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PERFORACION
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PERFORACION I (PGP-210)
DOCENTE: ING. LUIS F. VILLEGAS R. Página 1
TEMA 2
SISTEMA DE ROTACION
TREPANO
TUBERIA DE PERFORACION
PORTABARRENAS
MESA ROTARIA
BUJE DE TRANSMISON DEL CUADRANTE
CUADRANTE
MANGUERA
UNION GIRATORIA
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El sistema rotatorio se refiere a todas las piezas que giran o imparten
movimiento rotatorio. en las operaciones de perforación.
COMPONENTES PRINCIPALES:
1. Unión Giratoria o Cabeza de Inyección
2. Cuadrante o Kelly
3. Mesa Rotaria
4. Sarta de Perforación
4.1. Tuberías de Perforación (Drill Pipe)
4.2. Arreglo de Fondo (BHA)
4.2.1. Portamechas
4.2.2. Barras Pesadas
4.2.3. Estabilizadores
4.2.4. Escariadores
5. Trepano o Barrena
1. UNION GIRATORIA (Swivel)
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La Unión giratoria es una herramienta giratoria, se encuentra suspendida de su
asa del gancho del bloque móvil, la unión en su parte inferior esta conectado
directamente a la válvula de seguridad del cuadrante, lo que permite que la
barra maestra gire
Esta puede girar a más de 200 revoluciones por minuto.
Soportar carga superior a las 250 toneladas de peso.
Soportar presiones hidraúlicas mayores a 3000 psi
La unión giratoria realiza tres funciones principales:
Suspender la sarta de perforación
Permitir la rotación libre del vástago y la tubería de perforación.
Proporcionar la conexión para la manguera de inyección a través del
cuello de ganso sirviendo de conducto para la circulación de fluido
(lodo).
2. CUADRANTE (Kelly)
El cuadrante llamado también kelly, vástago o flecha, es un tramo de tubería de
forma cuadrada, hexagonal o triangular, generalmente de 40 pies (12 m) de
largo.
El extremo superior del vástago se conecta a la a la Unión Giratoria y su
extremo inferior va conectado a la tubería de perforación.
El cuadrante, el cual se acopla al buje maestro a través del buje de transmisión
del cuadrante.
Tiene tres funciones esenciales que son:
Suspender la columna de perforación
Hacer que la columna gire.
Conducir el fluido de perforación dentro de la columna.
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2.1 Válvulas de Seguridad del Cuadrante (Kelly Cock)
Son válvulas de seguridad ubicadas encima y debajo del vástago de
transmisión (Kelly), estas válvulas son de bola y deben ser operadas
manualmente.
El propósito básico de la válvula superior es el de proteger a la manguera de
perforación, la unión giratoria y el equipamiento de superficie de las altas
presiones del pozo.
La válvula inferior del vástago, se utiliza como reserva de la superior, permite
que se retire el vástago cuando la presión en la sarta es mayor que la
clasificación de los equipos de superficie. Una práctica común es la de usar la
válvula inferior como una válvula para ahorrar fluido o lodo durante la conexión
de tuberías.
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2.2 Unión Sustituta del Cuadrante (Saver Sub)
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La unión sustituta del cuadrante es una pieza corta de tubería localizada en la
parte inferior del cuadrante y que se conecta con la sarta de perforación.
Su función es: mantener al mínimo el desgaste del enroscado del cuadrante.
La espiga (macho) de la unión sustituta debe hacer conexión con cada una de
las cajas (hembra) en la sarta de perforación.
3. MESA ROTARIA (rotary table)
La mesa rotaria, el cuadrante y la unión giratoria funcionan conjuntamente para
hacer girar la sarta de perforación y la barrena durante el proceso de
perforación de un pozo por lo tanto se consideran como los componentes
rotatorios más importantes de una instalación de perforación rotatoria
Hacer girar la sarta de perforación con todos los accesorios que estén
conectados a su extremo inferior, cuando la perforación avanza, la mesa
giratoria gira hacia la derecha, en las direcciones de la manecillas del
reloj.
