4 Taladro de perforacin rotatoria en tierra Cuando se trata de seleccionar un taladro de perforacin rotatoria para perforar uno o varios pozos, surgen interrogantes acerca de los criterios que deben ser considerados para lograr el propsito adecuadamente. Con el desarrollo de sistemas modernos de fluidos de perforacin resulta imprescindible contratar taladros que dispongan de excelentes sistemas de control de slidos para aprovechar las bondades de los fluidos. De igual manera con el desarrollo de brocas ms agresivas, la hidrulica de perforacin requiere de bombas de lodos ms eficientes, la perforacin de pozos horizontales de alcance extendido requiere de sistemas de levantamiento de mayor capacidad; en fin todas estas situaciones deben ser consideradas al momento de seleccionar un taladro de perforacin. Con la perforacin de varios pozos desde una misma plataforma, ha sido posible un ahorro importante en cuanto al tiempo de movilizacin del equipo de perforacin. Debido a que los desplazamientos de un pozo a otro puede ser realizado entre dos y cuatro horas. 4.1. Elementos de un taladro de perforacin

El taladro de perforacin puede ser presentado por componentes o sistemas, los sistemas de perforacin estn integrados por varios componentes. Desde el punto de vista operativo es conveniente mostrar al taladro por sistemas, pero desde el punto de vista didctico es bueno conocerlo por componentes. A continuacin se presenta una descripcin de los componentes de un taladro de perforacin en tierra y la figura 2 muestra al taladro por componentes. 1.- Bloque corona o Crown Block Es un aparejo fijo de perforacin y est ubicado en el tope de la torre. Este sistema de poleas permite el deslizamiento del cable de perforacin a travs de ellas durante la bajada o subida de la sarta de perforacin. Existen varios modelos de bloque coronas y su seleccin depende del taladro de perforacin, as como de las cargas que deber soportar. La figura 3 muestra un tipo de bloque corona. 2.- Tabla de agua o Water table La tabla de agua est ubicada en el tope de la torre y es la base que sirve de soporte al bloque corona.

Figura 2. Componentes de un taladro de perforacin rotatoria

3.- Torre, castillo de perforacin o Derrick Es una estructura de acero con una altura suficiente que permita las diversas operaciones durante la perforacin de un pozo. Su diseo debe considerar las cargas de tensin y comprensin a la cual estar sometida. La torre o mstil de perforacin debe superar la longitud de una parada ( 95 pies ). 4.- Pluma o guinche Es un cable de cable de acero enrollado a un tambor que funciona hidrulicamente, es operado por los cueros desde la mesa rotaria y usado para la subida o bajada de herramientas desde el patio hasta el piso o de perforacin o viceversa. 5.- Plataforma del encuellador o Monkey board Esta plataforma est diseada para almacenar toda la tubera de perforacin que se va a usar para alcanzar la profundidad total del pozo. El encuellador es encargado de acomodar la tubera durante los viajes y ubicarla en filas de paradas de lado y lado de la plataforma de tal manera que sta quede ordenada y debidamente asegurada. Durante la corrida de tubera en el pozo, el encuellador debe bajar la tubera manteniendo el orden de sacada de las paradas para no ocasionar cambios en el tally de perforacin. Estos procedimientos son realizados durante viajes cortos, cambios de broca, toma de registros elctricos, etc.. 6.- Bloque viajero o Traveling Block El bloque viajero es el aparejo de perforacin que se desplaza verticalmente desde unos pocos pies bajo el bloque corona hasta unos pocos pies sobre el piso de perforacin. Entre el bloque bloque viajero y el bloque corana van ensartadas varias vueltas del cable de perforacin ( depende del nmero de poleas ). Existen algunos tipos de bloque viajeros y su seleccin depende de las cargas que debe soportar durante las operaciones de perforacin. La figura 3 muestra un tipo de bloque viajero. 7.- Gancho o Hook Su funcin es enganchar a la unin giratoria o swivel y de esta manera subir o bajar la sarta de perforacin. El gancho dispone de un seguro de fcil manejo y es operado por un cuero mediante una palanca desde el piso de perforacin. La figura 3 muestra un tipo de gancho de perforacin.

