PEFORACION HIDRAULICA ROTATORIA

DEFINICION

La introducción de la perforación rotatoria trajo como consecuencia el uso de un fluido,

que introducido por la sarta de perforación y regresando por el espacio anular,

mantuviera limpio el pozo de los cortes que la barrena (mecha) iba haciendo a

medida que iba penetrando las formaciones. Aquí empezó el concepto de

hidráulica.

La función principal de la operación de perforación rotaria es perforar un pozo debajo de la superficie hasta penetrar una formación de potencial productivo de petróleo y/o gas. El pozo perforado, luego de revestido con tubería, conecta la formación productora con la superficie y de esta manera es posible recuperar el petróleo y/o gas. Estas operaciones de perforación son realizadas por el uso de un sofisticado complejo de perforación.

CARACTERISTICAS

Circulación Directa - Perforación Rotatoria

Es el sistema se realiza la perforación mediante una barrena o trepano giratorio

llamado comúnmente tricono; desgastadora y trituradora que muele o rompe la

formación mientras el material cortado y el suelo aflojado son retirados de la

perforación mediante una circulación continua de fluido de lavado. La perforación

rotatoria es particularmente adecuada en formaciones de terreno suelto y roca suave.

Tricono

Se puede hacer perforaciones de gran diámetro o profundidades considerables la más

grande desventaja es el requerimiento de cantidades sustanciales de agua, o que

puede ser un serio problema especialmente en aéreas donde escasea.

El fluido usualmente basado en arcilla, es mezclado en una poza de lodo o tanque y es

bombeado a presión elevada a través de una manguera flexible hasta la parte superior

de una columna giratoria de herramientas llamada columna de perforación. Entonces

fluye a través de las herramientas hasta el fondo del pozo y regresa a la superficie y

nuevamente hacia a dentro del pozo del lodo.

Perforador rotatorio de circulación directa normal.

En la base de la columna de perforación se encuentra la barrena o trépano que es del

tipo rodillo cortador (tricono) o, menos comúnmente, el tipo de barrena a aleta plana.

Una barrena o trepano de rodillo para roca lleva tres o cuatro cortadores (conos),

dentados de acero duro que tiene vías de paso para conducir el fluido que enfría y

lubrica a los rodillos; limpia a los dientes y evita el material cortado.

Se aplica la barrena o trépano al fondo de la perforación y gira a velocidad de 3-30

RPM dependiendo del diámetro y del estrato y se aplica un peso dentro de una escala

de 250-2750 kg por 25 mm de diámetro.

En roca dura la línea de contacto de los dientes provoca que la formación se derrumbe

debido a la sobrecarga; en roca más suave se sesgan los rodillos ligeramente para

añadir una acción de torsión y para roca suave se da forma a los diente para que

desgarren.

Los barrenos de aletas no llevan rodillos. Tienen tres o cuatro cuchillas de superficie

dura y cortan el estrato blando en forma similar a un taladro de madera. Perforan

rápidamente en condiciones muy suaves pero tienden a desgastar la tubería de

perforación y ajustar demasiado la unión de herramientas si se les usa a través de

capas duras done puede ocurrir el traqueteo.

BARRENAS

Las restricciones de verticalidad y rectitud mencionadas para perforaciones hechas con

percusión, se aplican igualmente a los pozos rotatorios, pero la perforación rotatoria

sufre una desventaja en cuanto se debe colocar un peso continuo a la barrena y

consecuentemente la gravedad tiene menos efecto en la columna de herramientas. Sin

embargo, generalmente se puede lograr una perforación libre de ensortijados debido a

la influencia estabilizadora de los lastra barrenas de perforación. Los lastra arenas de

perforación de la figura anterior son tuberías extra pesadas que se colocan sobre el

barreno para proveer el peso necesario y para ayudar a una perforación recta. Además

como son de gran diámetro en relación al pozo, resultan en un anillo más pequeño

provocando una velocidad aumentada de fluido que aparta rápidamente el material

cortado de la vecindad del barreno. Lo ideal es que la mayor parte de la longitud de la

columna de herramientas este tense desde el trepano de ruedas de corona (triconos)

del equipo de perforación, pero este no siempre es posible y algunas veces se añade

peso por medio de un mecanismo hidráulico o de cadenas conocido como un “tira-

abajo”, (Mecanismo para ejercer presión, empuje en forma descendiente de la

columna).

