Sistema a percusión

La industria petrolera comenzó en 1859 utilizando el método de perforación a percusión, llamado también “a cable”. Se identifico con estos dos nombres porque para desmenuzar las formaciones se utilizo una barra de configuración, diámetro y peso adecuado, sobre la cual se enroscaba una sección adicional metálica fuerte para darle mas peso, rigidez y estabilidad. Por encima de esta pieza se enrosca un percutor eslabonado para hacer efectivo el momento de impacto (altura x peso) de la barra contra la roca. Al tope del percutor va conectado el cable de perforación. Las herramientas se hacen subir una cierta distancia para luego dejarlas caer libremente violentamente sobre el fondo del hoyo. Esta acción repetitiva desmenuza la roca y ahonda el hoyo.

Ventajas y desventajas de la perforación a percusión

El uso de la perforación a percusión fue dominante hasta la primera década del siglo XX, cuando se estrenó el sistema de perforación rotatoria. Muchos de los iniciados en la perforación a percusión consideraron que para perforar a profundidad somera en formaciones duras, este sistema era el mejor. Además, recalcaban que se podía tomar muestras grandes y fidedignas de la roca desmenuzada del fondo del hoyo. Consideraron que esta perforación en seco no perjudicaba las características de la roca expuesta en la pared del hoyo. Argumentaron también que era más económico.

Sin embargo, la perforación a percusión es lenta cuando se trata de rocas muy duras y en formaciones blandas la efectividad de la barra disminuye considerablemente. La circularidad del hoyo no es lisa por la falta de control sobre el giro de la barra al caer al fondo. Aunque la fuerza con que la barra golpea el fondo es poderosa, hay que tomar en cuenta que la gran cantidad de material desmenuzado en el fondo del hoyo disminuye la efectividad del golpeteo y reduce el avance de la perforación. Si el hoyo no es achicado oportunamente y se continúa golpeando el material ya desmenuzado lo que se está haciendo es volver polvillo ese material.

Como se perfora en seco, el método no ofrece sostén para la pared del hoyo y, por ende, protección contra formaciones que por presión interna expelen sus fluidos hacia el hoyo y luego, posiblemente, hasta la superficie.

De allí la facilidad con que se producían reventones, o sea, el flujo incontrolable de los pozos al penetrar la barra un estrato petrolífero o uno cargado de agua y/o gas con excesiva presión.

No obstante todo lo que positiva o negativamente se diga sobre el método de perforación a percusión, la realidad es que por más de setenta años fue utilizado provechosamente por la industria.

Perforación rotatoria

La perforación rotatoria se utilizó por primera vez en 1901, en el campo de Spindletop, cerca de Beaumont, Texas, descubierto por el capitán Anthony F. Lucas, pionero de la industria como explorador y sobresaliente ingeniero de minas y de petróleos.

Este nuevo método de perforar trajo innovaciones que difieren radicalmente del sistema de perforación a percusión, que por tantos años había servido a la industria. El nuevo equipo de perforación fue recibido con cierto recelo por las viejas cuadrillas de perforación a percusión.

Pero a la larga se impuso y, hasta hoy, no obstante los adelantos en sus componentes y nuevas técnicas de perforación, el principio básico de su funcionamiento es el mismo.

Las innovaciones más marcadas fueron: el sistema de izaje, el sistema de circulación del fluido de perforación y los elementos componentes de la sarta de perforación.

Componentes del taladro del perforación rotatoria

Sistema de Potencia

Constituido por motores de combustión interna, los cuales generan la fuerza o energía requerida para la operación de todos los componentes de un taladro de perforación.

