Ponencia Sistema de Perforación Rotaria
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PERFORACION ROTARIA.
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Se describe el sistema de perforació rotaria asi como sus componentes y la herramieta dirreccional powerdrive
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PERFORACION ROTARIA.
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No.
LISTA
NOMBRE DEL ALUMNO / CORREO
ELECTRONICO
2 Crdova Lpez Daniel Santana
20 De la Cruz Hernndez Lucero Guadalupe
24 Guzmn Madrigal Alejandra del Carmen
29 Hernndez Vzquez Laura
32 Mayo Nieto Luis Armando
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I. INTRODUCCION
La perforacin rotatoria se utiliz por primera vez en 1901, en el
campo de Spindletop cerca de Beaumont, Texas, descubierto por
el capitn Anthony F. Lucas, pionero de la industria como
perforador y sobresaliente ingeniero de minas y de petrleo
(Garvizu, 2013).
Para impedir que los derrumbes bloquearan los trabajos, se
inventaron herramientas que aplicaran una fuerza circular sobre
las arenas para que redujera sensiblemente la vibracin brusca.
Para estas pocas se pensaba que los sistemas rotatorios solo
serviran para perforar terrenos blandos, pero el posterior
desarrollo de las barrenas rotatorias revoluciono la perforacin
petrolera, permitindola en formaciones muy slidas o an rocosas
(Alafita, 1938).
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Conocer el funcionamiento de los
componentes que
conforman el sistema
rotatorio.
Analizar las diferentes funciones del sistema
rotatorio.
II. OBJETIVOS
Identificar los equipos de perforacin que
conforman el sistema
rotario.
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III. SISTEMA ROTATORIO. Antecedentes del sistema rotatorio de perforacin La primera perforacin realizada con sistemas rotatorios se efectu en 1901, en el campo Spindle Top, cerca de Beaumont Texas, E.U.
Para estas pocas se pensaba que los sistemas rotatorios solo serviran para perforar terrenos blandos, pero el posterior desarrollo de las barrenas rotatorias revoluciono la perforacin petrolera, permitindola en formaciones muy slidas o aun rocosas.
Este sistema rotatorio significo un alto avance tecnolgico que pronto fue preferido por los empresarios norteamericanos, ya que prob que operaban rpido, a menor costo por metro escavado y que aseguraba la produccin en menor tiempo.
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CLASIFICACIN DE LOS EQUIPOS QUE ACTUALMENTE
OPERAN EN LA INDUSTRIA PETROLERA (PEMEX, 2000).
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IV. COMPONENTES DEL SISTEMA ROTATORIO
4.1 Sistema de Levantamiento Su funcin principal es soportar el sistema de
rotacin, adems de proporcionar el
desplazamiento vertical necesario a la sarta de
perforacin durante el enrosque o desenrosque de
la tubera.
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El sistema de elevacin se divide en dos partes
principales: La estructura de soporte y el
equipo de elevacin.
Fig. 2. Sistemas del equipo de perforacin (Encarta, 2010).
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4.1.1 ESTRUCTRA DE SOPORTE Es aquella que va soportar el ciento por ciento
del peso de la sarta de perforacin y su peso.
Subestructura: Es la parte
inferior de la torre que est
debajo del piso de
perforacin. Es un
conjunto de vigas
resistentes que debe
soportar el mstil, los
equipos elevadores y el
sistema de rotacin.
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PISO DEL TALADRO: Es la
cubierta colocada sobre el
armazn de la
subestructura y
proporciona la plataforma
de trabajo para la mayora
de las operaciones de
perforacin. LA CABRA O MSTIL: Es
la llamada propiamente
torre de perforacin.
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a)La Corona o Cornisa: Es
la parte superior de la torre
donde se instala un sistema
de poleas fijas por donde
pasan las lneas de
perforacin; este sistema
soporta la carga total sobre
la torre mientras se corre la
tubera.
