTM M
VC
Nota: (0.5*C) se hace cero porque no se traja con trepano
Calculo de Tonelada – Milla en coroneo:
2640000
5.0
10560000
11
1
CMDWDLDTM M
VCD
2640000
5.0
10560000
22
2
CMDWDLDTM M
VCD
Dónde:
122 DDTMC
EJEMPLO:
En un pozo cuya ∫LODO =10.66 (LPG) se está utilizando la sarta de perforación con trepano de 8.5, 207 m * 6 ½
* 96.3, (HW) = 101 m 5” 19.5 lb/pie
A la profundidad de 4500 m se produjo un aprisionamiento de sarta, la cual se libera mediante de
torsión y rotación, momento en que se decide sacar la sarta a la superficie donde se observa que se
trata de 150 m de PM. Que quedo en el pozo como pesca.
Calcular las toneladas millas (TM) del cable al solucionar esta problema para luego seguir la
perforación sabiendo que el peso del vástago más el peso de la unión giratoria (W.v. + Wug.) = 8000
lb, peso del aparejo (Wap.) = 20000 lb. La sarta de pesca está compuesta por over shot de 8 ½” * 28.6
m, PM. = 6 ½” * 96.3 lb/pie, TP = 4 ½” * 16.6 lb/pie
Datos de la Sarta de Perforación:
∫= 10.66 LPG
Trépano = 8.5”
PM = 679.167 (pies) * 6 .5” * 96.3 lbs/pie
HW= 331.381(pies)* 5” * 19.5 lbs/pie
TP = 4.5” * 16.6 lbs/pie
D = 14764.5 (pies)
Pescado = 515.117 (pies)* 6.5” * 96.3 lbs/pie
Formula general de solución es:
2640000
5.0
10560000
1 CMDWDLDTM M
Esta fórmula es para calcular TM de un viaje completo (subida y bajada de la herramienta), para un
medio viaje será dividido entre 2.
C = exceso de peso
L = 90 pies, longitud de un tiro
Peso unitario de sondeo
M =Wsd (peso de sondeo) o Wap (peso del aparejo)
C = Cc * ff
Ff = 1 – 0.015 * densidad ff = 1 – 0.015 * 10.66 lpg ff= 0.84
Cc = es el exceso de peso del PM y HW
Wm = 13.944 lbs/pie
TM para sacar la herramienta de perforación:
Cc = LPM recuperado (W.PM. – Wsd) Cc = 164.05 (96.3 – 16.6)
Cc = 13074.78 LPs.
Cc = L.HW. (W.HW – Wsd.) Cc = 331.38 (19.5 – 16.6)
Cc = 96100.2 lbs.
Cc total = Sumatoria cci Cc = 13074.78 lbs + 96100.2 lbs
Cc total = 14035.78 lbs
C = 14035.78 lbs * 0.84 C = 11790 lbs
M = Wap = 20000 lbs
2640000
117905.02000038.14249
10560000
944.139038.1424938.14249
2
1TM
TM 204 .7
TM para bajar la herramienta de pesca.
M = Wap + Wug + Wv = 280000 lbs
Cc = L. over shot (W.PM – Psd) Cc = 7478.77 lbs
C = Cc * ff C = 7478.77 lbs * 0.84 C = 6282.166 lbs
2640000
17.62825.028000038.14249
10560000
944.139038.1424938.14249
2
1TM
TM 218.9
TM para sacar el pescado
M = 280000 lbs
Cc = 520.36 pies (96.9 lbs/pie) = 78533.6 lbs
C = 48533.6 * 0.84 C = 40769.2 lbs
D = 14764.5
2640000
2.407695.02800005.14764
10560000
944.13905.147645.14764
2
1TM
TM 257.67
TM para bajar la herramienta de perforación
Cc1 = L.PM (W.PM – Wsd) Cc2 = L.HW (W.HW – Wsd)
Cc1 = 679.16 pies (96.6 lb/pie – 16.6 lb/pie) = 54332.8 lbs
Cc2 = 331.38 pies (19.5 lb/pie – 16.6 lb/pie) = 961 lbs
Cc total = 55293.8 lb
C = 55293.8 * 0.84 C = 46446.8 lbs
2640000
8.464465.02800005.14764
10560000
944.13905.147645.14764
2
1TM
TM 288
7.2049.28167.257288 totalTM
TM 969.3 RESULTADO
