SISTEMA DE IZAGE

SISTEMA DE IZAGEAporta los medios para levantar y bajar la sarta de perforacin, la tubera de revestimiento y otros equipos sub superficiales, para realizar conexiones y viajesEl sistema de izaje es un componente vital de un equipo de perforacin. Este sistema suministra un medio por el cual se da movimiento vertical a la tubera que est dentro del pozo.Un sistema de izaje tpico est conformado por:a)La torre o mstil.b)Sub - estructura.c)Los bloques y la lnea de perforacind)Malacate

SISTEMA IZAJEUna torre estndar es una estructura con cuatro patas de apoyo que descansan sobre una base cuadrada. Estas son usadas en pozos de tierra, pero ahora es ms comn usarse en localizaciones mar adentroLa longitud de estos vara de 24 a 57 m y soportan cargas estticas de 125 a 1,500 ton. Por su construccin se dividen en:VoladizoPlegableTelescopio

LA TORRE O MSTIL

a)Torre de perforacin en tierra.-Este tipo de torres es la ms comn y esta diseado para perforar pozos solo en tierra.Estas torres son construidas de diversos tamaos segn la profundidad a la que se quiere llegar. Potencia y profundidadesLas torres de potencia ligera perforan pozos de 3000 a 5000 pies (1000 a 1500 metros).Las torres de mediana potencia perforan pozos de 4000 a 10000 pies (1200 a 3000 metros).Las torres de gran potencia perforan pozos de 12000 a 16000 pies (3500 a 5000 metros).Las torres de potencia ultra pesadas perforan pozos de 18000 a 25000 pies (5500 a 7000 metros).

TIPOS DE TORREb)Torres auto elevadizas.- Esta torre est diseada para hacer perforaciones costa afuera, tiene pilares que soportan la cubierta y el casco, cuando se coloca en el lugar de la perforacin la base de los pilares se apoya en el fondo del mar. Las plataformas auto elevadizas pueden perforar en aguas que va desde algunos pies o metros hasta los 400 pies o 120 metros de profundidad. LAS PARTES DE UNA TORRETravesaos.- Son las partes estructurales que conectan y soportan los 4 pies derechos de la torre.Contravientos.- Son las partes ms utilizadas para fortalecer la torre, estos son refuerzos propios entre los travesaos por lo que la torre debe tambin disearse para soportar el empuje mximo del viento al cual estar expuesto, los contravientos pueden soportar vientos de 161 a 209 km/h.Peine.- Es un apoyo donde se colocan las tuberas para bajarlas al pozo sacarlas del mismo.Plataforma superior.- La plataforma superior suministra un lugar seguro para trabajar alrededor del caballete porta poleas.Plataforma de trabajo.- Es el rea donde se ponen los tubos de perforacin y sirve para colocar al obrero encargado para manejarlo cuando se saca se inserta en el pozo las tuberas.Pie derecho.- Los pies derechos de la torre son los miembros estructurales ms importantes, la distribucin de cada pie derecho de la torre en un rea relativamente grande se logra utilizando una base que tenga el rea necesaria para cada esquina de la subestructura.

CONSIDERACIONES PARA EL DISEO DEL MSTILLas consideraciones que se deben tomar en cuenta para el diseo del mstil son las siguientes:Deber soportar el empuje mximo por la velocidad del vientoOtra consideracin que hay que tomar en cuenta en el diseo de la instalacin es la altura.La torre y su subestructura deben soportar el peso de la sarta de perforacin en todo momento, mientras la sarta est suspendida del bloque de la corona y cuando est descansando en la mesa rotaria. La capacidad del mstil (CM) se obtiene con la siguiente frmulaLas torres o mstiles se clasifican de acuerdo a su capacidad para soportar cargas verticales

EL EQUIPO QUE DEBE DE SER SOPORTADO POR LA TORRE O EL MSTILLa corona. Es una plataforma localizada en la parte superior de la torre o el mstil, donde est tambin el lugar para el bloque de la corona. Es el medio por el cual se transmite el peso de la sarta de perforacin a la torre. Bancadas.- Son placas de soporte del eje de la coronaEjes.- Son ejes de fijacin de los rodamientos.Rodamientos.- Pueden ser a rodillos, bolillas, cono-cubeta, etc. Que permiten el giro de poleas con friccin muy baja.Poleas.- Permiten el deslizamiento de cables y los mantienen en posicin.