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b) La Plataforma del
encuellador: Es el piso del
encuelladero que est
debajo de la corona y es
donde se maneja la tubera
en orden y con seguridad
para meterla o sacarla del
hoyo, aqu el bloque viajero
sube hasta la plataforma,
donde el encuellador ya ha
capturado y desplazado la
parte superior de la pareja
y termina enganchando y
asegurando el cuello de
pesca de la pareja al
elevador del bloque.
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4. 1. 2. Equipo de
elevacin.
El equipo de elevacin cuelga o suspende la sarta de perforacin
en el pozo.
*Malacate
Es un tipo especial de cabrestante o ginche (winche)
extra fuerte que eleva, baja y suspende el peso
tremendo de la sarta de perforacin durante las
operaciones.
Fig. 4. Malacate (Ortiz, 2008)
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*Aparejo de herramientas suspendidas
-Bloque Corona: Es un conjunto de poleas o polea mltiple localizado en la cima de la cabra o del mstil.
-Bloque Viajero: Es un conjunto de poleas que tienen cables enhebrados en sus canales, mediante las cuales el aparejo completo del bloque sube y baja dentro de la cabra o el mstil.
Gancho: Es un implemento grande, parecido a un anzuelo, localizado debajo del bloque viajero.
Elevadores: Son un juego de abrazaderas extra fuertes y sumamente resistentes que cuelgan de los eslabones del elevador, los cuales se conectan al bloque viajero.
*Cable de perforacin: Es un cable de alambres, hechos de acero especial extra fuerte
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4. 2. Sistema rotatorio
El proceso de perforacin rotatoria consiste en perforar un agujero
mediante la aplicacin de movimiento rotatorio y una fuerza de empuje a un
elemento de corte denominado barrena que ataca a la roca convirtindola
en detritos (recortes) .
El sistema rotario o de rotacin
comprende los siguientes componentes
Ensamblaje rotatorio Sarta de perforacin Herramientas de corte y/o fractura
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4. 2. 1. Ensamblaje rotatorio
4. 2. 1. 1. El sistema rotatorio convencional (Mesa
Rotaria)
Este sistema es superficial y transmite la rotacin a la tubera de
perforacin y est a su vez a la barrena.
Tiene dos funciones principales:
Impartir el movimiento rotatorio a la sarta de perforacin
Sostener el peso de la sarta cuando sea necesario para desenroscar
toda la sarta en parejas o triples
para sacarla toda del hoyo.
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4. 2. 1. 1. 1. Buje maestro 4. 2. 1. 1. 2. Buje de
transmisin de cuadrante
El buje maestro es un
dispositivo que va colocado
directamente en la mesa
rotatoria, intercambiable y sirve
para acoplar el buje de
transmisin del cuadrante con
la mesa rotatoria.
Es un dispositivo que va
colocado directamente
sobre la mesa rotatoria y por
medio de la cual pase el
cuadrante.
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4. 2. 1. 2. Sistema Top Drive
Consiste en que la sarta de perforacin y
el ensamblaje de fondo reciben la energa
para su rotacin, desde un motor que va
colgado del Bloque Viajero. El equipo
cuenta con un Swibel integrado, un
manejador de tubera, el cual posee un
sistema para enroscar y desenroscar
tubera, una cabeza rotatoria y vlvulas
de seguridad.
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4. 2. 2. SARTA DE PERFORACIN
Definicin: Es una columna
de tubos de acero, de
fabricacin y especificaciones
especiales, cuyo extremo
inferior va enroscada la sarta
de la lastra barrena y en el
extremo de esta esta
enroscada la broca, pieza que
corta la roca para hacer el
hueco que llegara al
yacimiento petrolfero. Fig. 10. Sartas de perforacin
(Schlumberger, 2010).
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Funciones:
Rotar a altas revoluciones por minuto (rpm) Pandearse bajo condiciones de alta presin Circular fluidos bajo elevadas presiones
La sarta de perforacin es normalmente utilizada
para dos cosas:
1. Servir como conducto para el fluido de
perforacin.