La longitud principal de la columna de perforación cosiste en tuberías de perforación,

que se agregan con forme aumenta la profundidad; se extiende desde la parte superior

de los lastra barrenas de perforación hasta la superficie. Por lo general tiene longitudes

de 3 -10 m y se selecciona el diámetro para que esté de acuerdo a las condiciones de

perforación, por ejemplo, el diámetro libre a través de la tubería y uniones debe ser de

tal que resulte en la perdida de carga en el fluido descendente y la tubería de

perforación debe ser lo suficientemente grande para promover una velocidad de fluido

razonablemente elevada para un tamaño dado de bomba de lodo.

La longitud última de la tubería es de construcción especial y se le llama barra

cuadrada rotatoria. Su propósito es transmitir conducción rotatoria desde el rotor o

mesa rotatoria y, por lo tanto, es una sección cuadrada, hexagonal o redonda con

ranuras o estrías para caber en una abertura correspondiente a la mesa rotatoria. Esto

facilita el movimiento vertical libre y así permite que la barra cuadrada rotatoria alimente

la perforación, conforme se proceda a la perforación, o que se la retire.

Se ubica el cabezal o unión giratoria en la parte superior de la barra cuadrada.

Contiene un conjunto de rodamiento que resiste el peso completo del juego de

herramientas. También tiene una entrada para que el fluido de perforación pase desde

la bomba de lodo a través de la manguera de la barra cuadrada rotatoria y de un cuello

adecuado para controlar el paso del fluido desde el cabezal giratorio estático hasta la

barra cuadrada rotatoria.

Conforme avanza la perforación y se lleva a la superficie el material cortado, la berra

cuadrada rotatoria pasara a través del rotor hasta que la unidad del cabezal giratorio

llegue a este. Entonces se detiene la alimentación, se puede disminuir la rotación y se

permite al fluido circulante continuar llevando, por corto tiempo, el material cortado más

reciente fuera de la barrena y de los lastra barrenas de fisura. Entonces se detiene la

bomba, se retira la barra cuadrada rotatoria y se le desenrosca de la tubería de

perforación, mientras la segunda es suspendida en los sostenes de la mesa rotatoria.

Se añade otra tubería de perforación y se le hace descender con la columna de la

tubería hasta que esté al nivel de la mesa, cuando se adhiere nuevamente la barra

cuadrada rotatoria y se reinicia la circulación. Se engancha la rotación y finalmente se

aplica la barrena una vez más al fondo de la perforación. Se repite el procedimiento

anterior hasta que se alcance la profundidad final o se retire las herramientas para

cambiar las barrenas.

Circulación Invertida (Indirecta) - Perforación Rotatoria

Este método difiere del sistema más común de “circulación directa” en que se hace

circular el fluido de perforación en dirección invertida. Básicamente, el equipo e4s

similar en arreglo general pero considerablemente más grande; por ejemplo, el camino

del agua a través de las herramientas, tubería de perforación, cabezal giratorio y barra

cuadrada giratoria, rara vez es menor a 150 mm de diámetro (Figura). El diámetro de

perforación mínimo practico esta en el orden de 400 mm pero se conoce tamaños que

exceden a los 1.8 m.

Perforador rotatorio de circulación invertida

Las barrenas o trépanos triconos convencionales dentro de la escala de diámetro

anterior no serían prácticas y, por lo tanto, es usual colocar barrena compuesta de

rodillo para roca. Esta consiste en una firme placa de base, en cuya parte inferior se

coloca un número de rodillos dentados arreglados de tal forma que se amolden a toda

la cara del pozo. La placa de base incorpora pasajes cortos que se elevan hacia una

perforación común en la brida de acoplamiento. El material liberado por la acción de

excavación es extraído a través del centro de la barre3na y llevado rápidamente a la

superficie.

Sobre la barrena se atornilla un tubo de bridas de diámetro máximo. Este contiene un

tubo central del mismo diámetro interior de la tubería de perforación. Las aberturas al

extremo del tubo exterior permite que el agua limpia de flujo descendente pase sin

obstáculos. A este conjunto se le llama estabilizador y evita que las herramientas

deriven lateralmente.

Una barrena compuesta requiere peso para proveer penetración y esto se logra, al

igual que en los otros métodos, incorporando lastra barrenas de perforación en la

columna. Estos pueden ser de un diámetro considerable más pequeño que el del pozo.

Baja ciertas condiciones se pueden volver a arreglar la secuencia de estabilizadores y

lastra barrenas de perforación. Las barrenas descritas anteriormente son adecuadas

para estratos no consolidados, arcilla suave y roca blanda. La arcilla dura requerirá el

uso de una barrena de aletas.

