capitulo iii - sistema de rotacion
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TREPANO
TUBERIA DE PERFORACION
PORTABARRENAS
MESA ROTARIA
BUJE DE TRANSMISONDEL CUADRANTE
CUADRANTE
MANGUERA
UNION GIRATORIA
El sistema rotatorio se refiere a todas las piezas quegiran o imparten movimiento rotatorio. en lasoperaciones de perforación.
COMPONENTES PRINCIPALES: Unión Giratoria o Cabeza de Inyección Cuadrante o Kelly Mesa Rotaria Sarta de Perforación Tuberías de Perforación (Drill Pipe) Arreglo de Fondo (BHA)
Portamechas Barras Pesadas Estabilizadores Escariadores
Trepano o Barrena
La Unión giratoria es una herramientagiratoria, se encuentra suspendidade su asa del gancho del bloquemóvil, la unión en su parte inferioresta conectado directamente a laválvula de seguridad del cuadrante,lo que permite que la barra maestragire
Espiga deConexión
Asa
Cuello deGanso
Esta puede girar a más de 200revoluciones por minuto.Soportar carga superior a las 250toneladas de peso. Soportar presiones hidraúlicasmayores a 3000 psi.
La unión giratoria realiza tres funcionesprincipales:
1. Suspender la sarta deperforación
2. Permitir la rotación libre delvástago y la tubería de perforación.
3. Proporcionar la conexión para lamanguera de inyección a través delcuello de ganso sirviendo deconducto para la circulación defluido (lodo).
El cuadrante llamado también kelly,vástago o flecha, es un tramo detubería de forma cuadrada,hexagonal o triangular,generalmente de 40 pies (12 m) delargo.
El extremo superior del vástago seconecta a la a la Unión Giratoria y suextremo inferior va conectado a latubería de perforación.
El cuadrante, el cual se acopla albuje maestro a través del buje detransmisión del cuadrante.
Tiene tres funciones esencialesque son:
Suspender la columna deperforación.
Hacer que la columna gire.
Conducir el fluido deperforación dentro de lacolumna.
Son válvulas de seguridad ubicadasencima y debajo del vástago detransmisión (Kelly), éstas válvulas son debola y deben ser operadasmanualmente.
El propósito básico de la válvulasuperior es el de proteger a lamanguera de perforación, la unióngiratoria y el equipamiento desuperficie de las altas presiones delpozo.
La válvula inferior del vástago, se utilizacomo reserva de la superior, permiteque se retire el vástago cuando lapresión en la sarta es mayor que laclasificación de los equipos desuperficie. Una práctica común es lade usar la válvula inferior como unaválvula para ahorrar fluido o lododurante la conexión de tuberías.
La unión sustituta del cuadrante esuna pieza corta de tuberia localizadaen la parte inferior del cuadrante yque se conecta con la sarta deperforación.
Su función es: mantener al mínimo eldesgaste del enroscado delcuadrante.
La espiga (macho) de la uniónsustituta debe hacer conexión concada una de las cajas (hembra) enla sarta de perforación.
La mesa rotaria, elcuadrante y la unióngiratoria funcionanconjuntamente para hacergirar la sarta deperforación y la barrenadurante el proceso deperforación de un pozopor lo tanto se considerancomo los componentesrotatorios mas importantesde una instalación deperforación rotatoria
La mesa rotaria cumple dos funciones:Hacer girar la sarta de perforacióncon todos los accesorios que esténconectados a su extremo inferior,cuando la perforación avanza, lamesa giratoria gira hacia la derecha,en las direcciones de la manecillas delreloj.
Mantener en suspensión el peso de lasarta a tiempo de efectuar lasconexiones o maniobras de sacar obajar la sarta de perforación.
El diámetro de la apertura dela mesa rotaria A, por la cualpasan las barrenas y otrasherramientas, indican lacapacidad general de lamesa rotaria.
El diámetro A: varia 17 ½ pulghasta 49 ½ pulg.
Otra forma de clasificar lamesa rotaria es de acuerdo asu capacidad de carga quevarían desde 100 a 600toneladas y a la máximavelocidad de rotaciónrecomendada (rpm).
El buje de transmisión delcuadrante es un dispositivoque encaja sobre la mesarotaria por medio del cualpasa el cuadrante.
El buje de transmisión delcuadrante está acoplado albuje maestro que es enefecto parte de la mesarotaria.
Su función es :Transmitir el torque del bujemaestro hacia elcuadrante y de este a lasarta de perforación.
