fundamentos en perforacion de pozos

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS

FUNDAMENTOS EN PERFORACION DE POZOS

Profesor : EMILIANO ARIZA LEON

Bucaramanga 2009

EMILIANO ARIZA LEON 2009

1.

FUNDAMENTOS EN PERFORACIN DE POZOS

1 1 3 5 6 8 8 11 11 12 12 13 13 13 15 15 17 17 19 20 20 20 22 23 27 29 30 30 31

1.1 TIPO DE COMPAIAS 1.2 ACTORES DE LA PERFORACIN 1.3 TIPOS DE POZOS 1.4 EL EQUIPO DE PERFORACION 1.4.1 Sistema de elevacin 1.4.1.1 La estructura de soporte 1.4.1.2 El malacate 1.4.1.3 El cable de perforacin 1.4.1.4 Bloque corona 1.4.1.5 Bloque viajero 1.4.1.6 Unin giratoria (swivel) 1.4.2 El sistema de rotacion 1.4.2.1 La mesa rotatoria 1.4.2.2 La junta giratoria (swivel) 1.4.2.3 El cuadrante (kelly) 1.4.2.4 Llaves de potencia. 1.4.2.5 Sarta de perforacin. 1.4.2.6 La broca 1.4.3 Sistema de circulacin 1.4.3.1 Area de preparacin del fluido de perforacin 1.4.3.2 Equipos de circulacin. 1.4.3.3 Area de reacondicionamiento del fluido de perforacin 1.4.4 Fluidos de perforacin 1.4.5 Sistema de seguridad 1.4.5. 1 Conjunto de preventoras de reventones (BOP) 1.4.5.2 Acumulador 1.4.5.3 Sistema de soporte de estrangulamiento 3.4.6 Sistema de energa


1. FUNDAMENTOS EN PERFORACIN DE POZOS

Dos eventos trascendentales marcaron la historia de la industria petrolera e iniciaron la revolucin energtica, ellos son la perforacin del pozo por el Coronel Drake en 1859 y el pozo Spindletop perforado por Lucas en 1901.

En 1859 el Coronel Drake contrat un equipo de perforacin a percusin (la broca va sujeta a un cable que se sube y baja para avanzar en la perforacin) con el objetivo de encontrar petrleo en Pensilvania (Estados Unidos). Drake perfor hasta una profundidad de 69.5 pies (21.2 m) en donde encontr petrleo. Este hecho dio inicio al nacimiento de la industria petrolera, que ha evolucionado y continuar su desarrollo tecnolgico.

En 1901 Anthony Lucas perfor un pozo en Spinletop Texas empleando un taladro hidrulico rotario (la broca va sujeta a una tubera que rota y la hace girar y avanzar con mayor facilidad que la percusin). A una profundidad de 1020 pies ocurre la salida de petrleo que acaba con la torre. Encontraron un pozo que produce 84.000 barriles por da. Con la perforacin exitosa de este pozo se populariz la perforacin rotaria en todo el mundo en bsqueda del oro negro, tcnica que hoy se emplea con los cambios tecnolgicos propios de cada poca en la bsqueda en condiciones exigentes del preciado y discutido fluido combustible.

1.1 TIPO DE COMPAIAS La nica forma de encontrar los hidrocarburos es perforando. Por tal motivo, se requiere del esfuerzo aunado de varias empresas que cuentan con tecnologa y equipos especializados para desarrollar diferentes operaciones


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con el objeto de construir el conector entre el yacimiento y superficie (el hueco). Bsicamente existen tres tipos de compaas en la perforacin del pozo: La compaa operadora, la compaa de perforacin y empresas de servicios.

La compaa operadora es una sola empresa o un consorcio de empresas con suficiente capital que han obtenido un derecho para hacer la inversin de alto riesgo en una zona en donde se considera puede encontrarse hidrocarburos. Algunas compaas petroleras mundialmente conocidas son Mobil, Shell, ChevronTexaco, OXY, BP etc.

La

operadora licita para seleccionar la empresa perforadora y dems

compaas de servicios, o hace la asignacin teniendo en cuenta criterios tecnolgicos y econmicos.

La empresa perforadora es la que tiene el taladro de perforacin y cuenta con personal especializado y de gran experiencia en la perforacin de

pozos; generalmente cobran por da disponible de trabajo. Algunas Empresas perforadoras son PRIDE, NABORS DRILLING, PRECISION DRILLING, SPERRY SUN.

Alrededor de la perforacin de un pozo existen muchas compaas, llamadas comnmente de servicios y son las encargadas de: El suministro de

materiales, vveres, comidas, tratamiento de aguas y lodos, operaciones de cementacin y registros de pozos, compaas de Gelogos, de transporte de personal, etc.


