Equipos de Perforacion Rotaria

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Equipos de Perforacin Rotatoria

Equipos de Perforacin RotatoriaNDICEIntroduccin I. EQUIPOS TERRESTRES Componentes de un equipo de perforacin terrestre Mstil Consideraciones para el diseo Clculo de la capacidad del mstil Sistema de energa Transmisin de energa Sistema de elevacin Sistema de aparejo de poleas Combinaciones de aparejos Malacate Factor importante en el funcionamiento de un equipo Potencia de entrada Factores de diseo del cable Frenos de friccin del malacate Dimensiones del carrete Relacin de velocidad Embragues Freno auxiliar Block y cable de perforacin El equipo rotatorio La flecha y mesa rotatoria Sistema TOP DRIVE 3 3 3 4 4 4 5 6 7 7 8 9 9 10 11 18 19 20 22 24 26 26 27 27

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Procedimiento para desmantelar, transportar e instalar equipos de perforacin convencionales y diesel elctricos Procedimiento para izamiento de mstil II. UNIDADES MVILES DE PERFORACIN MARINA Equipos de perforacin sumergible (barcaza) Plataforma autoelevable (jack-up) Sumisumergibles Barcos perforadores Plataformas con piernas tensionadas (TLP) Movimiento Riesgos Equipos fijos de perforacin Capacidad de carga y dimensiones Plataformas fijas protectoras Traslado y armado de las plataformas fijas Estructuras aligeradas Glosario Preguntas y respuestas Equipo de perforacin con sus siete paquetes Anexo - tabla de equipos 28 29 29 30 30 32 34 34 36 37 38 39 39 41 41 42 43 45 46

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Equipos de Perforacin RotatoriaINTRODUCCIN En ese contexto, los equipos de perforacin han evolucionado al parejo. Pero en tiempos recientes, los requerimientos para explorar y explotar nuevos yacimientos en localizaciones inaccesibles, han dado hincapi para promover el desarrollo tecnolgico de los equipos de perforacin. El primer pozo se empez a perforar en Ebano, SLP el 1 de abril , de 1901 sin que obtuviera produccin considerable. El primer pozo con produccin significativa ( 1500 Bls/da a 1650 pies de profundidad), fue localizado por el ingeniero mexicano Ezequiel Ordez en el cerro de La Pez. Brot el 3 de abril de 1904. Se descubre uno de los mejores campos de Mxico y el mundo. Hasta la fecha, se han utilizado equipos de perforacin muy diversos como se observar en el desarrollo de este trabajo. En la figura 1 se presenta la clasificacin de los equipos que actualmente operan en la industria petrolera. I. EQUIPOS TERRESTRES Los equipos terrestres se clasifican en equipos convencionales y autotransportables. La diferencia es

Figura 1

Aqu se describirn los principales componentes de los equipos terrestres y marinos. Brevemente se mencionarn sus principales caractersticas como: capacidad mecnica, dimensin del equipo, potencia, carga mxima y facilidad de transporte. El objetivo es familiarizar al lector con los componentes principales de los equipos de perforacin, as como mostrarle los utilizados en el pas y en algunas partes del mundo. Estos equipos son terrestres, barcazas, plataformas fijas y autoelevables; barcos, semisumergibles y equipos de reciente tecnologa, empleados para la perforacin de pozos petroleros costafuera.

que los primeros tienen mayor capacidad en la profundidad de perforacin y los segundos, disponen de un conjunto de malacate-motores C.I. montados sobre un remolque que se autotransporta. As, cuenta con mayor facilidad de transporte de una localizacin a otra, pero con menor capacidad en la profundidad de perforacin. Componentes de un equipo de perforacin terrestre Un equipo de perforacin terrestre cuenta bsicamente con los siguientes componentes: sistemas de elevacin y rotacin; un mstil que sirve de soporte, una fuente de potencia, y un sistema de circulacin.

* MATT- Se le da ese nombre por el arreglo que es parecido a una mantarraya y que es el conjunto de patas y una plancha de la plataforma autoelevable que sirve como base de sustentacin y que se posiciona en el fondo para elevar el casco a la altura de trabajo. **TLP Tension Leg Platforms (plataformas con piernas tensionadas)

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soportar de lado. El mstil debe soportar el peso de la sarta en todo momento, mientras la sarta est suspendida del block de la corona y cuando descansa en la mesa rotaria. Las construcciones del mstil son de acero estructural y pueden ser: > Porttiles > Fijos Consideraciones para el diseo 1) El mstil debe soportar con seguridad todas las cargas (jaln) o soportar cargas que excedan la capacidad del cable. 2) Deber soportar el empuje mximo de la velocidad del viento. 3) La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada de las paradas (tramos de tubera a manejar). Clculo de la capacidad del mstil (CM) Para calcular la capacidad del mstil se emplean las frmulas siguientes:Figura 2 equipo de perforacin terrestre.

Mstil: Es una estructura de acero con capacidad para soportar seguramente todas las cargas verticales, las cargas que excedan la capacidad del cable, y el empuje mximo de la velocidad del viento. La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada para sacar la tubera del pozo en secciones de tres juntas de tubo (lingadas) que miden aproximadamente 27m. dependiendo del rango de la tubera. Se erige sobre una subestructura. sta sirve para dos propsitos principales, a) soportar el piso de perforacin, as como facilitar espacio para el equipo y personal y b) proveer espacio debajo del piso para alojar los preventores de reventones. La subestructura no slo soporta el peso de la mesa rotaria, sino el peso completo de la sarta, cuando est suspendida por las cuas. Los mstiles se clasifican de acuerdo a su capacidad para soportar cargas verticales y a la velocidad del viento que pueda

Eficiencia () = (carga real/carga equivalente) x 100 Capacidad mstil = (Carga suspendida x Nm. de cables totales)/ ( x Nm. de cables de la polea viajera) + peso corona + peso polea viajera. Ejemplo Qu porcentaje de la capacidad ( ) de diseo del mstil (2 piernas ) puede utilizarse si se tienen seis lneas en la polea viajera y ocho lneas en la corona con la lnea muerta fija a una pierna derecha del mstil? Datos T = Tensin en cada cable = W/6 Carga total en el mstil = 8T (T= tensin) Carga centrada absorbida por cada una de las piernas del mstil = 6T/2 = 3T Carga de la lnea de la cabra o rpida 0.5 T. Carga total en una pierna = carga centrada + carga

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lnea muerta + carga lnea cabra o rpida Sustituyendo Carga total en una pierna = 3T + 1T +0.5 T = 4.5T ( ) eficiencia = (carga real / carga equivalente) x 100 = (8T/9T) x 100 = 88.88 % EJEMPLO Cul ser la capacidad del mstil antes sealado si la carga a levantar (carga suspendida) es de 200,000 lb y si se cuenta con un arreglo de poleas de seis lneas? Capacidad mstil = (Carga suspendida x Nm. de cables totales)/ ( x Nm. de cables de la polea viajera) + peso corona + peso polea viajera. Sustituyendo C.M. = (200 000 lb x 8 )/( 0.88 x 6)+ 6000 lb = 309,030.3 lb Cap. del mstil con 4 lneas: Es igual 8.75 la tensin del cable (peso al gancho/nm de lneas) Cap. del mstil con 6 lneas: Es igual 11.25 la tensin del cable (peso al gancho/nm de lneas) Cap. del mstil con 8 lneas: Es igual 13.75 la tensin del cable (peso al gancho/nm de lneas) Cap. del mstil con 10 lneas: Es igual 16.25 la tensin del cable (peso al gancho/nm de lneas) A continuacin se presenta una tabla calculada con la tabla de datos prcticos:

Carga al ancho en toneladas 20 75 100 125 50 75 100 125 50 75 100 125 50 75 100 125

Num. de Factor lnea 4 4 4 4 6 6 6 6 8 8 8 8 10 10 10 10 8.75 8.75 8.75 8.75 11.25 11.25 11.25 11.25 13.75 13.75 13.75 13.75 16.25 16.25 16.25 16.25

Capacidad del mstil un toneladas 109 164 219 273 94 141 188 234 86 129 172 215 81 122 163 203

Tabla 1 datos prcticos para la capacidad del mstil

3.- Sistema diesel elctrico c.a./c.d 1.-Los equipos de perforacin diesel mecnicos (convencional) son aqullos en que la transmisin de energa - desde la toma de fuerza del motor diesel de combustin interna - hasta la flecha de entrada de la maquinaria de perforacin (malacate, rotaria y bombas de lodo), se efecta a travs de convertidores de torsin, flechas, cadenas, transmisiones, cuya eficiencia mecnica vara y generalmente anda por el orden de 60% promedio (figura 3).

GCA- Generador de corriente alterna BBA.1- Bomba de lodos 1 BBA.2- Bomba de lodos 2 M-1 - Motor - 1 M-2 - Motor - 2 M-3 - Motor - 3

Sistema de energa Para llevar a cabo los trabajos de perforacin se cuentan con tres tipos principales de equipos, de acuerdo al sistema generador de potencia: 1.- Sistema diesel mecnico (convencional) 2.- Sistema diesel elctrico c.d./c.d.Figura 3

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2.- Los equipos de perforacin con sistema c.d./c.d. usan generadores y motores de corriente directa que tiene una eficiencia aproximada de un 95%. La eficiencia real en conjunto con la maquinaria de perforacin es de 87.5% debido a prdidas adicionales en los requisitos de fuerza de los generadores por induccin en el campo, soplador de enfriamiento, temperatura en conmutador, escobillas y longitud del cable alimentador. En este sistema, la energa disponible se encuentra limitada por la razn de que slo un generador c.d. se puede enlazar elctricamente a un motor c.d. dando por resultado 1600 H.P disponibles para impulsar el malacate (fi. gura 4).

corriente (alterna a directa) scrs (silicon controlled rectifier). Obtienen una eficiencia de un 98%; cuya energa disponible se concentra en una barra comn (PCR) y puede canalizarse parcial o totalmente a la maquinaria de perforacin (rotaria, malacate y bombas) que se requiera. La ventaja de este sistema es tal que, en un momento dado y de acuerdo a las necesidades, toda la potencia concentrada en las barras podra dirigirse o impulsar al malacate principal teniendo disponible una potencia de 2000 H.P (Figura 5). .

DIESEL ELECT. CA/CDM1 CA M2 CA M3 CA

DIESEL ELECT. CD/CDM1 M2 M3 M CA CD CD C.C.M. CD CA S. AUX CD B 1 CD B 2 M CA

P.C.R.

T S. AUX.

CD B 1

CD B 2

M = Motores CD = Corriente directa CA = Corriente alterna CCM = Cuarto de tablero de control B = Bombas

PCR =Panel Control Room (cuarto de control de motores) M = Motores CA = Corriente alterna CD = Corriente directa B = Bombas T = Transformador

CD

MALACATE 2100 HP EFICIENCIA = 98 %

CD

MALACATE 2100 HP EFICIENCIA = 85 %

Figura 5

Transmisin de energa Se tienen dos mtodos comunes utilizados para transmitir la potencia hasta los componentes de la instalacin: el mecnico y el elctrico. En una instalacin de transmisin mecnica, la energa se transmite desde los motores hasta el malacate, las bombas y otra maquinaria. Se hace a travs de un ensamble de distribucin que se compone de embragues, uniones, ruedas dentadas, poleas y ejes.

