REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZAS ARMADA NACIONAL.

NUCLEO ANZOATEGUI.UNEFA.

Sistemas que componen un

taladro de perforación.

Profesor: Bachilleres:

Ing. Hilarraza M. José A. Denarlyn Itriago. CI: 25.321.893

5S – D03 Eliangelis Maurera. CI:25. 015. 714

Irenice Segovia. CI: 23.519.017

Jessinel Silva. CI: 24.578.159

Luisa Reyes. CI: 25.321.740.

Yudetzy Carrasco. CI: 25.427.687.

San Tome, abril de 2014.

1

Sistemas que componen un taladro de perforación.

Profesor: Bachilleres:

Ing. Hilarraza M. José A. Denarlyn Itriago. CI: 25.321.893

5S – D03. Eliangelis Maurera. CI: 25. 015. 714

Irenice Segovia. CI: 23.519.017

Jessinel Silva. CI: 24.578.159

Luisa Reyes. CI: 25.321.740

Yudetzy Carrasco. CI: 25.427.687.

2

San Tome, abril de 2014.

Índice de contenido.

Página.

Introducción

Tipos de pozos que se perforan en la industria petrolera. …………………………….10

Pozo de Desarrollo…………………………………………………………………….10

Pozo Exploratorio…………………………………………………………………….10

Pozo Estratigráfico……………………………………………………………………10

Pozo de Observación………………………………………………………………….11

Sistemas que componen un taladro de perforación…………………………………..12

Sistema de Potencia…………………………………………………………………..12

Sistema de Izaje……………………………………………………………………….13

Sistema de Circulación………………………………………………………..............20

Sistema de Rotación…………………………………………………………………...28

Sistema de Prevención………………………………………………………………...32

Sarta y brocas de perforación…………………………………………………………34

Interpretaciones……………………………………………………………………….45

Glosario de términos…………………………………………………………………..55

3

Referencias bibliográficas……………………………………………………………61

Anexos. ……………………………………………………………………………….63

Índice de figuras.

Página.

Figura#1: Sistema de potencia………………………………………………………..13

Figura#2: Sistema de izaje o levantamiento…………………………………………..14

Figura#3: Estructura y soporte del taladro…………………………………………….14

Figura#4: Sistema de circulación……………………………………………………..21

Figura#5: Mesa rotatoria del taladro…………………………………………………..28

Figura#6: Brocas de arrastre………………………………………………………….34

Figura#7: Brocas triconicas…………………………………………………………35

4

Índice de tablas.

Página.

Tabla#1: Tipos de pozos de hidrocarburos………………………………………..11

5

Índice de anexos.

Página.

Anexo#1: Perforación…………………………………………………………………63

Anexo#2: Descripción de la perforación…………………………………………........64

Anexo#3: Perforación en plataformas submarinas……………………………………64

Anexo#4: Esquema de un equipo de perforación……………………………………..65

Anexo#5: Pozo estratigráfico…………………………………………………………66

Anexo#6: Sistema de elevación………………………………………………………67

Anexo#7: Sistema de rotación………………………………………………………..68

Anexo#8: Componentes de rotación………………………………………………….68

6

Anexo#9: Sistema de izamiento………………………………………………………69

Anexo#10: Sistema de circulación…………………………………………………….69

Anexo#11: Equipo del sistema de circulación………………………………………...70

Anexo#12: Bombas de lodos de perforación…………………………………………70

Anexo#13: Sistema de preventores…………………………………………………..71

Anexo#14: Circulación con un equipo de perforación………………………………..71

Anexo#15: Entubado del pozo………………………………………………………..72

Anexo#16: Sistema de perforación con rotación circulatoria directa…………………72

Anexo#17: Sarta de perforación………………………………………………………73

Anexo#18: Broca……………………………………………………………………..73

7

Introducción.

La perforación de pozos data de épocas remotas, donde en Asia se perforaban pozos someros para la obtención de agua salada y sal común. En esta época se utilizaban métodos como la percusión o golpeteo de un sistema de tuberías introducidas en el hoyo mediante golpes en la parte superior de la misma.

A través del tiempo, estas técnicas han sufrido modificaciones sustanciales, haciendo de la Perforación de Pozos un cúmulo de técnicas dinámicamente evolutivas y a la par de otras tecnologías. En el año de 1859, en el Campo Oíl Creek cerca de Titusville Pensilvania, Estados Unidos, se perfora el primer pozo utilizando el sistema de percusión.

El pozo Drake, nombre dado a este primer pozo, llego a una profundidad de 69.5 pies (21.1 mts.). En Venezuela, 19 años después (1878), se perforó bajo el sistema de percusión el primerpozo en el estado Táchira, hacienda La Alquitrana a una profundidad de 27 mts. En el año de 1901, el Ingeniero Antony Lucas introduce el uso de una mecha colocada en la punta de la sarta de perforación y a la profundidad de 700 pies (213.4 mts), el pozo comenzó a emanar lodo de perforación que luego de ser desplazado, daría paso al petróleo, originándose el primer Reventón de petróleo, causando gran revuelo, ya que 50 Bis de producción en aquella época eran considerados muy buenos.

Una vez que el petróleo se convirtió en una industria rentable, la tecnología utilizada para perforar pozos de petróleo mejoró rápidamente. Mientras que las primeras técnicas de perforación esencialmente logran el mismo objetivo de romper la roca para acceder a los depósitos de petróleo líquido, la tecnología permitió a los perforadores perforar más rápido y más seguro, en tierra y aguas poco profundas.

A través del tiempo la perforación de pozos a sufridas grandes modificaciones producto de una serie de innovaciones en equipos y accesorios, mejora de la calidad del acero utilizado en la fabricación de tuberías, mejor manejo de los volúmenes de lodo y la incorporación de máquinas y equipos de perforación operados eléctricamente.

8

El uso de mechas, nuevos sistemas de fluidos de perforación, pozos horizontales, turbo perforación, perforación bajo balance, con aire y gas, etc., transmisión de potencia mecánica, motores de combustión interna, son ejemplos de estas innovaciones que hacen de la perforación de pozos una ciencia precisa confiable y que realizada de forma segura, permite la obtención de los hidrocarburos de la manera más económica y confiable posible.

La perforación es un elemento vital en la industria petrolera al ser la conexión entre el subsuelo y la superficie y la única manera de asegurar la existencia de hidrocarburos.

Actualmente, la tecnología relacionada con la perforación de pozos es lo suficientemente amplia como para personalizar la manera en que cada pozo es perforado y terminado ratificando así al proceso de perforación como uno de los más importantes en la industria del petróleo.

El mejoramiento y la excelente utilización de los distintos sistemas que componen un taladro de perforación, como lo son el sistema de potencia, de izaje, de rotación, de circulación, y el de seguridad, facilita que la acumulación de hidrocarburos pueda ser económicamente atractiva tomando en cuenta estudios previos a la perforación, sin embargo es ésta la que definirá la cantidad de hidrocarburos presente en el yacimiento y cuán grande puede ser su beneficio económico.

Es de notar, que la capacitación del personal involucrado en la construcción de pozos es indispensable para poder aplicar la tecnología actual.

9

Tipos de pozos que se perforan en la industria petrolera.

La única manera de saber realmente si hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone que se podría localizar un depósito de hidrocarburos, es mediante la perforación de un hueco o pozo.

De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones que se van a atravesar y las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el equipo de perforación más indicado.

El tiempo de perforación de un pozo dependerá de la profundidad programada y las condiciones geológicas del subsuelo. En promedio se estima entre dos a seis meses.

La perforación se realiza por etapas, de tal manera que el tamaño del pozo en la parte superior es ancho y en las partes inferiores cada vez más angosto. Esto le da consistencia y evita derrumbes, para lo cual se van utilizando brocas y tubería de menor tamaño en cada sección.

Pozo de desarrollo.

Son aquellos pozos perforados con la finalidad de explotar, extraer y drenar las reservas de un yacimiento. El objetivo principal al perforar un pozo de desarrollo es aumentar la producción del campo, razón por la cual, se perforan dentro del área probada; sin embargo y debido a la incertidumbre acerca de la forma o el confinamiento de los yacimientos, algunos pozos de desarrollo pueden resultar secos.

Pozos exploratorios.

Es aquel pozo que se perfora como investigación de una nueva acumulación de hidrocarburos, es decir, que se perforan en zonas donde no se había encontrado antes petróleo ni gas. Este tipo de pozos puede perforarse en un campo nuevo o en una nueva formación productora dentro de un campo existente. Estos pozos no son muy costosos y en algunos casos no se encuentran hidrocarburos en los reservorios.

10

Pozos estratigráficos.

Son pozos que se perforan únicamente con el objetivo de obtener información geológica de las formaciones que son atravesadas durante la perforación.

Su objetivo principal es estudiar la columna estratigráfica, para obtener información geológica del subsuelo o petrofísica de gran importancia, por esta razón este tipo de pozo no se termina de completar.

Su propósito no es encontrar hidrocarburos, sino estudiar la columna estratigráfica, con el fin de obtener información geológica del subsuelo o petrofísica, razón por la cual no se realiza la terminación de este tipo de pozo, tal y como se muestra en la formación.

Pozos de observación.

Son pozos que después de cumplir las funciones de productores o inyectores al final de su vida útil, son destinados al estudio del comportamiento del yacimiento.

Tabla#1: Tipos de pozos de hidrocarburos.

11

Sistemas que componen un taladro de perforación.

El taladro de perforación es una máquina utilizada para perforar hoyos de gran profundidad en el suelo, con el fin de drenar un yacimiento geológico de la manera más económica y rápida posible. Es usado de manera intermitente, ya que el funcionamiento del taladro mismo y las operaciones conexas para realizar las perforaciones requieren hacer pausas durante el curso de los trabajos.

Los equipos de perforación están compuestos por cinco sistemas los cuales son:

Sistema de potencia.

Anteriormente solía componerse por enormes calderas y motores a vapor, pero por razones de seguridad y espacio fue sustituido por motores diésel que son de reducido tamaño y de mucha más eficacia.

12

Constituido por motores de combustión interna, los cuales generan la fuerza o energía requerida para la operación de todos los componentes de un taladro de perforación. En un taladro de perforación se necesitan varios motores para proveer esta energía, estos en su mayoría son del tipo Diesel por la facilidad de conseguir el combustible; dependerá del tamaño y capacidad de la torre, él numero de motores a utilizar. La energía producida es distribuida al taladro de dos formas: mecánica o eléctrica.

Transmisión de Potencia Mecánica: Hasta hace pocos años, la mayoría de los taladros eran mecánicos, o sea que la fuerza del motor se transmitía a los componentes a través de elementos mecánicos. La fuerza que sale de los motores se une, o sea que los motores se juntan a través de uniones hidráulicas o convertidores de torsión y con cadenas y poleas, las cuales igualan la fuerza desarrollada por cada motor y transmitida por un fluido hidráulico para girar un eje que sale de la unión o convertidor. Los ejes de transmisión se unen mecánicamente con poleas y cadenas, las cuales tienen la misma función que una correa de goma entre dos poleas. A este arreglo de cadena y polea se le conoce como central de distribución, permitiendo que la fuerza generada por cada motor se pueda utilizar conjuntamente. La central de distribución a su vez transmite la fuerza de los motores hasta la mesa rotatoria y el malacate

Transmisión de Energía o Potencia Eléctrica: En la actualidad se utilizan motores Diesel para generar energía eléctrica en los taladros de perforación, los cuales dan energía a grandes generadores eléctricos. Los generadores producen electricidad que es transmitida a través de cables al en granaje eléctrico de conmutadores y control. Desde este punto de electricidad fluye a través de cables adicionales hasta motores eléctricos que están directamente conectados a diversos equipos como el malacate, bombas de lodo y la mesa rotatoria Existen ventajas entre el sistema eléctrico y el sistema mecánico, ya que elimina la transmisión por cadenas que es altamente complicada.

Figura#1: Sistema de potencia.

13

Sistema de izaje.