El buje maestro es un dispositivoque va colocadodirectamente en la mesarotaria y sirve para:
Acoplar el buje detransmisión del cuadrantecon la mesa rotaria de talmanera que el impulso derotación o torsión, de lamesa rotaria pueda sertransmitida al cuadrante
Proporciona una superficieahusada o cónica,necesaria para sostener lascuñas cuando estassostienen la tubería
Las cuñas son piezas demetal ahusado con dientes uotros dispositivos de agarre,se puede decir que sonconjuntos flexibles de piezascuyas superficies interioresson curvas y dentadas paraacomodar la superficieexterior de la columna deperforación.
Las cuñas encajan alrededorde la tubería y se calzancontra el ahusamiento delbuje maestro.
Hay cuñas para tubería deperforación, portamechas ycañerías.
Su función es:
Sostener la sarta deperforación en la mesarotaria para evitar que caigadentro del pozo cuando seestá conectando odesconectando la tubería.
El top drive rota la sarta de perforación y el trépanosin el uso del cuadrante y la mesa rotaria.La parte superior esta conectada al bloque viajeroó al gancho, realiza movimientos ascendentes odescendentes por medio de unas rieles.Contiene una cabeza de inyección integrada y unsistema que enrosca o desenrosca el materialtubular.El top drive es operado desde una consola decontrol situada en el piso del equipo deperforación.
Aplicaciones:Para perforar pozos desviados, horizontalesmultilaterales y bajobalance
Beneficios:•Elimina dos tercios de las conexiones al perforarcon lingadas triples.•Mantiene orientación direccional en intervalos de90 pies.•Toma núcleos en intervalos de 90 pies sin tener quehacer conexiones•Mejora la seguridad en el manejo de tuberías
• Es un conjunto de herramientasbásicamente tuberías de diferentesdiámetros y funciones que se vanañadiendo según avanza la perforación;compuesta por el sondeo o tuberías deperforación (Drill Pipe) y el arreglo de fondode pozo o BHA (Bottom Hole Assembly), loscuáles van por encima de un elementocortante denominado barrena o trépano(Bit), el cuál es el encargado de latrituración de la roca en el fondo del pozo.
Las funciones de la sarta de perforaciónson:
Sostener y girar el trépanoConducir fluido de perforaciónde la superficie al trépanoBajar y sacar el trépano
La tubería es unconducto tubular deacero ó aleaciones dealuminio, donde acada extremo tieneroscas especiales, unextremo tiene lasroscas en el interior(caja, box, hembra) yen el otro extremo lasroscas en el exterior(espiga, pin, macho),llamados uniones (tooljoint).
La tubería de perforación se fabrica en longitudesStandard, dividida en los rangos siguientes:
Rango de longitudes.-
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 longitudno incluyen las uniones de tubería.Diámetro Exterior:Cada pieza de la tubería puede tener un diámetroexterior que varia desde 2 3/8 y 6 5/8 de Pulg. (60.4 y168.3 mm).
El grado de la tubería de perforación describe la resistenciamínima al punto cedente del tubo, estos valores son importantesporque son utilizados en cálculos de Reventamiento, Colapso yTensión.
Grado Resistencia Mínima alPunto Cedente (psi)
D-55E-75X-95
G-105S-135
550007500095000
105000135000
La resistencia mínima al punto cedente.- Se dice que un materialalcanza la cedencia o fluencia cuando experimenta una carga quele provoca una deformación permanente. Es decir el material secomporta plásticamente o se dice que tiene fluencia. El punto apartir del cual el material se fractura o se rompe, se dice quealcanza su ultimo valor de resistencia a la cedencia.
Propiedades fisicas:
La resistencia a la torsión.- es la fuerza de torsión quela tubería puede resistir antes de torcerse.
La resistencia mínima a la tensión.- Se refiere a lafuerza necesaria para estirar la tubería de perforaciónhasta romperlaLa resistencia al colapso.- es la fuerza necesaria paraaplastar los lados de la tubería hasta socavarla sobre simisma.
La resistencia al reventamiento.- es la presión internaque puede soportar la tubería antes de romperse.
Identificación de las barras de sondeo
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”)
Las juntas ó conexiones más comunes son las siguientes:
IEU (Internal - Extermal Upset): Este tipo de juntas tienen undiámetro exterior mayor que el del cuerpo del tubo y un diámetrointerno menor que el cuerpo del tubo.
IF (Internal Flush ó External Upset): Este tipo de junta tienen undiámetro interno aproximadamente igual al del tubo y el diámetroexterno mayor que el cuerpo del tubo
IU (Internal Upset): Este tipo de junta tiene un diámetro internomenor que el del tubo y un diámetro externo casi igual al del tubo.
Tipos de Juntas
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Tipos de Juntas
El término Arreglo de Fondo (BHA) esdado a un cierto arreglo deherramientas incorporadas debajo dela tubería de perforación.