Figura 4

3.- Los equipos de perforacin con sistema c.a./c.d. (corriente alterna/ corriente directa) estn compuestos por generadores de c.a. y por rectificadores de

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En una instalacin diesel elctrica, los motores suministran energa a grandes generadores que a su vez producen electricidad que se transmite por cables hasta un dispositivo de distribucin y de ste a los motores elctricos que van conectados directamente al equipo: el malacate, las bombas de lodo y la mesa rotaria. Una de las ventajas principales del sistema diesel elctrico sobre el sistema mecnico - es la eliminacin de la transmisin de la central de distribucin y la transmisin de cadenas, as como la necesidad de alinear la central de distribucin con los motores y el malacate. Los motores se colocan lejos del piso de instalacin, reduciendo as el ruido de los motores. Sistema de elevacin El factor ms importante para el diseo es la SARTA DE TRABAJO. Diseo del sistema de elevacin El punto de partida en el diseo de un equipo de elevacin debe ser el sistema de aparejo de poleas. La potencia en caballos de fuerza (HP) requeridas para levantar las sartas de trabajo se calcula con la siguiente frmula: HP= Fuerza (F) x Velocidad (v) Si F en Kg y v m/seg y 1HP = 75Kg m/seg=4500Kg m/min o Kg. X m /min. HP= Kg X m/seg. 75 4500 Nota: La frmula no incluye prdidas por friccin; cuando stas se toman en cuenta queda claro que las necesidades de potencia sern mucho mayores. Sistema de aparejo de poleas Para reducir la fuerza requerida y sacar la tubera se utiliza el dispositivo mecnico: llamado sistema de aparejo de poleas (figura 6). Ejemplo: de un aparejo de una polea El peso (W) de la tubera que est dentro de un pozo es de 136,200 Kg y se eleva a 0.3 m. Por lo tanto se realiza un trabajo que se expresa: TRABAJO = FUERZA X DISTANCIAFigura 6

TRABAJO = 136,200 X 0.3 = 40,860 kg-m Si la carga se levanta en un segundo, se tendr una potencia que se expresa con la frmula siguiente: POTENCIA = TRABAJO / TIEMPO TRABAJO = 40860 kg-m POTENCIA = 40860 kg-m/s En el clculo de los caballos de fuerza (HP) que son necesarios para efectuar el trabajo anterior se desarrolla lo siguiente. La unidad normal de potencia es el caballo de fuerza (HP) y se expresa en el sistema mtrico como : 1 caballo fuerza (HP) = 75 kg-m /seg HP = (kg-m / seg ) / 75 HP = (40860) / 75 = 544.8 HP Requeridos = 544.8 En este ejemplo (figura 6), la distancia del recorrido del cable en el malacate es la misma que recorre la carga, dado que el enrollado del cable es directo. En la figura 7 el sistema de elevacin es diferente. El cable se encuentra enrollado alrededor de 3 poleas en la corona y 2 en la polea viajera (anclado a la pierna del mstil). Sin embargo, se requiere hacer el

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Poleas en la corona

Lnea muerta Lnea rpida

Mstil

Trabajo = 34,050 kg x 1.2 m = 40,860 kg-m Potencia = Trabajo / tiempo Potencia = (40,860 kg-m) / 1 seg.= 40860 kg-m/seg. HP = ( kg-m/seg. ) / 75 HP = ( 40860 ) / 75 = 544.8 HP requeridos = 544.8 Combinaciones de aparejos El nmero de poleas y el arreglo del cable a travs de ellos son importantes. Un fenmeno del sistema de aparejo de poleas es que la carga real en la estructura es mayor que el peso real levantado. Anlisis de esfuerzos en el mstil debido a la combinacin de aparejos. Con una polea (figura 8)

Poleas

Viajeras

Figura 7

mismo trabajo. Es decir, levantar la tubera a 0.3 m en un segundo y conocer los caballos de fuerza (HP) necesarios para levantar dicho peso aplicando la misma frmula. HP = Fuerza x distancia / (75 x tiempo) La distancia que recorre el cable en el malacate para levantar a 0.3 m la carga en este sistema (4 lneas) ser: Distancia recorrida en el malacate = nmero de lneas x distancia recorrida por la carga. Distancia recorrida en el malacate = 4 x 0.3 = 1,2 m. Fuerza del malacate = Peso de la carga / nm. de lnea del cable aplicando Fuerza del malacate =136,200 kg/4 lneas=34,050 kg. Trabajo del malacate =Fuerza x distanciaFigura 8

Con aparejo de 3 poleas en la corona y 2 viajeras y ancla en la pierna del mstil (figura 9) Con el mismo nmero de poleas, pero con el ancla en la polea viajera (figura 10).

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Malacate: Es la unidad de potencia ms importante de un equipo. Por lo tanto, su seleccin requiere de una mayor cuidado al adquirir los equipos o, en su caso, al utilizarlos en un programa especfico. Los malacates han tenido algunos cambios evolutivos, pero sus funciones son las mismas. Es un sistema de levantamiento en el que se puede aumentar o disminuir la capacidad de carga, a travs de un cable enrollado sobre un carrete.

Figura 9

w w w w w w 6 + + + + + = w 4 4 4 4 4 4 4 3 = w = 1.5w 2

Lnea muerta Lnea rpida

Poleas

Viajeras

Figura 11 Malacate.

El malacate est instalado en una estructura de acero rgida. Esto permite que pueda transportarse con facilidad de una localizacin a otra. (Ver figura 11).Figura 10

w w w w w w 6w + + + + + = = 1.2 w 5 5 5 5 5 5 5Conclusiones : 1. La carga real ejercida sobre el mstil es mayor que la carga por levantar. 2. A medida que aumenta el nmero de poleas, disminuye la carga real sobre el mstil. 3. Fijar la lnea muerta sobre la polea viajera reduce la carga en el mstil. 4. El uso de poleas disminuye la fuerza necesaria entre las lneas para mover una carga dada.

Considerando que todos los componentes de un equipo son adecuados, la capacidad del equipo se limita a la carga que el malacate pueda levantar y sostener con seguridad. Con el propsito de obtener un diseo balanceado del equipo que beneficie en un menor costo y una vida til mayor de ste, se debern analizar con cuidado los siguientes factores: Factores importantes en el funcionamiento de un equipo: Potencia de entrada Factores de diseo del cable Frenos de friccin del malacate Dimensiones del carrete Relacin de velocidad Embrague de friccin Freno auxiliar (Hidromtico)

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Potencia de entrada Cuando una fuerza acta sobre un cuerpo y causa un desplazamiento se dice que la fuerza realiza un trabajo. T = F x d. Las unidades usadas para medir el trabajo mecnico cuando la fuerza de una libra acta a travs de una distancia de un pie ser: Lb - pie La velocidad con que se realiza el trabajo representa la potencia. POT = (F x d)/t Un caballo de fuerza (HP) es una unidad de potencia. Se dice que se desarrolla un HP cuando se efecta un trabajo de 33,000 lbpie en un minuto ( o sea 550 lbpie en 1 segundo) HP = (F x d)/(t x 33000) La potencia que se utiliza en el gancho de la polea se representa: Pot. al gancho = Wg x Vg/33000Grfica 1

La potencia nominal de los malacates se establece para velocidades al gancho con 8 lneas en la polea viajera: Vg = 90 a 120 pie/min. Originado por los cambios tecnolgicos en la perforacin, cada vez es menor el nmero de viajes requeridos para perforar un pozo. Por lo tanto, la importancia de la velocidad econmica del gancho ha disminuido; en consecuencia, podemos aceptar operar con velocidades menores en periodos cortos. En la grfica 1 se observa como vara el caballaje requerido en funcin de la velocidad de extraccin.

Wg = Peso total levantado en el gancho ( lb ) Vg = Velocidad de la tubera en el gancho ( pie/min) 33000 = Factor= 550 lbs-pie/seg x 60 seg. Prdidas de potencia en el malacate. Se pierde por friccin en: transmisin + en cadenas de rodillo + en los rodamientos. Sistemas de poleas + Rozamiento con el cable. Pot. a manejar = pot. al gancho/eficiencia La eficiencia a manejar se puede establecer de E= 75 a 80%

En la grfica 2 se observa que al aumentar el peso, aumenta el tiempo de izaje (disminuye la velocidad) Ejemplo 1: Calcular la potencia en HP de un malacate que levantar un peso de 200,000 lb a una altura de 90 pies en un tiempo de 1 min. , sin considerar prdidas. HP = F x d/(t x 33000) HP = (200,000 x 90)/(1 x 33,000) = (18,000,000/33,000) = 545.45 Ejemplo 2:

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Factores de diseo del cable(1) El cable es un elemento de transmisin entre: el sistema de potencia y el trabajo de levantamiento del aparejo. Este cable se enrolla y desenrolla sobre el carrete del malacate para operar el sistema de poleas. En esta operacin el cable se somete a condiciones muy severas, ms que cualquier elemento del sistema de potencia. El cable es doblado y desdoblado cuando corre sobre las poleas y se enrolla y desenrolla en el carrete sometindose a: rozamiento, escoriado, vibrado, torcido, compresin y estirado. Estos factores se dan en su ambiente abrasivo y de pobre lubricacin. Por ello, se le debe de aplicar un FACTOR DE SEGURIDAD DE DISEO. La resistencia de un cable depende de su: construccin, resistencia del material y dimetro. El cable que normalmente se usa tiene una construccin clasificada como 6 X 19 Seale con centro de cable independiente. El nmero 6, se refiere al nmero de madejas que rodean el ncleo de cable de acero independiente. El nmero 19, indica que cada madeja tiene 19 alambres: un alambre central rodeado por nueve alambres delgados y stos a su vez por nueve alambres ms gruesos.

Grafica 2

Calcular la capacidad de un malacate que levantar una carga (Wg) de 200,000 lb a una velocidad de extraccin (Vg) de 90 pies/min. si su eficiencia de transmisin (E) es del 80% HP terica = Wg x Vg/(33,000) HP terica = (200,000 x 90)/ 33,000 = 545.45 Como se tiene una eficiencia de 80% la potencia requerida ser : HP requerida = 546/ 0.80 = 682.5 La capacidad del malacate es 683 HP Nota: Para una potencia determinada, la carga levantada es inversamente proporcional a la velocidad de levantamiento. V1 / V2 = W2 / W1

Figura 12

Esto significa que: A velocidad menor - mayor carga A velocidad mayor - menor carga (1) Boletn API RP PB Prcticas recomendadas en la aplicacin, cuidado y uso del cable de acero para servicio petrolero 1957 (traduccin al espaol y al sistema mtrico decimal por Cables Mexicanos, S.A. con autorizacin del American Petroleum Institute).

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En el diseo Seale el nmero de alambres internos de cada madeja es el mismo que el nmero de alambres externos. El material puede ser de alambre de alta resistencia conocido como ACERO MEJORADO o un acero de alta resistencia conocido como ACERO EXTRAMEJORADO (IWRC). La resistencia del cable (nuevo) es aproximadamente proporcional entre el cuadrado del dimetro nominal del cable. Para el cable de alambre extramejorado (IWRC), la resistencia al rompimiento nominal puede ser aproximadamente igual al multiplicar el cuadrado del dimetro del cable por 100,000 lb. Ejemplo: Dimetro del IWRC = 1 1/8 pulg = 1.125" Resistencia al rompimiento nominal D 2 = (1.125) 2 = 1.265625 Resistencia = 1.265625 x 100,000 lb = 126,562.5 lb / 2.2046 (Factor para convertir lb a kg ) = 57408.3 kg. Los cables tipo cndor (utilizados en perforacin) son cables torcidos hacia la izquierda de 6 torones de 19 alambres cada uno sobre un alma de acero. Los cables tipo halcn son cables torcidos hacia la izquierda de 6 torones de 19 alambres cada uno sobre un alma de fibra.