2. Transmitir la rotacin de la mesa rotaria o el top
drive a la barrena en el fondo
La sarta de perforacin est suspendida
debajo del gancho y el bloque viajero por
los brazos y la unin giratoria.
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4. 2. 2. 1. Unin Giratoria (Swivel)
Definicin: La unin giratoria es una herramienta rotatoria que est
colgada del gancho y del bloque de aparejo para suspender y permitir la
rotacin.
Soportar el peso de la flecha y sus accesorios.
Permite que la flecha gire.
Conecta el sistema de circulacin con el sistema de rotacin.
Provee un sello hermtico permitiendo el bombeo del lodo.
F
U
N
C
I
O
N
E
S
-
Fig. 11. Unin giratoria (Schlumberger, 2010).
Esta conectada directamente a la
vlvula de seguridad y al cuadrante,
permitiendo que la sarta de perforacin
gire.
Puede girar a mas de 200 rpm, sostener
cargas de cientos de toneladas y
soportar presiones hidrulicas mayores
a 3000 libras por pulgada cuadrada.
Sirve de conducto para que el lodo de
perforacin circule.
Esta construida de acero de alto grado
y soporta grandes esfuerzos
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4. 2. 2. 2. Cuadrante o junta Kelly
Definicin: Es un elemento de acero de
forma cuadrada y hexagonal que se
instala en la parte superior de la tp, en
ella se instalan vlvulas de seguridad en
ambos extremos para el control de flujos
del pozo. Se encarga de transmitir la
rotacin hacia la tubera de perforacin,
lastrabarrenas y la barrena.
Fig. 12. Junta Kelly (Schlumberger, 2010).
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a) La vlvula de seguridad del cuadrante Llamado tambin vlvula
tapn del cuadrante es una vlvula especial que aparece como un
bulto en la parte superior del cuadrante. La vlvula de tapn se puede
cerrar para aislar la presin que sale por la sarta de perforacin.
b)La vlvula de seguridad para tubera de perforacin Es usada como
una unidad auxiliar de seguridad. Cuando se sospecha un posible
reventn, se conecta esta vlvula al extremo superior de la tubera de
perforacin (o los portabarrenas, mediante el uso de una unin
sustituta) y se cierra.
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4. 2. 2. 3. Sustituto del cuadrante
Es una seccin corta de tubera con
un macho (espiga) y una hembrea
(caja) cuyos extremos tienen roscas.
Se agrega al extremo inferior del
cuadrante y la tubera de perforacin
se enrosca al sustituto en lugar que
al cuadrante.
Fig. 13. Acople de tubulares (Schlumberger,
2010).
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4. 2. 2. 4. Tubera de perforacin
La tubera de perforacin es el elemento tubular utilizado para
llevar a cabo los trabajos durante la operacin de la
perforacin. Es el componente de la sarta que conecta el
ensamblaje del fondo con la superficie.
Todo tubo de perforacin tiene 3
partes:
El cuerpo
El pin
La caja
Este permite el paso del lodo de perforacin desde unin giratoria
hasta la broca y permite sacar y bajar la broca cuando esta se
desgasta.
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La tubera de perforacin al
igual que otros tubulares,
puede ser especificada de
acuerdo con las siguientes
caractersticas:
Dimetro Grado o resistencia Peso Longitud
Fig. 14. Componentes de la tubera de
perforacin (Schlumberger, 2010).
Caractersticas
Comnmente tiene una longitud de
9 a 11metros, con una caja de
conexin, macho o hembra, la cual
esta soldad en cada extremo.
Comnmente el peso de la tubera
de 5 ms utilizada es de 19.5 lbs/pie o 29.1 kg/m
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4. 2. 2. 5. Tubera de transicin
Tiene diferentes usos en funcin del tipo de pozo a perforar:
Pozos verticales: como zona de transicin entre la tubera de perforacin y los portamechas, como proteccin de la tubera
de perforacin.