La changuera.-Es una plataforma de trabajo localizada arriba del piso de perforacin de la torre o el mstilRampa de tuberas.-La rampa en la parte frontal de la torre o el mstil donde la tubera es elevada y puesta en el piso de perforacin, cuando se adhieren secciones de tuberas.Contrapozo. El hoyo en el suelo est localizado debajo del piso de perforacin el cual provee una altura adicional entre el piso de perforacin y del cabezal de la TRENCUELLADEROPlataforma de trabajo ubicada al lado de la torre. Es donde el encuellador coloca las parejas de tuberas y barras durante la sacada y metida de tuberas del hoyo (viajes).

SUB ESTRUCTURALa subestructura es un gran armazn de acero que es ensamblada (armada, montada) directamente en el sitio de perforacin.La subestructura sede los espacios necesarios para los equipos y personal de trabajo bajo el piso de la plataforma de dicha subestructura. Ese espacio necesario depender del el mstil o torre se levantan sobre una infraestructura que sirve para dos propsitos principales:Soportar el piso de la instalacin, as tambin proveer del espacio para el equipo y empleados.Proveer del espacio debajo del piso para enormes vlvulas especiales llamadas pre ventoresLa subestructura No solo soporta el peso de la mesa rotaria, sino el peso completo de la torre, el equipo de izaje, la mesa rotatoria y la sarta de perforacin (incluyendo la tubera de perforacin, los lastrabarrenas, etc.) cuando la sarta est suspendida en el agujero por las cuas. Tambin soporta una sarta de tubera de revestimiento cuando la tubera se est instalando en el agujero utilizando las cuas que van asentadas dentro de la mesa rotaria o cuando s esta almacenando a la tubera temporalmente en la subestructura. El piso de la instalacin tambin sostiene al malacate, los controles del perforador, etcUn tipo de subestructura es la caja sobre caja, usando camiones y gras mviles, la cuadrilla estiba un marco de acero sobre otro hasta alcanzar la altura deseada. Otro tipo de subestructura que es mucho ms moderna es la autoelevable o tipo slingshot.

Caja sobre estructuraSubestructura slingshot dobladaEl equipo y las herramientas que tiene que soportar la subestructuraLa mesa rotatoria: es lo que le da el nombre a la perforacin rotatoria. Es de acero y muy pesada, tiene generalmente forma rectangular. Recibe la energa del malacate mediante la cadena de transmisin de la rotaria.Los malacates. Es el mecanismo de izaje del ensamble de perforacin. Sistema de transmisin de la rotaria. Transmite el poder del malacate a la mesa rotariaConsola del perforador. Centro de instrumentacin de la perforacin rotaria.Las llaves de apriete y el agujero de ratn. Usadas para el apriete de las tuberas de perforacin, lastrabarrenas, TR, etc, para su conexin o desconexin.La casa del perro. Es un cobertizo chico usado como oficina del perforador y donde se guardan las herramientas pequeas.

11Partes de la subestructuraMesa rotariaTransmisor de potenciaMalacateConsola del perforadorHerramientas para hacer conexiones de tuberasAgujero para depositar tubos para hacer la conexinRatoneraCaseta del perforadorRampa para tuberaPasadizo para tuberasGato hidrulicoConstituye un accesorio que permite que el perforador tenga una visin general de todo lo que esta ocurriendo en cada uno de los componentes del sistemaLa consola mide normalmente la informacin que viene de:Bombas de lodo.Presin de bomba.Torque a la rotacin.Velocidad de rotacin.Momento de torque de tenazas.Peso suspendido (nos interesa)

