Sistema de rotacion

Universidad Tecnológica de CampecheDirección de Mantenimiento Industrial

Carrera: ING. Mantenimiento. Área Petróleo Ciclo: Sept – Dic 2015Materia: Optativa I Cuatrimestre: 7to.

ING. EN MANTENIMIENTO ÁREA PETRÓLEO

GRADO Y GRUPO:7-B IMP

ASIGNATURA:OPTATIVA I

ALUMNO(A):GABRIELA HERNANDEZ LÓPEZ

FACILITADOR:ING. JOSÉ ALFREDO LÓPEZ

Carretera Federal 180 S/N · San Antonio Cárdenas, Carmen, Cam. · C.P. 24381 Tels. (938) 381 6700 · 381 6701 · 381 6702 · 381 6703 · 381 6704

ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



INTRODUCCIÓN

Este sistema se encarga de hacer rotar la sarta de perforación y hace que la barrena perfore el Pozo hasta que penetre en una formación potencialmente productiva.

Este sistema lo conforman: El ensamblaje rotatorio que puede ser convencional o top drive, la sarta de perforación y las mechas de perforación.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



SISTEMA DE ROTACIÓN

El sistema de rotación del taladro tiene como primordial función hacer girar el elemento cortante situado en el extremo de la sarta, a fin de penetrar la corteza terrestre. El sistema rotatorio es parte esencial del taladro o equipo de perforación. Es aquel que hace girar la sarta de perforación y permite el avance de la mecha desde la superficie hasta la profundidad programada.

El sistema de rotación tiene tres sub-componentes principales:

1. Ensamblaje rotatorio (mesa rotaria y/o top drive): Es el encargado de transmitir el movimiento a la sarta de perforación.2. Sarta de perforación: Es el enlace entre el ensamblaje rotatorio y la mecha.3. Herramientas de Corte y o Fractura (barrena): son las encargadas de romper las formaciones mediante la aplicación de peso y rotación sobre ellas.

ENSAMBLAJE ROTATORIO

MESA ROTATORIA

Es el equipo generador del movimiento rotatorio. Este movimiento puede ser obtenido mediante transmisión desde el malacate o con motores individuales. Se encuentra en el piso de perforación sobre el pozo.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



Es una maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar el cuadrante y a la sarta de perforación. Cuando la perforación avanza, la mesa rotatoria gira hacia la derecha; luego, cuando se extrae la tubería del hoyo, la mesa sostiene la sarta de perforación con las cunas durante los intervalos cuando la tubería no está suspendida del gancho. Cuando la mecha llega al fondo del hoyo, la mesa rotatoria vuelve a girar variando su velocidad entre 40 a 200 RPM. A medida que el hoyo se va profundizando, el cuadrante baja a través de los bujes que van montados en las aberturas de la mesa. La mesa rotatoria tiene una superficie relativamente plana y limpia con una sección antiresbalante para mejor seguridad de la cuadrilla de trabajo. Los accesorios de la mesa rotatoria permitirán hacer girar las herramientas en el hoyo y sostener la sarta de perforación mientras se hacen las conexiones o viajes.

Tiene dos funciones principales: impartir el movimiento rotatorio a la sarta de perforación y sostener todo el peso de esta sarta mientras se le enrosca otro tubo para seguir ahondando el hoyo, o sostener el peso de la sarta cuando sea necesario para desenroscar toda la sarta en parejas o triples para sacarla toda del hoyo.

Las principales características para una mesa rotatoria son:• Diámetro libre• Máxima velocidad de rotación• Máxima carga estática.

Buje Maestro

Es un buje seccionado (2 mitades) que se insertan en el espacio interior de la mesa rotatoria.

El Buje Maestro es un dispositivo que va colocado directamente en la mesa rotatoria y sirve para acoplar el buje de transmisión del cuadrante con la mesa rotatoria, de tal manera que el impulso de rotación o torsión de la mesa, pueda ser transmitido al cuadrante y así pueda hacer girar a la sarta de perforación.