Pozos horizontales: se usa en la seccin curva y en la seccin horizontal.
Pozos direccionales: se usa en lugar de los portamechas para proveer el peso necesario sobre la mecha.
Las caractersticas de la tubera de transicin son:
Ms pesada que la tubera de perforacin normal. Punto de contacto (recalque) central, para estabilizacin Ms resistentes al pandeo Uniones ms largas para la remanufactura delas piezas
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4.2.2.6 Drillcollars Los Drillcollars son tubos de pared gruesa, rgidos y de alto
peso que son la parte ms importante del ensamblaje de fondo,
posicionados entre la tubera de perforacin y la broca
Proporcionar peso a la broca
Proporcionar la resistencia par que los Drillcollars estn
siempre en comprensin
Proporcionar el peso para asegurar que la tubera de
perforacin siempre se mantenga en tensin para evitar que se
tuerza
Proporcionar rigidez o consistencia para que la direccin del
pozo se mantenga
Producir un efecto del pndulo, permitiendo que los pozos casi
verticales puedan ser perforados.
Se emplean para suministrar peso a la broca y suministrar
rigidez a la sarta
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DRILLCOLLARS
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4.2.2.7 Portamechas.
Un componente de una sarta de perforacin que provee peso sobre la barrena para la operacin de perforacin
La gravedad acta sobre la gran masa de los portamechas para proveer la fuerza descendente necesaria para que las barrenas fracturen eficientemente la roca. Para controlar con precisin la magnitud de la fuerza aplicada a la barrena, el perforador monitorea cuidadosamente el peso de superficie, medido mientras la barrena se encuentra lejos del fondo del pozo. Luego, la sarta de perforacin (y la barrena), se baja en forma lenta y cuidadosa hasta que toca el fondo. Despus de ese punto, a medida que el perforador contina bajando el extremo superior de la sarta de perforacin, se aplica cada vez ms peso en la barrena, y, correspondientemente, se mide menos peso colgando en la superficie.
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Portamechas
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4.2.3 Herramientas
especiales.
Son aquellas herramientas y equipos que se colocan en la sarta de perforacin con algn fin especfico. Entre estas herramientas especiales se tienen las siguientes:
Estabilizadores
Martillos (percusores)
Motores de fondo
MWD
LWD
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4.2.3.1 Estabilizadores.
Estos son unos tramos cortos de tubera, posicionados entre los Drillcollars con el fin de mantenerlos centrados dentro del hueco, mantener el pozo derecho y por medio de la accin de corte mantener el dimetro correcto en las paredes del pozo.
La cuadrilla frecuentemente conecta estabilizadores a la sarta de collares de perforacin. Por lo general colocan uno o ms en varios puntos en dicha sarta. Los estabilizadores mantienen los collares de perforacin lejos de las paredes del hueco para prevenir el desgaste
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Ventajas de los estabilizadores.
Ventajas del a utilizacin de estabilizadores
Menores desviaciones de la barrena, sobre todo
cuando se perfora inclinado
Mayor duracin del tricono y aumento de la
velocidad de penetracin, debido a un mejor
aprovechamiento del empuje.
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4.2.3.2 Martillos.
Estos son elementos operados mecnicamente o hidrulicamente para proporcionar un golpe de alto impacto sobre la sarta de perforacin dentro del pozo para el caso en que sobrevenga una pega de tubera.
Tipos de martillos
Martillos hidrulicos
Martillos mecnicos
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4.2.3.4 Equipos MWD. Permite medir el tiempo real, la inclinacin y direccin de la trayectoria de un
pozo mientras se perfora.