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1.2 ACTORES DE LA PERFORACIN En el escenario del taladro, para alcanzar el objetivo de hacer la perforacin de un hueco, entre climas y zonas inclementes, con grandes dificultades y retos se presentan una serie de personajes dispuestos a dejar hasta la ltima gota de sudor para que su equipo logre el mas preciado trofeo, el pozo productor. Son entre otros (Figura 1): El hombre de la compaa: Las decisiones y el liderazgo en las operaciones la tiene un representante de la compaa operadora llamado company man.

-

El supervisor: Es el representante de la compaa perforadora y es una persona de mucha experiencia que ha ocupado varios puestos de trabajo iniciando por los mas bsicos. Se le conoce comotool pusher. Su funcin es coordinar a los trabajadores para el desarrollo permanente de las operaciones e informar de avances y eventualidades al company man.

-

El perforador: Es el encargado de manejar los equipos de control con los cuales se accionan los diferentes componentes del taladro para hacer operaciones seguras y exitosas de la perforacin.

-

El encuellador: Desde un sitio a gran altura ubicado en la torre de perforacin llamado plataforma, se encarga de conducir y enganchar los tubos durante la metida o sacada de tubera, tambien mientras se perfora se dedica a revisar y mantener el equipo de circulacin del lodo

. Los cueros: Son dos o tres trabajadores que estn sobre el piso de la torre y se encargan de enroscar y desenroscar la tubera empleando llaves hidrulicas y otras herramientas.


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-

Patieros: Son obreros que se encargan de la limpieza de los equipos y de ayudar en otras actividades menores y de menos riesgo y responsabilidad. Generalmente el hombre de la compaa y el supervisor estn disponibles 24 horas y trabajan turnos de 15 o 20 das, mientras los dems trabajadores laboran 8 horas por dia , es decir hay tres cuadrillas por da.

-

El lodero: Pertenece a una compaa especializada en fluidos de perforacin y en Colombia generalmente es un Ingeniero de Petrleos. Es el encargado de controlar las propiedades del lodo para facilitar el avance de la perforacin y dems operaciones en el pozo, es una tarea de gran responsabilidad por que tiene que ver con la seguridad del personal y del equipo. Generalmente trabaja turnos de 15 das y su disponibilidad es de 24 horas. Baroid, IMCO y Baker son nombres de algunas prestigiosas compaas de lodos de perforacin.

Figura 1. Personal del equipo de perforacin

.

Fuente: MUOZ Samuel. Generalidades de la explotacin de Petrleo. Escuela de Ingeniera de Petrleos. UIS , 1986 .


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1.3 TIPOS DE POZOS Una vez se terminan los estudios exploratorios, los Gelogos y Geofsicos recomiendan a la compaa operadora el sitio en donde se debe iniciar la perforacin para posiblemente encontrar en el subsuelo un depsito de hidrocarburos. Se debe fijar un sitio que sea accesible, plano y en el cual se cause el menor impacto ambiental. Previamente se han negociado los terrenos o los derechos de servidumbre con los dueos.

Existen dos tipos de pozos: Exploratorios y de desarrollo.

Los exploratorios como su nombre lo indica, se perforan para encontrar el depsito de hidrocarburos, que despus de analizar datos obtenidos de los mismos y hacer predicciones de produccin (si se encuentran hidrocarburos) y balance econmico se toma la decisin de hacer un desarrollo del campo descubierto perforando la cantidad de pozos necesarios para producir de una manera tcnica y econmica el nuevo campo. Entre los pozos exploratorios se encuentran el llamado A3 que es el primero que se perfora en un rea totalmente inexplorada; el A2 es el que se perfora para

determinar la profundidad del yacimiento descubierto y finalmente el A1 que se hace para determinar los lmites horizontales del yacimiento (Figura 2) .


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Figura 2. Tipos de pozosFuente: MUOZ Samuel. Generalidades de la explotacin de Petrleo. Escuela de Ingeniera de Petrleos. UIS , 1986

1.4 EL EQUIPO DE PERFORACION EL objetivo de la perforacin es hacer un hueco para conectar la formacin donde se espera encontrar hidrocarburos con la superficie; este hueco es el denominado pozo que se convierte en el canal de flujo entre el yacimiento y la superficie por donde se pueden conducir los fluidos de inters.

Esta operacin compleja se realiza mediante un equipo llamado torre o taladro de perforacin (Figura 3). Esta unidad est compuesta de cinco sistemas: Sistema de elevacin, sistema de rotacin, sistema de circulacin, sistema de seguridad y sistema de energa.


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Figura 3. EQUIPO DE PERFORACION

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Bloque corona Mstil o torre Encuelladero Bloque viajero Gancho Swivel Elevadores Kelly

9. Buge de la kelly 10. Buge maestro 11. Ratonera. 12. Hueco de tubera 13. Llave de potencia 14. Llave de potencia 15. Malacate 16. Indicador de peso

17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

Consola de perforacin Casa del perro Manguera de lodo Unidad acumuladora Rampa Sitio para tubera Subestructura Lnea de retorno de lodo

25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32.