También proporciona la superficie ahusada o cónica, necesaria para sostener las cuñas cuando estas sostienen la tubería.Tanto los bujes, como el interior de la mesa, son ahusados y su finalidad es permitir el acople de la mesa rotatoria con el buje del cuadrante.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



Buje de Transmisión del Cuadrante

El cual es un dispositivo que va colocado directamente sobre la mesa rotatoria y por medio de la cual pasa el cuadrante. Está acopiado al buje maestro, permitiendo que la mesa rotatoria al girar, haga girar al buje del cuadrante y este a su vez hace girar al cuadrante y a la sarta de perforación.Es el encargado de transmitir la rotación de la mesa rotatoria a la sarta de perforación, mediante el cuadrante. “Cabalga” en la parte inferior del cuadrante y se moviliza junto con éste como una unidad integral.Posee un conjunto de rodillos, que le permiten amoldarse a la forma del cuadrante (cuadrado o hexagonal).

TOP DRIVE

Es un equipo instalado justamente debajo de la unión giratoria y se usa para reemplazar el cuadrante, buje del cuadrante y la mesa rotatoria.La rotación de la sarta de perforación se logra a través de motores eléctricos o hidráulicos incorporados al top drive.Consiste en que la sarta de perforación y el ensamblaje de fondo reciben la energía para su rotación, desde un motor que va colgado del Bloque Viajero. El equipo cuenta con un Swibel integrado, un manejador de tubería, el cual posee un sistema para enroscar y desenroscar tubería, una cabeza rotatoria y válvulas de seguridad.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



Sus principales componentes son:

Unión giratoria integrada

Manguera flexible

Motor eléctrico

Árbol de transmisión

Caja de transmisión

Preventores tipo BOP

Llave de apriete

Sustituto

Control remoto para el gancho

Ventajas

· Menor tiempo de conexión· Tiempo de viaje· Menos riesgo de atascamiento

diferencial· Perforación direccional óptima· Repaso o rectificación del hoyo· Ampliación del hoyo· Disminución de accidentes· Cierre más rápida del pozo en

caso de arremetidas

Desventajas

· Costo de adquisición· Instalación· Mantenimiento· Inexperiencia del personal· Número de conexiones· Riesgo de atascamiento

durante las conexiones por longitud de elongación

· Corrida de registros dentro de la tubería

· Ocupación del encuellador.

SARTA DE PERFORACIÓN

Constituida principalmente por la tubería de perforación una tubería especial de paredes gruesas llamada Portamechas o Lastrabarrenas y la barrena. La tubería de perforación se agrega al pozo a medida que se profundiza el hoyo; los lastrabarrenas se usan para aplicar peso sobre la formación, y la barrena es el elemento de corte. El lodo circula a través de los portamechas al igual que a través de la tubería de perforación. Transmite la potencia rotatoria a la mecha para poder perforar.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



Básicamente transmite la potencia rotatoria y el fluido de perforación desde la superficie hasta la mecha.

Función de la sarta de perforaciónLa sarta de perforación es el conjunto de tuberías y herramientas que permiten:

· Hacer girar la mecha· Proveer peso suficiente para penetrar la corteza terrestre· Proporcionar un conducto para la circulación del fluido de perforación.· Permitir perforar un pozo con una dirección e inclinación preestablecidas.

Partes de la sarta de perforación

Tubería de perforación (TP).- Es la tubería que se instala inmediatamente arriba de los lastra barrenas o tubería pesada. Sus características son: diámetro, peso, grado, resistencia y longitud. Tubería pesada (heavy walled).- Esta tubería se instala inmediatamente debajo de la tubería de perforación. Proporciona el paso de transición entre los lastra barrenas y la TP para evitar daños a la TP por la rigidez de los lastra barrenas, ayuda a mantener en tensión a la TP y aporta peso a la barrena. Lastra barrenas (drill collar).- Es la tubería que se instala arriba de la barrena. Son muy pesados y son los que proporcionan el peso a la barrena para perforar, el rango de diámetro de esta herramienta es de 3 a 12 pg, su longitud promedio es de 9.5 m. Combinaciones.- Son utilizados para unir tubería con diferente rosca. Estabilizadores.- Son instalados entre los lastra barrenas como protección de los mismos y mantienen la dirección de la barrena, algunos son equipados con elementos de corte (carburo de tungsteno).Barrena y porta barrena