8.- Oreja de swivel Este dispositivo permite que el swivel sea enganchado y de esta manera subir o bajar la sarta de perforacin. 9.- Cuello de cisne El cuello del cisne es la parte superior del swivel donde se conecta la manguera de perforacin y permite en primera instancia el bombeo de fluido hacia la sarta, luego hasta la broca y finalmente hacia el anular. 10.- Unin giratoria o Swivel Es un sistema especial que permite simultneamente la circulacin del fluido y la rotacin de la sarta de perforacin. En la parte superior esta sujeta al gancho y en la parte inferior est conectado al kelly a travs de un elemento giratorio empaquetado. El swivel debe ser capaz de soportar el peso de la sarta de perforacin mientras esta rotando a altas revoluciones por minuto. La figura 4 muestra un tipo de swivel usado en perforacin rotatoria. 11.- Manguera de perforacin rotatoria Es una manguera de caucho cubierta por malla metlica que permite su flexibilidad a la vez que resiste las altas presiones de bomba requeridas para circular el fluido de perforacin a lo largo del pozo. Esta manguera conecta a la tubera vertical y el swivel mediante el cuello de cisne. 12.- Tubera vertical o Standpipe La tubera vertical se levanta junto a la estructura de la torre y permite la conexin de la tubera superficial que vienen desde las bombas de lodo hasta un extremo de la manguera de perforacin. Esto permite que el lodo succionado de las bombas ingrese en primera instancia a la manguera de perforacin, swivel, sarta de perforacin y luego al anular. 13.- Kelly El kelly es un vstago hexagonal o cuadrangular que conecta el swivel y la sarta de perforacin y permite transmisin de rotacin desde la mesa rotaria a la sarta. Debido a

las altas cargas y torques a los que est sometido el kelly durante la operacin de perforacin se requiere de una aleacin especial que los resista. Normalmente, se usa un kelly hexagonal de 42 pies de longitud. Actualmente, el kelly ha sido reemplazado por el top drive debido a que cumple la misma funcin pero, ste tiene algunas ventajas. Una ventaja importante es que el top drive perfora por paradas ( tres tubos ) lo cual es un ahorro de tiempo considerable, y desde el punto de vista de seguridad, con el top drive los trabajadores estn menos expuestos a riesgos. 14.- Soporte de la torre Corresponden a las patas que sostienen la torre de perforacin y estn asentadas al piso de perforacin.

Figura 3. Bloque corona o crown block

Figura 4. Bloque viajero y gancho ( Traveling block and hook )

Figura 5. Algunos elementos del taladro de perforacin rotatoria

15.- Casa del perro Es el lugar donde se encuentran algunos instrumentos ( geolograph, de lectura de nivel de tanques, tasa de retorno, etc ) usados para el control de la perforacin. Este sitio es usado como oficina del supervisor del taladro para llevar el registro de tally, BHA y de todas las herramientas que estn siendo corridas en el pozo. 16.- Piso de perforacin Es la planchada donde se realizan todas las operaciones superficiales tales como movimiento e instalaciones de herramientas, conexiones de tubera, etc. Esta rea debe estar libre de obstculos y permanentemente limpia, no se recomienda la presencia de personas ajenas a la operacin. 17.- Mesa rotaria Durante la perforacin, la mesa rotaria transmite la rotacin al kelly a travs del kelly bushing y ste a su ves a la sarta de perforacin. Adems, debe soportar la carga de la sarta de perforacin cuando se interrumpe la perforacin y sta queda suspendida sobre las cuas. La figura 5 muestra un modelo de mesa rotaria. Actualmente, la mayora de taladros de perforacin tienen instalado el sistema Top drive que permite rotar la sarta de perforacin sin necesidad del kelly. 18.- Freno del malacate Freno de malacate o pata de cabra es una palanca que permite al perforador frenar la subida o bajada de la sarta de perforacin y tambin controlar el peso sobre la broca durante la perforacin. En definitiva es el freno del tambor del malacate. 19. Malacate Es un sistema que sirve como centro de control de fuerza del conjunto elevador, est formado por un tambor elevador controlado por frenos de alta potencia. En el tambor del malacate se encuentra enrollado suficiente cable de perforacin que pasa a travs del bloque corona, bloque viajero, ancla y finalmente retorna al carrete de almacenamiento. La figura 5 muestra el malacate de perforacin rotatoria.