Hoyo del Ratn.- Es un hoyo revestido prximo a la mesa rotaria Hoyo del Ratn.- Es un hoyo revestido prximo a la mesa rotaria Ratonera (rat hole).- Es un hoyo revestido situado cerca de la parte de la torre o mstil. Caseta del perforador.- Es pequea, usada como oficina del perforador y para almacenar pequeos artculos. Rampa de tuberas ( pipe ramp).- Es una rampa inclinada donde son colocadas las tuberas antes de alzarlas al suelo del equipo de perforacin. Pasillo de tuberas (catwalk).- Es un pasillo entre la tarima para tuberas y la base de la rampa de tuberas. Gato hidrulico (hydraulic cathead).- Usado para hacer conexiones y desconexiones cuando grandes tuberas o portamechas son agregadas al sistema o removidas durante un viaje sobre o afuera del pozo.LOS BLOQUES Y LA LINEA DE PERFORACIONLa polea viajera y el gancho, el bloque de la corona, los elevadores, y el cable de perforacin, constituyen un conjunto cuya funcin es soportar la carga que est en la torre o mstil, mientras se introduce o extrae del agujero.Durante las operaciones de perforacin, esta carga al gancho, consiste en la unin giratoria, la flecha o Kelly, la tubera de perforacin, los lastrabarrenas y la barrena.Como sucede con casi todas las partes de la instalacin de la perforacin rotatoria, los bloques y el cable de perforacin deben ser suficientemente fuertes para poder soportar pesos tan grandes.Tambin debe de eliminarse la friccin entre los bloques hasta donde sea posible, mientras que se mantiene la fuerza deseada, por esto son importantes unos buenos cojinetes y una buena lubricacin.El cable de perforacin esta generalmente construido con cable de acero de 1 1/8 a 1 pulgadas (2.86 a 3.81 cm) de dimetro. El cable de acero, se fabrica a su vez de alambres de acero, este tambin requiere lubricacin debido al movimiento constante de los alambres dentro del cable de acero.SISTEMA DE POLEASEl sistema de poleas es el que une mediante el cable de perforacin al malacate con latubera de perforacin o revestimiento y proporciona un medio mecnico para bajar olevantar dichas tuberas. El sistema de poleas se compone de: la corona y la poleaviajera.El equipo de perforacin deber evaluarse en su sistema de poleas para asegurar que cumpla con los requerimientos de seguridad. Las especificaciones para los factores de seguridad son:

POLEA VIAJERO Y APAREJO El bloque viajero es una pieza muy robusta que puede pesar entre 1,7 y 11,8 toneladas y tener capacidad de carga entre 58 y 682 toneladas, segn sus dimensiones y especificaciones.La punta del cable se ata al carrete del malacate, donde luego se devanar y arrollar la longitud de cable deseado. Este cable -del malacate a la cornisa- es el cable vivo o mvil, que se enrolla o desenrolla del malacate al subir o bajar el bloque viajero.

Generalmente, el nmero de cables entre el bloque fijo y el bloque viajero puede ser 4, 6, 8, 10, 12 o ms, de acuerdo al peso mximo que deba manejarse. Tambin debe tomarse en consideracin el nmero de poleas en la cornisa y el bloque, y adems el dimetro del cable y la ranura por donde corre el cable en las poleas.El funcionamiento y trabajo del aparejo puede apreciarse por medio de los siguientes conceptos: Cuando se levanta un peso por medio del uso de un aparejo sencillo de un solo cable, el cable mvil es continuo. La velocidad de ascenso es igual en el cable que sujeta el peso y en el cable que se arrolla en el malacate. De igual manera, la tensin, descartando fuerzas de friccin, es igual en ambos cables.El porcentaje de eficiencia de este simple sistema es 100%, lo cual puede comprobarse por la frmula: E= 1/1,04N-1Donde N representa el nmero de cables entre el bloque fijo y el viajero.

La coronaEs una serie de poleas fijas colocadas en la parte superior del mstil. El nmero de poleas est determinado por el peso que este deber levantar. Las poleas son fabricadas de acero de manganeso templado a fuego y/o de acero de aleacin especial.Hay dos caractersticas importantes que se deben tener presentes: El radio de las ranuras de las poleas, por donde deber correr el cable, tiene que coincidir con el dimetro externo del cable. El dimetro de la superficie del rodamiento es muy importante para juzgar si el cable y la polea podrn funcionar bien en conjunto. Configuraciones: Las coronas pueden tener diversas configuraciones, de acuerdo al equipo, modelo, etc. Pueden estar armadas en uno o varios ejes, con diversos sistemas de bancadas, tipos de rodamientos, distintos tamaos de poleas, etc.En general, la ltima polea, sobre la lnea que va el tambor, o lnea rpida es de mayor dimetro que las dems.

EL GANCHOEl gancho es una gigantesca pieza de conexin suspendida del bloque viajero, que sirve para agarrar las diferentes piezas del equipo necesarias para perforar y para hacer viajes redondos. El gancho gira sobre cojinetes en su caja de soporte y puede fijarse hasta en doce posiciones distintas. Un fuerte resorte dentro del gancho amortigua el peso de la tubera para que las roscas de las uniones no se daen al enroscarlas o desenroscarlas. Tiene un cerrojo de seguridad para la unin giratoria y orejas a ambos lados para agarrar los eslabones del elevador.