Su finalidad es proveer un medio para bajar o levantar sartas de perforación o de revestimiento y otros equipos de subsuelo. Los componentes del sistema de levantamiento se dividen en componentes estructurales y equipos y accesorios. Dentro de los compontes estructurales se encuentran: Cabria, subestructura, bloque corona, Encuelladero y planchada. Dentro de los equipos y accesorios del sistema de levantamiento tenemos: malacate, bloque viajero, gancho, elevadores, cable de perforación (guaya), llaves de potencia y cuñas.

Figura#2: Sistema de izaje o levantamiento.

14

Proporciona tanto el equipo necesario, como las áreas de trabajo.

Figura#3: Estructura y soporte del taladro.

1) La estructura soportante

15

TORRE DE PERFORACIÓN.

PISO DEL EQUIPO.

SUB-ESTRUTURA.

Durante cada etapa de la perforación, y para las subsecuentes tareas complementarias de esas etapas para introducir en el hoyo la sarta de tubos que reviste la pared del hoyo, la función del sistema izaje es esencial.

Meter en el hoyo, sostener en el hoyo o extraer de él tan pesadas cargas de tubos, requiere de un sistema de izaje robusto, con suficiente potencia, aplicación de velocidades adecuadas, freno eficaz y mandos seguros que garanticen la realización de las operaciones sin riesgos para el personal y el equipo.

Los componentes principales del sistema de izaje son:

El malacate.

Ubicado entre las dos patas traseras de la cabria, sirve de centro de distribución de potencia para el sistema de izaje y el sistema rotatorio. Su funcionamiento está a cargo del perforador, quien es el jefe inmediato de la cuadrilla de perforación.

El malacate consiste del carrete principal, de diámetro y longitud proporcionales según el modelo y especificaciones generales.

El carrete sirve para devanar y mantener arrollados cientos de metros de cable de perforación. Por medio de adecuadas cadenas de transmisión, acoplamientos, embragues y mandos, la potencia que le transmite la planta de fuerza motriz puede ser aplicada al carrete principal o a los ejes que accionan los carretes auxiliares, utilizados para enroscar y desenroscar la tubería de perforación y las de revestimiento o para manejar tubos, herramientas pesadas u otros implementos que sean necesarios llevar al piso del taladro. De igual manera, la fuerza motriz puede ser dirigida y aplicada a la rotación de la sarta de perforación. La transmisión de fuerza la hace el malacate por medio de la disponibilidad de una serie de bajas y altas velocidades, que el perforador puede seleccionar según la magnitud de la carga que representa la tubería en un momento dado y también la ventaja mecánica de izaje representada por el número de cables que enlazan el conjunto de poleas fijas en la cornisa de la cabria con las poleas del bloque viajero.

El malacate es una máquina cuyas dimensiones de longitud, ancho y altura varían, naturalmente, según su potencia. Su peso puede ser desde 4,5 hasta 35,5 toneladas, de acuerdo con la capacidad de perforación del taladro.

El cable de perforación.

16

El cable de perforación, que se devana y desenrolla del carrete del malacate, enlaza los otros componentes del sistema de izaje como son el cuadernal de poleas fijas ubicado en la cornisa de la cabria y el cuadernal del bloque viajero.

El cable de perforación consta generalmente de seis ramales torcidos. Cada ramal está formado a su vez por seis o nueve hebras exteriores torcidas también que recubren otra capa de hebras que envuelven el centro del ramal. Finalmente, los ramales cubren el centro o alma del cable que puede ser formado por fibras de acero u otro material como cáñamo.

La torcida que se le da a los ramales puede ser a la izquierda o a la derecha, pero para los cables de perforación se prefiere a la derecha. Los hilos de los ramales pueden ser torcidos en el mismo sentido o contrario al de los ramales. Estas maneras de fabricación de los cables obedecen a condiciones mecánicas de funcionamiento que deben ser satisfechas.

El cable tiene que ser fuerte para resistir grandes fuerzas de tensión; tiene que aguantar el desgaste y ser flexible para que en su recorrido por las poleas el tanto doblar y enderezarse no debilite su resistencia; tiene que ser resistente a la abrasión y a la corrosión.

Normalmente, el diámetro de los cables de perforación es de 22 mm a 44 mm; con valores intermedios que se incrementan en 3,2 mm, aproximadamente. Según el calibre y el tipo de fabricación del cable, su resistencia mínima de ruptura en tensión puede ser de 31 a 36 toneladas, y la máxima de 75 a 139 toneladas. El peso por metro de cable va desde 2 kg hasta 8,5 kg según el diámetro. Por tanto, el peso de unos 100 metros de cable representa 200 a 850 kg.

La cabria de perforación.

Se fabrican varios tipos de cabrias: portátil y autopropulsada, montadas en un vehículo adecuado; telescópicas o trípodes que sirven para la perforación, para el reacondicionamiento o limpieza de pozos.

La silueta de la cabria es de tipo piramidal y la más común y más usada es la rígida, cuyas cuatro patas se asientan y aseguran sobre las esquinas de una subestructura metálica muy fuerte.

La parte superior de esta subestructura, que forma el piso de la cabria, puede tener una altura de 4 a 8,5 metros. Esta altura permite el espacio libre deseado para trabajar con holgura en la instalación de las tuberías, válvulas y otros aditamentos de control que se ponen en la boca del hoyo o del pozo.

17

Entre pata y pata, la distancia puede ser de 6,4 a 9,1 metros, según el tipo de cabria, y el área del piso estaría entre 40 y 83 metros cuadrados.

La altura de la cabria puede ser de 26 a 46 metros. A unos 13, 24 ó 27 metros del piso, según la altura total de la cabria, va colocada una plataforma, donde trabaja el encuellador cuando se está metiendo o sacando la sarta de perforación. Esta plataforma forma parte del arrumadero de los tubos de perforación, los cuales por secciones de dos en dos (pareja) o de tres en tres (triple) se paran sobre el piso de la cabria y por la parte superior se recuestan y aseguran en el encuelladero. La longitud total de tubería de perforación o de tubería de producción que pueda arrumarse depende del diámetro de la tubería. Como la carga y el área que representan los tubos arrumados verticalmente son grandes, la cabria tiene que ser fuerte para resistir además las cargas de vientos que pueden tener velocidad máxima de 120 a 160 kilómetros por hora (km/h). Por tanto, los tirantes horizontales y diagonales que abrazan las patas de la cabria deben conformar una estructura firme.

Por otra parte, durante la perforación la tubería puede atascarse en el hoyo, como también puede atascarse la tubería revestidora durante su colocación en el hoyo. En estos casos hay que desencajarlas templando fuertemente y por ende se imponen a la cabria y al sistema de izaje, específicamente al cable de perforación, fuertes sobrecargas que deben resistir dentro de ciertos límites. En su tope o cornisa, la cabria tiene una base donde se instala el conjunto de poleas fijas (cuadernal fijo). Sobre la cornisa se dispone de un caballete que sirve de auxiliar para los trabajos de mantenimiento que deben hacerse allí.

Bloque corona.

Es un conjunto de poleas o polea múltiple localizada en la cima del mástil. Entre estas poleas se enhebra el cable del bloque viajero y así llega hasta el piso de la torre.

Es la parte fija de un aparejo, este sistema de poleas permite el deslizamiento del cable a través de las mismas y con ello el progreso y el avance de las operaciones de reacondicionamiento. Existen varios modelos de bloques coronas y su selección depende del taladro, así como de los esfuerzos a que va ha ser sometido.

Caballete Porta poleas.

Como la polea fija, está firmemente ajustada al soporte principal atracado con agua, vigas de la estructura o mástil. Las vigas de soporte frecuentemente son una parte integral del mástil en lugar de un montaje separado. La colocación del caballete porta

18

poleas es generalmente fijada por el diseño. Esta colocación está determinada por la necesidad de que la tubería este suspendida sobre el centro del pozo. Si la relación de la determinación del centro está suficientemente fuera de tal manera que se obtendría un ángulo de desviación de más de 1.5 grados, resulta un pobre ovillamiento del tambor y un excesivo desgaste del cable.

El cable de limpieza realmente no es parte del bloque corona, generalmente se acopla una polea a un extremo de las vigas principales del caballete porta poleas.

En operaciones actuales la polea del cable de limpieza está colgada por debajo del caballete porta poleas.

Bloque viajero.

Es la parte del aparejo que se desplaza desde unos pocos pies sobre el piso del taladro hasta unos pocos pies bajo el bloque corona. A través del bloque viajero van insertadas varias vueltas del cable. Hay varios tipos de bloques viajeros y su selección depende de la magnitud de los esfuerzos a los que va ha ser sometido en las operaciones de reacondicionamiento.

Soportes Desplazables.

La mayoría de estos soportes tienen colocaciones de poleas paralelas y en línea.

Fundamentalmente requiere asegurar estabilidad, el soporte deberá tener un centro de gravedad bajo ya que cualquier inclinación o inversión del soporte durante las operaciones hace que el trabajo del operador de la torre sea muy dificultoso. El soporte también debería ser corto de tal manera que ocupe menos espacio del techo, especialmente en los mástiles portátiles más cortos.

De igual manera, el soporte debería ser angosto o delgado de tal manera que el hueco interno dentro del mástil superior no esté en peligro.

La delgadez y pequeñez se combinan para proporcionar un soporte más liviano, muy importante actualmente en equipos portátiles. Por otra parte un soporte liviano no supera la fricción de la línea.

Estos requerimientos han dado como resultado el diseño de la combinación soporte-gancho, fabricados como una sola unidad. Este diseño, proporciona una conexión más rígida entre las dos unidades, ahorra un espacio operacional muy apreciable.

19

Gancho.

Su función es conectar al bloque viajero con la unión giratoria y de esta manera conseguir la subida o bajada de la sarta. El gancho dispone de un seguro de fácil manejo accionado con una palanca desde el piso del taladro por uno de los cuñeros y permite zafar o agarrar la unión giratoria dependiendo de la operación del momento.

Elevadores.

Son un juego de abrazaderas extra fuertes y sumamente resistentes que cuelgan de los eslabones del elevador, los cuales se conectan al boque viajero. Cuando están en servicio, los elevadores cuelgan debajo del bloque viajero y agarran las juntas de tuberías de perforación y porta barrenas para meterlas o sacarlas del hueco. Cuando no están en servicio, descansan al lado de la unión giratoria donde no estorban.

Línea o cable

El cable proporciona un medio para aplicar troqué al tambor del malacate para proveer la fuerza elevadora en el gancho suspendido bajo la polea viajera. Fabricado de acero de 1 ǩ a 1 ½ pulgadas de diámetro y 5000 pies de longitud. Enrollando la línea rápida del cable en el tambor del malacate se levanta la polea viajera y da una ventaja mecánica en el levantamiento de la carga proporcional al número de líneas pasadas a través de la polea de la corona y de la polea viajera.

La fuerza del cable metálico es una función del área transversal y el grado de acero utilizado en la construcción. La distribución de carga entre los cables y los cabos debe ser proporcional a sus respectivas secciones transversales a fin de que pueda utilizarse la fuerza total.

La flexibilidad está definida como la resistencia a la perdida de flexión. Se la obtiene por el uso de cables más numerosos y pequeños, o más cabos para fabricar la cuerda. El tipo de cableado y el alma también afectan la flexibilidad original de una cuerda.

La elasticidad produce un elemento de seguridad cuando se aplica sacudimiento de cargas. La elasticidad es inherente en los cables y cabos de la cuerda doblandose en forma espiral no torcidos. El largo y el tipo de cableado determinan el grado de elasticidad.

20

La resistencia a la abrasión está en función del cable exterior, esta es ayudada por el martillado mecánico de los cables exteriores, los cuales presentan un área de superficie más grande a las fuerzas abrasivas.

El propósito fundamental del alma del cable es espaciar y soportar los cabos, es decir, proporcionar resistencia al torcimiento o trituración.

Sistema de circulación.