Zaranda Manifold Separador de gas Desgasificador Reserva de lodo Tanque de lodo. Deslimador Desarenador

33. 34. 35. 36. 37. 38.

Centrfuga Bombas de lodo Almacenaje de productos para lodos Tanques de agua Motores y generadores Sistema de prevencin


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1.4.1 Sistema de elevacin La funcin ms importante del sistema de elevacin (Figura 4.) es la de soportar el sistema de rotacin durante las operaciones de perforacin, proporcionando adems el equipo y rea de trabajo necesarios para izar, bajar y sostener el peso de la tubera de perforacin y de completamiento.

Para meter, sostener o extraer del hueco las pesadas cargas de tubos, se requiere de un sistema de elevacin resistente, con suficiente potencia, aplicacin de velocidades adecuadas, freno eficaz y mandos seguros que garanticen la realizacin de las operaciones sin riesgos para el personal y el equipo.

Las partes del sistema de elevacin con su respectiva funcin se describen a continuacin: 1.4.1.1 La estructura de soporte Es la estructura de acero prefabricada, la cual es izada sobre el lugar que se va a perforar. Su funcin principal es soportar el ensamblaje del equipo usado por el sistema rotatorio para perforar el hueco. Esta estructura est constituida por:

- Mstil o torre de perforacin: Existen varios tipos de torres porttiles o convencionales. Estn constituidas por varias secciones las cuales se

ensamblan y se izan en posicin vertical sobre la estructura. Sirve de punto de apoyo en el espacio para acomodar la tubera durante un viaje y de soporte de las poleas que sostienen los cables del equipo de elevacin. Su altura puede ser hasta de 190 pies.


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Encuelladero

Figura 4. Sistema de elevacin.


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Por ejemplo con una torre de 80 ft de altura se puede perforar un pozo hasta 9.200 ft utilizando tubera de 2 7/8 con un peso de 6.5 lb/ft y con una torre de 189 ft de altura se puede perforar un pozo hasta 20.200 ft utilizando tubera de 5 con un peso de 22.5 lb/ft.

- Subestructura: Es una gran armadura de acero la cual constituye la base y soporte de la torre. La parte superior de esta subestructura, forma el piso de la torre y puede tener una altura de 4 a 8,5 metros (13 a 28 ft). Esta altura permite el espacio libre deseado para facilitar el trabajo de movimiento e instalacin de tubera, vlvulas y otros elementos del sistema de seguridad (castillo de preventoras BOP) que se colocan en la boca del del pozo. La distancia entre las patas de la subestructura puede ser de 6,4 a 9,1 metros, segn el tipo de torre, y el rea del piso puede estar entre 40 y 83 metros cuadrados. En esta rea se encuentran los trabajadores que enroscan y desenroscan la tubera y los que controlan el equipo de elevacin de la torre (supervisor, perforador y cueros).En esta parte de la torre se encuentran: la mesa rotaria, las llaves de potencia, la consola del perforador, la ratonera, el hueco del cabrn y la caseta del perforador.

- Encuelladero: La altura de la torre puede ser de 26 a 46 metros (87 a 153 pies). La altura de el encuelladero puede estar a unos 13 0 24 metros del piso, segn la altura total de la torre; en este sitio trabaja el encuellador cuando se est metiendo o sacando la sarta de perforacin. Esta plataforma forma parte del arrumadero de los tubos de perforacin, los cuales por secciones de dos en dos (pareja) o de tres en tres (triple) se paran sobre el piso de la torre y por la parte superior se recuestan y aseguran en el encuelladero.

La longitud total de tubera de perforacin o de completamiento que pueda arrumarse depende del dimetro de la tubera.


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En su tope o cornisa, la torre tiene una base donde se instala el conjunto de poleas fijas (bloque corona). Sobre la cornisa se dispone de un caballete que sirve de auxiliar para los trabajos de mantenimiento que deben hacerse all. 1.4.1.2 El malacate Se encuentra ubicado en la plataforma de trabajo de la torre, sirve de centro de distribucin de potencia para el sistema de elevacin y el sistema de rotacin. Su funcionamiento est a cargo del perforador, quien es el jefe inmediato de la cuadrilla de perforacin.