Componentes de la sarta de perforación· Unión giratoria· Cuadrante· Tubería de perforación· Tubería de transición· Portamechas· Herramientas especiales

UNION GIRATORIA (SWIVEL)Carretera Federal 180 S/N · San Antonio Cárdenas, Carmen, Cam. · C.P. 24381 Tels. (938) 381 6700 · 381 6701 · 381 6702 · 381 6703 · 381 6704

ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



Forma parte, tanto del sistema de rotación, como del sistema de circulación del taladro, en aplicación a sus funciones principales:

Permitir el pase de fluido a través de ella, mediante un conducto interno empacado y absorber la rotación de la sarta mediante un sistema de engranajes.Soporta el peso de la sarta de perforación y va colgada en el gancho del bloque viajero.

Posee una conexión para la manguera lodo y se clasifica en función de su capacidad de carga.

Está conectada directamente a la válvula de seguridad y al cuadrante, permitiendo que la sarta de perforación gire. Además de sostener la sarta, sirve de conducto para que el lodo de perforación circule. Puede girar a más de 200 revoluciones por minuto, sostener cargas de cientos de toneladas y soportar presiones hidráulicas mayores a 3000 libras por pulgada cuadrada. Está construida de acero de alto grado ya que debe soportar grandes esfuerzos, lo cual garantiza una alta durabilidad. Además, la unión giratoria proporciona una conexión para la manguera de rotatoria por donde circulara el fluido de perforación.

CUADRANTE O JUNTA KELLY

El cuadrante es la primera porción de la tubería por debajo de la unión giratoria.

La sección transversal exterior puede ser cuadrada o hexagonal, para permitir un acople adecuado al buje y poder girar.

El torque se trasmite al cuadrante a través del buje, el cual encaja en el buje maestro de la mesa rotatoria.Debe mantenerse tan recto como sea posible. Si se rota un cuadrante doblado origina un movimiento que conduce a un desgaste innecesario sobre el bloque de corono, cable de perforación, uniones giratorios y las conexiones roscadas de la mayor parte de la sarta de perforación.La rosca del extremo inferior del cuadrante es derecha, mientras que la superior es izquierda, para permitir la rotación a la derecha de la sarta de perforación.

Entre el cuadrante y el primer tubo de perforación se usa un sustituto de protección (Kelly Saber Sub), para prevenir el desgaste de la roca inferior del cuadrante y para proporcionar un sitio de instalación para un protector de goma, el cual mantiene centralizado el cuadrante.

Es un tramo de la tubería de forma cuadrada hexagonal o triangular, generalmente de 40 pies de largo, cuyo objetivo es transmitir el movimiento de rotación de la


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



mesa rotatoria a la sarta de perforación. A medida que el buje maestro de la mesa rotatoria gira, este hace girar el buje del cuadrante; como la tubería de perforación está conectada a la base del cuadrante, esta también tiene que girar. Igualmente, el cuadrante es parte del sistema de circulación del fluido de perforación. Un pozo de petróleo o gas es perforado en tramos cuya longitud es igual al tamaño del cuadrante; tan pronto el cuadrante haya perforado toda su longitud, o sea, cuando la unión giratoria queda cerca de la mesa rotatoria se sube la sarta de perforación para desconectar el cuadrante de la junta superior de tubería La mecha quedara fuera del fondo en una distancia equivalente a la longitud del cuadrante, luego Se conecta una nueva junta de tubería al cuadrante, se levanta y se hace la conexión a la sarta de perforación.