Cmo medir el dimetro del cable El dimetro que se debe medir en un cable de acero, es el del crculo que circunscribe a los alambres ms alejados del centro. De las medidas que se pueden tomar con un calibrador es la mayor. Si consideramos un eje transversal de la seccin a medir que pase por el centro del cable y simultneamente por los centros de dos torones opuestos, la distancia entre las tangentes nos da el dimetro correcto del cable. Siempre existe el peligro de que se forme una coca en un cable, si ste se desenrolla en forma incorrecta. Un carrete debe ser montado sobre gatos o sobre una tornamesa, de forma que gire mientras se remueve el cable, se debe aplicar suficiente tensin al cable mediante una tabla que acte como freno sobre el borde del carrete; de esta forma se impide que se afloje el cable en el carrete (figura 14)

ESPECIFICCIONES DEL CABLE TIPO CONDOR 6X19 (ALMA DE ACERO) DIMETRO (pulg) 0.75 0.875 1.00 1.125 1.25 1.375 1.5 1.625 1.75 1.875 2 RESISTENCIA A LA ROPTURACION ACERO EXTRAMEJORADO 6X19 EFECTIVA 26.7 36.1 46.9 59 72.5 87.1 103 120 139 158 180

Tabla 2

Figura 14

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Figura 13

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ESPECIFICACIONES DEL CABLE TIPO HALCN 6 x 19 (ALMA DE FIBRA) RESISTENCIA A LA RUPTURA (ton) DIMETRO (pulg) ACERO EXTRAMEJORADO 6x19 EFECTIVA 0.75 23.8 0.875 1.00 1.125 1.25 1.375 1.5 1.625 1.75 1.875 2Tabla 3

32.1 41.7 52.4 64.5 77.6 91.6 107 124 142 160

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Las bobinas se deben desenrollar rodndolas sobre el suelo en lnea recta, alejndose de la persona que sujeta el extremo libre del cable. Una bobina tambin puede colocarse sobre el plato giratorio o tornamesa, como en el caso de los carretes. El factor de diseo debe ser aplicado para compensar el desgaste y las cargas sbitas dependiendo de la clase de trabajo. La norma API - RP9B establece un factor de diseo mnimo para: Servicio de levantamiento 3.0 Servicio de tubera atrapada 2.0 o corriendo T.R. (tubera de revestimiento) Nota: Si el cable se usa por debajo de un factor de diseo se daar permanentemente. Formula para la eficiencia de la polea = EFP= KNL-1/(KNP*NL(K-1)) Donde: EFP= Eficiencia del sistema de poleas (decimales) K = Factor de poleas NL = Nmero de lneas hacia arriba NP = Nmero de poleas El factor de diseo se determina por la siguiente ecuacin: F.D. = (RC x NL x EFP) / Wg

Donde : FD = Factor de diseo RC = Resistencia a la ruptura (Kg) NL = Nmero de lnea hacia arriba de la polea viajera Wg = Peso de la carga suspendida (Kg) EFP = Eficiencia del sistema de poleas La capacidad de uso de un malacate quedar limitada por la aplicacin segura del cable. Ejemplo: Qu seguridad de operacin se tendr al utilizar un equipo que funciona con un cable 1 1/8" IWRC 6 x 19, y una carga de 100 toneladas? Datos: EFP= 0.842 y NL=8 DIMETRO DEL CABLE = 1 1/8" - RC = 57,372 kg. FRMULA FD = (RC x NL x EFP) / Wg SUSTITUYENDO FD = (57372 x 8 x 0.842) / 100,000 = 3.9 El resultado (FD = 3.9) indica que el equipo est siendo operado con un margen de seguridad mayor a la que indica la norma API. Importante: en caso de que el FD fuera menor que 2, se tendr que cambiar el cable por otro de mayor dimetro, o aumentar el nmero de lneas.

MALACATE HP

CABLE (EIPS-IWRC) DIMETRO (pulg)

CARGA MXIMA POR 1000 EN LIBRAS AL GANCHO CON 8 LNEAS 2.0 FACTOR 3.0 FACTOR

750 1000 1500 2000 2000 3000 3000 3000Tabla 4

1 1/8 1 1 3/8 1 3/8 1 1 1 5/8 1

439 540 650 650 770 770 892 1034

293 360 433 433 514 514 595 68915

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Recuerde que: la perfecta instalacin y buen manejo de los cables, no slo evita que stos fallen, adems les brinda una larga vida de buen servicio. De acuerdo a las normas API las eficiencias del sistema de poleas y los factores de la lnea rpida se muestran en la tabla 5.

Las siguientes recomendaciones se ofrecen como gua a los diseadores y usuarios de cable para la seleccin adecuada del tamao de la polea. Aplicando la frmula: S = d x F . Donde: S =Dimetro en el fondo de la ranura en milmetros. d =Dimetro nominal del cable en milmetros. F =Factor del dimetro de polea, seleccionado de la Tabla 6.

Num. LNEAS 4 5 6 7 8 9

Tabla 5

EFICIENCIA POLEA K=1.09 K=1.04 BUJE RODILLOS 0.810 0.908 0.778 0.890 0.748 0.874 0.719 0.857 0.692 0.842 0.666 0.826

FACTOR LNEA RPIDA K=1.09 K =1.04 0.309 0.257 0.223 0.199 0.181 0.167 0.275 0.225 0.191 0.167 0.148 0.135

Formula para determinar el factor de la lnea rpida FLR = 1 / ( NL * EFP ) Dimetro de las poleas Variantes para Diferentes Servicios. Debido a la gran diversidad de equipo que usa cable de acero, este tema deber considerarse en trminos de uso final del cable. La vida del cable de acero usado por Clasificacinn las diferentes industrias est limidel cable tado por una vasta combinacin de condiciones de operacin. 6x7 Entre stas se encuentran: la flexin del cable sobre las poleas, flexin y aplastamiento en el tambor, condiciones de carga, velocidad del cable, abrasin, corrosin, etc. Cuando las condiciones de flexin sobre las poleas predominan en el control de la vida del cable, las poleas debern ser del mayor tamao posible, despus de considerar condiciones de economa de manejo, diseo, etctera.

6 x 7 Seale 6 x 19 Seale 6 x 21 Filler 6 x 25 Filler 6 x 31 6 x 37 8 x 19 Seale 8 x 19 Warrington 189 x 7Tabla 6

FACTOR Condicin Condicin A B 72 72 56 37 51 34 45 30 41 27 38 25 27 18 36 24 31 21 51 36

16

Equipos de Perforacin Rotatoria

Instalacin de perros o grapas 1.- Tipo y resistencia El mtodo para instalar perros en los cables es ampliamente usado. Se recomiendan perros forjados del tipo "U" o de doble quijada. Cuando stos estn correctamente instalados se puede obtener, usando este sistema, el 80% de la resistencia del cable. 2.- Doblez Cuando se instalen perros, la longitud del cable que se debe doblar para formar un ojillo, depende del tamao del cable y la carga que se va a manejar. Las longitudes y medidas recomendados desde la base de la rozadera se dan en la tabla 7. 3.- Rozadera La rozadera o guarda-cabo deber amarrarse inicialmente al cable en el punto que se desee, y entonces se doblar al cable alrededor de la rozadera y se asegurar temporalmente amarrando la punta al cable con alambre. 4.- Instalacin del primer perro El primer perro o grapa deber colocarse y apretarse aproximadamente a 10 centmetros de la punta corta del cable. La quijada del perro debe descansar sobre la punta larga o cable principal y la "U" sobre la punta corta. Todos los perros deben instalarse en la misma posicin (Vase figura 16 a y b) 5.- Posicin de la punta corta del cable La punta corta del cable debe descansar perfectamente sobre la punta larga 6.- Nmero e instalacin de los perros subsecuentes El segundo perro debe instalarse lo ms cerca posible a la rozadera, las tuercas de este perro no deben apretarse totalmente cuando se instala inicialmente. El nmero de perros y el espacio que debe exis-

tir entre ellos se da en la tabla 7. Perros adicionales se instalarn a espacios equidistantes, antes de apretar completamente el segundo y los otros perros, se le deber dar cierta tensin al cable para estirarlo e igualar la tensin en las dos puntas del cable. 7.- Instalacin correcta e incorrecta Cuando los perros se instalan correctamente, la quijada del perro debe estar en contacto con la punta larga del cable y la "U" en contacto con la punta corta como se muestra en la Figura 16 a. La manera incorrecta de instalarlos se muestra en la misma Figura 16 b. 8. - Apretado de las tuercas durante la instalacin Las tuercas del segundo y otros perros adicionales deben apretarse uniformemente alternando unas cuantas vueltas a la tuerca de un lado y luego a la del otro. Se encontrar que aplicando un poco de aceite a las cuerdas del tornillo, pueden apretarse ms fcilmente.

FORMA CORRECTA DE INSTALAR PERROS EN UN CABLE DE ACERO

Figura 16 a

FORMA INCORRECTA DE INSTALAR PERROS EN UN CABLE DE ACERO

Figura 16 b

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Equipos de Perforacin Rotatoria

3 1 2 Dimetro del cable numero de perros espacio entre perros en mm y grapas en pulgadas 3/8 5/8 7/8 1 1 1/8 1 1 3/8Tabla 7

4 longitud de cable doblado excluyendo al ojo en mm 127 228 279 457 533 609 889 1016 1371 1524

2 3 3 4 4 4 5 5 6 6

57 76 95 114 133 152 177 203 228 254

1

9.- Apretando los tuercas despus de usar el cable. Despus de que el cable ha estado en uso por corto tiempo, las tuercas en todos los perros se deben volver a apretar, ya que la tensin tiende a alargar el cable y por consecuencia se obtiene una reduccin en su dimetro. Los sistemas de amarres con perros o grapas deben inspeccionarse con regularidad y asegurarse de que las tuercas estn debidamente apretadas. 10.- Uso de Nudos El uso de nudos con o sin perros no es recomendable ya que deforma y debilita el cable.

La seguridad y la confiabilidad, se obtiene con diseos cuidadosos y construcciones fuertes de todos los elementos sometidos a cargas en el sistema de frenado. En gran medida, la efectividad de operacin es auxiliada por las caractersticas propias del tipo de frenado autoenergizante. ste cumple con dos caractersticas: 1.- Reduce la fuerza que debe ser aplicada para operar el freno. 2.- Se releva asimismo conforme el carrete empieza a girar en la direccin de levantamiento. El diseo propio de la fuerza de frenado multiplicado por el sistema de articulacin, proporciona una ventaja mecnica tan alta como 80:1. Esta relacin alta de fuerzas, permite el frenado para las cargas altas con una fuerza manual razonable, aplicada sobre la palanca de operacin del freno. Usualmente, la carga de la polea viajera debe sostenerse slo con el peso de la palanca. La frmula para determinar la capacidad de torsin de la banda del freno es :

Frenos de friccin del malcate El sistema de frenos de friccin del carrete del malacate es importante para la correcta operacin de un equipo. Sus requerimientos generales son:

. seguridad y confiabilidad . efectividad . facilidad de mantenimiento18

Equipos de Perforacin Rotatoria

Q = T1 r ( 2.718 (0.0175 af)- 1 ) Q = torsin de la banda de frenado (lb-pie) T1= tensin de la banda en el extremo activo r = radio de freno (pies) a = ngulo de contacto de la banda (grados) f = coeficiente de friccin Las variables T1, r y a son establecidas por el diseador. El coeficiente de friccin de las balatas sobre el aro de acero del freno, no variar mucho de un freno a otro. Por lo tanto, se pueden hacer las siguientes aproximaciones: 0.52 Revestimiento nuevo 0.30 General El factor 0.30 se utiliza con ms frecuencia para :

metro es de 1.2 pies Cul ser la torsin requerida para mantener el freno? QR = TLR x rt QR = capacidad de torsin requerida TLR= tensin en la lnea rpida Rt= radio de trabajo SUSTITUYENDO QR = 30,000 x 1.2 = 36,000 Torsin de frenado = 36,000 lb-pie Dimensiones del carrete principal del malacate Como la clasificacin del malacate y el dimetro del cable estn relacionados, el dimetro del carrete debe aumentar con la capacidad del equipo. El uso de un carrete pequeo y de menor capacidad de la que requiere el equipo causara esfuerzos mximos en el cable, dandolo y acortando su vida til. Notas:

. .