El malacate es un carrete de dimetro y longitud proporcionales segn el modelo y especificaciones generales. El carrete sirve para devanar y

mantener arrollados cientos de metros de cable de perforacin. Por medio de adecuadas cadenas de transmisin, acoplamientos, embragues y mandos, la potencia que le transmite la planta de fuerza motriz puede ser aplicada al malacate o a los ejes que accionan otros carretes auxiliares, utilizados para enroscar y desenroscar la tubera de perforacin y las de revestimiento o para manejar tubos, herramientas pesadas u otros implementos que sean necesarios llevar al piso del taladro. De igual

manera, la fuerza motriz puede ser dirigida y aplicada a la rotacin de la sarta de perforacin. 1.4.1.3 El cable de perforacin El cable de perforacin, que se devana y desenrolla del carrete del malacate, enlaza los otros componentes del sistema de elevacin como son el bloque corona ubicado en la cornisa de la torre y el bloque viajero. El cable de perforaciones de un acero especial y consta generalmente de seis ramales


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torcidos.

Cada ramal est formado a su vez por seis o nueve hebras

exteriores torcidas tambin que recubren otra capa de hebras que envuelven el centro del ramal. Finalmente, los ramales cubren el centro o alma del cable que puede ser formado por fibras de acero u otro material especial.

1.4.1.4 Bloque corona Consiste en un arreglo de poleas o roldanas fijas localizadas en el tope de la Torre.

1.4.1.5 Bloque viajero

El bloque viajero es una pieza muy robusta que puede pesar entre 1,7 y 11,8 toneladas y tener capacidad de carga entre 58 y 682 toneladas, segn sus dimensiones y especificaciones. Forma parte del bloque viajero un asa muy fuerte que lleva en su extremo inferior el gancho que sirve para sostener la junta giratoria durante la perforacin. Del gancho cuelgan tambin

eslabones del elevador que sirven para colgar, meter o sacar la tubera de perforacin.

Generalmente, el nmero de cables entre el bloque corona y el bloque viajero puede ser entre 4 y 12 o ms, de acuerdo al peso mximo que se deba manejar. Tambin se debe considerar el nmero de poleas en la

cornisa y el bloque, y adems el dimetro del cable y la ranura por donde corre el cable en las poleas.


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1.4.1.6 Unin giratoria (swivel) Es un equipo especial, el cual est suspendida por un asa del gancho de la polea viajera. Tiene en la parte superior un tubo llamado cuello de ganso, que sirve de conexin de la manguera del lodo para que este entre a la sarta de perforacin. Su funcin es suspender y soportar el peso total de la kelly (cuadrante) y la sarta de perforacin, y permite su libre rotacin. 1.4.2 El sistema de rotacion El sistema de rotacin (Figura 5.) est compuesto por: La mesa rotatoria, la unin giratoria (swivel), El cuadrante ( kelly), la sarta o tubera de perforacin y finalmente la broca. 1.4.2.1 La mesa rotatoria La mesa rotatoria va instalada en el centro del piso de la torre. Descansa sobre una base muy fuerte, constituida por vigas de acero que conforman el armazn del piso, reforzado con puntales adicionales.

La mesa tiene dos funciones principales: Impartir el movimiento rotatorio a la sarta de perforacin y sostener todo el peso de esta sarta mientras se le enrosca otro tubo para seguir profundizando el hueco, o sostener el peso de la sarta cuando se est sacando . Adems, la mesa tiene que aguantar cargas muy pesadas durante la metida de la sarta de revestimiento en el hoyo.


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.

Figura 5. Sistema de rotacin


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La mesa es de construccin fuerte de 1,20 a 1,50 metros de dimetro, con pistas y balineras de aceros de alta calidad, ya que la velocidad de rotacin requerida puede ser hasta 500 RPM (revoluciones por minuto). La mesa tiene en el centro una abertura de forma circular que permite el paso de brocas, tuberas y herramientas dentro del hueco.

La fuerza de rotacin se la imparte la planta motriz del taladro, a travs del malacate, por medio de transmisiones, acoplamientos y mandos apropiados. Tiene unos accesorios que se encargan de transmitir rotacin a la kelly y a la tubera de perforacin entre los cuales se tienen el buje del maestro y el buje de la kelly.

Otro elemento que se utiliza son las cuas, cuya funcin es sostener la tubera cuando se enrosca o desenrosca. 1.4.2.2 La junta giratoria (swivel) En su base tiene un tubo conector en donde se enrosca la kelly. Su funcin es permitir la libre rotacin de la kelly y de la sarta de perforacin. 1.4.2.3 El cuadrante (kelly) Generalmente tiene configuracin cuadrada, hexagonal, o redonda pero acanalada, y su longitud puede variar entre 40 y 60 pies. Esta pieza se conoce por el nombre propio de su inventor. La mayora de las veces tiene forma cuadrada por lo cual tambin es denominada como el cuadrante. Su funcin es conectar la unin giratoria y la tubera de perforacin y transmitir la rotacin a la tubera para perforar el hueco.