El cuadrante posee una serie de accesorios que tienen funciones específicas y entre ellos se encuentran:

La Unión Sustituto del Cuadrante, localizada en la parte inferior del cuadrante y se conecta con la sarta de perforación. Se utiliza para mantener al mínimo el desgaste del enroscado del cuadrante.

La Válvula de Seguridad del Cuadrante forma parte del sistema de circulación del fluido de perforación y está colocada entre la unión giratoria y el cuadrante.Cuando se produce un contraflujo de alta presión dentro de la sarta de perforación, se cierra la válvula para impedir que la presión llegue a la unión giratoria y a la manguera de lodos La Válvula de Seguridad para Tubería dePerforación es usada como unidad de seguridad. Cuando se tiene una arremetida durante un viaje de tubería, se conecta abierta la válvula al extremo superior de la tubería de perforación y se cierra, luego se conecta el cuadrante y se abre la válvula de seguridad restableciéndose la circulación del lodo.

TUBERIA DE PERFORACIÓN

Constituye la mayor parte de la sarta de perforación, esta soportada en la parte superior por el cuadrante, el cual le transmite la rotación a través de la mesa rotatoria. Un tubo de perforación mide aproximadamente 30 píes, cada tubo tiene dos roscas, una interna denominada caja y otra externa conocida como espiga o pin. Cuando se conecta un tubo a otro, la espiga se inserta en la caja y la conexión se enrosca. La tubería de perforación puede sufrir fallas originadas por corrosión, la cual comienza generalmente en el interior de la tubería.

La tubería de uso común es fabricada en un proceso laminado en caliente y taladrado resultando una unidad sin costura.El API (Instituto Americano de Petróleo) ha implementado especificaciones para la tubería de perforación caracterizándola por su diámetro extremo, peso por pie, grado de acero y rango de longitud.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



La tubería de perforación se fabrica en los rangos de longitudes API siguientes:

Rango Longitud(pies)

1 18 a 22

2 27 a 30

3 38 a 45

La sección del tubo soldada a la unión tiene una pared más gruesa para proporcionar una unión resistente.

Esta porción más gruesa del tubo se llama recalcado (upset).Si el espesor extra del tubo es obtenido disminuyendo su diámetro interno, la tubería tiene recalcado interno (IU en los manuales API).

Un tubo de perforación puede ser con recalcado externo (EU) o con recalcado externo/interno (IEU).

TUBERÍA DE TRANSICIÓN

Tiene diferentes usos en función del tipo de pozo a perforar:

· Pozos verticales: como zona de transición entre la tubería de perforación y los portamechas, como protección de la tubería de perforación.· Pozos horizontales: se usa en la sección curva y en la sección horizontal.· Pozos direccionales: se usa en lugar de los portamechas para proveer el peso necesario sobre la mecha.

Características· Más pesada que la tubería de perforación normal.· Punto de contacto (recalque) central, para estabilización.· Más resistentes al pandeo.· Uniones más largas para la remanufactura de las piezas.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



PORTAMECHAS

La sección inferior de la sarta de perforación está compuesta por los portamechas y herramientas especiales.Los portamechas son tubulares fabricados con acero pesado y de pared gruesa usados para aplicar peso sobre la mecha. La tubería de perforación no está diseñada para este propósito por su tendencia al pandeo.

Dada la menor perforación entre los portamechas y la pared del pozo, ayudan a perforar pozos verticales.

Son cuerpos de acero más pesados que la tubería de perforación y se utilizan en la parte más profunda del hoyo para darle peso a la mecha y permitir que esta avance y se perfore un hoyo lo más vertical posible, bajo el principio del péndulo. El peso de los portamechas depende de su longitud, diámetro interno y externo; su longitud API es de 30', aun cuando los hay más cortos o más largos Al diseñar la cantidad de portamechas a utilizar, debe conocerse el diámetro de la mecha, y el diámetro interno debe ser lo suficientemente grande para evitar caídas altas de presión durante la circulación del Iodo. Al igual que la tubería de perforación, poseen un extremo hembra (caja) y otro macho (pin).