Compensar las variaciones en las propiedades del revestimiento. Las condiciones de operaciones desfavorables son altas temperaturas por el contacto y contaminacin por partculas desgastadas, agua, lodo y aceite.

El dimetro mnimo del carrete para un malacatedebe ser de 20 a 24 veces mayor que el dimetro del cable. Con este valor, la resistencia al rompimiento del cable enrollado sobre el carrete, ser del 92 al 85% de su resistencia total. Longitudes mnimas de trabajo de los carretes La longitud del carrete correcta deber estar en funcin a una parada de la tubera de trabajo (doble o triple), de tal manera que se maneje sin que la lnea enrollada en el carrete, sea mayor de tres camas. Precaucin

FACTOR 0.30 0.35 0.40 0.45Tabla 8

TORSIN DE FRENADO NOMINAL 135% de incremento 182% de incremento 238% de incremento 314% de incremento

Para ilustrar el efecto del factor de friccin sobre la torsin de frenado se tiene (tabla 8): El freno de un malacate requiere de una capacidad de torsin, igual a la tensin en la lnea rpida, multiplicada por el radio de trabajo del carrete. Ejemplo: Si la tensin en la lnea rpida es de 30,000 libras y el radio de trabajo sobre la segunda cama del carrete con un cable de 1 " de di-

Si existen ms de tres camas del cable enrolladas en el carrete, ocurrir una abrasin sobre el cable y los laterales del carrete. Para calcular la longitud de los carretes se emplean las frmulas siguientes: Dimetro del carrete (dc); Radio del carrete (Rc) Dimetro del cable (DC)

19

Equipos de Perforacin Rotatoria

Long. carrete =(nm. de vueltas x DC/3 + (6 9) = pulg.L parada o lingada x nm. lneas x Dc 6 o 9= pulg + L carrete = 2p Rc x 3

Rc = Radio del carrete Cul deber ser la longitud del carrete para un equipo que opera con 6 lneas, y donde la longitud por parada (Lp) es de 59 pies y el dimetro del cable es de 1 1/8" (1.125 pulg). Datos: L parada (lingada) = 59 pies = 59 x 12 = 708 pulg NL = 6 dc = dimetro del carrete mnimo = DC x 20 DC=D. cable = 1.125 pulg = 3.1416 = 3.14

de entrada del malacate entre el nmero de dientes de la catarina del motor. El resultado de esta divisin es la relacin de velocidad. Ejemplo: (72/ 28 = 2.57). 2. Para la obtencin de las revoluciones de la flecha de mando se dividen las rpm del motor entre la relacin de velocidad obtenida anteriormente. Ejemplo: (1100/2.57 = 428 rpm)

LMITE TRANSMISIN

BAJA 23.158 13.398 8.818

ALTA 6.429 3.179 2.448

Long Carrete =

Lp x NL x Dc + 9 ( 2 p X Rc 3 )

BAJA SEGUNDA ALTATabla 9

Calcular el dimetro del carrete mnimo dc = Dc x 20 sustituyendo: dc = 1.125 x 20 = 22.5 pulg Calcular el radio del carrete Rc = (dc/2) = (22.5/2) = 11.25 pulg Sustituyendo en la frmula : Lc= [( 708 x 6 x 1.125 ) / ( 2 x 3.14 x 11.25)3] + 9 = [(4779 )/ (70.65) x 3] + 9 = [( 4779 ) / (211.95)] + 9 = 22.54 + 9 = 31.54 Longitud del carrete = 31.54 pulg Relaciones de velocidad Antes de calcular las velocidades y cargas de levantamiento del malacate, debe conocerse la relacin de reduccin de la velocidad entre el impulsor y el carrete del malacate. Para la obtencin de las relaciones de velocidad y revoluciones de la flecha de mando del malacate se hace lo siguiente: 1. Se divide el nmero de dientes de la catarina

Si se opera el malacate con 1100 rpm a la entrada, las seis velocidades del carrete se determinan dividiendo las 1100 rpm entre cada una de las relaciones de la transmisin. La velocidad de la lnea rpida, se toma como la longitud de una vuelta sobre la segunda cama enrollada, multiplicada por las rpm del carrete. Velocidad lnea rpida pies/min =2pr 12 x rpm del carrete

Figura 17

20

Equipos de Perforacin Rotatoria

La figura 17 nos permite visualizar la manera en que se calcula la (r) a utilizar, ya que la distancia (C), se deber sumar al radio del carrete, para obtener dicha (r) . A continuacin se presenta el valor de (C), de acuerdo al cable utilizado.Dimetro nominal del cable 1 1.125 1.25 1.375 A Seno de 60 por el dimetro nominal 0.866 *1 = 0.866 0.866 *1.125 = 0.974 0.866 *1.25 = 1.0825 0.866 *1.375 = 1.190 B Radio del cable 0.5 0.5625 0.625 0.6875 1.366 1.5365 1.7075 1.8775 C=A+B

Es importante determinar las cargas potenciales al gancho que el malacate pueda levantar para cada una de las velocidades con que se cuenta. Usando las siguientes eficiencias. Tabla 12.

No. de Lneas 4 6 8 10 12Tabla 12

Eficiencias de las Poleas (K= 0.9615) 0.908 0.874 0.842 0.811 0.782

Tabla 10 para calcular el factor de ajuste en el r.

Ejemplo: Para un malacate de 1000 HP con sus relaciones de transmisin igual a la tabla anterior, con un carrete de 25" de dimetro y lnea de 1 ", y cuya velocidad de entrada al malacate es de 1100 rpm se tiene: Velocidad en la lnea rpida En el diagrama de relaciones de velocidad se obtiene: La relacin de velocidad del carrete. Las rpm del carrete.VELOCIDAD DEL MALACATE Baja23.15 13.39 8 8 47.5 82.1 353.4 610.8 59 102 44 76 35 61

Considerando el 98% de eficiencia para cadenas y flechas bajo cargas desde la cadena impulsora hasta el carrete, se obtiene la eficiencia total al gancho. Para calcular la eficiencia del carrete se consideraron 6 cadenas y flechas.

No. Lneas 6 8 10Tabla 13

Eficiencia Eficiencia de las del malacate poleas 0.886 0.874 0.886 0.842 0.886 0.811

Eficiencia total 0.774 0.746 0.719

Transmisin

Embrague del carrete Impulso/carrete Rev flecha de mando rpm carrete Vel. Lnea rpida Veloci- 6 L dad del 8 L gancho 10 L

Alta8.818 124.7 927.8 155 116 93

Utilizando las frmulas:2.448 449.3 3335 556 417 334

baja

2da

alta

6.429 171.1 1273 212 159 127

baja

3.719 295.8 2201 367 275 220

2da

alta

HP = (Wg x d) / (33000 x t) Pot. Gancho = (Wg x Vg) / (33000) Donde: d= espacio a levantar la carga, en pies Wg= peso a levantar con el gancho en lbs Vg= velocidad del gancho en pies/min t= tiempo en minutos Se pueden determinar las cargas del malacate a diferentes velocidades, como en la tabla 14:

Tabla 11

La (r) utilizada para el clculo es de 14.21 y se obtiene: Sumando el valor de (c) de la tabla 10 para calcular el factor de ajuste en el r, al radio nominal del carrete que para el cable de 1" es de 1.7075 al radio del carrete 12.5 obtenemos 14.2075 = 14.21

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Equipos de Perforacin Rotatoria

TransmisinCarga total en 1000 lb.

Embrague del carrete

CARGAS MXIMAS RECOMENDADAS CON UNA POTENCIA DE 1000 HP y 1100 RPM baja Baja 2da alta baja Alta 2da alta

Los embragues se pueden clasificar en los tipos siguientes :

Nm. de lneas (433) 6 335

250

165

120

70

45

. Zapata externa sobre tambor . Zapata interna sobre tambor . Disco sobre disco.Los factores de diseo que son considerados : . Potencia que debe ser absorbida . Temperatura a disipar . Velocidad (rpm) NOTA: El embrague debe de ser proyectado para que se deslice antes de que ocurra una sobrecarga peligrosa. Embrague de friccin utilizado en el carrete del malacate IMPORTANTE: Una regla general para seleccionar un embrague, es ver que la capacidad del embrague de baja sea suficiente para levantar una carga igual a la resistencia normal de rompimiento (factor de diseo = 2). Frmula para obtener la capacidad de torsin del embrague cap. torsin mnima = (resistencia del cable x radio de trabajo del carrete)/ 2. El radio de trabajo del carrete del cable se obtiene midiendo desde el eje principal del carrete del cable, hasta el centro del cable de la segunda cama. La longitud de una vuelta de cable de la cama del carrete de un malacate es: Lv= 2 p r / 12 El r de trabajo que se considera es sobre la segunda cama del carrete, ya que dependiendo del dimetro del cable que se utilice, se obtendrn diferentes torsiones y consecuentemente diversas capacidades de embrague, como se muestran en la tabla15: Capacidad del embrague Para verificar la capacidad del embrague se requiere conocer: La potencia que llega al embrague (se con-

(560) 430 325 212 155 90 60 (678) 10 L 525 390 255 185 110 70 Tensin potencial en la lnea rpida = 82,675 lb. Tensin en la lnea rpida limitada por el embrague = 63700 lb. 8L

Tabla 14

Para calcular la tensin y velocidad en la lnea rpida se emplean las siguientes frmulas: TLR = (HP x 33,000 x Ef) / (VLR) VLR = (2p r / 12 ) x rpm o VLR = Vg x NL Donde: TLR-en lbs HP en caballos de potencia Ef-en % VLR-en pie/min Vg- en lbs NL N de lneas

Figura 18. Embrage en el malacate.

Embragues Los embragues son dispositivos de friccin utilizados para conectar ejes (acelerando los cuerpos conducidos hasta que alcancen la misma velocidad angular que el impulsor).(Figura 18)

22

Equipos de Perforacin Rotatoria

Dimetro del cable en pulgadas 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8Tabla 15

Dimetro del carrete en pulgadas 20 22.5 25 28

Capacidad de torsin mnima en lbs-pie 48,873 69,167 94,437 126,797

Reutilizada resistencia del cable en pulg 11.368 12.789 14.21 15.881 en libras 103,180 129,800 159,500 191,620

sidera al 0.9039 de lo especificado). Velocidad de baja en RPM, Velocidad de alta RPM. Torsin en el embrague de alta y baja (lb-pie) Torsin= HP x 5252 / RPM = Lb-pie NOTA: Con la capacidad del embrague se podr verificar el factor de diseo de la lnea rpida (tensin de la lnea, torsin del embrague).