La kelly es un eje que lleva un buje especial (buje de la kelly) que encaja en el buje maestro y este a su vez a la mesa rotatoria (Figura 6). Cuando se


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est perforando la kelly pasa a travs del buje; una vez que toda la longitud ha pasado, el hueco avanza esa longitud. Para seguir profundizando, se levanta la kelly hasta que el primer tubo queda a ras de la mesa rotaria. Entonces se sostiene el tubo con las cuas y se desenrosca la kelly para agregar otro tubo de perforacin a la sarta y enroscar la kelly por la parte

Figura 6. Esquema de ensamble del sistema de rotacin y de elevacin.


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Superior del nuevo tubo. Se quitan las cuas, se baja la tubera hasta tocar fondo y se contina con la perforacin.

Los adelantos tecnolgicos en el diseo, capacidad y funcionamiento de las partes del taladro evolucionan permanentemente. Tal es el invento de la junta giratoria automotriz (top drive) el cual se muestra en la Figura 7 , para eliminar la mesa rotatoria y la junta kelly. Esto mejora la eficiencia del

progreso de la perforacin al tener menos maniobras para conectar los tubos a la sarta. La junta giratoria tiene integrada un motor o impulsor

elctrico con suficiente potencia para imprimirle la velocidad de rotacin deseada a la sarta de perforacin, a la cual est conectada directamente. La potencia puede ser de 1.000 o ms caballos de fuerza segn el peso de la sarta, profundidad final y trayectoria del pozo, vertical o direccional de alto alcance o penetracin horizontal. La junta rotatoria automotriz sube y baja deslizndose sobre un par de rieles paralelos asidos a la torre, los cuales forman la carrilera que comienza a tres metros del piso del taladro y culmina en la cornisa. 1.4.2.4 Llaves de potencia. Son unas llaves hidrulicas que estn colgadas de la torre y suspendidas encima del trabajadero, cuya funcin es enroscar y desenroscar las partes de la sarta, la broca y la kelly. La fuerza de estas llaves la proporciona el malacate por medio de cables. 1.4.2.5 Sarta de perforacin. Est compuesta principalmente por dos tipos de tubera: Tubera de perforacin (drill pipe) y collares (drill collar).


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Figura 7. Top drive.

- Tubera de perforacin (drill pipe) : Est constituida por tubos de acero especial para soportar los esfuerzos de torsin y tensin a que est sometida constantemente. La tubera de perforacin va conectada en su parte inferior a los collares y en la parte superior a la kelly la cual le transmite el movimiento rotatorio que se genera en la mesa. Adems de transmitir el movimiento rotatorio e impartir


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peso a la sarta, la tubera de perforacin sirve como conducto para el desplazamiento de los fluidos de perforacin.

- Collares (drill collar): Esta parte de la sarta se conforma de tubos de paredes muy gruesas que se emplean para suministrarle peso a la broca y dar rigidez a la sarta.

Estn colocados entre la tubera de perforacin y la broca. Adems de las funciones anteriormente mencionadas esta tubera tambien hace parte de el conducto por el cual se desplaza el lodo el cual llega a la broca. 1.4.2.6 La broca Es la encargada de romper la formacin rocosa para hacer el hueco, mediante conos con dientes de material fuerte como el tugsteno y para rocas muy duras con insertos de diamante; tambin tiene boquillas por donde sale el lodo de perforacin. Existen diferentes tipos de brocas dependiendo de el tipo de dientes (maquinadas e insertadas), la direccin del chorro (convencionales o tipo jet) y el tipo de formacin a perforar (blandas, medias y duras). En la Figura 8 se muestran la broca convencional y la broca corazonadora.

Figura 13. Brocas de perforacin.

Figura 8. Tipos de brocas


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1.4.3 Sistema de circulacin El sistema de circulacin (Figura 9) es el encargado de transportar el fluido de perforacin, llamado comnmente lodo, vital para el avance y xito de la perforacin de pozos.

Este sistema est formado por tres componentes: el rea de preparacin del fluido de perforacin, los equipos de circulacin y el rea de

reacondicionamiento del fluido de perforacin.

1.4.3.1 Area de preparacin del fluido de perforacin

En esta rea se encuentran los tanques de agua, los depsitos de materiales para el lodo que generalmente es una caseta cercana a los tanques de succin y los equipos mezcladores. 1.4.3.2 Equipos de circulacin. El fluido de perforacin comnmente llamado lodo que se utiliza en una operacin de perforacin se recircula en forma continua. El lodo se mezcla y se guarda en el tanque de succin del cual es succionado con una bomba y lo enva por una tubera y una manguera hasta la unin giratoria, desde donde pasa por el interior de la kelly y la tubera de perforacin hasta llegar a la broca, de donde sale por las boquillas y se encuentra con los ripios o restos de perforacin que ha perforado la broca; entonces inicia su regreso por el anular (tubera hueco) hasta llegar a la superficie trayendo los ripios y limpiando el hueco. En superficie pasa por el rea de reacondicionamiento en donde se le sacan los ripios para de nuevo regresar al tanque de succin completando el circuito.