20.- Sistema del eje del tambor del malacate Eje del tambor del malacate soporta al tambor a la vez que permite la rotacin del mismo a travs de un sistema de engranajes. 21.- Sistema de transmisin Motores- Malacate La energa producida por los motores es convertida en movimiento rotatorio el cual es transmitido al malacate a travs del sistema de transmisin mecnico ( engranajes y cadenas ) que permite realizar el levantamiento de la sarta de perforacin. En taladros electromecnicos no son necesarios estos sistemas de transmisin. 22.- Motores Un taladro de perforacin moderno requerir de dos a tres motores generadores que proporcionen entre 1,000 y 2,000 caballos de fuerza ( HP ) para operar el malacate, la rotaria ( Top drive ) y las bombas de lodo y los otros sistemas. Estas fuentes de energa son motores a diesel o gasolina, o unidades diesel elctricas que suministran energa mecnica o elctrica al equipo involucrado. 23.- Zarandas Constituye parte importante del equipo de control de slidos, es el primer dispositivo que dispone el taladro para ese propsito y est formado por mallas metlicas con una determinada inclinacin y un motor que produce un movimiento vibratorio que ayuda a la separacin de slidos ms grandes. Las mallas son intercambiables y el tamao de los agujeros depende del tipo de formacin que est perforando. La figura 6 muestra una zaranda vibratoria. 24.- Tanques de lodo Los tanques de lodo de un taladro de perforacin deben estar equipados con los dispositivos necesarios para mantener permanentemente el lodo de perforacin en las condiciones apropiadas, entre los dispositivos ms importantes se tienen los agitadores, vlvulas, bombas de transferencias, sensores de nivel, etc. Un taladro de perforacin debe tener suficientes tanques para realizar actividades de almacenamiento o reserva, mezcla, limpieza y tratamientos del lodo. Adems, los tanques deben estar dispuestos de tal manera que permitan realizar todas las actividades mencionadas apropiadamente Todo taladro de perforacin debe disponer de un tanque de viaje debidamente calibrado.

25.- Sistema de transmisin Motores-Bombas Parte de la energa mecnica generada por los motores es transmitida a las bombas de lodo a travs del sistema de transmisin mecnico ( cadenas y engranajes ). Actualmente, la mayora de taladros de perforacin son electromecnicos. Es decir, los motores generadores producen energa elctrica que es almacenada y distribuida para el consumo de los diferentes equipos. 26.- Subestructura La subestructura es la base que sirve de soporte para la mesa y torre de perforacin, debe tener la suficiente capacidad y resistencia para soportar las cargas a las que estar sometida durante la operacin de perforacin. 27.- Bombas de lodo Las bombas de lodo se constituyen el elemento clave de la perforacin. Normalmente, un taladro de perforacin cuenta con tres bombas de lodo de las cuales dos estn operando y una es mantenida en standby. Las bombas deben tener suficiente capacidad de bombeo y presin para alcanzar la profundidad total programada. Las bombas de lodo analgicamente corresponderan al corazn de un taladro de perforacin rotatoria. La figura 5 muestra el set de bombas de lodo. 28.- Cable o perforacin El cable de perforacin proporciona un medio para aplicar torque al tambor del malacate para proveer la fuerza elevadora en el gancho suspendido bajo la polea viajera. Fabricado de acero de 1 a 1.5 pulgadas de dimetro y 5.000 pies de longitud. Enrollando la lnea rpida del cable en el tambor elevador del malacate se levanta la polea viajera y da una ventaja mecnica en el levantamiento de la carga proporcional al nmero de lneas pasadas a travs de la polea de la corona y de la polea viajera. La figura 5 muestra un tipo de cable de perforacin. 29.- Eje y cabezas de gato o Catshaft and Catheads Es el eje del malacate con cabeza de gato en cada lado que permite halar una lnea de cable para apretar la tubera de perforacin.

Figura 6. Zaranda vibratoria de un taladro de perforacin rotatoria 4.2 Sistemas de un taladro de perforacin

Los sistemas de un taladro de perforacin rotatoria estn formados por grupos de elementos que cumplen una o varias funciones especficas dentro de la operacin de perforacin de un pozo de petrleo. Cada sistema es indispensable para el normal desarrollo de la operacin. Por ejemplo si no se dispone de un sistema de circulacin adecuado, difcilmente habr progreso en la perforacin. Con el mismo criterio se puede proceder para los cuatro sistemas restantes y llegar a la conclusin final de que: cada sistema es clave en el xito del trabajo. La figura 7 muestra un taladro de perforacin rotatoria y sus sistemas de manera integrada. 1. 2. 3. 4. 5. Sistema de levantamiento Sistema de circulacin Sistema rotatorio Sistema de generacin de energa Sistema de prevencin de reventones Sistemas de levantamiento

4.2.1

El sistema de levantamiento debe tener capacidad para bajar y levantar la sarta durante la perforacin o realizar viajes en el pozo por varias razones. De igual manera debe permitir bajar la tubera de revestimiento y soportar su carga durante la corrida y cementacin del mismo. Por otra parte, el sistema de levantamiento est diseado para tensionar la sarta de perforacin durante operaciones de pesca y lograr su liberacin.