En un taladro de perforación se necesitan varios motores para proveer esta energía, estos en su mayoría son del tipo Diesel por la facilidad de conseguir el combustible; dependerá del tamaño y capacidad de la torre, él numero de motores a utilizar. La energía producida es distribuida al taladro de dos formas: mecánica o eléctrica

Torre o Cabria

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 Impiderreventones

Características:

Altura: Desde 69´ hasta 189´ (142´ la mas común)

Capacidad: Depende de la carga que puedan suspender

* Ligeras

* Medianas

* Pesadas

Las mas comunes entre 250 y 750 toneladas

La mayoría de las torres pueden soportar vientos de 100 - 130 mph . Con la tubería parada en la torre ( 75 mph ) y sin tubería ( 115 mph )

Sub- estructura:

“Armadura grande de acero que sirve de soporte a la torre y los componentes del equipo de perforación. Proporciona espacio bajo el piso de la torre para instalar los Preventores de Reventón y otros equipos de control de pozos.”

Corona:

Medio por el cual se transmite el peso de la Sarta de Perforación a la torre. En ella se encuentran una serie de poleas que forman el Bloque Corona o fijo, el cual sostiene y da movilidad al Bloque Viajero.

Encuelladero:

Constituye una plataforma de trabajo ubicada en la torre a una altura aproximada entre 80' y 90' y permite que el encuellador coloque las parejas de tubería y portamechas mientras se realizan operaciones como cambio de mechas, bajada de revestidores, etc. Para ello, este accesorio consta de una serie de espacios semejando un peine donde el encuellador coloca la tubería

Plataforma o Piso del Taladro:

“Estructura colocada debajo de la torre y encima de la Sub-estructura donde se realizan la mayoría de las operaciones de perforación “

Accesorios: Malacate, Mesa Rotatoria, Consola del Perforador, Llaves de

Tenazas, Hueco ratón, Hueco de rata, Carreto Hidráulico, etc.

Rampa para tubería :

“Está ubicada en el frente de la torre donde se colocan las tuberías para luego levantarlas o bajarlas del piso del taladro”

Sótano :

Hoyo cuadrado localizado en la superficie debajo del piso del taladro, el cual provee altura entre la plataforma y el cabezal del revestimiento para colocar las válvulas impiderreventones

Consola del Perforador:

Constituye un accesorio que permite que el perforador tenga una visión general de todo lo que esta 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 perdida en el nivel de los tanques, etc

Se obtiene información sobre :

Bombas de lodo, Presión de Bombas, Torqué de la Mesa Rotatoria, Velocidad de la mesa, Torque de las Llaves, peso suspendido, peso sobre la mecha

Equipo de levantamiento.

Malacate:

Consiste en un cilindro alrededor del cual el cable de perforación se enrolla permitiendo el movimiento de la sarta hacia arriba o hacia abajo, dependiendo del tipo de operación a realizar. Además, el malacate transmite la potencia para hacer girar la mesa rotatoria, los carretos auxiliares y sistemas de enrosque y desenrosque de tubería.

Sistema de Frenos:

Constituido por un freno mecánico principal y uno auxiliar que pueden ser hidráulicos o eléctricos, usados para mover lentamente o para detener la guaya de perforación. Posee un sistema de seguridad del Bloque Viajero llamado Crown-o-Matic.

Bloque Corona y Bloque Viajero :

El Bloque Corona esta 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 esta compuesto de un conjunto de poleas múltiples por dentro de las cuales pasa 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. Durante las operaciones de perforación se suspenden el Gancho, la Unión Giratoria, el Cuadrante, el Top Drive, la Sarta de Perforación y la Mecha.

Gancho:

Herramienta localizada debajo del Bloque Viajero al cual va unido y del cual esta suspendida la Unión Giratoria, el Cuadrante y la Sarta de Perforación durante las operaciones de perforación. Sostiene al Elevador durante el ascenso y descenso de la tubería o sarta.

Están diseñados de acuerdo al peso máximo que puedan levantar, varia entre 50 y mas de 600 Toneladas

Elevadores:

Son abrazaderas altamente resistentes con unas grapas muy fuertes que agarran la sarta de perforación en los cuellos de cada tubo, permitiendo de esta forma realizar los viajes de tubería ( sacada y metida en el hoyo). Están suspendidos por brazos al gancho

Cable de Perforación:

Cable metálico hecho exteriormente de acero mejorado, unido entre si por rotación Su función es resistir la fuerza o peso de la sarta durante las operaciones de sacada y metida de tubería. Tiene un diámetro variable entre 1 pulgada a 1 3/4 de pulgada y esta enrollado en grandes carretos.