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Figura 14. sistema de circulacin.

Figura 9. Sistema de CirculacinEMILIANO ARIZA LEON 2009

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1.4.3.3 Area de reacondicionamiento del fluido de perforacin El lodo en su ciclo de circulacin cumpliendo con su funcin arrastra los cortes y los lleva a superficie por lo que el incremento de estos slidos o a veces gases e hidrocarburos le alteran sus propiedades; por lo cual en superficie debemos tratarlo. Los equipos que se usan en este tratamiento adems de los tanques y bombas son:

- Zaranda vibratoria (shale shaker): Es una especie de filtro que tiene una serie de mallas que se encargan de retener los cortes de formacin o ripios grandes de los fluidos de perforacin. Estos cortes son llevados a una fosa en donde son tratados para evitar contaminacin ambiental. Algunos de

estos cortes son examinados para determinar el tipo de formacin que se est perforando y si en ella hay presencia de hidrocarburos.

- Desgasificador (degasser) : Es un equipo muy importante ya que retira el gas que puede arrastrar el fluido de perforacin, el cual le baja la densidad al fluido y puede ser causa de una conflagracin.

-

Desarenador (desander): Este equipo consta de una serie de conos que retirar las partculas de tamao arena (mayor de 74 micrones) que no quedan atrapadas en la zaranda.

- Deslimador (desilter): El deslimador consta de conos ms pequeos que los del desarenador y remueve hasta las partculas de formacin ms pequeas que el tamao arena del fluido de perforacin.


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A veces se utilizan otros equipos para optimizar el control de slidos como el limpiador de lodo (mud cleaner) que es una combinacin de la zaranda vibratoria con el deslimador o la centrfuga.

1.4.4 Fluidos de perforacin Los fluidos de perforacin comnmente se denominan lodos y est compuesta de una fase continua que puede ser lquida o gaseosa, una fase slida y una fase qumica. Inicialmente se perforaba con lodos elaborados con arcilla y agua, pero con la investigacin se han desarrollado fluidos con alta tecnologa a partir de aditivos especiales para satisfacer necesidades especficas bajo diversas condiciones de perforacin, como es la presin, la temperatura, y la diversa composicin de las formaciones a perforar. Siempre se busca un lodo que sea compatible con la formacin.

El fluido de perforacin debe cumplir funciones especficas durante la perforacin de un pozo:

-

Transportar los recortes de perforacin o derrumbes a superficie Mantener en suspensin los recortes o derrumbes en el espacio anular cuando se detiene la perforacin.

-

Controlar la presin de formacin para evitar amagos de reventn y prdidas humanas y materiales.

-

Enfriar y lubricar la broca y la sarta de perforacin. Sostener las paredes del hueco. Ayudar a sostener el peso de la tubera, mediante el empuje ascendente.

-

Proveer de un medio adecuado para tomar registros dentro del pozo.


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Un adecuado fluido de perforacin debe evitar daos en las formaciones por donde se hace el hueco y en especial sobre las productoras de hidrocarburos, no ser corrosivo, no ser abrasivo con las partes metlicas, resistente a la contaminacin con otros fluidos, mantenerse estable a presiones y temperaturas elevadas y amigables al medio ambiente.

Bsicamente existen tres tipos de fluidos de perforacin: Base agua, base aceite y neumticos, de los cuales el ms utilizado por factores econmicos, tecnolgicos y ambientales es el base agua.

- Lodos de base agua: En los lodos base agua, la fase continua es agua dulce o agua salada y por lo general la fase dispersa es bentonita o atapulgita. Son los ms utilizados en la industria, debido a la facilidad con que se constituye el agua y su bajo costo.

- Lodos de base aceite: Un lodo base aceite es una emulsin o mezcla de dos fluidos inmiscibles, es decir, lquidos que no se mezclan bajo condiciones normales. Cuando se obtiene la emulsin, uno de los fluidos se encuentra disperso en el otro en forma de pequeas gotitas.

Para hacer una emulsin mas estable es necesario el uso de un agente emulsificante. El tipo de emulsin que se forma que puede ser normal o inversa, depende de las caractersticas del agente emulsificante.

Los lodos base aceite pueden ser de emulsin normal o inversa.

Lodos de emulsin normal. En estos lodos la fase continua esel agua y la fase dispersa es el aceite, es decir, que el aceite se encuentra en forma de pequeas gotitas dentro del agua.


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Lodos de emulsin inversa. En estos lodos la fase continua esel aceite y la fase dispersa es el agua. Se utilizan especialmente para tomar muestras de roca representativas del yacimiento y para perforar la zonas productora de

hidrocarburos.