Mantener en suspensión el peso de la sarta a tiempo de efectuar las
conexiones o maniobras de sacar o bajar la sarta de perforación.
El diámetro de la apertura de la mesa rotaria A, por la cual pasan las barrenas
y otras herramientas, indican la capacidad general de la mesa rotaria.
El diámetro A: varia 17 ½ pulg hasta 49 ½ pulg.
Otra forma de clasificar la mesa rotaria es de acuerdo a su capacidad de carga
que varían desde 100 a 600 toneladas y a la máxima velocidad de rotación
recomendada (rpm)
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3.1 El Buje de Transmisión del Cuadrante (Kelly Bushing)
El buje de transmisión del cuadrante es un dispositivo que encaja sobre la
mesa rotaria por medio del cual pasa el cuadrante.
El buje de transmisión del cuadrante está acoplado al buje maestro que es en
efecto parte de la mesa rotaria.
Su función es :
Transmitir el torque del buje maestro hacia el cuadrante y de este a la
sarta de perforación
3.2 El buje Maestro (master bushing)
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El buje maestro es un dispositivo que va colocado directamente en la mesa
rotaria y sirve para:
Acoplar el buje de transmisión del cuadrante con la mesa rotaria de tal
manera que el impulso de rotación o torsión, de la mesa rotaria pueda
ser transmitida al cuadrante
Proporciona una superficie ahusada o cónica, necesaria para sostener
las cuñas cuando estas sostienen la tubería.
3.3 Las Cuñas (slips)
Las cuñas son piezas de metal ahusado con dientes u otros dispositivos de
agarre, se puede decir que son conjuntos flexibles de piezas cuyas superficies
interiores son curvas y dentadas para acomodar la superficie exterior de la
columna de perforación.
Las cuñas encajan alrededor de la tubería y se calzan contra el ahusamiento
del buje maestro.
Hay cuñas para tubería de perforación, portamechas y cañerías.
Su función es:
Sostener la sarta de perforación en la mesa rotaria para evitar que caiga
dentro del pozo cuando se está conectando o desconectando la tubería.
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3.3 TOP DRIVE
El top drive rota la sarta de perforación y el trépano sin el uso del cuadrante y la
mesa rotaria.
La parte superior está conectada al bloque viajero ó al gancho, realiza
movimientos ascendentes o descendentes por medio de unas rieles.
Contiene una cabeza de inyección integrada y un sistema que enrosca o
desenrosca el material tubular.
El top drive es operado desde una consola de control situada en el piso del
equipo de perforación.
Aplicaciones:
Para perforar pozos desviados, horizontales multilaterales y bajobalance
Beneficios:
• Elimina dos tercios de las conexiones al perforar con lingadas triples.
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• Mantiene orientación direccional en intervalos de 90 pies.
• Toma núcleos en intervalos de 90 pies sin tener que hacer conexiones
• Mejora la seguridad en el manejo de tuberías
4. SARTA DE PERFORACION
Es un conjunto de herramientas básicamente tuberías de diferentes diámetros
y funciones que se van añadiendo según avanza la perforación; compuesta por
el sondeo o tuberías de perforación (Drill Pipe) y el arreglo de fondo de pozo o
BHA (Bottom Hole Assembly), los cuáles van por encima de un elemento
cortante denominado barrena o trépano (Bit), el cuál es el encargado de la
trituración de la roca en el fondo del pozo.
Las funciones de la sarta de perforación son:
Sostener y girar el trépano
Conducir fluido de perforación de la superficie al trépano
Bajar y sacar el trépano
4.1 Tubería de Perforación
La tubería es un conducto tubular de acero ó aleaciones de aluminio, donde a
cada extremo tiene roscas especiales, un extremo tiene las roscas en el interior
(caja, box, hembra) y en el otro extremo las roscas en el exterior (espiga, pin,
macho), llamados uniones (tool joint).