En definitiva son varias las funciones que debe cumplir este sistema y por lo tanto, al momento de seleccionar un taladro de perforacin se debe tomar en consideracin los requerimientos de este sistema para alcanzar los objetivos planteados. Los elementos que constituyen el sistema de levantamiento son los siguientes: Malacate Lnea de perforacin Bloque corona Bloque viajero Gancho Ancla de la lnea muerta Carrete de almacenamiento Como se observa en la figura 8 el cable de perforacin sale del carrete y pasar por el anclaje, se ensarta varias vueltas entre las poleas del bloque viajero y el bloque corona dependiendo del nmero de poleas y despus la punta es asegurada en el tambor del malacate. Finalmente, se deben ajustar los pernos para anclar el cable. Cada cierto tonelaje-millas, el cable debe ser deslizado y reemplazado por cable nuevo del carrete. El enrollamiento del cable de perforacin entre los bloques corona y viajero produce una ventaja mecnica en el levantamiento de la carga que es proporcional al nmero de lneas pasadas a travs de los dos bloques. Esto reduce significativamente la tensin en la lnea de perforacin. 4.2.2 Sistema de circulacin

El sistema de circulacin de un taladro de perforacin es un ciclo cerrado. De manera general se inicia con la succin de lodo desde los tanques, pasa por las lneas de superficie tubera vertical sarta de perforacin broca retorna por el anular y termina con la descarga del lodo ms los ripios de perforacin sobre las zarandas vibratorias. De all en adelante se inicia un proceso de limpieza del lodo gracias al sistema de control de slidos, y finalmente se aaden los qumicos que se podran haber gastado durante todo el procesos y garantizar que el lodo est a punto para ser bombeado nuevamente. Todos los componentes del sistema de circulacin deben ser diseados correctamente y funcionar apropiadamente para que el lodo mantenga sus propiedades y pueda cumplir todas sus funciones eficientemente. Entre los componentes de un sistema de circulacin se tienen : Bombas de lodo Conexiones superficiales

Tubera vertical (Standpipe) Manguera de perforacin Unin giratoria (Swivel) Kelly Sarta de perforacin Broca Zarandas Piscina de lodo Equipo de control de slidos Bodega de qumicos Todas las bombas de lodo deben estar siempre en condiciones operativas y con rendimientos mecnicos y volumtricos en rangos apropiados. Las conexiones superficiales, filtros y tubera vertical completamente limpios para evitar prdidas de presin y posibles problemas a las bombas. Manguera de perforacin en buenas condiciones para garantizar un bombeo seguro y sin riesgos de accidentes. La unin giratora correctamente mantenida para evitar molestosos liqueos que interrumpen la circulacin y podran ocasionar problemas asociados a paras inoportunas. El kelly y la sarta de perforacin correctamente diseados para evitar prdidas exageradas por friccin y un ensamblaje de fondo apropiado para evitar arrastres y torques excesivos durante la operacin. Diseo de la broca e hidrulica apropiados para optimizar la operacin. Zarandas con tamaos de mallas apropiados para los slidos de perforacin que se estn descargando. Capacidad y arreglo adecuado de los tanques para una correcta limpieza y mantenimiento del lodo. Equipo de control de slidos adaptados al sistema de lodo en uso y al arreglo o disposicin de los tanques de lodo. Bodega de qumicos que permita un adecuado almacenamiento y fcil disposicin de qumicos. Analgicamente el proceso de perforacin, su lodo y los principales elementos del sistema de circulacin, guardan relacin con el cuerpo humano, la sangre y varios rganos. As por ejemplo, el lodo de perforacin es succionado por las bombas baja hasta el pozo para recoger los ripios que sern descargados a las zarandas y tanques mientras el sistema de control de slidos se encarga de limpiarlo. De manera similar, el corazn bombea sangre limpia que se va contaminando a travs de la circulacin por todo el cuerpo y luego es purificada por los riones para iniciar un nuevo ciclo. Como conclusin se puede deducir que el buen funcionamiento del sistema de circulacin de perforacin depende en gran medida de la buena operacin de todos sus componentes.