- Lodos neumticos: En estos lodos el fluido de perforacin es el aire, niebla o espuma.

La perforacin con estos fluidos es comn en rocas muy duras; tambin es til en zonas donde la prdida de circulacin es un gran problema. A este tipo de perforacin tambin se le llamada perforacin underbalance.

El fluido de perforacin permanentemente es controlado y debe tener ciertas propiedades que son medibles en laboratorio, entre las cuales se cuentan:

- Densidad: Es la propiedad que nos determina el peso de la columna de lodo que se encarga de controlar la presin del yacimiento, para aumentarla usamos sustancias pesantes como la barita (que pesa 4.3 veces ms que el agua). Esta propiedad puede variar de 8,6 a 17 lb/gal y se mide con una balanza de lodos.

- Prdidas de Filtrado : La cantidad de filtrado (lquido) que se pierde en las formaciones depende de la naturaleza de la formacin a perforar. Si se trata de una formacin consolidada, inerte e impermeable podemos perforarla con fluidos de filtrado elevado pero en formaciones arcillosas es necesario el control de filtrado para evitar la hidratacin de ellas. En formaciones porosas ( como arenas) y si existen hidrocarburos causan dao que influir durante la etapa productiva del pozo. Las prdidas de filtrado debe ser menores a 13 cc en 30 minutos segn prueba API de filtracin. La fase slida del lodo que


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acompaa el liquido que se pierde crea una pelcula alrededor del hueco, llamada torta, que ayuda a sostener las paredes. Para que sea eficiente debe ser delgada, plstica y consistente. Para controlar las prdidas de fluidos se utilizan controladores de prdidas de filtrado tales como polmeros y algunas arcillas.

- pH: El valor del pH que usemos en el fluido de perforacin depende de el agua utilizada y de las caractersticas de las arcillas que se encuentren en la zona a perforar y de los dems aditivos utilizados. El Ph del lodo debe ser bsico (mayor a 7) para evitar corrosin en las partes metlicas por donde pasa el lodo y para que los aditivos sean ms eficientes. El controlador de Ph ms utilizado es la soda custica (NaOH). Se mide con el peachmetro.

-

Reologa : El lodo para cumplir las funciones de transporte y

sostenimiento de los ripios, limpieza del hueco y fluidez dentro del sistema circulatorio debe tener propiedades reolgicas adecuadas. Entre las propiedades que se determinan tenemos: Viscosidad de embudo Marsh, viscosidad plstica, punto cedente (yield point), viscosidad aparente y fuerza de Gel. Estas propiedades se miden con el embudo Marsh y el viscosmetro rotacional de mltiples velocidades.

- Contenido de slidos: Para controlar y optimizar el contenido de slidos en el lodo se debe hacer la prueba de retorta en donde se determina el porcentaje en volumen de slidos totales y de liquido. Adicionalmente se hace una prueba para determinar el contenido de arena, el cual debe ser menor a 1% en volumen para evitar deterioro por abrasin en las partes metlicas del sistema de circulacin.

Las anteriores propiedades del lodo se miden y evalan permanentemente y durante toda la perforacin de un pozo, mediante pruebas que el Ingeniero


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de lodos hace con los equipos especiales que tiene en su laboratorio en el taladro.

Los aditivos de un lodo base agua son principalmente: Agua (fase continua), viscosificantes, materiales pesantes, controladores de Ph, controladores de prdidas de filtrado, dispersantes, surfactantes, antiespumantes, inhibidores de corrosin, bactericidas etc.

1.4.5 Sistema de seguridad Este sistema (Figura 10) se usa para controlar y prevenir las invasin de fluidos del yacimiento al pozo y a superficie que se conoce como un amago de reventn o si se vuelve incontrolable se llama reventn (blowout). La arremetida de fluidos (gas y/o petrleo, agua: fresca o salada) de la formacin hacia el pozo, ocurre cuando la presin ejercida por el fluido de perforacin en el hoyo es menor que la presin que tienen algunas de las formaciones perforadas o la formacin que est siendo penetrada por la broca.

Las manifestaciones de la arremetida de fluido se capta en la superficie por el aumento de volumen de fluido en el tanque y por el comportamiento simultneo de las presiones en la sarta y el espacio anular. La magnitud del volumen adicional de fluido descargado da idea de la gravedad de la situacin. La apreciacin rpida del tipo de fluido desbordado ayudar a poner en ejecucin uno de los varios mtodos adecuados de contencin, cuya finalidad, no obstante las diferencias de procedimientos, es permitir acondicionar el fluido de perforacin al peso requerido y bombearlo al hoyo; mientras tanto se controla el comportamiento del flujo por el espacio anular para descargar la arremetida .


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El sistema de prevencin tiene dos componentes principales: el conjunto preventor de reventones (BOP) y el acumulador con el correspondiente sistema de soporte.

