TEMA.3 1Capitulo 3 “Taladro” Tipos de equipos de perforación

3.1 IntroducciónTeniendo en cuenta que la tecnología en las operaciones de perforación de pozos exploratorios cada día es mas avanzada, es obligación estar al tanto de estos avances.Todos los sistemas de perforación implementados en el mundo deben tener esa herramienta necesaria como lo es la broca.

Desde los comienzos de la historia de la perforación, el taladro, broca o barrena, ha jugado un papel demasiado importante y sus avances en cuanto a diseño, materiales de construcción etc., no deben inquietar, por lo tanto debemos estar al tanto de todo esto.Es importante tener en cuenta que cada casa constructora tiene sus propias especificaciones y codificación para cada broca, pero tienen un objetivo en común desarrollar una tecnología que nos permita avanzar en la perforación al menor costo posible y con las mejores condiciones de seguridad.

3.2 BARRENAS DE PERFORACION.Cada barrena tiene un diámetro especifico que determina el diámetro del hoyo que se intente hacer. Y como en las tareas de perforación se requieren barrenas de diferentes diámetros, hay un grupo de gran diámetro que va desde 610 hasta 1.080 mm y seis rangos intermedios. El peso de esta clase de barrenas es de 1.080 a 1.575 kilogramos, lo cual da idea de la robustez de la pieza.

El otro grupo de barrenas, de 36 rangos intermedios de diámetro, incluye las de 73 hasta 660 mm de diámetro, cuyos pesos acusan 1,8 a 552 kilogramos.

La selección del grupo de barrenas que ha de utilizarse en la perforación en determinado sitio, depende de los diámetros de las sartas de revestimientos requeridas. Las características y grado de solidez de los estratos que conforman la columna geológica en el sitio determinan el tipo de barrenas más adecuado que debe elegirse. Generalmente, la elección de barrenas se fundamenta en la experiencia y resultados obtenidos en la perforación de formaciones muy blandas, blandas, semiduras, duras y muy duras en el área u otras áreas. En el caso de un territorio virgen se paga el noviciado y al correr el tiempo se ajustara la selección a las características de las rocas.

3.3 TIPOS DE BARRENAS. Originalmente, en los primeros años de la perforación rotatoria, el tipo común de barrena fue la de arrastre, fricción o aletas, compuesta por dos o tres aletas. La base afilada de las aletas, hechas de acero duro, se reforzaba con aleaciones metálicas mas resistentes para darle mayor durabilidad. Algunos tipos eran aletas reemplazables.Este tipo de barrenas se comportaban bien en estratos blandos y semiduros, pero en estratos duros el avance de la perforación era muy lento o casi imposible. El filo de la aleta o cuchilla se tornaba romo rápidamente por el continuo girar sobre roca dura, no obstante el peso que se le impusiese a la barrena para lograr que penetrara el estrato.Al surgir la idea de obtener una muestra cilíndrica larga (núcleo) de las formaciones geológicas, la barrena de aleta fue rediseñada integrándole un cilindro de menor diámetro, concéntrico con el diámetro mayor de la barrena. Así que durante la perforación, la desmenuza un superficie circular creada por la diferencia entre los dos diámetros, y el núcleo, de diámetro igual al del cilindro interno de la barrena, se va cortando a medida que la barrena corta-núcleo avanza.A partir de 1909 la barrena de conos giratorios hizo su aparición. Este nuevo tipo de barrena gano aceptación bien pronto y hasta ahora es el tipo mas utilizado para perforar rocas, desde blandas hasta las duras y muy duras. Las barrenas se fabrican de dos, tres o cuatro conos. A través de la experiencia acumulada durante todos estos años, el diseño, la disposición y características de los dientes integrales o los de forma esférica, semiesférica o botón incrustado, tienden a que su durabilidad para cortar el mayor volumen posible de roca se traduzca en la economía que representa mantener activa la barrena en el hoyo durante el mayor tiempo posible.