El sistema de circulación sirve de apoyo vital al sistema rotatorio durante las operaciones de perforación y de reacondicionamiento. El sistema de circulación y sus elementos abarcan la mayor parte física del taladro y de igual manera las cuadrillas dedican gran parte del tiempo a este sistema. El sistema de circulación tiene equipos, materiales y áreas de trabajo necesarias para la preparación, el mantenimiento y la verificación de las características físicas de los fluidos, que son la “sangre vital” del sistema y de la operación de reacondicionamiento.

El sistema de circulación es un ciclo cerrado que arranca en el tanque de succión de lodo y continua a través de la línea de succión de las bombas, las bombas descargan el fluido de reacondicionamiento a los caudales requeridos y éste pasa a través de las líneas de superficie, tubería parada y manguera de perforación; el fluido de reacondicionamiento ingresa a la unión giratoria y continúa a través de la columna de trabajo, cuando el fluido sale de la broca comienza su ascenso a través del espacio anular.

Después de pasar el espacio anular retorna a la línea de flujo y luego el fluido es sujeto a su primera limpieza a través de las zarandas, los sólidos más grandes son desechados y el resto pasa a la trampa de arena, continuando su movimiento hacia los tanques de reacondicionamiento para eliminar los sólidos finos y recibir el tratamiento necesario para quedar listo y pasar al tanque de succión. El sistema de circulación está conformado por cuatro subcomponentes:

Figura#4: Sistema de circulación.

21

Fluidos de Reacondicionamiento.

Los fluidos de reacondicionamiento pueden ser: gases, petróleo, aguas en salmuera, lodos u otras soluciones químicas que se utilizan durante estas actividades.

Existen muchas aplicaciones de estos fluidos en trabajos de reacondicionamiento, tales como: punzonado, cementación, fracturación, acidificación, estimulación, ahogo del pozo, determinación, fresado, profundización, taponamiento, limpieza, fluido de empaque, fluido de terminación, circulación y muchos otros.

Equipos del Sistema de Circulación.

Transportan físicamente los fluidos desde el área de preparación, a través del hueco perforado luego de regreso hasta el área de reacondicionamiento, de donde los mandan de nuevo al área de preparación para poder recircularlos.

Bombas de Lodo.

Las bombas de lodo son el elemento clave en cualquier operación.

Generalmente, un taladro cuenta con tres bombas de lodo de las cuales dos están operando y una se mantiene en standby. Las bombas deben tener la suficiente capacidad de descarga y presión para llegar a la profundidad total programada.

22

Las bombas de lodo son el corazón de un taladro.

Se usan dos tipos de bombas que son: Duplex y Triplex

Bombas Duplex: Son aquellas que poseen dos cilindros y envían fluido a gran presión en dos sentidos tanto de ida como de vuelta.

Bombas Triplex: Son bombas que tienen tres cilindros y evacuan fluido a gran presión en un solo sentido.

Líneas de Descarga y Regreso.

Estas líneas de conexión transportan los fluidos de reacondicionamiento hasta el pozo (descarga) y luego los transfieren al área de reacondicionamiento del fluido (regreso).

a) Manguera Vibradora.

Es una conexión entre la cámara de aire de la bomba circuladora de lodo y la tubería horizontal, situada a nivel del suelo. Su finalidad es atenuar la vibración en la tubería horizontal, y también reemplazar a las diferentes uniones y demás accesorios de tubería que serían necesarios. La manguera vibradora es de una construcción similar a la de la manguera rotatoria. Los tamaños estándar API son de 3 y 3½ pulg. Con longitudes de 10, 12, 15, 20 y 30 pies. Hay dos calidades, la C con una presión de prueba de 7500 lbs/pulg2 y una presión de trabajo de 4000 lbs/pulg2, y la calidad D con una presión de prueba de 1000 lbs/pulg2 y una presión de trabajo de 5000 lbs/pulg2.

b) Tubería Horizontal.

Que va desde el área de la bomba de lodos al área del tubo parado, consiste de un tubo sin costura de 3 ½ pulgadas de diámetro exterior, o es de fabricación soldada con uniones martilladas a diversos intervalos.

c) Tubo parado.

El tubo parado que generalmente está ubicado cerca de una pata o de otro elemento vertical de la torre de reacondicionamiento, conecta la tubería de superficie por un extremo y la manguera giratoria por el otro, de tal manera que sirve de medio de transporte del fluido de perforación. El tubo parado tiene una longitud entre 40 y 45 pies verticalmente a partir del nivel del piso de operación.

23

El tubo parado, al igual que la línea horizontal, normalmente consiste de un tubo sin costura de 3 ½ pulg. De diámetro exterior.

d) Manguera giratoria.

La manguera giratoria es de caucho recubierta de una malla metálica, conecta el cuello de ganso de la unión giratoria con el tubo parado, existe disponible en diferentes calidades, tamaños largos y capacidades, las cuales varían entre 2 pulgadas de diámetro interior en tramos de 35 a 40 pies de la de 3 ½ pulgadas de diámetro interno en tramos de 55, 60 y 75 pies.

En general las tuberías de conexión que transportan los fluidos de reacondicionamiento hasta el pozo se denominan descarga, y luego los transfieren al área de reacondicionamiento de lodos se nombran como líneas de regreso.

Área de Preparación del Lodo.

La circulación de los fluidos de reacondicionamiento empieza en el área de preparación de los mismos, en este lugar se mantienen o se alteran la composición química según las condiciones que presenta el pozo en el momento de la reparación.

Cuando se necesita aumentar el volumen del lodo, se mezcla bentonita. Si se desea aumentar el peso o densidad se mezcla barita, y si requerimos aumentar tanto el peso como el volumen, entonces mezclamos ambos aditivos.

El área de preparación del lodo consiste de algunos equipos:

Tanques de Acero de Succión.

La función de un sistema de tanques interconectados es mantener, tratar o mezclar fluidos para circulación, almacenamiento o bombeo. Se debe determinar el volumen de los tanques para cada trabajo en particular y se debe contar con suficientes tanques de reserva.

El fluido se conduce por “canaletas” que interconectan el sistema de tanques, por líneas ecualizadoras de tanque a tanque o mediante el uso de manifolds de mezcla / circulación. Normalmente luego de pasar el fluido por la zaranda vibratoria esté va al primer tanque de la línea de flujo que es una trampa de arena o tanque decantador que evita el pasaje de arena u otras partículas sólidas indeseables a los tanques principales de mezcla, circulación y succión.

24

Los tanques deben instalarse de manera tal de maximizar el efecto de gasificación del equipo. Los tanques de succión y descarga del degasificador no deben permitir el paso del fluido a través de la canaleta al tanque siguiente, sino que esta debe cerrarse, y el ecualizador en la parte superior abrirse. De este modo el lodo separado del gas más liviano que flota en la superficie no pasará a los tanques de mezcla y circulación.

Tanques de Agua.

Un recipiente para almacenar el agua empleada para preparar las salmueras o lodos que se van a utilizar en los trabajos de reacondicionamiento.

Depósitos para Aditivos Secos a granel.

Estos depósitos facilitan el manejo de los aditivos, como los sólidos para aumentar la densidad o volumen del lodo, tales como la barita y bentonita, en los taladros de reacondicionamiento estos depósitos son pequeños y sirven para almacenar sal y cemento.

Depósitos de Materiales ensacados para Lodo.

Es una caseta encerrada donde se almacenan ordenadamente los sacos de aditivos secos. Este depósito generalmente se encuentra a lado de los tanques de succión y los depósitos para materiales a granel.

Equipos Mezcladores.

Se utiliza el embudo o tolva mezcladora para adicionar los aditivos a los fluidos de reacondicionamiento, también se usa el barril o canecas con medida para añadir los productos químicos que los fluidos requieran.

25

Área de Reacondicionamiento del Lodo

El área de reacondicionamiento del lodo se encuentra localizada cerca del taladro.

Aquí se tratan los fluidos después de recuperarlos del pozo.

El área de reacondicionamiento está constituida por:

Zaranda Vibratoria

Este equipo constituye una parte importante del control de sólidos, la zaranda es un tamiz que extrae la mayor parte de los ripios grandes, pero deja pasar el sedimento, la arena fina el lodo líquido hasta los tanques de sedimentación para separar las partículas sólidas más pesadas antes de que el lodo entre a la sección de la bomba.

Los tamices, van instalados sobre resortes o sobre bloques de caucho, a fin de facilitar el movimiento vibratorio del vibrador, que es un eje giratorio cargado excéntricamente y accionado por correas a alta velocidad mediante un motor eléctrico o una fuente motriz similar.

Tanques de Sedimentación.

A medida que los fluidos de reacondicionamiento salen del pozo y pasan por la zaranda vibratoria estos se depositan en recipientes de acero para realizar el trabajo de sedimentación antes de pasar los fluidos a los tanques de succión.

Separador de Gas.

Es un aparato que sirve para remover grandes cantidades de gases arrastrados por los fluidos de reacondicionamiento.

Los separadores de gas son, por lo general, la primera defensa contra el gas en el lugar del equipo. Un separador de gas es un recipiente simple con aberturas conectado al final del manifold o línea de estrangulación justo antes de la entrada al tanque de sedimentación.

La mayor parte del gas que acompaña a una surgencia se separa del fluido después del estrangulador. Este es el gas del que se ocupa el separador. El separador de gas permite que el gas que se separa del fluido salga del sistema y sea expulsado hacia la línea de quemado. Los diseños varían desde un simple cilindro con aberturas que se utilizan con

26

la mayoría de los manifolds a más complejos separadores de esos que se operan por flotadores.

Cuando se utilizan fluidos sin sólidos, puede ser suficiente el separador de gas.

La baja viscosidad de los fluidos libres de sólidos permite la separación del gas bajo presión atmosférica. Cuando se utilizan fluidos más viscosos un separador de gas puede no ser suficiente.

“Desborde” (“Gas blow by”) es un término que designa a la sobrecarga de este equipo por incremento de presión dentro del separador de gas y desplazamiento del fluido en el tubo descargador, permitiendo el ingreso de gas al área de los tanques. Debe controlarse la presión dentro del separador de gas cuando el gas está en superficie y mantenerse dentro de valores que eviten esta sobrecarga a asimismo reduzcan el riego de ruptura del recipiente.

Degasificador.

Los degasificadores separan el gas del fluido mediante una cámara de vacío, una cámara presurizada, un rociado centrífugo, o una combinación de estos diseños.

El tipo más común de degasificador es el tanque de vacío o bomba de rociado; existen muchas clases de degaificadores, algunos de los cuales tienen funciones combinadas.

El degasificador tiene una capacidad muy limitada para manejar volúmenes de gas; por lo tanto al ser bajo el volumen de gas entrampado en el fluido, la utilización del degasificador es adecuada. Si la viscosidad del fluido fuera alta, o el fluido estuviera contaminado, el gas podría no separarse libremente.

Los degasificadores no requieren mucho mantenimiento. Cuando se utiliza una bomba de vacío, la trampa de agua adelante del compresor debe vaciarse diariamente.

Por lo general, los degasificadores de vacío son más efectivos cuando se trabaja con lodos de alta viscosidad donde es difícil extraer el gas. En cualquier operación de degasificaciòn, el tiempo de tránsito y los requisitos de energía de extracción aumentan en la medida que aumenta la viscosidad del lodo y la fuerza del gel.

Desarenador.

27

Como se mencionó antes, la zaranda vibratoria no elimina todo el material abrasivo existente en el lodo.

El desarenador más común opera sobre la base del principio del ciclón. Los fluidos que contienen partículas sólidas entran a alta velocidad en un cono y atraviesan la entrada en dirección tangencial situada en el extremo grande del cono. El siguiente movimiento giratorio del fluido dentro del cono genera una fuerza centrífuga que separa al fluido en capas cósmicas. Los sólidos y fluidos más pesados se desplazan a lo largo de la pared del cono, y desciende por gravedad hasta la salida situada en el fondo del cono. Los fluidos más livianos flotan hacia adentro y son descargados a través de una salida situada en la parte superior del centro del cono, y de ahí van al tanque de succión.