Rango de longitudes.-
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La tubería de perforación se fabrica en longitudes Standard, dividida en los
rangos siguientes:
Rango 1: de 18 a 22 pies (obsoleto)
Rango 2: de 27 a 30 pies (8.23 a 9.14 m)
Rango 3: de 38 a 45 pies (11.58 a 13.72 m)
La longitud mas usada es la de 27 a 30 pies, la longitud no incluyen las uniones
de tubería.
Diámetro Exterior:
Cada pieza de la tubería puede tener un diámetro exterior que varia desde 2
3/8 y 6 5/8 de Pulg. (60.4 y 168.3 mm).
Grado de la Tubería de Perforación
La resistencia mínima al punto cedente.- Se dice
que un material alcanza la cedencia o fluencia
cuando experimenta una carga que le provoca
una deformación permanente. Es decir el
material se comporta plásticamente o se dice
que tiene fluencia. El punto a partir del cual el
material se fractura o se rompe, se dice que
alcanza su ultimo valor de resistencia a la
cedencia.
El grado de la tubería de perforación describe la resistencia mínima al punto
cedente del tubo, estos valores son importantes porque son utilizados en
cálculos de Reventamiento, Colapso y Tensión.
Propiedades fisicas:
La resistencia mínima a la tensión.- Se refiere a la fuerza necesaria para
estirar la tubería de perforación hasta romperla
La resistencia al colapso.- es la fuerza necesaria para aplastar los lados
de la tubería hasta socavarla sobre si misma.
La resistencia a la torsión.- es la fuerza de torsión que la tubería puede
resistir antes de torcerse.
La resistencia al reventamiento.- es la presión interna que puede
soportar la tubería antes de romperse.
Grado Resistencia
Mínima al Punto
Cedente (psi)
D-55
E-75
X-95
G-105
S-135
55000
75000
95000
105000
135000
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Identificación de las barras de sondeo
Las juntas ó conexiones más comunes son las siguientes:
IEU (Internal - Extermal Upset): Este tipo de juntas tienen un
diámetro exterior mayor que el del cuerpo del tubo y un diámetro
interno menor que el cuerpo del tubo.
IF (Internal Flush ó External Upset): Este tipo de junta tienen un
diámetro interno aproximadamente igual al del tubo y el diámetro
externo mayor que el cuerpo del tubo
ZZ: Nombre de la
compañía
6: Mes de la soldadura
(junio)
70: Año de la soldadura
(1970)
A: Fábrica de la tubería
(Armco)
E: Grado de la tubería
(“E”)
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IU (Internal Upset): Este tipo de junta tiene un diámetro interno
menor que el del tubo y un diámetro externo casi igual al del tubo.
Recomendado
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4.2 ARREGLO DE FONDO BHA (Bottomhole Assembly)
El término Arreglo de Fondo (BHA) es dado a un cierto arreglo de herramientas
incorporadas debajo de la tubería de perforación.
Los objetivos de un BHA.
Prevenir Patas de Perro
Obtener hueco de tamaño máximo y utilizable
Mejorar el desempeño de la broca
Minimizar problemas de Perforación
Minimizar el peligro de aprisionamiento diferencial.
4.2.1 Tubería Pesada (Heavy Weight Drill Pipe)
Es un componente de peso intermedio de la sarta de perforación, consiste de
tuberías de paredes gruesas, teniendo el mismo diámetro exterior la tubería de
perforación pero con un diámetro interior más pequeño, con un recalque en el
medio y tiene uniones de tuberías extra largos, hasta dos veces más largo que
las de la tubería de perforación.
Las tuberías pesados son usados en:
Para perforación de pozos de diámetro pequeño, tiene menos chance de
quedar aprisionada que los portamechas. El área de contacto para un
portamecha no estabilizado es la longitud total del portamechas,
mientras que una tubería pesada tiene un área de contacto igual a la
longitud de las uniones y al área de recalque.
Para perforación de pozos con alto ángulo, porque la tubería pesada es
menos rígida que los portamechas y tiene mucha menor área de
contacto con la pared del pozo posibilitando la reducción de torque.
Como una transcisión entre portamechas y tuberías de perforación.
Permite perforación a altas velocidades con menor torque, la cual reduce
el desgaste y deterioro de la sarta de perforación y simplifica el control
direccional.