Tipos de embragues neumticos Embragues tipo CB (de mayor uso en bombas de lodos y motores del malacate) Caractersticas : Embrague tipo CB. figura 20 Se utilizan para altas velocidades Tienen un amplio rango de torsin Ajuste automtico Compensan desalineamientos Absorben impactos

Serie VC para trabajo pesado Rango de par de torsin 3051 Nm (27,000 lbs-plg)

Serie CB para trabajo estndar Rango de par de torsin 113 Nm (100 lbs-plg) a 29,380 Nm (260,000 lbs-plg)

No necesitan lubricacin

Figura 19

*Nm = Newton - m lbs - pulg =___x 2.2 x 39.37 = N x 8.829 N9.81

Figura 20

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Equipos de Perforacin Rotatoria

NOTA: En todas las aplicaciones de montaje indirecto, la velocidad incrementada por la relacin del arreglo deber ser la permitida para la operacin del freno, en un 40% arriba de la velocidad recomendada. Observaciones La temperatura mxima de salida del hidromtico debe ser de 180 F La velocidad mxima de descenso ser de 300 pies/ min.Figura 21

Clculos del flujo requerido para el hidromtico a travs de frmulas La cantidad de agua requerida se puede calcular conforme a los siguientes casos: a) Clculo del flujo mnimo requerido a travs del freno hidromtico (gpm). b) Clculo de la cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho (gal). c) Clculo de la cantidad de agua requerida para las secciones de tubo (gal). Clculos de flujo mnimo requerido a travs del freno hidromtico (Q). W3V Q = 778.3 (8.34 ) (T 2 ) Q = flujo mnimo para el freno hidromtico (gpm) W3 = peso total del gancho (lb) V = velocidad de descenso del tubo (pies/min.) T2 =aumento de temperatura a travs del freno ( F) W1 =carga inicial del gancho (lb) W2 =peso de cada grupo de secciones de tubo (lb) N =nmero de secciones de tubo (pies) T1 =aumento de temperatura en depsito de suministro ( F) Ejemplo A travs de cadenas A travs de engranes V W1 = velocidad de descenso del tubo (pies/min.) = 150 pies/min. = carga inicial del gancho (lb) = 5000 lbs

Embragues tipo VC (de mayor uso dentro de los malacates) Figura 21 Caractersticas Se utilizan en servicio pesado Son usados para altas cargas al inicio Compensan desalineamientos Mayor ventilacin Bajos costos de mantenimiento Nota.- tambin se construyen en ensambles de montajes dobles. Freno hidromtico auxiliar Importante: el freno hidromtico puede reducir la velocidad de entrada de la tubera pero no detenerla, as que se deben prever otros medios para poder hacerlo. La instalacin del freno hidromtico puede ser directa o indirecta. Directa A travs de un cople flexible A travs de un embrague

La flecha del hidromtico est sujeta a una torsin de carga. Indirecta

La flecha del hidromtico est sujeta a 2 esfuerzos, de torsin y de flexin.

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Equipos de Perforacin Rotatoria

W2 (lb) N

= peso de cada grupo de secciones de tubo = 1108 libras

D = 12000 pies T1 = 50 F SustituyendoG1 =

= nmero de secciones de tubo (pies) = 133 secciones T1 = aumento de temperatura en depsito de suministro ( F) = 50 F T inicial = 100 F Calcular el peso total del gancho (W3) Frmula W3 = W1 + NW2 W3= 5000 + 133 (1108) = 152,364 Lb. Calcular el aumento de temperatura del fluido del freno (T2) Frmula T2 = 180 F -- (T inicial + T1 ) T2 = 180 F - (100F+50F ) =30F sustituyendo en la frmula inicial W3V Q= 778.3 (8.34) (30) Q = 152364 ( 150) 778.3 (8.34 ) (30)

5000 ( 12000) 778.3 (8.34) (50)

G1 = 185 gl Clculo de la cantidad de agua requerida para las secciones de tubo (descenso) G2 G2 = SW2L 778.3(8.34) (T1)

G2 = cantidad de agua requerida, secciones de tubos (gal) S = suma de tubos de descenso W2 = peso de un grupo individual de secciones de tubo L = longitud de un grupo (pies) T1 = aumento de temperatura en depsito de suministro (oF) D = profundidad del pozo (pies) N = nmero de secciones de tubo Ejemplo: W2 = 1108 libras L = 90 PIES D = 12000 pies Calcular el numero de secciones del tubo N = D/L =12000/90 = 133 Calcular la suma de descensos S = (N2 + N)/2 S = (133 2 + 133)/2 = 8911 Sustituyendo valores en la formula G2 = SW2L 778.3(8.34) (T1)

Q = 117.36 gpm Un aumento en W3 o en V aumentar el flujo requerido (Q), que es necesario para mantener una temperatura de salida por debajo de los 180 F. Clculo de la cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho. G1 = W1 D 778.3 (8.34 ) (T1 )

G1 = cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho (W1) (gal) W1 = peso inicial del gancho (lbs) D = profundidad del pozo (pies) T1 = aumento de temperatura en depsito de suministro (F) Ejemplo: Si D = 12000 pies W1 = 5000 libras

G2 = 2738 galones G3 = cantidad total del agua requerida G3 = G1 + G2 = 185 +2738 = 2923 galones

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Equipos de Perforacin Rotatoria

Advertencia: nunca debe dejar descender la carga en cada libre y retardarla mediante el suministro de fluido al freno hidromtico.

sujetan a la sarta de perforacin para permitir al perforador bajar o subir la sarta en el agujero. Los elevadores se aseguran al gancho, por medio de eslabones o asas. Frenos hidromticos y/o magnticos velocidades , El equipo rotatorio torques y presiones mximasPRESIN MXIMA P.S.L. 25 25 15 15 15 15 Req. 150 gal/min/enfriamiento Req. 75 gal/min/enfriamiento VELOCIDAD MAXIMA RPM 2300 1550 600 600 500 375 TORSIN 6,500 55,000 95,000 185,000 155,000 190,000 117,000 55,000

MODELO 15 D.R. V 80 341 342 46 R.C 60 R.C. BAYLOR 7838 BAYLOR 6032

El equipo rotatorio consiste de la unin giratoria, la flecha, la mesa rotatoria, la barra maestra y la barrena.

Tabla 16

Block y cable de perforacin El block viajero, (Figura 22) el de la corona y el cable de perforacin constituyen un conjunto cuya funcin es soportar la carga que est en la torre o mstil, mientras ste se mete o se saca del agujero. El bloque de corona es un arreglo de poleas montadas en vigas, en el tope de las torres de perforacin. Durante la perforacin, la carga consiste del gancho, la unin giratoria, la flecha, la tubera de perforacin, la porta barrena y la barrena. El cable de perforacin generalmente est construido de cable de acero de 1 1/8 y 1 pulgadas (2.86 a 3.81 cm). El desgaste del cable se determina por el peso, distancia y movimiento de un cable viajando sobre un punto dado. La operacin de guarnir casi siempre se lleva acabo antes de elevar el mstil. La parte del cable que sale del malacate hacia el bloque de corona, se llama lnea viva - viva por que se mueve mientras se sube o se baja el bloque de aparejo en la instalacin. El extremo del cable que corre del bloque de corona al tambor alimentador tambin se asegura. Esta parte del cable se conoce como lnea muerta muerta porque no se mueve una vez que se ha asegurado. El gancho del bloque de aparejo se conecta a una barra cilndrica de acero llamada asa, que soporta la unin giratoria o cabezal de inyeccin. Los elevadores son un juego de abrazaderas que

El trmino "sarta de perforacin" se refiere sencillamente a la tubera de perforacin y el portabarrenas. Sin embargo, en la jerga petrolera, "sarta de perforacin" a menudo se utiliza refirindose a todo el ensamble.

Figura 22. Block viajero.

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Equipos de Perforacin Rotatoria

Figura 23. Mesa rotara.

La unin giratoria o cabeza de inyeccin, va conectada al bloque de aparejo por una enorme asa. La unin giratoria tiene tres funciones bsicas: soportar el peso de la barra maestra, permitir que la barra maestra gire y proveer un sello hermtico y un pasadizo para que el lodo de perforacin se bombee por la parte interior de la barra maestra. La flecha y mesa rotatoria La flecha es una pieza de tubo cuadrado o hexagonal aproximadamente de 40 pies (12 m) y que forma el extremo superior de la barra maestra. Adems, transmite la rotacin a la sarta y a la barrena. La vlvula de seguridad del cuadrante es una vlvula especial que aparece como un bulto en la parte superior del cuadrante. Puede cerrar para aislar la presin que sale por la sarta de perforacin. El extremo superior del cuadrante o flecha se conecta a la unin giratoria y su extremo inferior va conectado a la tubera de perforacin. La unin sustituta del cuadrante o unin sustituta es un cople corto que va enroscado a la parte inferior del cuadrante. Sistema TOP DRIVE El "Top-Drive" se compone de una unin giratoria, motor elctrico DC (el motor de AC est en desarrollo), frenos de disco para cualquier orientacin direccional y un freno de inercia; de un sistema para controlar el torque, sistemas de control remoto para controlar el gancho, sistema de contrabalanceo para duplicar las funciones del amortiguaFigura 24. Unin giratoria (Swivel).

miento del gancho convencional, vlvula de control inferior, elevador bi direccional para enganchar lingadas y elevadores de potencia. stos ltimos son opcionales. Figura 25 Aplicaciones: Para perforar pozos desviados, horizontales multilaterales y bajobalance. Beneficios: . Elimina dos tercios de las conexiones al perforar con lingadas triples.

.

Mantiene la orientacin direccional en intervalos de 90 pies, y reduce el tiempo de supervisin (survey time) mejorando el control direccional.

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Equipos de Perforacin Rotatoria

Especificaciones: Motor elctrico Gua de torsin CANRIG que cancela la contra torsin de perforacin Existen equipos porttiles o fijos Procedimiento para desmantelar, transportar e instalar equipos de perforacin convencionales y diesel elctricos 1.- Sacar auxiliares. 2.- Bajar rotaria, swivel (unin giratoria) y flecha. 3.- Desmantelar bombas presas y tanques de lodo. 4.- Despejar frente. 5.- Bajar mstil siguiendo instrucciones de acuerdo del mstil que se trate. 6.- Desguarnir cable. 7.- Desarmar mstil. 8.- Desencadenar transmisiones y lneas neumticas y de combustible. En el caso de equipos diesel elctrico se debe desconectar el sistema elctrico. 9.- Bajar maquina y malacate. Para equipos diesel elctricos bajar motores elctricos, freno magntico, toma de fuerza y caseta del perforador 10. Desarmar subestructuras liberando las pizarras. 11.-Levantar pizarras. 12.-Transportar presas y tanques de lodo colocndose en su lugar. 13.-Transportar bombas e instalarlas. 14.-Transportar y colocar las pizarras en su lugar. 15.- Transportar y armar subestructura. 16.- Transportar y subir malacate segn instrucciones. 17.- Transportar y subir mquinas. 18.- Encadenar transmisiones. 19.- Transportar y colocar plantas de luz tanques de agua y diesel en su lugar. 20.- Transportar y colocar bomba payner, bomba de agua y caseta de herramientas en su lugar. 21.- Transportar e instalar rampas de material qumico. 22.- Transportar y armar mstil. 23.- Transportar carrete de cable y guarnir. 24.- Levantar mstil siguiendo instrucciones. 25.- Armar frente (transportar conductor, auxiliar, rotara, swivel, flecha, herramienta y tubera de perforacin.

Figura 25. Top Drive TDS-9S.

. Toma ncleos en intervalos de 90 pies sin tenerque hacer conexiones. pies.