El extremo inferior o más pequeño del cono, está dotado de un orificio ajustable y de otros controles destinados a limitar la descarga de fluidos y de partículas sólidas con el fin de equilibrar y controlar la acción del separador.

En la mayoría de los casos los conos más grandes se emplean para la eliminación de arena y de partículas grandes, mientras que los conos más pequeños son capaces de eliminar eficazmente el sedimento. Los conos están forrados con caucho o con plástico para reducir el desgaste.

Puesto que la capacidad de un cono individual es mucho menor que la tasa usual de circulación del fluido, constituye una práctica común reunir varios conos en una unidad montada sobre un patín con la finalidad de lograr la capacidad deseada.

Si el único objetivo es desarenar al lodo, la unidad puede consistir en sólo 2, 4 u 8 conos grandes, aunque la capacidad de ellos no sea igual a la tasa de circulación.

Si también se desea desedimentar el fluido será necesaria una segunda unidad de un mayor número de conos más pequeños, a fin de que la capacidad de la unidad desedimentadora exceda a la tasa de circulación.

Piscina de Lodos.

Es una fosa grande hecha en tierra, utilizada para guardar los desperdicios provenientes del hueco o para guardar los fluidos sobrantes. Esta piscina, en operaciones de prueba y reacondicionamiento, por estar cerca del pozo, únicamente es utilizada para desperdicios no combustibles. Para otros trabajos de reacondicionamiento exigen que se tenga una “piscina de quemados” que se localizan lo más lejos del pozo, a donde son generalmente enviados y quemados los desperdicios.

Sistema de rotación.

28

El sistema rotatorio se encuentra en la posición central del taladro, esto nos indica su importancia ya que todos los sistemas giran alrededor de èl, por esta razón es uno de los componentes más importantes del taladro y su función es la de hacer girar la sarta.

Los componentes de rotación se encuentran localizados en el lugar central del piso del taladro que consisten de:

Mesa Rotatoria.

Llamada comúnmente “Mesa rotaria”, es un equipo muy fuerte y resistente que se encuentra ubicada dentro del piso del taladro, la mesa rotaria combinada con el buje maestro y otros accesorios seleccionados, la cual transmite a la sarta de perforación o de producción, movimiento rotacional. También puede soportar la sarta suspendida en el hueco.

Figura#5: Mesa Rotatoria del taladro.

Buje de Transmisión del Cuadrante.

29

Este se engancha al buje maestro para transmitir movimiento rotacional o “troqué” al cuadrante y a la sarta durante las operaciones de perforación y reacondicionamiento.

Buje Maestro.

Es el buje que encaja en la abertura de la mesa rotaria y es removible. A través de los bujes maestros, la mesa rotaria, transmite movimiento rotacional al buje del cuadrante y a la sarta. Usando con las cuñas de rotación, el buje maestro puede soportar la sarta en el hueco que se está perforando o reacondicionando al enroscarse o desenroscarse juntas de tuberías.

Cuñas de Rotación.

Las cuñas de rotación son un aparejo de implementos ahusados de acero, llamados dados, se colocan dentro del buje maestro, alrededor de una junta de la sarta para poder suspender la sarta dentro del hueco perforado, cuando se enrosca o se desenrosca una conexión.

Agarradera de la unión giratoria.

Este dispositivo permite que el gancho sujete a la unión giratoria y de esta manera subir o bajar la sarta.

Cuello de cisne.

El cuello del cisne es parte de la unión giratoria, es una adaptación que conecta la manguera con la unión giratoria y de esta manera permite el paso del fluido de perforación a través del mismo.

Unión giratoria.

Es un sistema especial que permite simultáneamente la circulación del fluido y la rotación de la sarta. En la parte superior está sujeta al gancho y en a parte inferior está conectado al kelly a través de un elemento giratorio. La unión giratoria debe ser capaz de soportar el peso de la sarta mientras esta rotando a altas revoluciones por minuto.

La unión giratoria es una unidad de rotación diseñada para operaciones de perforación liviana, reparación y reacondicionamiento. La fuente de energía para la rotación es

30

fluido hidráulico suministrado por las bombas hidráulicas. También se utilizan unidades de energía hidráulica transportables montadas en skids o trailer.

La unidad de rotación de superficie (TOP Drive) se utiliza en equipos de perforación, aunque también ha sido diseñada para operaciones menores de reparación. El sistema constituye un gran avance en la tecnología de rotación.

Cuando se utiliza el Top Drive no se requiere del vástago (Kelly) tradicional ni el buje de transmisión del vástago de perforación. El sondeo rota directamente por acción de un motor eléctrico de CC. o de CA. o motor hidráulico. Se utiliza un elevador de tubería convencional para levantar o bajar el sondeo durante las maniobras acostumbradas o bajo presión del pozo. Con el Top drive se logra una respuesta rápida en caso de surgencia durante la maniobra o la perforación. El elemento rotante no demora más de unos pocos segundos para ser instalado. El perforador puede colocar las cuñas, enroscar en la columna, rotar y ajustar la conexión sin demora. Los riesgos se reducen por la eliminación de dos tercios de las conexiones. Así mismo, se reduce el peligro en el piso de perforación donde sólo rota una tubería lisa (sin bujes).

Llaves de Potencia de Enrosque o Desenrosque.

Se encuentran colgadas de la cabria y suspendidas encima y a los lados del piso del taladro. Son dos llaves muy grandes cuya función es la de enroscar o desenroscar una conexión en la tubería de producción. Son con frecuencia utilizadas para aflojar uniones muy ajustadas y evitar daños de las roscas o la tubería, o en trabajos que requieran un mayor ajuste de la sarta de tuberías.

Como podemos observar en la Figura # 1.22 (A) tenemos una tenaza manual y en (B) tenemos una tenaza hidráulica.

Tubería Pesante Lisa (Drill Collar).

Son tubulares muy pesados de paredes gruesas que se conectan a la parte inferior de la columna de trabajo para poner peso concentrado sobre la barrena.

Tubería pesante espiralada (Drill Collar Spiralling).

Los drill collar espiralados cumplen la función principal de suministrar peso a la columna de trabajo. Sin embargo, por su forma espiralada permiten que la sección del tubo apegada a la pared del pozo no haga contacto completo con ella y de esa manera permita que el fluido disponga de espacio para fluir más fácilmente.

31

Tubería pesante de peso pesado (Heavy Weight Drill Pipe).

Los Heavy wave drill pipe son tuberías pesantes pero más fácil de manipular que los drill collars.

Normalmente, son del mismo diámetro externo que los drill pipe aunque en su parte intermedia disponen de una protuberancia de diámetro externo igual al diámetro externo del tool joint (junta) que evita que la tubería se apegue completamente al pozo y se desgaste e incluso evita el problema de pega de tubería.

El Cuadrante ( El Kelly).

Es un pesado tubo de acero, cuadrado o hexagonal de 42 pies de longitud que se enrosca en la unión giratoria. El cuadrante penetra en el hueco a través de la mesa rotaria y se conecta a éste la columna de trabajo o la sarta de perforación según sea el caso. Transmite el movimiento rotacional del buje del cuadrante, mediante el cual la columna de trabajo o la sarta de perforación gira.

Durante los viajes de reacondicionamiento, registros de evaluación, etc. El cuadrante debe ser removido y colocado en la ratonera.

El Protector del Cuadrante.

Es un acoplamiento corto que va enroscado a la parte inferior del cuadrante para evitar el desgaste en las roscas inferiores del mismo al conectarse con la sarta de la tubería.

Columna de Trabajo.

Se encuentra suspendida del elevador, mediante la unión giratoria, debajo del gancho y del bloque viajero. Se extiende a través de la mesa rotaria. La sarta consiste del cuadrante, protector del cuadrante, juntas de la tubería de producción.

Se trata de la columna de tubería que se utiliza durante los trabajos de reparación. A veces, se trata de la misma tubería de producción extraída del pozo. A menos que la economía dicte otra cosa, se deja a un lado la columna de tubing de producción y se utiliza para el trabajo de reparación una columna con conexiones del tipo de barras de sondeo. El objeto de esto es evitar el desgaste y daño al tubing de producción y a sus conexiones. Cuando no es necesario efectuar demasiado trabajo, algunas veces se utiliza la columna de tubing en lugar de la columna de trabajo.

32

La columna de trabajo puede consistir desde un tubing de 2 ƥ pulgadas (60,32 mm) (o de diámetro menor) con conexiones para tubería de perforación hasta barras de perforación de tamaños más grandes. Es importante el diámetro externo de una tubería de trabajo y de sus uniones. Debe ser lo suficientemente pequeña como para no pegarse o quedar atascada en el pozo.

Sistema de prevención.

Está compuesto principalmente por válvulas que se instalan en la boca del pozo para controlar las altas presiones a las que sale el petróleo una vez que se haya llegado al yacimiento.

Este sistema está diseñado para cerrar el pozo en caso de contingencia y para permitir el desalojo de arremetidas ocurridas durante el proceso de perforación o reacondicionamiento, y está integrado por: válvulas de seguridad, carreto de perforación, múltiple de estrangulación, unidad acumuladora de presión, tanques de viajes, separadores de gas y línea de venteo.

El sistema para control del pozo tiene 3 funciones:

1. Cerrar el pozo en caso de un influjo imprevisto2. Colocar suficiente contra-presión sobre la formación3. Recuperar el control primario del pozo

Preventora Anular.

Constituido por un elemento de empaque de acero reforzado con goma especial que cierra y sella la tubería, el cuadrante o el hoyo.

Arietes.

Cierran únicamente sobre tuberías de diámetros específicos o sobre el hueco perforado.

-Ariete de tubería

-Ariete ciego

-Ariete de corte

33

Carretes.

Son espaciadores entre los preventores, provistos de orificios donde se conecta la línea que va al distribuidor de flujo usado para controlar las arremetidas y la línea de matar.

Acumuladores de presión.

Los preventores se abren o cierran con fluido hidráulico que va almacenando bajo presión en un equipo llamado acumulador.

Línea de Matar.

Cuando se detecta un brote potencial, se bombea lodo por la línea de matar hasta el conjunto de preventores para restablecer el equilibrio de las presiones en el pozo.

Múltiple de estrangulación.

El múltiple de estrangulación se forma por un conjunto de válvulas, crucetas y “ts’’, estranguladores y líneas. Se utilizan para controlar el flujo de lodo y los fluidos invasores durante la perforación y el proceso de control de un pozo.

Estrangulador Manual.

Está compuesto por un vástago (aguja) y asientos cónicos. Su principal mecanismo de funcionamiento es el siguiente: A medida que el vástago se acerca al asiento, disminuye el espació anular entre ellos y se restringe el paso de fluido.

Estrangulador hidráulico.

34

Los estranguladores ajustables a control remoto tienen la ventaja de permitir monitorear presiones, emboladas y controlar la posición relativa de apertura del estrangulador desde la consola.

Sarta y broca de perforación.

Brocas de arrastre.

Estas tienen cuchillas endurecidas, en vez de cortadores distribuidos, las cuales hacen parte integral de la broca y rotan sólidamente con esta y con la sarta. Tienen la tendencia a producir un alto torque y también a perforar huecos con muy altas desviaciones. La penetración se consigue por raspado usando poco peso en la broca (Weight On Bit, WOB) y alta velocidad de rotación (RPM). Realmente con este tipo de broca sólo se pueden perforar formaciones blandas e consolidadas, pues no tienen la dureza ni la resistencia al desgaste necesarias para las formaciones consolidadas.

Figura#6: Brocas de arrastre.

Broca Ticónica.