HERRAMIENTAS ESPECIALES

Son aquellas herramientas y equipos que se colocan en la sarta de perforación con algún fin específico.

Entre estas herramientas especiales se tienen las siguientes:· Estabilizadores· Martillos (Percusores)· Motores de fondo· MWD (Measurement while drilling)· LWD (Logging while drilling)

Estabilizadores: Permiten darle estabilidad a la sarta, centralizando los portamechas para minimizar la tendencia a la desviación del pozo, por efecto del peso aplicado para perforar y por la rotación de la mecha en un sentido determinado.

Existen, fundamentalmente, dos tipos de estabilizadores: Integrales. De elementos reemplazables


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



Martillos (Percusores): Ayudan a la liberación de las sartas atascadas, mediante el movimiento brusco ascendente o descendente de la herramienta.

Pueden ser: Mecánicos Hidráulicos De funcionamiento combinado.

Motores de fondo: Permiten generar potencia directamente en la mecha, sin la necesidad de rotar la sarta de perforación.

Se utilizan dos tipos de ellos:· Motores de fondo accionados por turbinas· Motores de desplazamiento positivo.

· Motor tipo turbina: Es una unidad multietapas, de álabes configurados para proporcionar rotación de la mecha por efecto del empuje del fluido circulado.

· Motor de desplazamiento positivo (PDM): Está basado en el principio de Moineau y compuesto, fundamentalmente, por un estator y un rotor excéntrico. El movimiento es logrado bombeando fluido a través de la sarta y dentro de las cavidades progresivas del motor. La presión del fluido a través del motor origina la rotación de este, transmitiendo un torque rotativo a la mecha.

El motor de desplazamiento positivo tiene cuatro componentes básicos:· Ensamblaje de la válvula basculante (flotadora).· Ensamblaje de la sección de potencia.· Ensamblaje de acople.· Ensamblaje de cojinetes.

· Válvula flotadoraPermite que la sarta se llene o vacíe automáticamente cuando se mete o se saca del hoyo.Usa un pistón, activado por la velocidad del fluido, para cerrar los orificios que comunican el interior de la herramienta con el espacio anular.Cuando no se está circulando, el pistón se mantiene en la posición superior (orificio abierto), permitiéndole al fluido entrar o salir de la sarta a través de los orificios por encima del motor.

· Sección de potenciaCuando se inicia una circulación, el fluido empuja el pistón hacia abajo, cerrando los orificios y dirigiéndose a través del estator.Debido a la excentricidad del rotor en el estator, el fluido circulado imparte un torque al rotor, originando la rotación del mismo pasando de una cámara a otra.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



· AcopleLa rotación se transmite a la mecha a través de un acople (unión) universal y de un sustituto giratorio, en el cual va acoplada la mecha.

· Conjunto de cojinetesPara soportar las cargas axiales en la mecha y sustituto giratorio y las cargas radiales, se utilizan cojinetes de empuje y radiales.Un cojinete de empuje superior protege el motor contra cargas hidráulicas cuando se está circulando con el mismo fuera del fondo.

MWD (Measurement while drilling)Permite medir en tiempo real, la inclinación y dirección de la trayectoria de un pozo mientras se perfora. Su aplicación directa es en la perforación direccional controlada.

Componentes de la herramienta:· Equipos de apoyo· Ensamblaje del MWD· Sistema de superficie.

· Equipos de apoyoNormalmente, es un portamechas antimagnético con un diámetro interior agrandado, para poder alojar en su interior los sensores componentes del sistema de medición y permitir el flujo sin restricción del fluido.El equipo de apoyo consta de un transmisor de señales (pulser) instalado en el extremo superior del MWD.

· Ensamblaje del MWDEstá formado por los elementos necesarios para la transmisión de la señal:

Rotor Ensamblaje de medición (sensores, componentes

electrónicos) Sección proveedora de energía (baterías).