La potencia requerida (HP) al gancho para levantar una determinada carga, se calcula con:

LOS ELEVADORESEs un mecanismo de bisagra que se cierra alrededor de la barra de sondeo u otros componentes (por ejemplo el trozo elevador) para facilitar el levantamiento o la bajada de los mismos en la boca de pozo. Se sostiene del aparejo a travs de las melas. Elevador a tope Elevador spider

CABLE DE PERFORACINCable de acero que es enrollado en el tambor del malacate, montados en las poleas de la corona y bloque viajero y sujeto a un extremo al ancla de la linea muerta.La confeccin, consiste en armar alambres de menor dimetro en madejas que luego se entrelazan en un especie de trenzas, envueltas en forma de espiral alrededor de un alma.La trama de un cable describe la direccin en la que los alambres y los torones estn envueltos uno del otro. Es el tipo de construccin del cable. El trabajo principal que desarrolla un cable es: Durante la perforacin. Viajes para cambio de barrena. Introduccin de tuberas de revestimiento. Operaciones diversas (pesca, ncleos, etc.)La resistencia de un cable depende de: su construccin, la resistencia del material y de su dimetro. El cable ms utilizado en la industria petrolera tiene una clasificacin 6 x 19 SEALE con centro de cable independiente. El nmero 6, se refiere al nmero de torones que rodean al alma de cada acero independiente; el nmero 19, indica que cada toron tiene 19 alambres.El API clasifica los cables como se indica a continuacin: De acero ranurado extra mejorado (EIPS) De acero ranurado mejorado (IPS) De acero ranurado (PS) De acero ranurado suave (MPS)

El cable es un elemento de transmisin entre el sistema de potencia y el trabajo de levantamiento del aparejo y durante su operacin es sometido a: rozamiento, escoriado, vibrado, torcido, compresin y estirado; razn por la cual se debe aplicar un factor de seguridad en su diseo. El API proporciona los siguientes factores:

Durante la vida operativa de un cable es necesario estar revisando su desgaste. Los principales factores que afectan el desgaste del cable son: los viajes redondos, la corrida de la T.R. y la perforacin. Las tons Km se obtienen con la siguiente ecuacin:

Para poder utilizar el cable de acero como cable de perforacin, debe ser enhebrado, ya que llega a la instalacin enrollado sobre un tambor alimentador de madera. El primer paso que se lleva a cabo para enhebrar el cable es tomar el extremo del cable y subirlo hasta la cima del mstil o la torre en la corona.. El cable de perforacin se enhebra por una de las poleas y se baja hasta el piso de la instalacin. Temporalmente descansando sobre el piso de la instalacin se encuentra otro juego enorme de poleas llamado el bloque viajero o polea viajera.La principal funcin de un cable de perforacin conjuntamente con otros componentes (poleas) del sistema de izaje es la de dar una ventaja mecnica (Vm) para levantar o bajar la sarta de perforacin. Si la tensin en la lnea viva que est unida al malacate se define como Tf, entonces la ventaja mecnica es:

ANCLAEste accesorio consiste en un tambor de giro libre con brazo de palanca, en el tambor se enrolla en cable de operacin dando de dos a cuatro vueltas, el extremo libre que viene del carrete de reserva, se fija al ancla mediante una grapa con estras de friccin sujeta con seis tornillos al brazo de palanca.

MALACATEEl malacate es la pieza principal del equipo, es grande y pesado, consiste de un tambor que gira sobre un eje alrededor del cual se enrolla un cable de acero, llamado cable de perforacin. Tambin tiene un eje que atraviesa el malacate y que tiene 2 tambores que giran en cada extremo de este eje. El tambor principal es accionado por dos transmisiones, una de baja y otra de alta, resultado de un total de 6 velocidades diferentes. Cada acople o desacople de marcha se efecta mediante un embriague mecnico o neumtico.En el tambor principal se inicia el sistema de elevacin de cargas mediante el cable de perforacin. El tambor auxiliar, donde se utiliza un cable de menor dimetro, se utiliza para bajar al pozo herramientas livianas en forma rpidaCOMPONENTES DEL MALACATEEl malacate contiene un guinche de tambor de gran tamao que se usa para enrollar y tirar el cable de alambre (cable de perforacin), el tambor est provisto del freno principal que tiene la capacidad de parar rpidamente y sostener el peso de la columna de perforacin. Cuando se bajan cargas pesadas, el freno principal es respaldado por un freno hidrulico o elctrico auxiliar llamado retardador (hidromatico), para absorber la gran cantidad de energa desarrollada por la masa constituida por el bloque viajero, el conjunto de gancho y la columna de perforacin.Los componentes principales del malacate son:

Tambor ElevadorEs el que transmite la fuerza al cable de perforacin y realiza la accin de subir o bajar la polea viajera.Como la clasificacin del malacate y el dimetro del cable de perforacin estn relacionados, el dimetro del tambor elevador debe aumentar con la capacidad del equipo. El uso de un tambor de menor capacidad de la requerida causara esfuerzos mximos en el cable, dandolo y acortando su vida til.