Al comienzo había brocas de dos conos sin interferencia, y por lo tanto tenían la tendencia a empacarse (cuando los cortes de perforación se amalgaman y endurecen alrededor de la broca) en formaciones blandas. Estas fueron sucedidas por las brocas tricónicas, el tipo de broca más común actualmente usada. Están tienen 3 conos los cuales se van interfiriendo luego limpiando entre sí, con filas de cortadores en cada cono. Los conos son principalmente de dos tipos: o bien dientes tallados o de insertos de carburo de tungsteno (Tungsten Carbide Inserts, TCI) y pueden ser de varios tamaños y durezas de acuerdo a las litologías previstas. Una gran cantidad de calor se genera por la fricción durante la perforación y este calor debe ser disipado. El enfriamiento y la lubricación son funciones del fluido de perforación. Este sale por

35

las boquillas o jets que tiene la broca. Cada boquilla está posicionada encima de cada cono, son reemplazables y pueden ser instaladas en varios tamaños, siendo mayor la velocidad del lodo por la boquilla a medida que esta es más pequeña. Los tamaños de las boquillas se expresan bien en milímetros o en treintaidosavos de pulgada.

Figura#7: Brocas triconicas.

Acción del cono.

A medida que el cono rueda en el fondo del pozo, una acción de raspado y excavado se ejecuta sobre la formación. Los conos tienen mas de un eje de rotación debido al número y alineación de las filas de dientes de corte, pero esto se halla limitado por el efecto que tenga el peso de la sarta de perforación aplicado sobre la broca. La rotación se efectúa dentro de la broca, en forma que los dientes van deslizando y excavando a medida que van girando. Este efecto es minimizado en el diseño de brocas duras (pues los ejes de rotación de los conos son concéntricos) con el fin de reducir desgaste, pero aún así en esta acción no hay rodamiento puro.

El efecto de deslizamiento produce un efecto de arranque, raspado y tallado controlado en la formación, que conduce a una rápida y eficiente remoción de los cortes de formación producidos. Para formaciones blandas, el efecto de raspado se mejora haciendo que los ejes de los conos no sean concéntricos. Esto lleva a una perforación más rápida y la cantidad de raspado dependerá de la cantidad de alejamiento que tengan los ejes de los conos. En las brocas para formaciones blandas este alejamiento

36

de los ejes puede ser de ¼”, en aquellas para formaciones medias de 1/8”, y sin alejamiento para las de formaciones duras.

Dientes.

El tamaño, forma y separación entre los dientes afecta la eficiencia o rendimiento de la broca según la dureza de las formaciones. El diseño de los dientes también determinará el tamaño y la forma de los cortes de formación producidos, luego este factor debe tenerse en cuenta para la evaluación geológica de dichos cortes.

Para formaciones blandas, los dientes escogidos normalmente serán largos, delgados y ampliamente espaciados. Los dientes entre más largos logran mayor penetración en la formación blanda. Esta mayor penetración se mantiene aunque el diente se desgaste pues se mantiene agudo debido a que se ha hecho lo más delgado posible. El amplio espaciamiento entre dientes impide el empacamiento de la formación blanda entre los dientes. La acción de corte se produce por tallado y raspado y los cortes producidos serán grandes y angulosos.

El tamaño y la resistencia del rodamiento se ven necesariamente restringidos en formaciones blandas por el mayor tamaño de los dientes. Esto normalmente no produce problemas pues se necesita aplicar sólo pesos bajos sobre la broca para lograr fallar la formación y conseguir una rata de perforación óptima.

Para formaciones de mediana dureza se usan dientes más cortos y son innecesarios los dientes largos. La longitud será tal que consiga penetrar lo más posible al tiempo que el desgaste se mantenga en el mínimo posible. Un amplio espaciamiento permite una eficiente limpieza, aunque el empacamiento no es una consideración tan importante como en las formaciones blandas.

Para perforación en formaciones duras se usan dientes cortos y aún más anchos, los cuales producen un efecto de aplastamiento y fragmentación más que de arranque y deformación en la roca. No se requiere espaciamiento entre los dientes ya que los cortes producidos serán más pequeños, en menor concentración o volumen. Las ratas de perforación serán menores.

Se consigue una vida útil más larga en las brocas cuando se usan dientes de caras endurecidas o con insertos de carburo de tungsteno (Tungsten Carbide Inserts, TCI)

Para formaciones más duras, aún más pocos y más pequeños dientes facilitan que los rodamientos puedan ser más grandes y resistentes y así puedan soportar las grandes fuerzas necesarias para lograr el fallado físico de la formación.

37

Requisitos para la operación.

Las formaciones abrasivas y duras requieren fuerza sobre la broca (WOB). El mayor peso obviamente tendrá su impacto en los rodamientos, de forma que una rotación más lenta deberá ser aplicada, con el fin de no desgastar en exceso los rodamientos. El WOB requerido es ligeramente menor para una broca TCI equivalente a una de dientes con el fin de evitar falla de la broca por impacto o quebrar los cortadores de insertos.

Las formaciones más suaves requieren menor peso sobre la broca con el fin de lograr una buena penetración, por lo tanto se puede aplicar un valor mayor de RPM. Los parámetros entre brocas de insertos y de dientes pueden ser similares. Demasiado peso puede en efecto quebrar los dientes o insertos más largos de las brocas usadas en estas formaciones.

Generalmente la rata de penetración (ROP) es mayor cuando se aplica un peso mayor (WOB) y / o unas RPMs más altas, pero demasiado peso puede resultar en efectos contraproducentes como empacamiento de la broca en formaciones blandas, desgaste en los rodamientos, y en rotura de dientes o insertos.

Brocas Policristalinas y de Diamante (PDC).

Estas brocas tienen una larga vida pues sus cortadores son muy duros y no hay rodamientos ni partes móviles. Los diamantes industriales de origen natural empleados son colocados manualmente en diseños geométricos que cubren el fondo de la broca, en forma redundante que permita el funcionamiento de la misma si hay rotura de alguno de ellos.

En las brocas PDC, los diamantes policristalinos son montados en una matriz de carburo de tungsteno. Los diamantes realizan la perforación, o el corte, mientras el carburo de tungsteno los sostiene proveyéndoles de resistencia y rigidez.

Los cortadores de diamante comienzan su trabajo afilado y se desgastan manteniéndose afilados, mientras que la mayoría de cortadores se desgasta con el uso. Esto y su vida más larga hacen extremadamente efectivas en costo para perforaciones profundas y en formaciones duras y abrasivas.

Dado que no tienen partes móviles, son económicas y permiten altos regímenes de rotación (RPM), (mayores que los permitidos para brocas de rodamientos) producidos con motores de fondo.

38

Tienen una larga vida, aunque la ratas de penetración (ROP) son generalmente menores. La distancia perforada tendrá que ser mayor para justificar el alto costo que implican estas brocas.

La acción cortante de los diamantes es del tipo de fallamiento o pulverización. Lo cual produce cortes que son mucho más finos que los producidos por una broca ticónica. Comúnmente apareciendo como una fina harina de roca, y algunas veces hasta térmicamente alteradas debido al alto calor friccional generado. Esto hace que esta broca no sea muy útil cuando se trata de evaluar una formación, pues la estructura y la forma de la litología se destruyen en alto grado. En forma similar, no son sensibles a los cambios de formación (generalmente un cambio en la ROP es la primera indicación de un cambio en la litología), se recalca nuevamente que estas brocas no producen cortes aptos para la evaluación geológica.

Las brocas de diamante tienen diferentes requerimientos operacionales que las brocas tricónicas. Generalmente tienen un diámetro ligeramente menor que el tamaño de hueco para reducir desgaste durante los viajes para adentro y para fuera del pozo. El rendimiento óptimo se logra con bajos WOB y la más alta RPM posible, y con altas velocidades de lodo alrededor de las superficies cortantes de la broca. Antes de comenzar a perforar con una broca nueva de estas, está debe ser ‘asentada’, en otras palabras la forma de hueco en el fondo debe ser ajustada lentamente con la broca; esto se consigue incrementando lentamente el peso sobre la broca (WOB) antes de comenzar a perforar, así el perfil de la broca poco a poco le dará su forma al fondo del pozo.

La sarta de perforación.

Dicho simplemente la sarta de perforación está compuesta de tubería de perforación y botellas, collares, porta-mechas o drillcollars, con una cierta cantidad de componentes menores y conecta los sistemas de superficie con la broca de perforación.

Las funciones principales de la sarta de perforación son:

• Proporcionar una vía desde la superficie hasta la broca para que el fluido de perforación se puede llevar bajo presión.

• Transmitir la rotación, aplicada en superficie, a la broca.

• Transmitir la fuerza, o peso, a la broca para que la formación se rompa más fácilmente.

• Proporcionar los medios para bajar y subir la broca de perforación dentro del pozo.

39

Todas las conexiones que se hacen desde la swivel hasta la parte superior de la Kelly son de rosca izquierda (en sentido antihorario) y todas las demás son de rosca derecha (en sentido horario), pues dado que la rotación aplicada es en el mismo sentido horario las conexiones tenderán a apretarse en vez de soltarse.

Todos los tamaños de tubería, sean tubería de perforación, botellas, collares o porta-mechas o revestimiento están clasificados por el Instituto Americano del Petróleo (American Petroleum Institute)(API) por su diámetro exterior. (Outside diameter)(OD)

Tubería de perforación.

Este es el componente principal, en términos de longitud de la sarta de perforación. Cada junta de tubería (llamada también ‘tubo’, ‘largo’, ‘sencillo’, etcétera) de perforación, hecha en acero, comúnmente tiene una longitud de 9 a 11 metros, con una caja de conexión (Tool Joint), macho o hembra, la cual está soldada en cada extremo de tal forma que se puedan enroscar entre sí una tras otra. El hombro alrededor de cada caja de conexión tiene un diámetro mayor pues así se ha dispuesto para dar mayor resistencia a las conexiones.

La tubería de perforación se consigue en varios diámetros (OD) aunque el más utilizado es el de 5” (127 mm). El diámetro interior de la tubería de perforación (Inside Diameter)(ID) varía de acuerdo al peso por unidad de longitud de cada tipo de tubo, entre mayor sea el peso, menor será su diámetro interior.

La tubería con pared más gruesa es llamada comúnmente ‘heavy weight drill pipe’ o tubería de peso pesado. A esta clase de tubería más pesada se le sitúa normalmente directamente encima de los Drillcollars en la sarta de perforación para obtener mayor peso y estabilidad. Al igual que la tubería ‘standard’ los heavy weight drill pipe (HWDP) se consiguen en diferentes diámetros e ID (inside diameter) diámetro interior variable según su peso por unidad de longitud. Los heavy weight drill pipe se diferencian exteriormente porque tiene las cajas de conexión(Tool Joints) más largas que la tubería normal.

Drillcollars.(Collares, botellas, o portamechas).

Los Drillcollars son tubos de pared gruesa, rígidos y de alto peso que son la parte más importante del ensamblaje de fondo (Bottom Hole Assembly)(BHA), posicionados entre la tubería de perforación y la broca. Cumplen varias funciones importantes:

• Proporcionar peso para la broca.

40

• Proporcionar la resistencia para que los drillcollars estén siempre en compresión.

• Proporcionar el peso para asegurar que la tubería de perforación siempre se mantenga en tensión para evitar que se tuerza.

• Proporcionar rigidez o consistencia para que la dirección del pozo se mantenga.

• Producir un efecto de péndulo, permitiendo que los pozos casi verticales puedan ser perforados.

En forma similar a la tubería de perforación los drillcollars se consiguen en varios diámetros exteriores (OD) con el diámetro interior(ID) variando según el peso por unidad de longitud.

Normalmente el ID es similar al de los Heavy weight Drill Pipe, cercano a 3” o 76 mm:

El peso aplicado a la broca debe provenir únicamente de los drillcollars, si el peso aplicado a la broca excede el peso total de los drillcollars, el peso extra provendrá de la tubería, la cual estaría en compresión, siendo susceptible de torceduras y a que se zafara la rosca.

El peso de los drillcollars actuando directamente sobre la broca tiene dos consecuencias principales:

• La tendencia de la sarta de colgar verticalmente debido al peso y la gravedad. Entremás pesados sean los drilcollars, menos probable es que el pozo se desvíe de lavertical.

• El peso aplicado a la broca la hará estabilizar, haciendo que el pozo mantenga su dirección constantemente. Esta estabilización de la broca también permitirá una distribución más pareja de la carga sobre la estructura cortante de la broca. Esto evita que la broca se aleje de la posición central, garantizando un pozo derecho, de diámetro correcto, desgaste parejo de la broca y mayores ratas de penetración.