La tubería de perforación para el trabajo de circulación invertida debe tener

acoplamientos que presenten un diámetro interno sin obstáculos y, por lo tanto,

normalmente son del tipo de bridas. También son relativamente cortos con el fin de

emplear una correspondiente barra cuadrada rotatoria corta para evitar elevaciones de

succión sobre el suelo.

Se descarga el agua y el material cortado en una gran laguna temporal cuyo tamaño es

determinado por el “método práctico” de que el volumen no debe ser inferior a tres

veces el volumen de la perforación excavada. Un pozo de 750 mm excavado a 60 m

requeriría una laguna de 12 m de largo, 8 m de ancho y 1 m de profundidad; sus

desechos requerirían un área adicional. Esto no es sino uno de los varios factores que

se tiene que considerar cuando se selecciona el sistema de perforación.

A menudo se divide la laguna o se le “desvía” para favorecer el asentamiento del

material cortado o detritos en un área bastante distante del canal que hace regresar el

agua limpia a la perforación.

Rara vez se usa el lodo debido a que una de las ventajas de la perforación con

circulación invertida es que se impone agua relativamente limpia sobre el acuífero y,

por lo tanto, no hay invasión de la formación. En Europa, para pozos de abastecimiento

d agua de gran capacidad, la perforación rotatoria con circulación invertida virtualmente

ha reemplazado a todos los otros métodos.

En el caso que se perfore arcilla en la sección superior del hoyo, se debe limpiar y

volver a llenar la laguna con agua fresca antes de ingresar en el acuífero.

La principal ventaja de este método es el ritmo muy rápido de perforación en diámetros

grandes, especialmente en arenas y gravas no consolidadas. Algunas veces se perfora

y se reviste los pozos en 24 horas ya que no se necesita la limpieza (el desarrollo es

una fase diferente). En realidad, la velocidad es esencial en estratos no consolidados

ya que el operario solo puede depender de una sobrecarga de 1 o 2 m en la

perforación. La perforación debe ser rápida con el fin de prevenir el derrumbe y la

posible pérdida de las herramientas.

Es obvio que una carga de agua limpia impuesta sobre un estrato no consolidado

incluye ciertas pérdidas de agua. En vista de esto, uno de los requisitos de la

perforación de circulación invertida es fácil y cercana disponibilidad de un

abastecimiento sustancial de agua para propósitos de limpieza. A menudo se cita esto

como de 45 m3/hora y en la práctica puede llegar a entre 9 y 70 m3/ hora.

Mientras el sistema promedio de circulación invertida utiliza la succión como la energía

de remoción tras el circuito, hay circunstancia, tales como la fricción de la tubería en

grandes profundidades, o una baja capa freática, en que la succión es insuficiente. Por

esta razón, la mayoría de equipos de perforación tiene provisión para introducir un

elevador de agua por aire en el sistema. Esto se logra incorporando tuberías de aire a

lo largo de la tubería de perforación, ya sea concéntricamente o por pares en el exterior

como un chorro mezclador arreglado para que descargue dentro de la tubería de

perforación en un nivel adecuado.

Bajo condiciones ideales se ha registrado ritmos de penetración de 0.6 m/min y ritmos

promedio de 12 m/hora son bastante comunes. Se debe remarcar que las conexiones

de la tubería de perforación con bridas y atornillado usadas más comúnmente

requieren un manipuleo que ocupa tiempo y parece haber aquí cabida para las mejores

técnicas.

ppeforacion Hidraulica Rotatoria

PERFORACION HIDRAULICA DE

ROTACION DIRECTA

AGUA

LODO

PERFORACION HIDRAULICA DE

ROTACION INDIRECTAAGUA

ENTRA AL POZO POR LA GRAVEDAD

SUBE CON E L MATERIAL POR DENTRO DE LA

TUBERIA

Las velocidades de rotación se encuentran dentro de la escala de 8-50 rpm y las

profundidades promedio de perforación en 120m; ocasionalmente se obtiene 300 m.

DIAGRAMA DE ARREGLO

TIPO DE FLUIDO

En el sistema de perforación hidráulica rotatoria directa el fluido más común es el lodo

compuesto por bentonita y agua, ya que incrementa la viscosidad del lodo, permitiendo

transportar efectivamente los detritos de roca a la superficie.

El cual es aquel que se prepara en la superficie, y que durante el proceso es bombeado

por el interior de la tubería hasta llegar a la broca ticónica.

A llegar a esta vuelve nuevamente a la superficie arrastrando material triturado o

cortado.