El dimetro mnimo del tambor debe ser de 24 veces mayor que el dimetro del cable.La longitud del carrete deber estar en funcin a una lingada de tubera, de tal manera que se maneje sin que la lnea enrollada en el carrete, sea mayor de tres camas. Si existen ms de tres camas ocurrir una abrasin sobre el cable.La longitud del tambor elevador puede ser obtenida con la siguiente frmula

CABRESTANTESon tambores colocados a ambos lados del malacate y son usados para realizar operaciones rutinarias.

FRENOSEl freno principal de un malacate es mecnico del tipo de friccin (tambor o disco). Para reducir el calor generado por los frenos de friccin se utilizan frenos auxiliares que ejecutan una gran parte de la accin de frenar.El sistema de frenos de friccin del carrete del malacate es importante para la correcta operacin. Sus requerimientos generales son: Seguridad y confiabilidad Efectividad Facilidad de mantenimientoLa seguridad y la confiabilidad, se obtiene con diseos cuidadosos.Para que un sistema de frenado sea efectivo debe tener las siguientes caractersticas: Debe reducir la fuerza que debe ser aplicada para operar el freno. Debe relevarse as mismo conforme el carrete empieza a girar en la direccin de levantamiento.Se dice que un sistema de frenado est bien calibrado, cuando el peso de la polea viajera es sostenido nicamente con el peso de la palanca.

EMBRAGUESe usa para acoplar mecnicamente el tambor elevador con la fuerza transmitida.TAMBOR DE RESERVA (CARRETEL). Contiene bastante cantidad de cable el cual es usado para cambiar la posicin de los puntos crticos donde existe un mayor esfuerzo y desgaste del cable. Tambin utilizado para reemplazar al cable cuando ya cumpli sus Toneladas-Millas de trabajo.EJERCICIOSUn equipo de perforacin est realizando un cambio de trepano por desgaste del mismo el gancho en esta maniobra esta soportada tanto un peso de 400000lbs el bloque viajero consta de 6 poleas y tiene un peso de 15000 lbs. La lnea muerta esta anelada en la pata B y el malacate entre las patas A y C. calcular:La carga en cada pata, Carga sobre la torre, Mxima carga equivalente, Factor de eficiencia de la torre.El tamao de la base de una esquina de la torre que se asentara en el suelo margarinoso cuya resistencia es 4,86Kg/cm2 y Fs=3.

CARGA (lb)A (lb)B (lb)C (lb)D(lb)GANCHO400000100000100000100000100000L. VIVA432902164521645L. MUERTA3333333333 TOTAL476623121645133333121645100000

Datos: Wgancho= 400000lbs Poleas fijas= 7Poleas mviles=6 # de lneas= 12TABLA DE EFICIENCIAADELINEASEFICIENCIA60.87480.841100.810120.770140.740*nmero de lneas(n):n= {(#de poleas fijas *2) 2}n= (7*2) 2n= 12*Eficiencia (e):e= 0.77 por tabla*Factor de correccin:=#lneas / # patas=12/4=3Encontrar la carga en cada pataCarga = (w/n)*Carga = (400000/12)*3Carga = 10000lbsb) encontrar la carga total de la torre (C.T.T.)C.T.T. = mx. de la CargaC.T.T.) = 476623lbsc) Encontrar la mx. carga equivalente (M.C.E.)M.C.E. = # de patas* mx. de una de las patasM.C.E. = 4*133333M.C.E. = 533332lbs

Encontrar el factor de eficiencia de la torre (F.E.T.)F.E.T.= (C.T.T. / M.C.E) *100%F.E.T.= (476623/533352)*100%F.E.T.= 89%

e) Encontrar el rea de la base (A):P=F/AA=F/PSi P=4,86kg/cm2Si F=133333 lbSi Fs.= 3A=(133333lb*1Kg/2,2lb@ )/(4.86kg/cm2@)

A=(@4.86kg/cm2*2,2lb/1kg)/(4,86 kg/cm2@)=12470cm2A= 1,247cm2*Fs3A=3,741m2 L=AL=1,9m

``GRACIAS POR SU ATENCION``