Uno de sus extremos va enrollado al tambor del Malacate y el otro llamado línea muerta va conectado al tambor de reserva. Su rendimiento se mide en Ton / Milla

Sistema de Rotación

Es aquel que permite girar la Sarta de perforación y que la mecha perfore un hoyo desde la superficie hasta la profundidad programada.

Esta localizado en el área central del sistema de perforación y es uno de los componentes mas importantes de un taladro. Existen dos sistemas de rotación de superficie, rotatorio y Top Drive

Ensamblaje Rotatorio

Localizado en el piso del taladro. Directamente debajo del bloque viajero y encima del hoyo. Rota, suspende y sostiene la sarta durante la perforación

. Mesa Rotatoria

. Buje Maestro

. Buje del Cuadrante

. Top Drive

Sarta de Perforación

Conecta la Unión Giratoria con la mecha, actuando como eje motor haciéndola rotar

. Unión Giratoria

. Cuadrante

. Tubería de Perforación

. Tubería Pesada

. Portamechas

. Herramientas especiales

. Mechas

Mesa Rotatoria:

Maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar el Cuadrante y a través de este a la Sarta de perforación y la Mecha.

Funciona por intermedio de un buje de transmisión,el cual transmite el Momento de Torsión (torque) e imparte el movimiento giratorio a la sarta. Retiene a las cuñas que soportan el peso de toda la sarta de perforación cuando esta no esta soportada por el Gancho y los Elevadores.

Esta compuesta por:

* Cuerpo de la mesa

* Piso de la mesa

* Polea del piñón de la transmisión

* Conexión directa

Entre sus accesorios más importantes:

. Buje Maestro

. Buje del Cuadrante

. Kelly Bushing

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 Swibel integrado, un manejador de tubería, el cual posee un sistema para enroscar y desenroscar tubería, una cabeza rotatoria y válvulas de seguridad

Ventajas y desventajas del top drive

Ventajas:

• Menor tiempo de conexión

• Tiempo de viaje

• Menos riesgo de atascamiento diferencial

• Perforación direccional optima

• Toma de núcleos continuos

• Repaso o rectificación del hoyo

• Ampliación del hoyo

• Disminución de accidentes

• Cierre mas rápido del pozo en caso de arremetidas

Desventajas:

• Costo de adquisición

• Instalación

• Mantenimiento

• Inexperiencia del personal

• Numero de conexiones

• Riesgo de atascamiento durante las conexiones por longitud de elongación de tubería

• Corrida de registros dentro de la tubería

• Ocupación del encuellador

Sarta de Perforación.

Es una columna de tubos de acero de fabricación y especificaciones especiales, en cuyo extremo inferior va enroscada la sarta de lastra-barrena y en el extremo de esta, ésta enroscada la barrena.

El equipo que al rotar perfora las formaciones haciendo el hueco en el hoyo consiste en la mesa rotatoria, un tubo de sección cuadrado (kelly), la tubería de perforación cuyos tubos individuales son más o menos de 9 metros cada uno los lastra-barrena, que son unos tubos pesados, bastante gruesos, cuyo objetivo, es mantener la tubería recta y por ultimo la barrena.

Debe tenerse presente que los componentes de la sarta siempre se seleccionan para responder a las condiciones de perforación dadas las propiedades y características de las rocas y del tipo de perforación que se desee llevar a cabo estos parámetros indicaran si la sarta debe ser normal, flexible rígida o provista de estabilizadores, centralizadores, motor de fondo para la barrena u otros aditamentos que ayuden a mantener la trayectoria y buena calidad del hoyo.

Unión Giratoria

Se encuentra colgando del Gancho, muy cerca del Bloque Viajero. Esta conectado a la parte superior de la válvula del Cuadrante, soportando todo el peso de la sarta mientras se esta rotando.