Los objetivos de un BHA.
Prevenir Patas de PerroObtener hueco de tamaño máximo yutilizableMejorar el desempeño de la brocaMinimizar problemas de PerforaciónMinimizar el peligro deaprisionamiento diferencial.
Es un componente de peso intermedio de la sartade perforación, consiste de tuberías de paredesgruesas, teniendo el mismo diámetro exterior latubería de perforación pero con un diámetrointerior más pequeño, con un recalque en elmedio y tiene uniones de tuberías extra largos,hasta dos veces más largo que las de la tuberíade perforación.
Las tuberías pesados son usados en:
Para perforación de pozos de diámetropequeño, tiene menos chance de quedaraprisionada que los portamechas. El área decontacto para un portamecha no estabilizado esla longitud total del portamechas, mientras queuna tubería pesada tiene un área de contactoigual a la longitud de las uniones y al área derecalque.
Para perforación de pozos con alto ángulo,porque la tubería pesada es menos rígida que losportamechas y tiene mucha menor área decontacto con la pared del pozo posibilitando lareducción de torque.
Como una transcisión entre portamechas ytuberías de perforación.
Permite perforación a altas velocidades conmenor torque, la cual reduce el desgaste ydeterioro de la sarta de perforación y simplifica elcontrol direccional.
Los portamechas son tubos de acerospesados de paredes gruesas, tienendiámetros externos grandes y pequeñosdiámetros interiores con conexiones derosca en ambos extremos (no soldados).
Tienen aproximadamente 30 pies (9 m) delargo, Los diámetros pueden varias desde 31/8 pulg hasta 11 pulg.
El peso varia 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 perforaciónnunca sea sometida a fuerzas de pandeo
Fig. Muestra, comoun peso adecuadodel portamechasmantiene la sarta deperforación entensión mientrasprovee peso altrépano cuando seestá perforando.
Tubería de
perforación en
Compresión
Adecuado peso delos portamechasmantiene la tuberíade perforación entensión.
Peso de losportamechasinsuficiente..
Ayuda a proveer el efecto de péndulo para hacer que labarrena perfore un pozo más vertical.
Ayuda a soportar y estabilizar el trépano de manera queperfore el nuevo tramo alineado con el pozo ya perforado(vertical a pesar de las fuerzas que tienden a desviar el pozo)
Fig. Muestra el efecto depéndulo, que es la tendenciade la sarta de perforación acolgar en una posición verticaldebido a las fuerzas degravedad. Más pesado elpéndulo, mayor es sutendencia a permanecervertical y mayor es la fuerzanecesaria para causar que lasarta de perforación se desviéde la vertical.
Portamechas Helicoidales o Espirales:
Los portamechas helicoidales o en espiralson principalmente usados en pozos dediámetro mediano o pequeño, enperforaciones profundas y en perforacióndireccional.
La reducción del área de contacto entreel portamecha y las paredes del agujeroproporcionan mejor circulación del fluidode perforación, reduciendo lasposibilidades de aprisionamiento porpresión diferencial (Ph>Pf) en la pared delpozo, permitiendo asi compensar oequilibrar la presión hidrostática alrededordel portamechas.
Portamechas Cuadrados:
Estos son corridos en la sarta de perforacióncuando se perforan formaciones duras o degran buzamiento para proveer máximaestabilización y prevenir la desviación del cursoexistente del agujero.
Portamechas anti magnéticos:
Estos portamechas son fabricados con unaaleación de acero no magnético para usar laherramienta magnética de compás(inclinación del BHA) sin la influencia del campomagnético que éxiste alrededor de unportamechas de acero normal.
Los estabilizadores son sustitutos cortos conaletas que sobresalen del cuerpo. Lasaletas son de aluminio, goma o acero coninsertos de carburo de tungsteno,
Los estabilizadores son usualmente casi delmismo diámetro que el trépano y soncolocados entre los portamechas. Sufunción es:
Mantener un agujero recto impidiéndolea la sarta desviarse de su trayectoria,manteniendo los portamechascentralizados.
Los escariadores son herramientas que seemplean para ensanchar el diámetro delpozo en algún lugar reducido del pozo,son colocados entre el trepano y losportamechas.
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Su función consiste en:
Implementar estremecimientosaxiales a la sarta en el momento deaplicarse peso o tensión paraliberarse de una aprisionamiento.
Estos pueden ser de dos tipos:hidráulicos o mecánicos, estearreglo puede colocarse como unaúnica unidad en la sarta oespaciados.
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Las brocas también denominadas mechas, sonlos elementos que colocados en el extremoinferior de la sarta, encargados de cortar, triturary abrir paso a través de las formaciones,mediante peso y rotación aplicadas sobre ellas