Componentes
Ensamblaje del MDW
Sistema de superficie
Equipos de apoyo
La evaluacin de las propiedades fsicas, generalmente la presin, la
temperatura y la trayectoria del pozo en el espacio tridimensional, durante la
extensin de un pozo. La adquisicin de mediciones durante la perforacin
(MWD) es ahora una prctica estndar en los pozos direccionales marinos, en
los que el costo de las herramientas es compensado por el tiempo de equipo
de perforacin y las consideraciones asociadas con la estabilidad del pozo si
se utilizan otras herramientas
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Forma una unidad integral con el MDW y el motor de
fondo
Perfiles corregidos:
* Resistividad
* Rayos gamma
* Densidad neutrn
4. 2. 3. 5. LWD (LOGGING WHILE DRILLING)
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4. 2. 4. Herramientas de corte y
fractura
Las barrenas son las herramientas de corte localizada en el
extremo inferior de la sarta de perforacin, utilizada para
cortar o triturar durante el proceso de la perforacin.
Las herramientas de corte se clasifican
en:
* Barrenas triconicas
* Barrenas de cortadores fijos
* Barrenas especiales
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4. 2. 4. 1. Barrena triconicas
El mecanismo principal es de trituracin por impacto fallando
la roca por compresin. Tienen tres conos cortadores que
giran sobre su eje.
Los conos son de dos tipos:
* De dientes tallados
* De insertos de carburo de tungsteno
Cdigo IADC para barrenas triconicas:
El tipo de diente (acero o inserto)
El tipo de formacin (en trminos de serie y tipo)
Las caractersticas mecnicas
Funcin del fabricante
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4. 2. 4. 2. Barrenas de cortadores fijos
Las barrenas de cortadores fijos son cuerpos compactos, sin
partes mviles, con diamantes naturales o sintticos
incrustados parcialmente en su superficie inferior y lateral que
trituran la formacin por friccin o arrastre.
Tipos de barrenas de cortadores fijos:
* Barrenas de diamante natural
* Barrenas de diamante trmicamente estable (TSP)
* Barrenas compactas de diamante policristalino (PDC)
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4. 2. 4. 3. Barrenas especiales
Las barrenas especiales pueden ser de dos tipos: ampliadoras o
bicentricas y se utilizan para operaciones tales como: la ampliacin del
dimetro, ya sea desde la boca del pozo (superficial) o desde una
profundidad determinada.
Las barrenas se fabrican para diferentes tipos de formaciones
generalmente son:
-Formaciones suaves
-Formaciones medias
-Formaciones duras
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4.2.5 Power Drive VorteX.
4.2.5.1 VENTAJAS:
Ahorro en tiempo de taladro y en costo de perforacin mediante la optimizacin del rendimiento de la barrena y el consecuente
incremento de la tasa de perforacin (ROPs) para la barrena de PDC.
Menor riesgo de dao del conjunto de fondo de pozo mediante la eliminacin de la vibracin.
Menor riesgo de desgaste de la tubera de revestimiento y de fatiga de la columna de perforacin en secciones con alta severidad de pata de
perro.
Menor riesgo de atascamiento, reduccin del torque y optimizacin de la ROP debido a la obtencin de pozos limpios y de alta calidad.
Menor riesgo de stick & slip en ambientes de perforacin difciles.
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PowerDrive VorteX.
Los sistemas PowerDrive vorteX permiten un mayor peso sobre la
barrena, lo cual incrementa la ROP; esto se traduce en una operacin de
perforacin mas productiva.
El sistema se puede correr con un equipo PowerDrive X5 o PowerDrive
Xceed, dependiendo de las condiciones de perforacin, para lograr el
numero mximo de revoluciones por minuto y en consecuencia corridas
mas largas.
La capacidad adicional de torque aumenta la potencia del sistema de
perforacin rotativo PowerDrive vorteX
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Fig. 4. Componente de Power Drive.
Fig. 5. Componente de la herramienta Power Drive.
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4.2.5.2 POTENCIA PARA PERFORAR MAS RAPIDO.
El sistema RSS de alto rendimiento PowerDrive vorteX posee una seccin de potencia de alto torque, completamente integrada.
Convierte la potencia hidrulica del lodo en energa mecnica.