Esta ubicada en la parte superior de la sarta y permite que el Cuadrante y la sarta roten libremente durante las operaciones de perforación. Proporciona una conexión para la manguera rotatoria y separa a través de ella una vía para que el lodo fluya hacia la parte superior de la unión y de allí a la sarta de perforación.

Cuadrante o Kelly:

Tubo de acero pesado, hueco, que tiene generalmente forma Hexagonal. Esta suspendido en su extremo superior de la Unión Giratoria; pasa a través del hueco de la Mesa Rotatoria y esta conectado a la sarta de perforación.

La parte exterior del Cuadrante es hexagonal para poder así transmitir el momento de torsión de la Mesa Rotatoria a la tubería de perforación. Su longitud es de 40 a 50 pies

Tipos de Mechas o Barrenas.

La selección del grupo de barrenas que ha de utilizarse en la perforación depende de los diámetros de las sartas de revestimiento requerida, por otra parte las característica y grado de solidez de los estratos que conforman la columna geológica en el sitio determinan el tipo de barrena más adecuado para el proceso; entre los tipos de barrenas tenemos:

• Barrena de Arrastre: la cual en su rotación desprende y rebana la formación de modo muy semejante al berbiquí de carpintero.

• Barrena de Rodillo: puede ser de barra o de conos, pero ambos tipos llevan fresas cónicas que ruedan sobre cojinetes. Al rodar, arrancan y quitan la formación contra la cual están en contacto.

• Barrena de Diamante: esta lleva diamantes industriales engastados en su matriz circular que en movimiento rotatorio muele la formación el centro de la barrena de diamante es hueco y la formación horadada pasa por ese hueco a un cilindro saca núcleo ubicado encima de la barrena.

Sistema de circulación de Fluidos.

Para que el sistema de perforación rotatoria pueda funcionar es indispensable circular fluidos a través de la sarta de perforación y por el espacio anular entre la sarta de perforación y la pared del hoyo o la tubería de revestimiento se dividen en cuatro sub-componentes principales.

• Área de preparación del fluido de perforación: es el área donde el fluido es inicialmente preparado, mantenido o alterado dependiendo de las condiciones existentes en el pozo.

• Los equipos de circulación: son equipos especializados que físicamente mueven el fluido desde el área de circulación dentro y fuera del hoyo hasta el área de preparación para circularlo nuevamente.

• Área de Acondicionamiento: es el área donde el fluido se acondiciona después que ha sido circulado dentro del pozo.

• El fluido de perforación: es el líquido lubricante y transportador de desechos, que se utiliza para perforar pozos petroleros. Dichos fluidos tiene la finalidad de:

• Enfriar y lubricar la barrena.

• Arrastrar hacia la superficie la roca cortada por la barrena.

• Controlar por medio del peso del fluido la presión de las formaciones que corta la barrena.

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NUCLEO MONAGAS

ESCUELA DE INGENIERIA DE PETRÓLEO

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERIA

PROFESORA:	BACHILLERES:
SECCION:

MATURIN, JULIO DE 2008

TALADRO DE PERFORACION

TORRE DE PERFORACION

BALANCIN

MECHAS DE PERFORACION

La demanda de petróleo natural exige buscar yacimientos en zonas casi inaccesibles. Las plataformas petrolíferas extraen petróleo del mar. Las instalaciones terrestres son menos complejas, pero en ocasiones han de instalarse en lugares tan inhóspitos como este desiertote Argelia

.

INTRODUCCION

El petróleo es un producto que está totalmente presente en nuestro hacer diario. Tanto si se trata del petróleo en su faceta de fuente energética, como en su faceta de materia prima para sintetizar otros productos hay radica la importancia de conocerlo ya que esta relacionado de un modo o de otro con nuestro que hacer diario

La única manera de saber realmente si hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone que se podría localizar un depósito de hidrocarburos, es mediante la perforación de un hueco o pozo.

El primer pozo que se perfora en un área geológicamente inexplorada se denomina "pozo exploratorio" y en el lenguaje petrolero se clasifica "A-3".