En el sistema de perforación hidráulica rotatoria indirecta el fluido de perforación es el

agua, la cual entra al pozo por gravedad hasta la broca y sube con el material por

dentro de la tubería en sentido inverso al otro sistema y es por ello del nombre.

Cuando le terreno lo permite se convierte en el mejor método para no afectar la

permeabilidad alrededor del pozo por no utilizar lodo.

EMPLEO EN:

Este método de perforación es mayormente empleado en formaciones consolidadas,

es decir en rocas que se encuentran muy compactas: como ser en rocas:

1. Ígneas

2. Metamórficas

3. Sedimentarias

De igual manera se la aplica en rocas no-consolidadas.

FUNCION

La función principal de Perforación hidráulica rotatoria es de realizar un hoyo, lo más

económicamente posible.

Hoyo el cual representa un punto de drenaje eficaz del yacimiento geológico.

El cual consiste en transmitir conducción rotatoria desde la mesa de rotación, lo cual

permite que la barra de rotación alimente la peroración, conforme se va procediendo a

la perforación.

Contiene una entrada para que el fluido de perforación pase desde la bomba de lodo a

través de la manguera de la barra y de un cuello adecuado para controlar el paso del

fluido desde el cabezal giratorio estático hasta la barra rotatoria.

Conforme avance la perforación se va llevando a la superficie el material cortado o

también conocidos como detritos, la barra rotatoria pasa atreves del rotor asta que la

unidad del cabezal llegue al mismo y es entonces cuando se detiene la alimentación,

se puede disminuir la rotación y se le permite al fluido circular con los materiales

cortados más recientes pero ello por un corto tiempo.

Luego se le añade otra tubería de perforación para que descienda con la columna de

tubería y se encuentren al nivel de la mesa y una vez encontrado en el fondo se aplica

la barrena.

En resumen Consiste en un elemento de accionamiento mecánico-hidráulico que se

desplaza a lo largo de la torre de perforación gracias a cilindros hidráulicos y/o

transmisiones de cadenas. Este sistema se instala en la mayoría de las perforaciones

modernas. Disponen de capacidad de empuje sobre la herramienta de corte,

importante en la primera fase de perforación

CONCLUSION

1. Se la aplica en formaciones consolidadas y no-consolidadas.

2. La perforación hidráulica rotatoria es de buena calidad y es confiable en la

obtención de muestras.

3. Este tipo de perforación proporciona una mayor facilidad y permite averiguar de

una manera más rápida los cambios litológicos.

4. Los equipos de perforación Hidráulica Rotatoria son de un fácil manejo, poseen

una buena movilidad, y alta eficiencia de trabajo.

5. Tiene ventajas debido a su a su estructura, la cabeza giratoria en la inferior

tienen un diseño el cual dificulta que el lodo entrara a la cabeza giratoria, por lo

cual la operación es confiable.

6. La velocidad de rotación de la cabeza rotatoria la cual varia dentro del rango

8rpm – 50 rpm, asegura una mayor eficiencia en la perforación.

7. Los usuarios pueden operar la máquina de una forma muchísima más segura y

constante.

8. La selección de la broca se la realiza tomando en cuenta los parámetros de

eficiencia que tuvo en pozos anteriores, es decir, analizando la cantidad de

número de pies perorados por hora y sin problemas.

RECOMENDACIÓN

1. Tener una capacitación técnico-profesional del personal es parte fundamental

para enfrentar con éxito la perforación de un pozo de petróleo.

2. El equipo debe tener un sistema top drive, el mismo que es o actúa como

garantía en cualquier momento de la perforación , por la posibilidad de rimar 90

pies arriba, así como también 90 pies abajo, ,lo cual indica que cuando la

herramienta tienda a pegarse esta puede tener la facilidad de salir rotando.

3. Seleccionar la broca que se va a utilizar durante el proceso de perforación,

tomando en cuenta la eficiencia que tuvo en anteriores pozos de las mismas

características.

4. Tomar en cuenta la geometría del pozo y la densidad del lodo ya que estos

influyen de forma directa en el tamaño de las boquillas que se requieren para

perforar.

BIBLIOGRAFIA

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2. Giraldo, A.L y López,”sistematización de los cálculos requeridos en las

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3. http//www.bakerhughes.com/imteq

4. ARCO, “Manual de aprendizaje en el sitio del pozo” Red de construcción de

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5. Basardo, Luis R, “Lodos de perforación”, en Fipetrol latinoamericana, Agosto

1996, Caracas-Venezuela