Figura 7. Sistemas de un taladro de perforacin rotatoria

Figura 8. Sistema de levantamiento de un taladro de perforacin rotatoria 4.2.3 Sistema rotatorio

El sistema rotatorio permite la rotacin de la sarta de perforacin y consta de los siguientes elementos : Unin giratoria o Swivel Kelly Mesa rotaria Kelly bushing Sarta de perforacin La mesa rotaria transmite la rotacin al kelly bushing y ste a su ves al kelly que est directamente conectado a la sarta de perforacin. La rotacin es necesaria junto con el peso sobre la broca para ocasionar la ruptura de la roca y de esa manera avanzar en la perforacin. Eso implica que de no funcionar el sistema rotatorio, la perforacin estara limitada al uso de motores de fondo y slo se perforara en el modo de deslizamiento ( sliding ). La figura 10 muestra la disposicin del sistema rotatorio y sus elementos.

Los taladros de perforacin actuales estn equipados con el sistema de Top drive, en esta situacin ya no se requieren la mesa rotaria y todo sus equipos involucrados incluido el kelly. El sistema top drive consiste de un motor elctrico, sus vlvulas y accesorios son operado hidrulicamente. En la parte superior del top drive va conectada la manguera de perforacin y en la parte inferior un savor sub se conecta a la sarta de perforacin. La capacidad de carga y torque del top drive debe cumplir las condiciones esperadas de perforacin. Entre las ventajas mas importantes de perforar con top drive se pueden citar, el considerable ahorro de tiempo debido a la perforacin en paradas, y desde el punto de vista de seguridad, los trabajadores estn menos expuestos a operar con los equipos y de esa manera los ndices de incidentes o accidentes son menores. Aunque lo ideal es perforar los pozos usando el sistema top drive, podran presentarse ciertas situaciones especiales en las que haya que recurrir a taladros con mesas rotaria. Herramientas de la sarta de perforacin Puesto que la sarta de perforacin es un elemento importante dentro del sistema rotatorio, vale la pena describir sus componentes ms comnmente usados. La sarta de perforacin se compone de tubera de perforacin y el ensamblaje de fondo ( BHA ). La siguiente lista presenta las herramientas de una sarta de perforacin tpica. Broca Bit sub Mud motor MWD Sub cross over Float sub Estabilizadores Drill collar espiralados Heavy weight dill pipe Martillo hidrulico Drill pipe Broca La broca de perforacin rotatoria es una de las herramientas tecnolgicamente ms refinada en el proceso de fabricacin. sta entra en contacto directo con la formacin y por efecto de rotacin y peso sus dientes rompen la formacin y de esta manera se avanza en profundidad. Puesto que es considerada una variable de perforacin susceptible de ser optimizada ser tratada con ms detalle en la siguiente seccin.

Bit sub Es una herramienta de fondo que permite conectar la broca con los drill collars, mide un poco ms de 1 pie y sus conexiones son caja caja. La caja inferior permite conectar la broca y la caja superior conecta al drill collar. Mud motor Cuando se perforan pozos direccionales u horizontales, es necesario disponer en la sarta de perforacin un motor de fondo para construir la desviacin y direccin del pozo. Estos motores estn compuestos por una turbina de fondo que es accionada o rotada por el fluido de perforacin bombeado desde la superficie a gran presin. El movimiento rotatorio producido es transmitido a la broca para que pueda romper la formacin y avanzar en profundidad. MWD La herramienta MWD es la herramienta que mide mientras perfora y enva seal por medio de pulsos a travs del lodo hasta superficie, esta seal es convertida en informacin direccional del pozo. Para evitar interferencia magntica el MWD debe ser instalado en tubera drill collar no magntica ( Monel ). Cross over sub Los cross over sub son herramientas de fondo que permiten conectar tuberas o herramientas de diferentes tipos de conexiones. Los cross over miden entre 2 y 4 pies de longitud y pueden ser macho macho (pin pin ), macho hembra (pin - caja), hembra hembra (caja - caja). Existen varias empresas de servicio que proporcionan estas herramientas (General pipe, Minga, Sudamrica, etc.). Float sub El float sub es una herramienta de fondo que permite receptar una vlvula flotadora ubicada encina de la broca y tiene la finalidad de impedir el ingreso de fluido desde el espacio anular hacia el interior de la sarta de perforacin con esto muchas veces se evita el taponamiento de la broca y mal funcionamiento de las herramientas de control direccional.