Mantener el pozo en la dirección correcta se logra no sólo por el peso y la rigidez de los drillcollars en la base de la sarta de perforación, sino con que el diámetro exterior OD de los drillcollars sea apenas menor que el diámetro de la broca empleada, o al diámetro del pozo

Esto se conoce como sarta ‘empacada’.

41

El inconveniente asociado a este tipo de diseño de sarta de fondo (Bottom Holeassembly)(BHA) es que es muy susceptible de sufrir por pega diferencial, donde la tubería se pega en la torta que cubre las paredes del pozo. Este riesgo se minimiza mediante la utilización de drillcollars con diferentes diseños de sección, o de surcos en la superficie con el fin de reducir el área de contacto que pueda haber entre los drillcollars y la pared del pozo. Así los drillcollars pueden ser redondos, de sección cuadrada o elíptica, con surcos espirales, etcétera.

El Ensamblaje de Fondo (BHA).

Este es el nombre aplicado a los drillcollars y cualquier otra herramienta o tubería incorporada, incluyendo la broca. La sarta de perforación es entonces la tubería de perforación más el BHA. (El cual está incluido dentro del BHA)

Estabilizadores.

Estos son unos tramos cortos de tubería, (Subs.) posicionados entre los drillcollars con el fin de mantenerlos centrados dentro del hueco, mantener el pozo derecho y por medio de la acción de corte mantener el diámetro correcto en las paredes del pozo. El diámetro completo del pozo se consigue con unas ‘Cuchillas’ montadas en el cuerpo del estabilizador, las cuales pueden estar hechas de aluminio o caucho macizo, o más comúnmente, de acero con insertos de carburo de tungsteno dispuestos en la caras cortantes. Los estabilizadores se pueden clasificar como de cuchillas rotantes o no rotantes, o como de cuchillas espirales o rectas.

Rimadores (Reamers).

Los rimadores riman las paredes del pozo a un diámetro igual o inferior al de la broca y realizan una función similar a los estabilizadores en cuanto que ayudan a estabilizar el ensamblaje de fondo y mantener el hueco con el diámetro completo. Son usados generalmente cuando se experimentan problemas para mantener el pozo del diámetro de la broca, en formaciones abrasivas, cuando a la broca se le desgasta el diámetro exterior. En forma similar, se utilizan se sabe que en el pozo existen ojos de llave, patas de perro, o escalones. El número y posición de las cuchillas rimadoras dictan la clasificación del reamer. Por ejemplo, con tres cuchillas, se llama un reamer de 3 puntos. Si se le ubica hacia la base del sub (como se muestra en la ilustración) se le llamara un reamer de tres puntos, cerca de la broca. Un reamer estabilizado tendrá las cuchillas posicionadas en el centro del sub.

Los Under-reamers también son ubicados directamente encima de la broca para rimar el hueco y mantener el diámetro o aumentar el diámetro del hueco ya perforado. La acción de corte orimado se logra por medio de conos giratorios que van sobre brazos

42

extensibles. Estos brazos se abren y se mantienen abiertos durante la perforación por la presión de lodo que esté pasando a través de la tubería. Esto permite que la herramienta pueda bajar a través de una sección de diámetro estrecho, como un revestimiento, y luego abrirse en la profundidad deseada…

Hole opener (ensanchador).

Esta herramienta es similar a los under reamers, en la cual la acción de corte o rimado se logra por medio de conos giratorios para ensanchar el diámetro del hueco. Pero a diferencia de estos, no van sobre brazos extensibles. Generalmente son usados en secciones superiores de pozos donde se requieran diámetros grandes

Cross-Overs.

Los Cross-Overs son pequeñas secciones de tubería que permiten conectar entre sí tuberías y drillcolllars de diferente rosca y diámetro.

Martillos (jars).

Estos son elementos operados mecánica o hidráulicamente para proporcionar un golpe de alto impacto sobre la sarta de perforación dentro del pozo para el caso en que sobrevenga una pega de tubería. Los Martillos están específicamente diseñados para perforar o para pescar (recuperar una parte de la sarta de perforación que se ha dejado en el pozo).

Si la tubería se pega y no puede ser liberada trabajando la tubería con movimientos normales hacia arriba y hacia abajo, sin sobrepasar las limitaciones del equipo y la tubería entonces es cuando se usan los martillos para perforación rotaria.

Los martillos son herramientas diseñadas para proporcionar golpes de alto impacto, en sentido hacia arriba o hacia abajo sobre la sarta de perforación. La dirección para la cual se active el martillo depende del movimiento de la tubería cuando ocurrió la pega. Un golpe hacia abajo se obtendrá si la tubería estaba quieta o moviéndose hacia arriba. Un golpe hacia arriba se obtendrá si la tubería se está moviendo hacia abajo. La mayoría de las situaciones de pega resultan cuando la tubería se está moviendo hacia arriba o cuando esta quieta, por lo tanto el martilleo hacia abajo es el más común.

Para liberar la tubería se necesita que el jar esté por encima del punto de pega, por esto se les ubica a los martillos en la parte superior del ensamblaje de fondo (BHA), siempre arriba de los estabilizadores y otras herramientas de mayor diámetro susceptibles a pegarse.

43

Los martillos pueden ser activados hidráulica o mecánicamente, pero ambos funcionan con el mismo principio. Este es que el martillo consiste en un tubo de diámetro mayor el cual está unido a la sarta de abajo (la que está pegada) y un mandril de diámetro inferior, unido a la tubería libre arriba, el cual puede deslizarse liberando una gran energía(aceleración y fuerza) rápidamente bien sea hacia arriba o hacia abajo.

• Los Martillos Hidráulicos funcionan con una demora de tiempo producida por la liberación del fluido hidráulico. Cuando se extiende el mandril, el fluido hidráulico se libera lentamente a través de un pequeño orificio. Durante varios minutos la abertura continua abierta pero es restringida por la capacidad hidráulica. Entonces otro canal de fluido de diámetro grande se abre permitiendo un flujo grande y una rápida y sin restricción apertura del Jar, llamada golpe. Al final del golpe, normalmente de 8” para martillos de 6” de diámetro, un gran golpe es efectuado por la rápida desaceleración de la sarta sobre el Jar, la cual estaba acelerada durante el movimiento del mecanismo del Jar.

• Los Martillos Mecánicos producen el mismo tipo de golpe por efecto de aceleración / desaceleración que los hidráulicos, pero el mecanismo de disparo es dado por una pre-tensión característica del martillo y además no tiene demora de tiempo una vez que el mecanismo ha sido montado.

• Un Martillo Acelerador puede ser ubicado por encima del Martillo de perforación, generalmente entre los tubos Heavy-weight-drill-pipe, con el fin de intensificar el golpe que pueda producir el martillo. Cuando se baja la tubería para montar el martillo, se comprime una carga de gas (comúnmente nitrógeno) y cuando el Martillo se dispara, la expansión del gas en el acelerador amplifica el efecto del martilleo. El martillo acelerador ofrece la ventaja de delimitar el movimiento de los drillcollars entre el mismo y el punto de pega, y minimiza el impacto en la tubería de perforación y en el equipo de superficie al servir de amortiguador por medio de la compresión del gas.

Si con el martilleo no se puede soltar la tubería, el único recurso es soltar la parte de tubería que aún este libre (back off). Esto se consigue desenroscando la tubería en una conexión arriba del punto de pega. Este punto de pega se determina con una herramienta especializada de registros eléctricos, y luego se baja una pequeña carga explosiva a este punto para soltar la conexión. El resto de tubería que ha quedado abajo en el pozo, debe ser pescada, molida, o se puede desviar el pozo para poder continuar perforando.

Shock-Subs.

Este se posiciona directamente sobre la broca cuando la dureza de la formaciones hacen golpear la broca sobre el fondo. Están diseñados para absorber estos impactos

44

con el fin de prevenir daños en el resto de la sarta de perforación. Esto se hace por medio de resortes o de empaques de caucho.

Interpretación personal

Denarlyn Itriago

C.I.: 25.321.893

5to semestre/Sección D-03

45

Ing. de Petróleo

Para poder conocer si en sitio determinado existe la presencia de hidrocarburos se debe efectuar un proceso conocido como perforación que consiste en la aplicación de técnicas con el objetivo de construir pozos, sean productores (de petróleo y gas) o inyectores (de agua y vapor).

Más que toda la perforación se realiza para evitar daños al pozo, dentro del margen económico preestablecido y cumpliendo con las normas de seguridad y ambiente que estén plasmadas en las leyes correspondientes, mediante la implementación de sistemas o métodos que servirán de gran ayuda para la extracción y manejo del hidrocarburo presente en el hoyo.

Los equipos de perforación están compuestos por cinco sistemas principales los cuales son:

Sistema de potencia

Sistema de levantamiento o también llamado izaje

Sistema de circulación

Sistema de rotación

Sistema de prevención o de seguridad.

En el sistema de potencia se genera fuerza o energía por los motores primarios, la cual se debe transmitir a los equipos para proveer movimiento. Un punto importante para el funcionamiento óptimo de este sistema es que si el taladro es mecánico, esta potencia se transmite directamente del motor primario al equipo y si el taladro es eléctrico, la potencia mecánica del motor se transforma en potencia eléctrica con los generadores. Luego, esta potencia eléctrica se transmite a motores eléctricos acoplados a los equipos, logrando su movimiento. Para la generación de energía en los taladros de perforación se utilizan motores Diésel, los cuales están capacitados para generarle una gran cantidad de energía a los generadores eléctricos.

El sistema de levantamiento o también llamado sistema de izaje proporciona los mecanismos necesarios para bajar o levantar sartas de perforación o de revestimiento y otros equipos de subsuelo. Dentro de los compontes que estructuran este sistema están la Cabria que es utilizada para limpiar y mantener en buen estado el pozo perforado; el Malacate el cual funciona por el manejo del perforador, este equipo distribuye la potencia para el sistema de izaje y para el sistema rotatorio; un cable de perforación

46

que es el que permitirá, mediante su resistencia de grandes fuerzas, enrollar y conectar los componentes del sistema de izaje; soportes, elevadores, entre otros.

El sistema de circulación es el que se encarga de transportar el fluido de perforación en un circuito cerrado de circulación, el cual se desplaza por medio de las líneas de descarga hacia la cabria, y pasando luego a través de las conexiones superficiales, de la sarta de perforación, de la mecha y delos espacios anulares hasta volver nuevamente a los tanques que se encuentran en movimiento, pasado por los equipos separadores de sólidos.

Sus componentes son: El fluido de perforación que es el encargado de la limpieza, y fluidez de los ripios hasta la superficie; las bombas de lodo que tienen la capacidad suficiente de presión y descarga para llegar a la profundidad que se quiere; la sarta de perforación; los espacios anulares; la línea de retorno y los equipos separadores de sólidos.

Y por último tenemos el sistema de prevención o de seguridad que es el mecanismo o método que permite cerrar el pozo en caso de emergencias y el desalojo de arremetidas ocurridas durante el proceso de perforación o reacondicionamiento. Este sistema está integrado por: válvulas de seguridad, Carreto de perforación, múltiple de estrangulación, unidad acumuladora de presión, tanques de viajes, separadores de gas y línea de venteo. Este sistema está diseñado para controlar las altas presiones a las que el petróleo está sometido a medida que va llegando a la superficie.

Cada uno de los sistemas que componen un taladro de perforación posee una gran importancia para el excelente funcionamiento de este, que unidas al final componen la eficiencia con la que se trabaja para poder extraer el hidrocarburo contenido en el yacimiento, todo esto con el enlace de todos los sistemas para un mismo propósito que es la perforación del pozo.

Interpretación personal

Eliangelis Maurera

C.I.: 25.015.714

47

Los primeros pozos que se perforan son de carácter explorativo; la perforación de estos se realiza con el fin de encontrar los lugares o las partes donde se encuentra hidrocarburo, luego de esta actividad se encuentran los pozos de desarrollo.