Cada cono rota alrededor de un eje fijo que tiene que ser muy fuerte para que cada cono soporte el peso que se le impone a la barrena y pueda morder bien la roca para desmenuzarla. Por lo tanto, el encaje del cono debe ser muy seguro para evitar que el cono se desprenda. El movimiento rotatorio eficaz del cono se debe al conjunto de rolineras internas empotradas alrededor del eje, las cuales por lubricación adecuadamente hermética mantienen su deslizamiento.

Además, la disposición, el diámetro y las características de los orificios o boquillas fijas o reemplazables por donde sale el lodo a través de la barrena, han sido objeto de modificaciones técnicas para lograr mayor eficacia hidráulica, tanto para mantener la barrena en mejor estado físico como para mantener el fondo del hoyo libre de ripios que produce el avance de la barrena.La fabricación de barrenas requiere la utilización de aceros duros y aleaciones especiales que respondan a las fuerzas de desgaste que imponen a las diferentes partes de la barrena la rotación y el peso, la fricción, el calor y la abrasión.

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TEMA.3 2Dentro de la gran gama de brocas utilizadas en la industria petrolera son normalmente mencionadas:

Brocas triconicas Brocas compactas (PDC) Brocas con insertos de tungsteno Brocas especialmente diseñadas para corazonar.

En este texto vamos a tratar de ampliar un poco lo que es esta gran gama de barrenas de perforación y en que tipos de formación son mas utilizados cada uno de ellos.

3.4 Taladros RotatoriosEl taladro esta ubicado en el extremo inferior de la columna de perforación, es el elemento encargado de triturar la roca produciendo avance en profundidad. Se tiene diferentes tipos de trépanos generalmente para triturar rocas duras, medianamente duras y blandas.El espacio distribuido entre los componentes depende del tipo de formación que se vaya a perforar con la broca.

Los trépanos triconos son los más usados en formaciones blandas y medianamente duras, se caracterizan por tener tres conos que giran libremente para triturar la roca.Los trépanos de diamante tienen diamantes incrustados en su base y sobre sus costados, se utilizan para perforar formaciones muy duras.Todos los trépanos tienen orificios que permiten la salida del fluido de tal manera que los recortes del pozo sean removidos del fondo hacia la superficie.

3.5 Tipos de equipos de perforación Pozos perforados con equipos a cable Pozos perforados con equipos rotatorios

3.5.1 Clasificación de equipos en función a su capacidad perforatoriaEquipo Profundidad Equipos pequeños 2000m Equipos medianos 4000m Equipos grandes 6000m Equipos extragrandes 6000 - 15000m3.5.2 Clasificación de equipos en función con la energía que operan Equipos mecánicos Equipos eléctricos3.5.3 Clasificación de equipos por el medio de transporte Equipos heliportables Equipos de transporte terrestre

3.6 Selección del equipoLa selección del equipo se hará en función a la profundidad programada del pozo. El equipo deberá estar bien dimensionado considerando el equipo de energía, bombas, motores y sistemas de izaje que se necesite3.6.1 Equipos marinos “Offshore”Se utilizan para perforar sobre plataformas en los que pueden existir pozos verticales o pozos dirigidos, para explotar un yacimiento submarino.3.6.2 Equipos terrestres “Onshore”Pueden clasificarse de acuerdo a su estructura:Torres.- Son estructura que se arman sobre una sección cuadrada y tienen como componentes los travesaños y los tirantes, su montaje empieza desde la plataforma de operaciones y se arman con componentes angulares hasta la coronaMástiles.- Son estructuras que se arman por tramos y generalmente están al nivel de la planchada