Esta energa, combinada con el torque de la columna de perforacin y la rotacin suministrada por el topdrive, incrementa significativamente el torque utilizable y la velocidad de rotacin en la barrena.
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Fig. 6. Ensamble de la herramienta Power
Drive.
Power Drive vorteX.
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El sistema RSS motorizado PowerDrive vorteX dispone de torque
adicional, lo cual permite aplicar un mayor peso sobre la barrena e
incrementar la ROP, esto se traduce en una operacin de
perforacin mas productiva (Schlumberger, 2010).
Grafica 1. Comparacin de perforacin en Power Drive y Sistema Rotario
Convencional.
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4.2.5.3 RENDIMIENTO QUE INCREMENTA LA EFICIENCIA DE
LA PERFORACION.
En comparacin con los sistemas RSS convencionales, el sistema
PowerDrive vorteX provee torque adicional y mas revoluciones por
minuto; esto se traduce en ROPs mas altas, procesos de perforacin
mas eficientes y carreras mas largas.
La seccin integrada de potencia del sistema PowerDrive vorteX
hace rotar la barrena rpidamente y permite opcionalmente reducir
la velocidad de rotacin de la columna de perforacin.
Todas las piezas externas del PowerDrive vorteX rotan a la
velocidad de la columna de perforacin, esto reduce el arrastre y
mejora la ROP.
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CONTROL AUTOMATICO DE FONDO DE POZO PARA EL LOGRO DE
MAYOR PRECISION.
El sistema PowerDrive vorteX cuenta con una funcin de
mantenimiento de la inclinacin que permite perforar
automticamente una seccin tangencial u horizontal, sin
intervencin del perforador direccional.
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4.2.5.4 Caractersticas Power Drive vorteX.
Seccin integrada de potencia que convierte la potencia hidrulica del lodo en potencia mecnica adicional en la barrena.
Rotacin rpida de la barrena.
Conjunto de rodamientos y transmisin de alto rendimiento.
Componentes externos que en su totalidad rotan a la velocidad de la columna de perforacin.
Compatibilidad con un amplio rango de velocidades de rotacin de la columna de perforacin.
Opciones de estabilizacin mltiple.
Funcin opcional de mantenimiento automtico de la inclinacin y de la seccin tangencial.
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4.2.5.5 RECOMPENSAS:
Perforacin direccional de alto rendimiento, desde el inicio de la perforacin hasta la profundidad total.
Alta ROP en aplicaciones de perforacin de rocas duras.
Incremento de la capacidad operativa para los equipos de perforacin de baja capacidad.
Fig. 8. Seccin de potencia de alto torque completamente
integrada.
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4.2.5.6 CASO DE ESTUDIO: SISTEMA ROTATIVO DIRECCIONAL
POWERDRIVE VORTEX RSS.
DESAFIO: Perforar un pozo horizontal de dimetro de 6 pulgadas en
una formacin dura y abrasiva (Schlumberger, 2011).
SOLUCION: Se utilizo sistema rotativo direccional PowerDrive vortex
475 y la plataforma IDEAS para el diseo integrado de barrenas a fin
de resolver los problemas de perforacin que se esperaban y
escoger las barrenas optimizadas para los parmetros de operacin
del pozo (Schlumberger, 2011).
RESULTADOS: Se marcaron dos records de campo: el intervalo de
mayor longitud y la mxima exposicin al yacimiento perforada en
una nica carrera en esta zona delgada del yacimiento; y se ahorran
seis carreras completas de extraer la sarta de perforacin hasta la
superficie y bajarla nuevamente hasta el fondo del pozo
(Schlumberger, 2011).
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Podemos concluir que el sistema rotatorio es
uno delos componentes ms importantes del
taladro de perforacin y por tal motivo se
encuentra en la parte central del sistema de
perforacin.
La funcin que cumple este sistema es
indispensable en la perforacin de un pozo ya
que sin los componentes del sistema rotatorio
no habra extraccin del petrleo ya que.
IV. CONCLUSIN.