. Se tiene perforacin horizontal en tramos de 90 . Mejora la eficiencia en perforacin bajo balanceSe puede escarear y circular durante los viajes.

. Se puede circular y rotar mientras se viaja en pozos horizontales.

. Mejora la seguridad en el manejo de la tubera.Se tiene para perforacin en tierra o costafuera. Sistemas compactos para acoplarse a la mayora de los equipos de perforacin.

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26.- Armar piso, instar rotaria swivel y flecha. 27.- Perforar y meter auxiliares. 28.- Nivelar mstil. Procedimiento para izamiento de mstil

Figura 26. Levantamiento del mstil.

1.- Armar el mstil a nivel del piso colocndolo sobre las correderas de las subestructuras. 2.- Revisar que todos los pernos tengan sus seguros colocados. 3.- Colocar en sus poleas las bridas de levante. 4.- Unir las bridas al mstil, con los pernos. 5.- Guarnir el cable de acero. 6.- Lubricar todas las poleas y partes de friccin. 7.- Anclar la polea viajera en la subestructura. 8.- Anclar la lnea rpida en el tambor del malacate. 9.- Enrollar el cable necesario en el tambor del malacate para que una vez levantado el mstil permita bajar la polea viajera hasta el piso rotaria. 10.- Fijar la lnea muerta en el ancla. 11.- Levantar la parte superior del "caballo" colocando los tubos espaciadores. 12.- Levantar el mstil colocando la corona sobre un camin Mack. 13.- Operar el malacate a la velocidad ms baja, jalando el mstil hasta deslizarlo sobre las correderas a nivel del piso de la rotaria. 14.- Instalar los pernos en las piernas del mstil y la subestructura. 15.- Levantar estructura de levante "caballo" colocando pernos y seguros. 16.- Levantar el mstil colocando un "burro" en la corona. 17.- Instalar el "changuero". 18.- Colocar cables de la brida en sus poleas. 19.- Colocar el cable del malacate en la polea de la estructura de levante. 20.- Tensionar el malacate a la velocidad ms baja.

21.- Revisar indicador de peso y lnea del cable de acero en sus respectivas poleas. 22.- Instar cable de acero de 9 16" en la corona de longitud tal que sirva de retenida al mstil en el momento de alcanzar la posicin vertical. 23.- Tensionar hasta 75 toneladas (para mstil de 142 pies) donde debera de iniciar a levantar el mstil. 24.- Operar el malacate a su velocidad ms baja hasta que termine de levantar el mstil. 25.- Antes de llegar a la posicin vertical aguantar el mstil con un camin Mack para que no caiga bruscamente sobre el "caballo". 26.- Colocar los candados del mstil (pernos con sus seguros). 27.- Quitar la bridas de levante acomodndolos en las secciones laterales del mstil. 28.- Proteger las bridas de levante con untura para cables. II. UNIDADES MVILES DE PERFORACIN MARINA Antes las unidades de perforacin marina fueron equipos de perforacin terrestre colocados sobre una estructura para perforar. Se usaron las mismas tcnicas desarrolladas en tierra. Se les denomina mviles de perforacin a los equipos convencionales montados sobre plataformas autoelevables, semisumergibles y barcos perforadores. Las tcnicas desarrolladas se utilizaron por algn tiempo, mas la necesidad de perforar en aguas ms profundas cre al nuevo ingeniero de diseo de estructuras costafuera. Junto con los nuevos conceptos de ingeniera, se cre una nueva generacin de equipos de perforacin ahora ya conocidos, como: sumergible (o barcaza), plataforma autoelevable, semisumergible y barco perforador, como se ilustran en la figura 27.

Figura 27. Equipos mviles de perforacin.

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Estos equipos tienen la caracterstica de trasladarse de una localizacin a otra navegando con apoyo de barcos remolcadores. stos se encargan de colocarlos en sus respectivas localizaciones, efectuando maniobras de anclaje. Equipo de perforacin sumergible (barcaza) Este equipo es usado en aguas muy someras y protegidas, como ros, bahas y en aguas de hasta 15m. (50 pies) de profundidad. Dicha unidad tiene dos cascos; el superior, conocido como cubierta Texas, usado para alojar a la cuadrilla de perforacin y al equipo. La perforacin se lleva a cabo a travs de un rea rectangular en la popa de una estructura en cantiliver. El segundo casco es el inferior. Es el rea de lastrado y tambin es la base sobre la que descansa el equipo en el fondo marino o lacustre. El equipo sumergible es llevado a flote hasta la localizacin como una barcaza convencional y se lastra para sumergirlo hasta que descanse en el fondo marino o lacustre. El casco inferior est diseado para soportar el peso total de la unidad, ms la carga de perforacin. Un factor muy importante es la estabilidad de estas unidades mientras se estn lastrando. Las tcnicas que se desarrollaron para el lastrado fueron las bases para el lastrado de los semisumegibles. Los sumergibles empiezan a desaparecer en los aos 70. Entonces, se requera perforar a mayor profundidad de la que correspondia a las caracteristicas de su diseo.

En el anexo, tablas A-1 a la A-4, se muestran las caractersticas de los equipos tales como nombre de los equipos, capacidad de carga, dimensiones, tirante de agua, alcance y peso del equipo. Plataforma autoelevable (jack-up) Este es un tipo de plataforma especial usada para perforacin y reparacin de pozos. Tiene la capacidad de moverse de una localizacin a otra, por medio de autopropulsin o por medio de remolcadores. As, la perforacin es su funcin principal, ya sea de pozos exploratorios o de desarrollo. Una vez que se encuentra en la posicin deseada, las piernas son bajadas hasta alcanzar el fondo marino. Cuando las columnas o piernas se encuentran asentadas en el lecho marino, la cubierta es elevada ms all del nivel de agua, hasta tener una plataforma de perforacin estable. Cuenta con una cubierta que tiene la capacidad de posicionarse a la elevacin que se requiera. sta soporta sobre s todo el equipo necesario para lograr su objetivo. Adems de un mdulo habitacional y un helipuerto. Para apoyarse en el lecho marino, esta cubierta se encuentra soportada comnmente por tres columnas de seccin triangular o circular que tienen en su extremo inferior un sistema de "zapatas aisladas" o "losa de cimentacin". Otra de sus caractersticas importantes es la torre de perforacin ubicada en un cantiliver mvil. Esto

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Figura 28. Sistema de produccin (FPSO), plataforma semisumergible, unidad flotante Spar.

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aguas de hasta 60 m de profundidad, con un criterio de diseo para olas de 6 a 9 m y vientos de 120 km/ hr. Cuando exista la amenaza de un huracn estas unidades eran movidas hacia aguas protegidas. Los jack-ups actuales se usan en todo el mundo en condiciones ambientales muy severas. Por ejemplo, un equipo para 76 m (250 pies) de profundidad, debe llevar el siguiente criterio de diseo: a). Costa del Golfo de Mxico, porcin americanaolas de 16m. (55 pies), vientos de 200 km./hr. (125mph). b). Mar del Norte-olas de 23 m (75pies), vientos de 175 km/hr. (115mph), corriente de (1.8 a 3.6 km./ hr). c). Sureste asitico-olas de 9 m (30 pies), viento de 160 kg./hr. (100 mph) y corriente mnima.Figura 29. Equipo lacustre.

permite el acercamiento de la misma a los pozos de las plataformas fijas. El primer equipo jack-up fue el De Long Nm. 1, construido en 1950 y convertido en plataforma fija en 1953. El primer jack-up mvil fue el DeLong-McDesmontt Nm. 1. Despus fue llamado Offshore Co. Rig. Nm. 51. En 1955 se construy el primer jack-up de 3 piernas llamado Scorpion. Este equipo tena piernas independientes y usaba un sistema de elevacin de pin y cremalleras sobre las piernas de estructura reticular. Durante varios aos trabaj con xito y posteriormente se perdi en un accidente en el Golfo de Mxico. (Ver figura 30). Siguieron otros equipos como el Mr. Guss II que tena un casco inferior. Serva de soporte a las tres piernas tubulares y el casco superior era elevado con un sistema de gatos hidrulicos. Debido a las longitudes de sus piernas, con estos equipos se puede perforar pozos en tirantes de agua mximo de 90 m. Sus capacidades de carga variable son de 1,500 a 1,800 toneladas cortas y su carga total vara entre 7,200 y 7,670 toneladas cortas. La primera serie de jack-ups, se dise para operar en la porcin americana del Golfo de Mxico, en

As sucesivamente, al incrementarse la profundidad del agua, el criterio de diseo se vuelve ms severo. Un punto muy importante es que el criterio actual debe establecerse, usando datos de meteorologa del rea donde se va a perforar.

Figura 30. Plataforma autoelevable jack-up.

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El diseo de las plataformas autoelevables est clasificado en dos categoras: la plataforma de piernas independientes y la plataforma soportada por un casco inferior. La plataforma de piernas independientes puede operar en cualquier rea, pero normalmente es usada en donde existen fondos firmes, arrecifes o fondos marinos irregulares. La unidad de piernas independientes tiene una base en cada pierna para soportarse, son de forma circular, cuadrada o poligonal y de tamao pequeo (ver figura 31). La base ms grande que se ha usado es de alrededor de 17 m (56 pies) de ancho. Estas bases son sometidas a presiones de soporte de alrededor de 2.44 a 2.93 kg/cm2 (5,000 a 6,000 lbs. por pie cuadrado), aunque en el Mar del Norte esta presin puede llegar hasta 4.88 kg/cm2 (10,000 lb/pie2). Consideraciones para determinar qu tipo de jackup se debe usar: 1. - Profundidad del agua y criterio del medio ambiente. 2. - Tipo y resistencia del fondo marino. 3. - Capacidad de profundidad de perforacin. 4. - Necesidad de moverse durante la temporada de huracanes. 5. - Capacidad de operar con soporte mnimo. 6. - Qu tan a menudo es necesario mover la unidad. 7. - Prdida de tiempos en el movimiento. 8. - Lmites operacionales y de remolque de la unidad. Semisumergibles Este tipo de plataforma evolucion a partir de la sumergible. Varias se disearon para operar, ya sea descansando en el fondo del mar o totalmente a flote. Estas plataformas realizan actividades relacionadas con la exploracin y perforacin de pozos. Tambin apoyan operaciones de mantenimiento de instalaciones existentes. A pesar de la gran variedad de diseos de semisumergibles, pueden ser clasificadas en 2 grupos principales: 1) con columnas conectadas a zapatas o pontones separadas, y 2) con pontones gemelos. Estas columnas soportan una

sola cubierta, la cual aloja el equipo e instalaciones necesarios para realizar su funcin. Estas plataformas cuentan con sistemas de propulsin propios ubicados en los pontones. En otras palabras, son autopropulsables. Los miembros principales (pontones) se encuentran sumergidos. Esto permite incrementar el periodo fundamental en sustentacin de la estructura y evitar la resonancia con el oleaje. Tambin reduce las cargas laterales generadas por dicho oleaje. Esta reduccin en la carga, se debe a que los miembros principales del casco se localizan a una elevacin en la que la energa del oleaje es menor. Una semisumergible posicionada dinmicamente puede operar en aguas profundas de hasta 500 m, pero el yacimiento tendra que ser muy productivo para justificar los gastos de combustible.

Figura 31. Plataforma autoelevable.