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3.7 Tipos de equipos de perforación (Offshore - Onshore)Barcazas.- Están diseñadas para trabajar en aguas poco profundas (menos de 20 pies). El equipo es llevado al sitio de perforación, en dicho lugar el casco del bote es hundido hasta el fondo del mar a propósito. El área superficial del casco evita que el equipo de perforación se hunda en el fango del fondo y así se provee de una plataforma estable para la perforación.Equipos sumergibles.- Este equipo es también una barcaza y difiere del caso anterior en que puede trabajar a mayores profundidades (50pies). Está provisto de extensiones que permiten que el casco superior sea elevado por encima del nivel del agua.Plataformas.- Estos equipos utilizan un sistema tubular anclado en el fondo del mar que sirve para sostener el equipo de perforación, posee un helipuerto y facilidades de alojamiento.Equipos sobre gatas “Jackups”.- Son similares a las plataformas previamente mencionadas, con la diferencia de que los soportes no están atados permanentemente en el fondo del mar. En estos casos el peso de la plataforma y otros equipos es suficiente para mantenerlos en su sitio,Flotadores.- Se utilizan para la perforación costa afuera que no se fijan o descansan sobre el fondo del mar.Equipos semisumergibles.- Estos equipos se encuentran anclados en el lugar preciso donde se realizará la perforaciónBarcos de perforación.- El equipo de perforación en ellos se encuentra ubicado en el centro del barco donde se tiene un orificio diseñado especialmente (Mom Pool) para permitir el peso de la sarta de perforación.

3.8 Equipo convencional (Perforación Rotatoria)Los equipos convencionales son utilizados para perforar con equipos rotatorios, para ello es importante definir las herramientas de perforación.3.8.1 Herramientas de perforaciónEs todo elemento de la sarta o columna de perforación, es decir todo el conjunto sub- superficial.Inicialmente se observó que cuando se aplicaba peso sobre las herramientas, estas tendían a pandearse

Entonces para solucionar este problema se empezó a utilizar portamechas y estabilizadores.Portamechas

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TEMA.3 4Son elementos tubulares que se caracterizan por tener un diámetro externo relativamente grande y un diámetro interno restringido, lo cual hace que la masa de acero sea mayor y facilite la aplicación de peso sobre el trepano, constituyéndose el portamechas como un elemento tubular rígido.

Tipos de Portamechasa) Portamechas Lisos.- Estos tienen superficie completamente lisa y son los más utilizados.

b) Portamechas ranurados o espiralados.- Estos tienen ranuras o espirales alrededor de su cuerpo, estos hacen que la superficie de contacto entre le portamechas y la pared del pozo sea mayor (ranuras)

c) Portamechas Cuadrados.- Estos tienen sección cuadrada y sus aristas describen el diámetro del pozo, se caracterizan por su elevada rigidez y cuando son utilizados también se usan estabilizadores.

Pegamento por Presión DiferencialCuando se deja rotar la tubería y los portamechas, se pegan a la pared del pozo o del agujero debido a que la presión hidrostática es mayor que la presión de formación, se denomina pegamento por presión diferencial.Esto ocasiona un aprisionamiento de la herramienta especialmente cuando se tiene un revoque muy grueso, para minimizar este problema se utilizan portamechas ranurados, este portamechas es utilizado sobre el trepano en zonas donde existe este tipo de problemas.

Tubería de PerforaciónSon elementos tubulares conocidos también como sondeo, estos permiten transmitir la rotación de superficie al trepano y sirven además como conducto del fluido de perforación Nota.- Inicialmente cuando solo se utilizaban tuberías de perforación y portamechas se producía fatiga en la unión de las mismas es por ello que para evitar que este cambio de geometría sea tan severo, se empezaron a utilizar elementos tubulares de geometría intermedia conocidos como (heavy weight = barras pesadas)

Tramos de Perforación

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Clasificación de tuberías de perforaciónLa tubería de Perforación debe tener suficiente resistencia para soportar su propio peso y el peso de todas las demás herramientas. Se clasifican de acuerdo al material con el cual están fabricados:1) Tubería de Perforación de Acero.- Las más comunes y la mas utilizada.2) Tubería de Perforación de aluminio.- De menor peso y menor resistencia3) Tubería de Perforación Flexible.- Es fabricada de plástico de alta resistencia empleado en conjunción con motores de fondo y turbo perforadoras.Existe una variedad de tuberías de Perforación en función al tipo de rosca que se utiliza y estas pueden ser:

XH Extra Hole FH Full Hole IF Internal Flush

Barras Pesadas (Heavy weight)Son elementos tubulares que hacen que no exista cambio brusco de rigidez entre el portamechas y la tubería de perforación. Son bastante estilizados debido a su flexibilidad y a veces son utilizados simplemente para aplicarle pesoEstabilizadoresTienen la función de centrar la tubería y toda la herramienta de perforación, estabilizan el trepano y reducen la desviación

Los estabilizadores describen un diámetro igual al diámetro del trepanoClasificación de los estabilizadoresa) Estabilizadores integralesb) Estabilizadores con camisa cambiablesc) Estabilizadores con aletas cambiablesd) Estabilizadores con aletas soldablesEscariadores (limpia el pozo)Son elementos rectificadores del diámetro del pozo, tienen el mismo diámetro que del trepano y sirven como elemento estabilizador.AdaptadoresSirven para la conexión de los elementos de diferentes características en la sarta de perforación (diámetro, rosca)Tijeras de Perforación

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TEMA.3 6También denominado martillo o percutor, utilizado en casos de aprisionamiento de la herramienta; esta colocado entre las barras pesadas y consta de 2 partes, una hidráulica y otra mecánica.3.9 Problemas de PerforaciónDurante la etapa de perforación a menudo se presentan problemas, la mayoria de estospueden evitarse si se realiza un control adecuado de los parámetros de perforación, comobuena selección del fluido de perforación y un seguimiento minucioso de las operacionesdurante y después de la perforación.3.9.1 Aprisionamiento de la herramientaEs la acción, causa o agente que evita el movimiento de la herramienta de perforación (rotar,subir, bajar, cables, etc)Las causas por las que se produce un aprisionamiento son los siguientes: Pegamiento por presión diferencial de la sarta debido a la excesiva presión hidrostáticacontra la formación ( ) h F P P Lutitas hidratables, se produce cuando se trabaja con lodos cuya base es agua, por ello laslutitas se hidratan (se hinchan) y reducen el diámetro del pozo Mala limpieza del pozo; s produce cuando los recortes no son transportados coneficiencia y estos se van acumulando en el fondo del pozo. Derrumbes de las paredes del pozo, estos pueden ser graduales o masivos.Patas de PerroSe define este fenómeno cuando la desviación del pozo es más de 3º por cada 30mts. Y debe su origen a un cambio brusco en la dirección de la trayectoria del pozo. Esto puede deberse a un cambio de buzamiento de los estratos atravesados o también a un cambio importante en el peso que se aplica al trepanoLa manera de evitar la formación de este fenómeno es utilizando estabilizadores apropiadamente ubicados, portamechas de diámetro grande y la aplicación de peso apropiado sobre el trepanoOjos de llave “Key Seats”Se forman como resultado de las patas de perro. En particular se forman cuando se corta un canal o ranura a un costado del pozo paralelo al eje del mismo. La ranura, la forma, la sarta de perforación al chocar contra la curva pronunciada de la pata de perro. Este problema puede evitarse no permitiendo la formación de patas de perro.

3.10 Tipos de arreglo de Perforación

Arreglo Pendular = TPR+ 2PM + EST + nPM + xBP + TBArreglo Empacado = TPR+ EST+PM + EST + PM + EST + nPM + xBP + TBArreglo Pendular Empacado = TPR+ 2PM +EST+PM + EST + PM + EST + nPM + xBP + TBEST = Estabilizador, PM = Portamechas, TRP = Trepano, BP = Barras Pesadas, TP =Tubería de Perforación

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Una de las funciones del arreglo pendular es el de retornar a la verticalidad al pozo cuando este está desviado. Este arreglo no es completamente rígido cuando se requiere mayor rigidez se emplea el arreglo empacado o el arreglo pendular empacado.

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