Estabilizadores Los estabilizadores son herramientas ubicadas en intervalos apropiados a lo largo del ensamblaje de fondo ( BHA ) y cumplen la funcin de estabilizar el pozo mecnicamente. Los estabilizadores podran ser usados para mantener ngulos de inclinacin o corregir desviaciones involuntarias. Hay varios tipos de estabilizadores y su uso depende de la aplicacin a implementar. Drill collar espiralado Los drill collar espiralados cumplen la funcin principal de suministrar peso a la sarta de perforacin. Sin embargo, por su forma espiralada permiten que la seccin del tubo apegada a la pared del pozo no haga contacto completo con ella y de esa manera permita flujo del lodo. Heavy weight drill pipe Los Heavy weight drill pipe son tubera pesante pero ms fcil de manipular que los drill collars. Normalmente, son del mismo dimetro externo que los drill pipe aunque en su parte intermedia disponen de nudos de dimetro externo igual al dimetro externo del tool joint (junta) que evita que la tubera se apegue completamente al pozo y se desgaste e incluso evita el problema de pega de tubera. Martillos de perforacin Durante la perforacin de un pozo no se est libre de problemas de pega de tubera. Es por ello que en toda sarta de perforacin debe estar instalado un martillo hidrulico o mecnico. El martillo hidrulico es cargado desde superficie mediante tensin y dispone de un sistema hidrulico interno que le permite dispararse a una determinada carga. El martilleo puede ser producido hacia arriba o hacia abajo dependiendo del problema especfico del pozo. Cuando el problema de pega es por diferencial de presin. Primero se bombea una pldora lubricante de bajo peso para tratar de reducir la carga hidrosttica y librar la sarta, pero cuando la pega es mecnica la mejor alternativa son los martillos. Drill pipe La tubera de perforacin o drill pipe son los tubos usados para continuar progresando en la perforacin y prcticamente ms del 90 por ciento de la tubera usada en el pozo es drill pipe. Existe una gran variedad de drill pipe si se toma en cuenta su tamao,

peso y grado del acero. Para decidir cual es el tamao peso y grado de acero requerido para perforar un pozo, es necesario realizar un diseo y entre los parmetros a ser considerados se tienen: Profundidad del pozo, tamao de hueco, peso del lodo a ser usado, factores de seguridad, peso sobre la broca requerido, etc. La figura 11 muestra los componentes de una sarta de perforacin tpica.

Figura 9. Sistema de circulacin de un taladro de perforacin rotatoria

Figura 10. Sistema rotatorio de un taladro de perforacin rotatoria 4.,2.4 Sistema de generacin de energa

La energa requerida por un taladro de perforacin para perforar un pozo de petrleo debe ser entre 1500 y 2,000 caballos de potencia HP. Esta puede ser abastecida por un arreglo de 3 a 5 generadores. Durante el diseo del taladro se deben establecer los requerimientos de energa para cumplir las condiciones extremas de perforacin del pozo. El sistema de generacin elctrica debe abastecer al sistema de levantamiento, sistema top drive, bombas de lodos y dems accesorios. La figura 12 muestra el sistema generador de energa, cabinas de control, y los equipos que se alimentan de este sistema. 4.2.5 Sistema de prevencin de reventones

Antes de comentar acerca del sistema de prevencin de reventones sera ms provecho conocer que es un amago o golpe. Durante la perforacin normal, la presin hidrosttica debe ser ligeramente mayor a la presin de la formacin que se est perforando ( diferencial de presin ). Cuando la presin de formacin incrementa repentinamente y excede la presin hidrosttica del lodo un amago o golpe puede ocurrir. Un Golpe es normalmente una entrada de burbujas de gas o fluido de

formacin al pozo que luego salen a la superficie. En estas condiciones el golpe debe ser controlado o un reventn podra ocurrir. Durante un reventn, los fluidos de la formacin desplazan al lodo y el petrleo o gas fluyen libremente. Entonces, la necesidad de un sistema preventor de reventones ( BOP ) es evidente.

Figura 11. Componentes de una sarta de perforacin tpica

Figura 12. Sistema de generacin de energa Un tpico sistema de BOP dispondr de los siguientes elementos: A Equipo acumulador / bomba B Tubera de alta presin C Paneles de control D Ensamblaje BOP E Manifold de Choke Cuando este reventn ha ocurrido es necesario seguir un procedimiento prcticamente estandarizado y que requiere la suspensin temporal de la perforacin hasta que el problema haya sido superado. Esta seccin pretende definir la funcin de cada componente del BOP. La figura 13 muestra el sistema de prevencin de reventones y sus componentes. Equipo Acumulador / Bomba La energa para las bombas de la unidad de cierre debe estar disponible todo el tiempo, de manera que stas arranquen cuando la presin de la unidad de cierre del manifold haya decrecido menos de 90 por ciento de la presin de operacin del acumulador. Los acumuladores son botellas que contienen gas nitrgeno comprimido ( aislado ) y

transmiten presin a un fluido hidrulico que accionar ( cierre/apertura ) los componentes del BOP