Figura 10. Equipo de prevencin.


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1.4.5. 1 Conjunto de preventoras de reventones (BOP)

Consiste en un juego nico de vlvulas hidrulicas con grandes orificios de tamao considerable, niveles de presin altos y que adems accionan con rapidez.

La finalidad del conjunto BOP (blow out preventor) es cerrar el pozo en la eventualidad e una patada, e incluso garantizar la mayor flexibilidad para las operaciones siguientes. Teniendo esto en cuenta podr observarse que muchas de las configuraciones posibles de el conjunto pueden dar resultados satisfactorios.

Este conjunto est normalmente formado por un preventor anular, unos preventores de ariete o esclusas y bridas de perforacin.

- Preventor anular : Es la parte superior del sistema de impide reventones, contiene un empaque de caucho y reforzado en acero que al cerrar forma un sello alrededor de la tubera, tambin puede cerrar sobre la kelly y totalmente el hueco perforado cuando el pozo est sin tubera.

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Preventor de ariete (RAM): Estos preventores solo cierran sobre dimetros de tubera especficos o sobre el hueco perforado. Es un bloque de acero que se recorta de manera que se adecue al tamao de la tubera que va a cerrarse; en el cierre va un empaque de caucho.

Hay un tipo de ariete (o esclusa) llamado ciego que puede cerrar todo el hueco y otro de tipo cortante por que puede cortar la tubera y despus cerrar el hueco.


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Las bridas son espaciadores entre los diferentes preventores de ariete y sirven de conexiones a la lnea para estrangular (que circula el amago fuera del hueco perforado) y la lnea para matar (que bombea fluidos de perforacin hacia el hueco). Los preventores de ariete tambin tienen

vlvulas de salida laterales que sirven para el mismo propsito.

1.4.5.2 Acumulador La finalidad del acumulador es proveer una forma rpida, confiable y prctica de cerrar los BOP en caso de surgencia. Dada la importancia del factor de confiabilidad, los sistemas de cierre poseen bombas extra y volumen en exceso de fluido, al igual que sistemas alternativos o de reserva. Normalmente, se localiza a cierta distancia del taladro y puede activarse desde un tablero de control remoto desde el piso del taladro o por un tablero que forma parte del mismo acumulador.

1.4.5.3 Sistema de soporte de estrangulamiento Consiste en dos componentes: el manifold de estrangulamiento y la lnea para matar.

- Manifold de estrangulamiento: Es un aparejo de conexiones para tubera de brida, resistentes a presiones altas, con vlvulas de salida laterales, de control manual o automtico. Su funcin es la de controlar y mantener la contrapresin requerida durante un golpe de ariete y de dispersar los fluidos de la formacin presentes en el hueco a las fosas de reserva, al separador de gas o al rea de reacondicionamiento de lodos, hasta quedar controlado el amago o patada.


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La lnea para matar: Generalmente se conecta al BOP frente a la lnea para estrangular. A travs de la lnea para matar se bombean fluidos de

perforacin al hueco, para ayudar a balancear las presiones existentes en ste y as, poder controlar el amago o patada.

3.4.6 Sistema de energa A pesar de que ocupa un rea relativamente pequea, el sistema de generacin y transmisin de potencia representa el corazn del taladro de perforacin.

El sistema de energa tiene dos componentes principales:

las fuentes

primarias de potencia (los motores) que generan casi toda la potencia requerida en el taladro (Figura 11) y el sistema de transmisin de potencia que transmite o distribuye esta potencia a los componentes del taladro que lo requieran.

- Los motores: Son la principal fuente de potencia en el taladro de perforacin rotatoria. Son muy grandes y de combustin interna; los motores ms comunes se clasifican segn el tipo de combustible usado ya sean de gas, diesel o elctricos.

- Sistema de transmisin de potencia: Transmisin mecnica de potencia. Est compuesto por el motor o motores y de un arreglo elaborado de piones y cadenas, o sistemas de enlace, que requiere una cuidadosa organizacin y alineacin. Es el mas comnmente usado en los taladros.


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Transmisin elctrica de potencia: Este sistema es el encargado de llevar la energa producida por los motores a travs de cables hasta los sistemas del taladro que lo requieran.

Figura 11. Sistema de energa.


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BIBILOGRAFIA

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BRADLEY Howard B. Petroleum Engineering Handbook. Third printing society of Petroleum Engineers Richardson. TX, U.S.A February 1992. MUOZ Samuel. Generalidades de la explotacin de Petrleo. Escuela de Ingeniera de Petrleos. UIS , 1986. Rabia H Oil Well drilling engineering. 1985

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Grace Robert et al. Drilling Practices, 2005 Neal J. Adams.Driling Engineering. 1985


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fundamentos en perforacion de pozos

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