Los equipos semisumergibles estn diseados para operar en aguas de 180, 305 y 457 m. (600, 1000 y 1500 pies) de tirante de agua y son sometidos a condiciones de olas y vientos severos. La configuracin general de un semisumergible, consiste de dos cascos inferiores longitudinales. stos se usan como compartimentos de lastre que obtienen el calado para perforar. Cuando el equipo est en trnsito estos cascos inferiores son tambin los cascos primarios. En virtud de su tamao y configuracin, el semisumergible ofrece baja resistencia al

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remolque. Al mismo tiempo, tiene una gran estabilidad. (Ver Figura 32). Existen otros diseos de semisumergibles, tales como: el diseo triangular, usado en la serie Sedco; el de cuatro cascos longitudinales de la serie Odeco; (ver Figura 33) y el de 5 pontones del equipo Pentagone, diseado por los franceses. La unidad Pentagone es, posiblemente, la de ms xito de los tipos de cascos mltiples. Ofrece una simetra nica y una uniformidad de caractersticas de estabilidad. Los semisumergibles permiten que la perforacin se lleve a cabo en aguas muy profundas y se mantienen en localizacin, ya sea por sistemas convencionales de anclaje o por posicionamiento dinmico. Normalmente, el sistema convencional de anclaje consiste de 8 anclas colocadas en un patrn abierto y conectadas al casco por medio de cadenas o cables de acero o una combinacin de los dos. El mtodo de posicionamiento dinmico, es una evolucin del sistema de sonar del barco, donde una seal es enviada desde la unidad flotante a un transductor colocado en el fondo del mar. Al incrementarse la profundidad del agua, el uso de este sistema se vuelve necesario. Generalmente, es considerado en tirantes de agua mayores a 305 m. (1000 pies), aunque un semisumergible ha operado en 457 m. (1500 pies) de profundidad usando la combinacin de cable y cadena. Debido a la masa sumergida del semisumergible, el rol y el cabeceo son de pequea amplitud. El movimiento vertical es el que causa problemas a los semisumergibles. Por los esfuerzos a los que se somete la sarta de perforacin cuando la unidad est movindose verticalmente, el semisumergible que tiene una respuesta pequea al movimiento vertical es considerado como el ms adecuado. El movimiento vertical se genera como una respuesta al plano de flotacin expuesto. Mientras ms pequeo sea el plano de flotacin, ms pequeo ser el movimiento vertical. Esto se consigue en el semisumergible, hundiendo los cascos inferiores y flotando al nivel de las columnas.

Figura 32. Plataforma semisumergible 2.

Figura 33. Plataforma semisumergible 3.

Con la reduccin de plano de flotacin para disminuir el movimiento vertical, se reduce tambin la estabilidad de la unidad. Por lo tanto, los diseadores deben llegar a establecer una relacin adecuada entre los valores aceptables de estabilidad y el movimiento vertical. Otra consideracin en el diseo y operacin de un semisumergible es la propulsin. La autopropulsin envuelve una inversin grande inicial, la cual se recupera en un periodo razonable, si lo que se requiere

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es tener movilidad. Pero si se considera que una vez que la unidad llega a su localizacin, permanece en esa rea por largo tiempo, las unidades de propulsin, no slo no son necesarias, sino que adems ocupan espacio y capacidad de carga muy valiosas. Factores para seleccionar un semisumergible: a) Profundidad del agua. b) Profundidades a las que se requiere perforar. c) Datos del medio ambiente. d) Caractersticas de movimiento de la unidad. e) Capacidad de almacenamiento de materiales de consumo. f) Movilidad de la unidad. Barcos perforadores Como su nombre lo indica, es un barco sobre el cual se instala un equipo de perforacin con todo lo necesario para efectuar trabajos de su tipo en el mar. Los primeros barcos perforadores fueron unidades convertidas de: barcazas, barcos graneleros, barcos tanques o barcos abastecedores. Esta prctica casi desapareci para dar paso al nuevo diseo y construccin de barcos perforadores especializados, tales como el Glomar Challenger o el Discoverer de la Offshore. Los barcos perforadores son los ms mviles de todas las unidades de perforacin marina. Tambin son los menos productivos. La configuracin que les permite alta movilidad, les resta eficiencia al perforar. (Ver figura 34 y 35). Los barcos perforadores se usaron extensamente para llenar el espacio de capacidad entre el jack-up y el semisumergible, y son los que han perforado en aguas ms profundas. El movimiento vertical es el mayor problema cuando se usa una unidad flotante. Debido a su superficie de contacto con el mar y comparado con el semisumergible, el barco perforador desarrolla respuestas muy grandes de movimiento vertical.Ha sido posible reducir el rol en los barcos por medio de tanques estabilizadores. Pero no se ha podido reducir el movimiento vertical.

Figura 34. Barco perforador 1.

En 1999 se inici la perforacin del pozo exploratorio Yumtsil-1 que se localiza en la Divisin Marina Suroeste, con el barco perforador Discoverer 511. (Ver figura 35). El anclaje de los barcos perforadores es similar al empleado por los semisumergibles. Sin embargo, hay un sistema adicional que ha sido desarrollado en los barcos perforadores, el sistema de torreta. Los barcos perforadores son herramientas verstiles. Pero deben ser considerados para usarse en reas con olas de poca altura y vientos con bajas velocidades. Plataformas con piernas tensionadas (TLP) En campos de aguas profundas,las plataformas de patas tensionadas han sido desarrolladas para generar el potencial econmico de los nuevos descubrimientos. Se emplean para la perforacin en aguas con un tirante mayor de 600 m. Estn sujetas mediante cables de ancla fijados en el fondo marino y se mantiene en la superficie mediante columnas flotantes. Su instalacin es muy sencilla ya que no requiere barcazas gra. Tiene una gran estabilidad en condiciones meteorolgicas severas.

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La TLP (Tensin Leg Platform) o plataforma de piernas tensionadas, es un sistema semejante a la plataforma semisumergible, slo que sta se encuentra anclada al fondo por medio de elementos verticales, los cuales se mantienen en tensin, debido al exceso de flotacin en la plataforma. Los elementos verticales o tensores se anclan al fondo marino por medio de una estructura fabricada a partir de acero estructural y cimentado mediante pilotes. Una parte esencial de la TLP son las juntas flexibles. Estas juntas (llamadas Flex-Joints), fabricadas con acero y material elastmero, permiten que la estructura se desplace horizontalmente sin provocar flexin en los tensores. La aplicacin de las TLP's se extiende paulatinamente. A la fecha, ha sido considerada para el desarrollo de campos en el Mar Mediterrneo y costas de Brasil, para usarla en aguas muy profundas. El mayor tirante en el que se ha instalado una TLP es de 536 m. Ventajas: pozos superficiales cuenta con equipos de reparacin y terminacin de pozos costo moderado sistema recuperable en sus componentes principales. Desventajas: soporta un solo equipo de perforacin tecnologa compleja. costoso en aguas someras. Las principales consideraciones que se deben de tomar en cuenta para la seleccin de una unidad flotante de perforacin son las siguientes: Estabilidad: Es simplemente la habilidad de un equipo marino de permanecer a flote y de la manera ms vertical posible. La estabilidad se divide en dos: a) Estabilidad intacta b) Estabilidad daada

Figura 35. Barco perforador 2.

El costo de la TLP se incrementa al aumentar la profundidad, debido a los cables de anclaje. Mientras que las unidades semisumergibles y los barcos de perforacin se utilizan slo para la perforacin, las TLP's tienen mayor ventaja en cuanto a versatilidad para perforar, recuperar y producir pozos, casi en forma simultnea.

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Para cada equipo el diseador y/o constructor deben proporcionar al propietario del equipo, un libro de estabilidad. Como mnima informacin, ste debe contener: a) Propiedades hidrostticas b) Curvas de estabilidad c) Curvas de estabilidad esttica d) Curvas de estabilidad dinmica Las partidas c y d deben ser suficientes para cubrir el rango de operacin normal de la unidad. A continuacin se explican cada una de las partidas anteriores: a. Propiedades hidrostticas. Se generan de la forma de la porcin sumergida del equipo y pueden usarse para determinar el peso del equipo y la localizacin longitudinal y transversal del centroide. b. Curvas de estabilidad. Tambin se generan de la porcin sumergida del equipo y son usadas por el diseador para determinar la cantidad de estabilidad que la unidad tiene cuando est inclinada. c. Curvas de estabilidad esttica. Se derivan de las curvas de estabilidad y son curvas de brazo enderezamiento. Tambin conocidas como curvas GZ. d. Curvas de estabilidad dinmica. Se producen a partir de las curvas de estabilidad esttica y de clculos. Determinan el momento de volteo causado por un viento de cierta velocidad. Esta curva probablemente es la ms significativa de todas porque muestra si el equipo puede o no ser remolcado o movido durante el estado del tiempo pronosticado, dentro de los parmetros de seguridad de los cuerpos regulatorios, (ABS, Norke, Veritas, Lloys, etctera). e. Curvas KG de estabilidad dinmica permisible. Son generadas de los clculos de estabilidad dinmica. Estas curvas son una extensin de las curvas de estabilidad dinmica y simplifican el trabajo del encargado de mover un equipo (rigmover), eliminando la necesidad de preparar un clculo cada vez que tenga que tomar una decisin sobre las condiciones de remolque.

f. Los clculos de estabilidad daada deben prepararse por el efecto de dao a los compartimentos exteriores o a la inundacin de cualquier compartimento. Estos clculos deben demostrar que la unidad tiene suficiente estabilidad de reserva para sobrevivir a inundaciones o daos. Si para la construccin y clasificacin de unidades mviles de perforacin del ao 1973, la habilidad para sufrir dao o inundacin debe considerarse en asociacin con el efecto de volteo de un viento de 120 km/hr. (65 nudos). g. El anlisis de las respuestas de movimiento es el estudio del equipo cuando est en la situacin de entrar a una localizacin y los resultados de estos anlisis se usan para determinar los esfuerzos inducidos, cuando una pierna de un jack-up toca fondo o los causados por las fuerzas de anclaje en un barco perforador o en un semisumergible. h. Las caractersticas de barco ligero son posiblemente la informacin ms usada (o mal usada) que puede proporcionarse. Esta informacin se prepara a partir de una serie de clculos de pesos exactos o de un experimento de inclinacin, o de ambos. Los clculos determinan el peso y el centro de gravedad en todas las direcciones del equipo vaco. No se incluyen pesos variables de ninguna especie. De esta informacin, el operador determina las condiciones del equipo de cualquier tiempo. Se debe enfatizar que, aunque el constructor haya hecho el esfuerzo de determinar estas condiciones, es obligacin del propietario o del operador asegurarse que los valores sean ajustados si se hace algn cambio al equipo o estructurales, edicin, remocin, o incluso recolocacin de equipo. Las caractersticas de barco ligero o vaco son la base de todos los clculos para las condiciones a flote o en posicin elevada. Si se usa un dato inexacto, esto no slo hace que todos los otros clculos no tengan valor, sino que se pone en peligro la seguridad del equipo y su personal. Movimiento: El movimiento es la relocalizacin del equipo para cualquier propsito. Aunque casi siempre se piense