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4.2.2 Portamechas (Drill Collar)
Los portamechas son tubos de aceros pesados de paredes
gruesas, tienen diámetros externos grandes y pequeños
diámetros interiores con conexiones de rosca en ambos
extremos (no soldados).
Tienen aproximadamente 30 pies (9 m) de largo, Los
diámetros pueden varias desde 3 1/8 pulg hasta 11 pulg.
El peso varía entre 21 a 306 libras/pie.
Los portamechas cumplen con las siguientes funciones:
Proporciona peso a la barrena (trépano) para
perforar
Mantiene el peso para impedir que la tubería de perforación nunca sea
sometida a fuerzas de pandeo
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Fig. Muestra, como un peso adecuado del portamechas mantiene la
sarta de perforación en tensión mientras provee peso al trépano cuando
se está perforando.
Ayuda a proveer el efecto de péndulo para hacer que la barrena perfore
un pozo más vertical.
Fig. Muestra el efecto de péndulo, que es la
tendencia de la sarta de perforación a colgar en una
posición vertical debido a las fuerzas de gravedad.
Más pesado el péndulo, mayor es su tendencia a
permanecer vertical y mayor es la fuerza necesaria
para causar que la sarta de perforación se desvié de
la vertical.
Ayuda a soportar y estabilizar el trépano de manera
que perfore el nuevo tramo alineado con el pozo ya
perforado (vertical a pesar de las fuerzas que
tienden a desviar el pozo)
4.2.2.1 Tipos de Portamechas (Drill Collar)
Portamechas Helicoidales o Espirales:
Los portamechas helicoidales o en espiral son
principalmente usados en pozos de diámetro mediano o
pequeño, en perforaciones profundas y en perforación
direccional.
La reducción del área de contacto entre el portamecha y
las paredes del agujero proporcionan mejor circulación del
fluido de perforación, reduciendo las posibilidades de
aprisionamiento por presión diferencial (Ph>Pf) en la
pared del pozo, permitiendo asi compensar o equilibrar la
presión hidrostática alrededor del portamechas.
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Portamechas Cuadrados:
Estos son corridos en la sarta de perforación cuando se
perforan formaciones duras o de gran buzamiento para
proveer máxima estabilización y prevenir la desviación
del curso existente del agujero.
Portamechas anti magnéticos:
Estos portamechas son fabricados con una aleación de
acero no magnético para usar la herramienta magnética
de compás (inclinación del BHA) sin la influencia del
campo magnético que existe alrededor de un portamechas de acero normal.
4.2.3 Estabilizadores (stabilizers)
Los estabilizadores son sustitutos cortos con aletas que sobresalen del cuerpo.
Las aletas son de aluminio, goma o acero con insertos de carburo de
tungsteno,
Los estabilizadores son usualmente casi del mismo diámetro que el trépano y
son colocados entre los portamechas. Su función es:
Mantener un agujero recto impidiéndole a la sarta desviarse de su
trayectoria, manteniendo los portamechas centralizados.
4.2.4 Escariadores (Reamers)
Los escariadores son herramientas que se emplean para ensanchar el
diámetro del pozo en algún lugar reducido del pozo, son colocados entre el
trepano y los portamechas.
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4.2.5 Martillos (Drilling jars)
Su función consiste en:
Implementar estremecimientos axiales a la sarta en el momento de
aplicarse peso o tensión para liberarse de una aprisionamiento.
Estos pueden ser de dos tipos: hidráulicos o mecánicos, este arreglo puede
colocarse como una única unidad en la sarta o espaciados.
.
5. TREPANOS (BITS)
Las brocas también denominadas mechas, son los elementos que colocados
en el extremo inferior de la sarta, encargados de cortar, triturar y abrir paso a
través de las formaciones, mediante peso y rotación aplicadas sobre ellas
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Practico # 1
1. Defina que es la técnica de under balance?
2. Ventajas de la técnica under balance
3. Desventajas de la técnica under balance
4. Fluidos usados en la técnica under balance