De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones que se van a atravesar y las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el equipo de perforación más indicado.

La perforación se realiza por medio de la acción rotativa de una mecha de acero cortante fuertemente atornillada al extremo inferior de un eje formado por tubos de acero, cuya longitud se aumenta a medida que se profundiza el pozo. La labor de añadir o restar tubería es por lo tanto una labor fundamental y constante en la perforación, y para ello se requiere un punto de apoyo en el espacio, a suficiente altura que nos permita levantar tubos de perforación de tramos de 27 metros y más. Este punto de apoyo en el espacio lo suministra la torre de perforación la cual ya veremos que también tiene otras funciones. Debemos contar además con una planta de fuerza y el mecanismo requerido para imprimir a la tubería y a la mecha el movimiento rotatorio necesario para perforar las capas de rocas, y también con las bombas y el mecanismo de limpieza a medida que avanza la perforación.

De aquí que sea importante conocer, desde el primer momento, estos equipos así como los problemas relativos a su instalación y la manera de resolverlos.

Mas adelante analizaremos algunos datos importantes de la perforación de percusión así como de la perforación rotatoria.

CONCLUSION

El tiempo de perforación de un pozo dependerá de la profundidad programada y las condiciones geológicas del subsuelo. En promedio se estima entre dos a seis meses.
La perforación se realiza por etapas, de tal manera que el tamaño del pozo en la parte superior es ancho y en las partes inferiores cada vez más angosto. Esto le da consistencia y evita derrumbes, para lo cual se van utilizando brocas y tubería de menor tamaño en cada sección. Durante la perforación se toman registros eléctricos que ayudan a conocer los tipos de formación y las características físicas de las rocas, tales como densidad, porosidad, contenidos de agua, de petróleo y de gas natural. Para proteger el pozo de derrumbes, filtraciones o cualquier otro problema propio de la perforación, se pegan a las paredes del hueco, por etapas, tubos de revestimiento con un cemento especial que se inyecta a través de la misma tubería y se desplaza en ascenso por el espacio anular, donde se solidifica. La perforación debe llegar y atravesar las formaciones donde se supone se encuentra el petróleo. El último tramo de la tubería de revestimiento se llama "liner de producción" y se fija con cemento al fondo del pozo. Al finalizar la perforación el pozo queda literalmente entubado (revestido) desde la superficie hasta el fondo, lo que garantiza su consistencia y facilitará posteriormente la extracción del petróleo en la etapa de producción. La perforación se adelanta generalmente en medio de las más diversas condiciones climáticas y de topografía: zonas selváticas, desiertos, áreas inundables o en el mar.
Cuando se descubre el petróleo, alrededor del pozo exploratorio se perforan otros pozos, llamados de "avanzada", con el fin de delimitar la extensión del yacimiento y calcular el volumen de hidrocarburo que pueda contener, así como la calidad del mismo. La perforación en el subsuelo marino sigue en términos generales los mismos lineamientos, pero se efectúa desde enormes plataformas ancladas al lecho marino o que flotan y se sostienen en un mismo lugar. Son verdaderos complejos que disponen de todos los elementos y equipo necesarios para el trabajo petrolero. En la exploración petrolera los resultados no siempre son positivos. En la mayoría de las veces los pozos resultan secos o productores de agua. En cambio, los costos son elevados, lo que hace de esta actividad una inversión de alto riesgo.

Pero ese no es el único inconveniente que genera este preciado fluido La contaminación por petróleo se produce por su liberación accidental o intencionada en el  ambiente, provocando efectos adversos sobre el hombre o sobre el medio, directa o indirectamente. La contaminación involucra todas las operaciones relacionadas con la explotación y transporte de hidrocarburos, que conducen inevitablemente al deterioro gradual del ambiente. Afecta en forma directa al suelo, agua, aire, y a la fauna y la flora.

En general, los derrames de hidrocarburos afectan profundamente a la fauna y vida del lugar, razón por la cual la industria petrolera mundial debe cumplir normas y procedimientos estrictos en materia de protección ambiental.