· Sistema de superficie Encargado de decodificar la señal proveniente de la

herramienta y transformarla en registros y coordenadas geográficas.

La demodulación de la señal enviada por el pulser consiste en dos procesos: recepción y decodificación.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



LWD (Logging while drilling)

Es una herramienta que permite realizar, mientras se perfora, los perfiles comúnmente corridos después de terminar la fase de perforación (resistividad, rayos gamma, densidad, neutrón).Normalmente forma una unidad integral con el MWD y el motor de fondo.

HERRAMIENTA DE CORTE (BARRENA)

Hay dos tipos principales de barrenas disponibles:

1. Barrenas Tricónicas o para RocasEstas se pueden dividir en Barrenas con Dientes de Acero y de Insertos

2. Barrenas de Cortadores FijosEstas se pueden dividir en: de diamantes naturales, PDC y TSP

Selección de BarrenasLos factores a considerar en la selección de barrenas son:

Durabilidad: Se necesita que la barrena dure una cantidad razonable de horas de rotación.

Efectividad: Está relacionada con la durabilidad, se requiere una barrena que proporcionara la mayor cantidad de pies perforados.

Naturaleza de la Formación: Se pueden conseguir cambios en la formación, por lo que se debe conseguir una barrena que rinda en estas condiciones.

Diseño de las BarrenasEl diseñador de barrenas considerara diferentes variables:

Rodamientos de alta resistencia Carcaza de los conos de alta resistencia Longitud de los dientes de corte

Si el diseñador quiere una barrena con dientes cortas, la carcasa del cono debe ser más delgada y los rodamientos de menor tamaño.

El producto final debe ser una barrena que dure el tiempo planeado sin fallas prematuras en ninguno de estos elementos.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



Toberas

En todos los diseños de barrenas, las toberas juegan un rol importante en la hidráulica.Los beneficios de la correcta selección incluyen una mayor limpieza del fondo, menor riesgo de embolamiento, mayor tasa de penetración y menores costos de perforación.

Existen dos tipos de toberas.

Tipo especial para soportar erosión por fluidos abrasivos, turbulencia excesiva o largas horas de perforación.

Las toberas estándar son más fáciles de instalar y se recomiendan en situaciones donde la erosión no es un problema.

El tamaño de los orificios se expresa en incrementos de 1/32 de pulgada.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



CONCLUSIÓN

En este trabajo entendimos que el sistema de rotación del taladro tiene como primordial función hacer girar el elemento cortante situado en el extremo de la sarta, a fin de penetrar la corteza terrestre. El sistema rotatorio es parte esencial del taladro o equipo de perforación.

El cual esta conformado por tres sub-componentes principales:

1. Ensamblaje rotatorio (mesa rotaria y/o top drive).

2. Sarta de perforación.

3. Herramientas de Corte y o Fractura (barrena).

De los cuales también los dimos a conocer detalladamente.


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244



BIBLIOGRAFIA

https://es.scribd.com/doc/131537177/Sistema-Rotatorio

https://es.scribd.com/doc/49898718/SISTEMA-DE-ROTACION

http://es.slideshare.net/DiegoMartiinez/sistemas-basicos-del-equipo-de-perforacion

http://es.slideshare.net/belubel83/05-sistema-de-rotacin

http://equipment911.com/downloads/loscincosistemasdelequipo.pdf


ISO 9001:2008Cert. No. MQA 4000244

http://equipment911.com/downloads/loscincosistemasdelequipo.pdf

http://es.slideshare.net/belubel83/05-sistema-de-rotacin

http://es.slideshare.net/DiegoMartiinez/sistemas-basicos-del-equipo-de-perforacion

https://es.scribd.com/doc/49898718/SISTEMA-DE-ROTACION

https://es.scribd.com/doc/131537177/Sistema-Rotatorio

Sistema de rotacion

Documents

Transcript of Sistema de rotacion