Ahora para reducir los costos que requiere la perforación de los pozos se requiere el uso de sistemas de alto funcionamiento y buen desempeño, así como también de equipos que ofrecen la información necesaria del desarrollo de la operación.

De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones que se van a atravesar y las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el equipo de perforación más indicado.

Los sistemas de potencia en tiempos atrás solo se utilizaban por composición de grandes calderas y motores a vapor al pasar el tiempo se sustituyeron por los motores diésel por mejor manejo, seguridad, la reducción de tamaño lo cual es ventajoso.

A su vez están compuestos por las combustiones internas estas logran desarrollar la fuerza o energía la cual se utilizada para la operación de los factores en un taladro de perforación estos deben obtener varios de los motores para generar la energía o fuerza, en su total deben ser de gran parte de Diésel por mejor desempeño y lograr encontrar el combustible del mismo tipo, estos solo dependerá de varios factores para conseguir un buen funcionamiento, las fuerzas emitidas a la distribución de el taladro puede ser mecánica que es producida por cadenas, poleas dando mayor facilidad. También puede ser la fuerza eléctrica es utilizada para transmitir dicha electricidad mediante los cables al granaje eléctrico de control estos están conectados para dar funcionamiento los equipos requeridos como los son los motores, el malacate etc.

El sistema de izaje es de importancia a lo hora de la perforación este permite dar facilidad para levantamientos, traslados de las sartas, tuberías, equipos que requieren ser llevados a la superficie o al subsuelo para realizar conexiones a tratar y los viajes para dar la información necesaria.

Sistema de rotación esta se ubica en la parte central del taladro su función principal es hacer girar la sarta permitiendo dar giros alrededor del taladro, estas tienen componentes situados en la parte central del piso del taladro.

Sistema de circulación va en conjunto con el sistema de rotación mediante la perforación, el mantenimiento, este se dirige a la parte operacional de el taladro, cumple con equipos los cuales aportan el mejor manejo, materiales para una buena preparación y áreas de trabajos estos son fundamentales para así lograr un mantenimiento, mantener información de los fluidos sus características físicas estos son importantes en el sistema y operativo de preparación.

48

En el sistema de seguridad se encuentran unas válvulas que a la hora de que el hidrocarburo fluye a la superficie, estas se encargan del control de las presiones para evitar casos de emergencia que se puedan presentar permitiendo así el reacondicionamiento del pozo si lo amerita.

Interpretación personal

Irenice Segovia

C.I 23.519.017

49

5to semestre Sección D-03

El primer objetivo de una investigación geológica es localizar donde podemos encontrar algún yacimiento de hidrocarburos a esto lo llamamos una perforación de pozo al cual se le hace unos procedimientos de estudios en los cuales sabremos el tiempo de perforación, este dependerá de la profundidad dispuesta y las condiciones del subsuelo, el tiempo promedio de una perforación está entre los dos a seis meses.

Cuando se va a realizar una perforación se toma en cuenta las condiciones del pozo como el tamaño, el cual debe ser en la parte superior ancho y en la parte inferior cada vez más angosto con este tamaño se puede evitar derrumbes. Hay cuatro tipos de pozos, el pozo de desarrollo que consiste en extraer las reservas de un yacimiento es decir, explotar lo que quedo de un yacimiento ya perforado, el pozo exploratorio se trata de explorar los sitios donde no se había encontrado ni hidrocarburos ni gas antes , estos tipos de pozo no son muy costosos y en algunos casos no se consiguen hidrocarburos, los pozos estratigráficos no se utilizan para extraer hidrocarburos si no para obtener información geológica de las formaciones del subsuelo y por último de estos tipos tenemos al pozo de observación que él se encarga del estudio del comportamiento del yacimiento.

Los sistemas que componen un taladro de perforación son los sistemas de potencia que antiguamente estaban compuesto por calderas y motores a vapor pero se sustituyó por motores diésel los cuales son reducido de tamaño y son mucho más eficaz, también están constituido por motores de combustión internas ellos generan la fuerza o energía, la transmisión de potencia mecánica, los motores se juntan a través de unión hidráulica o convertidores de torsión con cadenas y poleas las cuales igualan las fuerzas.

Los sistemas de izaje tienen como objetivo bajar o levantar columna de perforación la cual es encargada de transmitir las fuerzas de empujes y también otros equipos del subsuelo. El malacate tiene relación con el sistema de izaje ya que distribuye potencia que permite levantar cargas de tubería de perforación y también sirve para mantener enrollado cientos de metros de cable de perforación.

La finalidad de las cabrias se basa en el reacondicionamiento o limpieza del pozo hay varios tipos de cabrias tenemos la portátil y la auto propulsada las cabrias tienen varias características ellas pueden ser de 26ª 46 metros, a unos 13, 24, o27 metros del piso según la altura total de la cabria.

Usualmente los sistemas de perforación son de vital importancia para las operaciones de perforaciones ya que este sistema abarca la mayor parte física del taladro este sistema es un ciclo que se encarga de arrancar n el tanque la succión de lodos, esto lleva varios procedimiento el cual comienza cuando la bomba descarga el fluido de reacondicionamiento a los caudales requeridos y esto pasa a través de la line de

50

superficie, con la tubería parada y la manguera de perforación, el fluido de reacondicionamiento ingresa a la unión giratoria y continua a través de la columna de trabajo, cuando el fluido sale de la broca comienza su aumento a través del espacio anular, después de pasar el espacio anular es sujeto a su primera limpieza, todo esto es el recorrido que debe llevar el fluido para una buena explotación.

El sistema de circulación tiene un equipo fundamental el cual es la bomba de lodo ya que esto es el elemento más importante en un taladro de perforación, generalmente u taladro cuenta con tres bombas de lodo, las cuales dos están operando y una se encuentra de reposo estas bombas deben de tener suficiente presión para llegar a la profundidad establecida, este sistemas utiliza dos tipos de bombas las bombas dúplex que son las que paseen dos cilindros y envían fluido a gran presionen dos sentidos y las bombas triplex ellas tienen tres cilindros y envían fluido en una sola dirección. La finalidad de una manguera vibradora es amortiguar la vibración en la tubería horizontal y esta es la que va desde el área de la bomba de los lodos al área del tubo parado que está ubicado cerca de una pata o de elementos verticales de la torre de reacondicionamiento.

Las condiciones que presentan los posos son de vital importancia para las preparaciones de lodos ya que en el área donde se preparan los lodos se mantienen o se alteran la composición química, cuando se desea aumentar el volumen del lodo se mezcla bentonita, pero si se desea aumentar el peso o densidad se mezcla barita, y cuando se requiera aumentar los dos a la vez se mezclan también ambos aditivos.

Interpretation personal

Bachiller:

Jessinel Silva C.I: 24.578.159

51

Ing. Petróleo D-03

Para proceder a una perforación es necesario determinar si en el pozo se encuentran hidrocarburos, en que cantidad y si es rentable perforar, para obtener estos datos se realizan registros de pozos y de esta manera se conoce la descripción del hoyo, y es a partir de estos datos que se identifican los tipos de pozos entre ellos están: el pozo desarrollado caracterizado por aumentar la producción del campo, debido a que se realizan en áreas ya probadas, aunque debido a la duda, estos pueden resultar estar secos. Pozos exploratorios son aquellos que se perforan a manera de investigación en lugares donde no se había encontrado petróleo ni gas con anterioridad. Pozos estratigráficos se estudian con el fin de conocer cómo se encuentra la columna estratigráfica es decir el subsuelo y áreas atravesadas mediante la perforación. Y por último se encuentra los pozos de observación utilizados para estudiar el comportamiento del yacimiento al finalizar su vida productiva.

Cuando ya conocemos las características del hoyo y los tipos de pozos existentes, es necesario saber por cuales sistemas está compuesto un taladro, para perforar de la manera más económica y rápida posible.

Sistema de potencia: compuesto por grandes calderas y motores a vapor, los cuales fueron sustituidos debido al gran peligro que representaban, posteriormente fueron reemplazados por motores diésel resultando de mejor efectividad.

Sistema de Izaje: es un componente vital del equipo de perforación debido a que aporta los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, la tubería de revestimiento y otros equipos sub superficiales, para realizar conexiones y viajes.

Sistema de Circulación: su objetivo es lubricar, refrigerar y transportar mediante el ciclo cerrado que efectúa, ya que remueve los escombros que se encuentran a su paso dentro del terreno, posee una mecha y es de gran importancia ya que sin este sistema el taladro no lograría penetrar en el suelo, debido a que la gran fricción generada elevaría la temperatura y fundiría la mecha. Está compuesto por bombas de lodo: su función principal es el de mover grandes volúmenes de lodo a bajas y altas presiones, manguera vibradora: su finalidad es atenuar la vibración en la tubería horizontal, y también reemplazar a las diferentes uniones y demás accesorios de tubería que serían necesarios. Tubería horizontal, tubo parado, y la manguera giratoria también forman parte de la composición entre otros.

Sistema de Rotación: El sistema de rotación depende del tipo de taladro. El más común es el de mesa rotatoria, que consiste en una mesa giratoria ubicada al pie del taladro y su función es la de hacer girar la sarta.

52

Sistema de Prevención: Está compuesto por válvulas que se instalan en la boca del pozo para controlar las altas presiones a las que sale el petróleo una vez que se haya llegado al yacimiento su función es cerrar el pozo en caso de contingencia y para permitir el desalojo de arremetidas ocurridas durante el proceso de perforación o reacondicionamiento.

Sarta y broca de perforación

Es la encargada de transmitir las fuerzas de empuje y rotación, además de determinar la profundidad del pozo. Por dentro de la sarta circula aire para evacua el detritus y además enfriar la broca y agua que sirve para estabilizar las paredes del pozo. La broca es una pieza metálica que crea orificios en diversos materiales cuando se coloca en una herramienta mecánica como taladro y su función es formar un orificio o cavidad cilíndrica.

Interpretación personal.

Luisa Reyes.

CI: 25.321.740.

5S – D03.

53

La única forma de saber si en un terreno hay un reservorio de hidrocarburos, es a través de la perforación de un hoyo, por consiguiente, en la actualidad se perforan distintos pozos que van desde un pozo exploratorio que se perfora para saber si hay acumulación de hidrocarburos; el pozo de desarrollo para explotar y extraer crudo. Sin embargo, algunas veces se perforan hoyos con la finalidad de observar, estudiar el comportamiento del yacimiento, u obtener información geológica de la formación, esta se denominan pozos de observación y pozos estratigráficos.

Un taladro de perforación para un correcto funcionamiento, debe contar con un correcto sistema de potencia que le da la energía necesario para llevar a cabo todos los procesos del taladro; el sistema de izamiento que se encarga de bajar o subir la sarta de perforación, las tuberías y otros equipos al subsuelo; el sistema rotatorio es uno de los más importantes ya que su función principal es girar la sarta de perforación; el sistema de seguridad, que está constituido principalmente por válvulas que controlan las presiones en el pozo, y está preparado para posibles contingencias, y el sistema de circulación.

El sistema de circulación es una de las partes más importantes del taladro de perforación, ya que esta se dedica a estudiar, preparar y mantener los fluidos de perforación.

El proceso de circulación del lodo de perforación, inicia en los tanques de succión, sitio donde se mantiene, se trata y se mezclan los fluidos de perforación; luego pasa por las líneas de succión de las bombas, de ahí es llevado a las bombas que descargan el fluido, generalmente en el taladro se encuentran tres bombas, dos destinadas al funcionamiento y la otra se mantiene en standby, estas bombas son de vital importancia en el proceso, ya que tienen la capacidad de ofrecer la presión necesaria para que el fluido llegue a la profundidad requerida.

Posteriormente de que el fluido sale de la bomba, este pasa por las líneas de descarga que transportan el lodo hasta el pozo; la primera etapa de esta línea está compuesta por la manguera vibradora, que va desde la bomba a la tubería horizontal, de ahí es pasado al área del tubo parado, este transporta el lodo hasta la manguera giratoria y finalmente esta la conecta con la unión giratoria.