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en cambiar de localizacin de perforacin, cuando se habla de movimiento. La consideracin ms importante en los preparativos para mover o cuando se mueve, es la seguridad. Por lo tanto, es esencial que la persona encargada de mover el equipo, est familiarizada completamente con el equipo y con el medio ambiente pronosticado, del rea donde se lleva a cabo el movimiento. Debe tener un conocimiento bsico de arquitectura naval y saber cmo aplicarla a su unidad. Cada propietario de equipo debe recibir de parte del constructor un libro llamado Libro de operacin o Libro de condiciones de operacin. La persona encargada de mover el equipo debe leer y entender este libro antes de intentar moverlo. Cada equipo es como un automovil nuevo y, aunque uno sepa manejar, cada automvil tiene sus peculiaridades; lo mismo se aplica a equipos de perforacin marina, aun a los de la misma serie de diseo y construccin. Los movimientos son de dos categoras: a) trnsito en el rea b) remolque ocenico: un trnsito en el rea generalmente es un movimiento que requiere de 12 horas de viaje a una localizacin donde la unidad se colocar o a un rea de refugio. Un remolque ocenico es aquel diferente al interior y por lo general se trata de movimientos de un rea internacional a otra. Riesgos: Los riesgos que pueden esperarse durante un remolque son muy numerosos. A continuacin se describirn algunos. Probablemente el riesgo ms significativo ocurre cuando el equipo se prepara para entrar o salir de una localizacin. En el caso de jackup se deben tomar en consideracin las condiciones del mar, debido al cambio en las caractersticas de flotacin que tienen lugar cuando se mueve una pierna hacia arriba o hacia abajo. Tambin debe considerarse el efecto de la pierna golpeando el fondo marino. El libro de operacin debe tener una seccin relacionada solamente con las condiciones permisibles para entrar o salir de una localizacin. Para el barco perforador y el semisumergible, las condiciones del mar deben considerarse para el manejo de las anclas y el efecto de

un sistema disparejo de anclaje. El arreglo de anclaje y su procedimiento de instalacin, deben incluirse en el libro de operacin. Tambin, en el libro de operacin, se tomarn los lmites de servicio en las posiciones de operacin y remolque. No se debe ignorar esta seccin porque hacerlo pone en peligro al equipo y al personal. Si para reducir el potencial de riesgo, se necesita desviarse del criterio de diseo, es aconsejable gastar algunos recursos en un anlisis de ingeniera. Cuando se est en el mar, uno de los temores ms grandes es el de sufrir daos que produzcan inundaciones y, si stos son grandes, que provoquen la prdida del equipo. Es fcil decir que con un poco de sentido comn se pueden evitar los daos y las inundaciones; pero stas an ocurren. El diseador sabe esto y por eso disea compartimentos - de tal forma- que la inundacin pueda contenerse dentro de una extensin permisible, uno, dos o tres compartimentos por ejemplo, lo cual puede ser incmodo para los que estn a bordo. Pero as no se perder el equipo. En la mayor parte de los equipos de perforacin marina en servicio, excluyendo barcos perforadores y autopropulsados, la probabilidad de dao debido a una colisin es remota y si sta tiene lugar, ser un impacto a muy baja velocidad, como para causar una entrada pequea de agua. El efecto del centro de gravedad vertical sobre una unidad daada es considerable. Si llegara a ocurrir un dao, se deben seguir los pasos necesarios para bajar el centro de gravedad vertical. Esto puede hacerse fcilmente en un jack-up bajando las piernas. En otras unidades aumentando lastre, se mejora la estabilidad. Sin embargo, esto es una condicin que ocurre sbitamente y no siempre es posible efectuar un clculo de estabilidad daada cuando el agua est entrando. A veces, los problemas ocurren sin que haya daos, por las siguientes razones: Una turbonada sbita, un cambio en la altura de las olas y velocidad del viento, o un viento fuerte inesperado e imprevisto. Aun el ms grande y fuerte de los equipos puede actuar como un corcho en el ocano en tales ocasiones. Afortunadamente, ahora se cuenta con mejores pronsticos meteorolgicos

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y el encargado del movimiento del equipo puede prepararse para el cambio de condiciones. Se disponen varias formas de accin: un jack-up puede bajar sus piernas, un semisumergible puede ser lastrado y un barco perforador puede alterar su curso para evitarlo, o cuando menos reducir el efecto de estos problemas. Una vez ms cada unidad tiene sus propias peculiaridades y las consultas con el diseador, combinadas con la experiencia de la persona a cargo del movimiento, pueden evitar serios problemas. El mal diseo y la falta de experiencia son los factores que encabezan la lista de las causas de los accidentes durante el remolque. Equipos fijos de perforacin El desarrollo marino de la perforacin se puede realizar a travs de plataformas fijas. Estn diseadas de tal manera que se puedan instalar equipos de perforacin, terminacin y reparacin de pozos. La penetracin del subsuelo se lleva a cabo en un tirante de hasta 100 m, dependiendo de la configuracin del mismo. Estos equipos pueden perforar en promedio 12 pozos. Algunas plataformas son autosuficientes y albergan todos sus componentes tales como equipo y reas de personal. Otras requieren utilizar un barco de apoyo. Estos sistemas se caracterizan por encontrarse asentados sobre el suelo marino. Consisten en estructuras metlicas y/o de concreto, que se extienden desde el lecho marino hasta la superficie. Estas estructuras son estables con relacin al fondo marino. En los ltimos aos, las plataformas fijas han representado la solucin estructural ms comn para conjuntos de produccin y perforacin. Sin embargo, la experiencia en trabajos de perforacin en profundidades marinas de ms de 300 m, indica que las plataformas semifijas o flotantes pueden ser una mejor alternativa. Los principales sistemas fijos hasta ahora desarrollados en el mbito mundial son los siguientes: Plataforma de concreto por gravedad

Plataforma convencional de acero o tipo Jacket Cuentan con dos cubiertas lo suficiente amplias para alojar, en su cubierta superior, la totalidad de la paquetera de perforacin y su torre.Tienen gras para maniobras de descarga, un mdulo habitacional, un helipuerto y una zona para almacenaje de insumos en cantidad suficiente para mantener por varios das las operaciones de perforacin. En caso de que se interrumpiese el abastecimiento regular por mal tiempo u otra causa a; y en su cubierta inferior estn la instalacin de equipo de produccin, as como los tableros para control de pozos y lanzadores o recibidores de diablos. Las 2 cubiertas se localizan a 16 y 21 m sobre el nivel medio del mar y estn soportadas por 8 columnas. Estas plataformas tienen capacidad para perforar hasta 12 pozos, aunque no siempre operan todos. Las plataformas fijas de perforacin estn diseadas con dimensiones adecuadas para instalar equipos fijos convencionales para la perforacin y terminacin de pozos, as como para efectuar intervenciones con equipos de mantenimiento de pozos. (Ver figura 36). Dentro de estos equipos se encuentran las estructuras sujetas por ocho patas (octpodos) con pilotes de 48 pg de dimetro y espesores de 2 a 2.5 pg acero ASTM-A-36 y ASTM-A-537 y una penetracin aproximada en el lecho marino de 100 m dependiendo de la configuracin del terreno. Por su construccin, estn preparadas para recibir doce conductores de 30 pg de dimetro; aunque no en todos los casos sean perforados en su totalidad. Para su identificacin, se tiene experiencia que el norte de la plataforma corresponde al rea de conductores y al sur, al de la habitacional. Estn formadas por una subestructura, una superestructura y un mdulo, que segn el caso, ser de perforacin, de produccin o habitacional. Las partes se fabrican separadamente en tierra y ms tarde, se trasladan y colocan en su ubicacin definitiva (Ver figura 37) La superestructura tiene dos pisos: 1.- De produccin: este piso se encuentra a un nivel de 15.9 m (52 pies) del nivel del mar. Contiene las conexiones superficiales de explotacin tales como rboles de vlvulas, bajantes, lneas de recoleccin, equipos de medicin de produccin, tableros de control etctera.

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2.- De trabajo: se encuentra a una altura de 20.7 m (68 pies) del nivel mar. En l se localizan los rieles de deslizamiento de la torre de perforacin que parten paralelamente de norte a sur. Es importante sealar que estos rieles tambin se utilizan como apoyo a la subestructura que ocasionalmente se usa para intervenciones con equipo Snubbing. En este piso, se instalan la

zos se tiene un control del sistema de cierre de emergencia general. Tambin se encuentran instaladas dos lneas hidrulicas de alta presin,

MODULO SUPERESTRUCTURA

SUBESTRUCTURA

Figura 37. Componentes de una plataforma fija.

interconectadas al sistema que opera el preventor de arietes ciegos de corte y una lnea para inyeccin de fluidos al espacio anular del pozo que se intervenga. Capacidad de carga y dimensiones La capacidad de carga de las plataformas vara de 2,500 a 4,000 toneladas. En la siguientes figura y tabla se enlistan la capacidad de carga como las dimensiones para diferentes plataformas de perforacin y los nombres de cada una. (Ver figura 38 y 39.)

Figura 36. Plataforma fija de perforacin.

mayor parte de las unidades de apoyo del equipo de perforacin y mantenimiento de pozos, adems de la unidad habitacional que se instala en el lado sur. Tambin hay un rea de embarcadero Es un tendido de pasillos protegidos por barandales tubulares a una altura de 3.7 m (12 pies) del nivel del mar. Comunica a los muelles ubicados en los lados este y oeste de la plataforma a una altura de 1.98 m (6 pies, 6 pg) del nivel del mar. En el rea de muelles, se encuentran instaladas las conexiones para el agua y el combustible. stos se suministran a travs de barcos abastecedores con mangueras flexibles. Para todos los po-

Plataformas fijas protectoras Las plataformas fijas protectoras son estructuras metlicas permanentes, construidas con dimensiones proporcionales. Para operar equipos con base deslizante (cantiliver) se preparan con tres o cuatro conductores de 30 pg de dimetro. Se instalan al primer pozo perforado con equipo autoelevable, despus de que haya concluido su etapa de perforacin y el objetivo programado. Este tipo de plataformas, segn su numero de patas, se clasifican en:

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Equipos de Perforacin Rotatoria

Trpodes (tres patas) Son plataformas con estructuras y superestructuras de forma triangular sujetas por tres patas sobre pilotes de 36 pg de dimetro con espesores de 1.5 a 2 pg y tipo de acero ASTM- A-36 y ASTM-A-537. La penetracin en el lecho marino de estos pilotes y conductores depende de la configuracin del subsuelo que vara de 80 a 100 m. Generalmente, dentro de estas instalaciones se cuenta con preparacin para tres pozos con conductores de 30 pg de dimetro (Ver figura 40). Debido a sus cortas dimensiones y capacidades de carga, no se pueden efectuar trabajos de mantenimiento de pozos con los equipos snubbing que actualmente operan en el rea. Se fabrican e instalan con el objeto de proteger conductores, lneas de recoleccin y recepcin a batera de los fluidos aportados por la formacin. Este tipo de plataformas cuenta solamente con un nivel de trabajo donde se localizan el rea de conductores y el helipuerto. En la parte inferior se localiza un muelle para embarcaciones. (Ver figura 41.) Para ubicar el nmero de conductores, se toma como referencia que el norte de la plataforma sea el costado de conductores, y el sur el rea del helipuerto. Progresivamente se numeran de izquierda a derecha. Tetrpodos (cuatro patas) Estas plataformas son fabricadas e instaladas con el mismo objetivo que las anteriores. Se diferencian en que estn soportadas por cuatros patas con pilotes de 48 pg de dimetro y espesores de 1.25 pg de dimetro y espesores de 1.25 y 2.25 pg de acero tipo ASTM -A-36 y ASTM - A-537. Tienen preparacin para un mximo de seis conductores de 30 pg de dimetro. (Ver figura 42.) Por sus dimensiones en este tipo de plataformas no se pueden efectuar intervenciones de mantenimiento de pozos con equipo snubbing. Para la identificacin del nmero correspondiente a cada conductor, se tienen como referencia que el norte de la plataforma corresponde al costado de conductores y el sur, al helipuerto. Ubicado frente a los conductores de espalda al helipuerto se numeran progresivamente