Figura 13. Sistema de prevencin de reventones ( BOP ) Tubera de Alta Presin Todas las vlvulas, acople y lneas entre la unidad de cierre y el arreglo del BOP deben tener una presin de estallido superior a las presiones de operacin del sistema BOP. Paneles de control Todo sistema de prevencin de reventones debe disponer de paneles de control en lugares accesibles para controlar los preventores y las vlvulas de activacin remota. Un panel debe estar ubicado en el rea de los acumuladores, uno al alcance del perforador y otro en un lugar que tenga visibilidad hacia el manifold. Es recomendable tener un programa regular de pruebas del BOP y equipos involucrados. As como un plan de ejecucin de simulacros de amagos. Ensamblaje del BOP Las funciones primarias de estos sistemas son confinar los fluidos que ingresaron al pozo y a travs de la implementacin de un plan de control de pozo, permitir controlar la presin de formacin. En estas condiciones ser posible retomar las operaciones de perforacin de manera segura.

Un arreglo de preventores de reventones puede ser denotado de la siguiente manera : 5M 13 5/8 - SRRA 5M representa el rango de presin de trabajo del preventor, es decir 5.000 psi. 13 5/8 es el dimetro o borde interno del preventor en pulgadas. SRRA representa : S = Spool de perforacin con conexiones de salida para lneas de choke y matado R = Preventor de reventones tipo Ram sencillo A = Preventor de reventones tipo Anular Preventor de reventones tipo Anular Este tipo de preventor es usado para controlar el espacio anular, el rango de presin de trabajo es de 1.500 psi. El material sellante es caucho y se ajusta al tamao de tubera que se encuentra dentro del BOP. El anular o hydrill es accionado por la energa del fluido hidrulico de los acumuladores. Preventor de reventones tipo Ram Este tipo de preventores tambin controla el espacio anular cuando se tiene tubera en el hueco, y controla el pozo completamente cuando se usan los arietes ciegos para lo cual es necesario que no exista tubera en el pozo. La presin de trabajo est sobre los 3.000 psi. El preventor tipo ram debe ser colocado de acuerdo al dimetro de la tubera que se encuentra en el BOP, de igual manera es accionado por el fluido hidrulico disponible en los acumuladores. Choke Manifold Si la cabeza hidrosttica del fluido de perforacin es insuficiente para controlar la presin de fondo, los fluidos de formacin entrarn al pozo. Para mantener el control del pozo, una contrapresin es aplicada llevando los retornos a travs del choque ajustable hasta que la condicin de flujo del pozo es controlada.

Figura 13. Arreglo de preventores de reventones tpico ( BOP ) 4.3 Criterios de seleccin de un taladro de perforacin

Es muy importante que el taladro de perforacin seleccionado para perforar uno o varios pozos de un proyecto cumpla los requerimientos y especificaciones establecidos en el contrato, caso contrario podra ocurrir que en las condiciones de operacin ms crtica, la capacidad de los equipos o el suministro de energa pudieran quedar muy cortos y poner en peligro la consecucin de los objetivos planteados.

A continuacin se presentan algunas frmulas que permiten calcular capacidades requeridas de los equipos, y requerimientos de energa de los diferentes sistemas de perforacin. 4.3.1 Carga del viento

P = 0.004 x V2 P = Carga del viento, lbs/pulg2 V = Velocidad del viento permitida en torres menores a 136, mph 11.76 lbs/pulg2 ( 54 mph ) con tubera en la torre para torres ms altas que 136 22.50 lbs/pulg2 ( 75 mph ) con tubera en la torre 52.90 lbs/pulg2 ( 115 mph ) sin tubera en la torre 4.3.2 Carga compresiva del taladro

Fd = (( n + 2 ) / n) x [ W + B ) Fd = Carga compresiva total, lbs n = nmero de lneas W = Carga en el gancho, lbs B = Peso del bloque corona y viajero, lbs 4.3.3 Carga sobre la subestructura

SL = ( MP + MR ) SL = Carga sobre la subestructura, lbs MP = Peso del DP en el aire mximo, lbs MP = Peso en el aire mximo sobre la mesa rotaria 4.3.4 Requerimiento de potencia Sistema de sostenimiento

HP = ( W x Vh / 33,000 ) x ( 1/e ) x ( 1/de ) W = Carga en gancho, lbs Vh = Velocidad del b loque, pie/min 33,000 = constante pie-lb/min / HP e = Eficiencia gancho-malacate, reduccin normal 2% por linea 6 lneas-88%, 8 lneas-84%, 10 lneas-80%, 12 lneas-76

de = Eficiencia del malacate 85 % 5% por prdida de transmisin del motor por componente 4.3.5 Requerimiento de potencia Sistema rotatorio

RHP = ( Torque x RPM ) / 520 Asunciones : Roca suave 15 HP/1,000 a 120 rpm Roca dura 20 HP/1,000 a 120 rpm Roca suave 20 HP/1,000 a 200 rpm

4.3.6

Peso del DP

Peso/pie = [ x (OD2 ID2 ) x 12 x 0.283 x 30 + TJ ] / 31.5 OD = Dimetro externo de la tubera, Pulg ID = Dimetro interno, Pulg 0.283 = Densidad del acero, lb/pulg3 30 = Longitud del tubo, pies TJ = Tool Joint, lbs 31.5 = Longitud de TJ + tubo 4.3.7 Requerimiento de potencia de la bomba

HP bomba = ( P x Q ) / 1714 P = Presin, psi Q = Caudal, gpm Ejemplo : TD = 15,000 pie Hueco superficial : 12 Casing de superficial : 9 5/8 a 3,000 pie Hueco de produccin : 8 Casing produccin : 7 a 15,000 pie DP : 14,400 pie, 16.6 lb/pie DC : 75,000 lbs Bloque viajero : 20,000 lb Bloque corona : 5,000 lb

Peso de lodo : 10 lb/gl 4 poleas, 8 lneas OD del DP : 4.5 ID del DP : 3.86 TJ : 120 lbs Tipo de roca : dura, Componentes : 3 motores a) Calcular el peso del DP Peso/pie = [ 0.25 x x (OD2 ID2 ) x 12 x 0.283 x 30 + TJ ] / 31.5 Peso/pie = [ 0.25 x ( 4.52 3.862 ) x 12 x 0.283 x 30 + 120J ] / 31.5 Peso/pie = 17.4 lb/pie b) Calcular la carga compresiva del taladro Fd = (( n + 2 ) / n) x [ W + B ) F flotacin = 1 10 / 65.5 = 0.847 Fd = (( 8 + 2 ) / 8) x [ 0.847 x ( 14,400 x 17.4 + 75,000 ) + 20,000 + 5,000 ) Fd = (( n + 2 ) / n) x [ W + B ) = 375,937 lb c) Carga del casing Fd = (( n + 2 ) / n) x [ W + B ) Fd = (( 8 + 2 ) / 8) x [ 15,000 x 29 x 0.847 + 20,000 + 5,000 ) Fd = (( n + 2 ) / n) x [ W + B ) = 491,806 lb d) Carga sobre la subestructura 1) Tubera en la torre mxima : 14,400 x 17.4 + 75,000 = 325,560 lb 2) Carga mxima sobre la mesa rotaria : 15,000 x 29 x 0.847 = 368,445 lbs

El boletn API 4E establece que la subestructura debe soportar simultneamente (1) y (2) por lo tanto es 694,005 lb. Se requiere una subestructura de mnimo 700,000 lb Requerimiento de potencia de 1) Sostenimiento 2) Bombas 3) Rotacin 1) Sostenimiento

HP = [0.847 x ( 14,4000 x 17.4 + 75,000 ) + 20,000 + 5,000 )] 90 / 33,000 ) x ( 1/0.84 ) x ( 1/ 0.85 ) HP = 1,053 Prdidas por componentes : 3 x 5 = 15 Entrada al malacate = 1,053 / 0.85 = 1,239 HP 2) Bombas

Asumir 2,000 psi a 550 gpm HP bomba = ( P x Q ) / 1714 HP bomba = ( 2,000 x 550 ) / 1714 HP bomba = 542 HP Una bomba tiene dos eficiencias : Mecnica 85% y Volumtrica 90% HP de entrada a la bomba = 542 x (1 / 0.85) x (1/0.90) = 839 HP Prdidas por componentes : 3 x 5 = 15 839 x ( 1 / 0.85 ) = 987 HP Rating de servicio continuo 85% 987 x ( 1 / 0.85 ) = 1,161 HP

3)

Rotacin

Roca dura 20 HP/1,000 a 120 rpm HP Rotaria = ( 20 HP/1,000 pie ) x 15,000 pie = 300 HP