Una vez que el lodo ha salido del lodo por el espacio anular, es transportado al área de reacondicionamiento de lodo, a través de las líneas de regreso, primeramente la por la zaranda vibratoria que controla la vibración del fluido, y extrae los ripios de mayor tamaño a través de un tamiz, pero deja pasar el sedimento y por consiguiente, es llevado a los tanques de sedimentación, luego pasan a un separador de gas, el cual remueve grandes cantidades de gases contenidos en el lodo; pero en el caso contrario, es decir si no es mucha la cantidad de gas que se encuentra en el lodo, pasa a un degasificador, para separar el gas del fluido.

54

Después pasa para eliminar completamente el material abrasivo que queda en el lodo, es llevado a un desarenador, y finalmente pasa a una piscina de lodos, la cual consiste en una fosa grande hecha en tierra, si se encuentra cerca del pozo se utiliza únicamente para desperdicios, y en caso contrario se exige estar lo más lejos posible del hoyo, y es utilizada para quemar los desperdicios, se denomina piscina de quemados.

Interpretación personal

Yudetzy Carrasco

CI: 25 427 687

55

Toda perforación o excavación que se realiza en un determinado terreno con el propósito de localizar y extraer petróleo, se denomina pozo petrolero o petrolífero, por lo cual el tipo de pozo depende principalmente del propósito de la perforación así como también de varias razones entre ellas se encuentra: área geográfica, las características y estructura del yacimiento, la columna geológica y la optimización de la producción del yacimiento al mínimo costo esto deriva a que según la profundidad del pozo y las condiciones o investigación geológica del subsuelo se determina el tiempo y el equipo más indicado, Debido a esto básicamente los tipos de pozos que se perforan en la industria petrolera son: de desarrollo, exploratorios, estratigráficos y de observación.

El objetivo de una perforación es generar el menor daño posible al pozo, dentro del margen económico, cumpliendo con las normas de seguridad y ambiente. Los pozos se clasifican según su trayectoria en verticales y horizontales.

Referente a esto tenemos los sistemas que componen un taladro de perforación que están formados por equipos que cumplen una o varias funciones específicas dentro de dicha operación de un pozo de petróleo los cuales son:

Sistema de Potencia.

Están constituido por motores de combustión interna y es generada por los motores primarios que debe transmitirse a los equipos para proporcionarle movimiento, antes se formaban por grandes calderas y motores a vapor, debido a la seguridad y extensión fue sustituido por motores diésel que son de reducido tamaño y de mucha más eficacia.

Sistema de Izaje.

Su función es esencial ya que el principal objetivo es proveer un medio para bajar o levantar sartas de perforación o de revestimiento y otros equipos de subsuelo.

Sistema de Circulación.

Es el encargado de mover el fluido de perforación en un circuito cerrado de circulación, succionándolo de los tanques activos y enviándolo por medio de las líneas de descarga hacia la cabria, y pasando luego a través de las conexiones superficiales, de la sarta de perforación, de las boquillas de la mecha y de los espacios anulares hasta retornar nuevamente a los tanques activos, pasado por los equipos separadores de sólidos.

Los componentes del sistema de circulación son: El fluido de perforación, tanques activos, bombas de lodo, conexiones superficiales, sarta de perforación, espacios

56

anulares, línea de retorno, línea de descarga, stand pipe y manguera rotaría y equipos separadores de sólidos.

El cual está constituido por una serie de equipos y accesorios que permiten el movimiento continuo del eje principal en el fluido o lodo de perforación es decir; es el sistema que proporciona los equipos, materiales y espacios físicos que se requieren para la preparación, medición de propiedades físicas y acondicionamiento de los fluidos de perforación.

La función principal es mover los fluidos de perforación desde los tanques de preparación, hacia el stand pipe, la unión giratoria, la Kelly, la tubería de perforación, las botellas y la broca, para que retorne por el espacio anular trayendo consigo los cortes hasta la línea de retorno, los tanques de tratamiento, el equipo de control de lodos y comenzar de nuevo el viaje.

En este sistema se trabaja con altas presiones, ya que consiste en la circulación de lodo químico a alta presión, cuyo objetivo es "Lubricar", "Refrigerar" y "Transportar" los escombros removidos por la mecha a su paso dentro del terreno. Es de vital importancia ya que sin este sistema el taladro no lograría penetrar ni siquiera 5 metros en el suelo, debido a que la gran fricción generada elevaría la temperatura y fundiría la mecha.

Sistema de Rotación.

Depende del tipo de taladro por lo que permite proporcionar la rotación necesaria a la sarta para que la mecha pueda penetrar la corteza terrestre hasta las profundidades donde se encuentran los yacimientos.

Sistema de Seguridad.

Está diseñado para cerrar el pozo en caso de contingencia y para acceder al desalojo de arremetidas ocurridas durante el proceso de perforación por lo cual el que permite dicha función son las válvulas que se colocan en la boca de dicho pozo.

Dicho esto obtenemos la importancia básica y principal de que cada sistema es indispensable para el normal desarrollo, ya que si no se dispone de un sistema de circulación adecuado, difícilmente habrá progreso en la perforación, con el mismo criterio se puede proceder para los demás sistemas restantes y llegar a la conclusión final de que cada sistema es clave en el éxito del trabajo a operar o realizar.

57

GLOSARIO

Abrasivo: Un abrasivo es una sustancia que tiene como finalidad actuar sobre otros materiales con diferentes clases de esfuerzo mecánico triturado, molienda, corte, pulido.

58

Acidificación: se usa en yacimientos de areniscas con el objetivo de remover el daño de la formación

Ariete: Antigua máquina de guerra empleada para derribar murallas, formada por una viga larga y pesada, reforzada en uno de sus extremos con una pieza de hierro o bronce, generalmente labrada en figura de cabeza de carnero

Barita: se usa para dar densidad al lodo de los sondeos profundos.

Barrena: Barra de hierro con uno o los dos extremos cortantes, que sirve para agujerear peñascos, sondear terrenos, etc.

Broca: es una pieza metálica de corte que crea orificios en diversos materiales cuando se coloca en una herramienta mecánica como taladro, berbiquí u otra máquina.

Cabría: es un artefacto utilizado para levantar pesos.

Canaleta: conducto que recoge y vierte el agua de los tejados.

Caneca: Recipiente estrecho y cilíndrico de barro vidriado

Cáñamo industrial: las variedades de la planta Cannabis sativa y el nombre de la fibra que se obtiene de ellas, destinadas al uso industrial y alimentario

Columna estratigráfica: muestra una secuencia de rocas sedimentarias, con las rocas más antiguas en la parte inferior y las más recientes en la parte superior.

Cuello de ganso: Una sección de tubería rígida en forma de "U" invertida, utilizada normalmente como conducto para el fluido de perforación de alta presión.

Devanar: Enrollar un hilo, un alambre, una cuerda u otro material alrededor de un eje o un carrete.

Eslabón: Pieza con forma de aro o anillo que, enlazada con otras semejantes, forma una cadena.

Encuelladero: Es la plataforma de trabajo del encuellador desde donde organiza la tubería de perforación, su altura depende del número de tubos conectados que se manejen en el taladro, por lo general tres (90 pies)

59

Fuerza Centrífuga: es una fuerza ficticia que aparece cuando se describe el movimiento de un cuerpo en un sistema de referencia en rotación, o equivalentemente la fuerza aparente que percibe un observador no inercial que se encuentra en un sistema de referencia giratorio.

Fluido de Terminación: Un líquido libre de sólidos utilizado para "terminar" un pozo de petróleo o gas. Este fluido se coloca en el pozo para facilitar las operaciones finales antes del comienzo de la producción, tales como la colocación de filtros (cedazos), tuberías de revestimiento cortas (liners) de producción, empacadores y válvulas de fondo pozo, o la ejecución de disparos en la zona productiva.

Fresado: consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro, que ejecuta movimientos de avance programados de la mesa de trabajo en casi cualquier dirección de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se mecaniza.

Izaje: es una operación que se realiza para mover objetos grandes y/o pesados y que no pueden ser transportados manualmente.

Línea de estrangulamiento: Una tubería de alta presión que va desde una salida del conjunto de pre ventor de reventón hasta el estrangulador de contrapresión y el múltiple colector asociado. Durante las operaciones de control del pozo, el fluido que se encuentra bajo presión en el pozo fluye fuera de éste a través de la línea de estrangulamiento hasta el estrangulador, reduciendo la presión del fluido al valor de la presión atmosférica. En las operaciones marinas flotantes, las líneas de estrangulamiento y ahogo salen del conjunto submarino de pre ventores de reventón y llegan a la superficie a lo largo de la parte externa del tubo ascendente. Los efectos volumétricos y friccionar de estas líneas largas de ahogo y estrangulamiento deben ser considerados para controlar adecuadamente el pozo.

Manifold: parte del sistema de tuberías de cargue, descargue o manejo de productos, en el cual confluyen varios tubos y válvulas, por lo que también se le conoce como "múltiple de cargue".

Mástil: conforma la parte más prominente del equipo (por lo general de 40 metros de altura), y está integrada por cuatro grandes columnas de acero de forma rectangular, unidas lateralmente.

Péndulo: es un sistema físico que puede oscilar bajo la acción gravitatoria u otra característica física (elasticidad, por ejemplo) y que está configurado por una masa

60

suspendida de un punto o de un eje horizontal fijo mediante un hilo, una varilla, u otro dispositivo que sirve para medir el tiempo.

Protuberancia: Parte saliente o abultamiento, de forma más o menos redondeada.

RPM: una unidad de frecuencia que se usa también para expresar velocidad angular.

Tamiz: Utensilio que se usa para separar las partes finas de las gruesas de algunas cosas y que está formado por una tela metálica o rejilla tupida que está sujeta a un aro

Taponamiento: Acción de aislar de manera temporal o definitiva las formaciones geológicas atravesadas en la perforación que contengan aceite o gas, de tal forma que se eviten invasiones o manifestaciones de hidrocarburos en la superficie.

Vástago: Varilla, barra que transmite el movimiento a algún mecanismo.

Zaranda: Dispositivo mecánico, primero en la línea de limpieza del fluido de perforación, que se emplea para separar los recortes del trépano u otros sólidos que se encuentren en éste en su retorno del pozo. El fluido pasa a través de uno o varios coladores vibratorios de distinta malla o tamaño de orificios que separan los sólidos mayores.

Referencias bibliográficas.

Biblioteca digital [en línea](2012). [Consulta : domingo, 6 de abirl de 2014] disponible en: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/431/1/CD-0411.pdf

61

Buenas tareas [en línea] (2011). [Consulta : domingo, 6 de abril de 2014] disponible en: http://www.buenastareas.com/ensayos/Clasificaci%C3%B3n-De-Pozos-De-Petr%C3%B3leo/2879427.html

Datalog. Manual de Perforación. Procedimientos y Operaciones en el Pozo. Marzo (2002).

Efraín E. Barberii. El pozo ilustrado. Caracas (1998). Monografías [en línea] (2009). [Consulta : domingo, 6 de abril de 2014]

disponible en: http://www.monografias.com/trabajos/petroleo2/petroleo2.shtml#ixzz2y8fcrw82

Monografías [en línea] (2009). [Consulta : domingo, 6 de abril de 2014] disponible en: http://www.monografias.com/trabajos35/petroleo/petroleo.shtml#ixzz2y8tUq7CH

PDVSA [en línea](2005). [Consulta : domingo, 6 de abirl de 2014] disponible en: http://www.pdvsa.com/index.php?tpl=interface.sp/design/glosario/search.tpl.html&newsid_temas=51&newsid_idterm=97&newsid_termino=P&newsid_lugar=1

Scribd [en línea] (2014). [Consulta : domingo, 6 de abril de 2014] disponible en: http://es.scribd.com/doc/35414399/EL-Taladro-y-Sus-Componentes

Wikipedia la enciclopedia libre [en línea] (2014). [Consulta : domingo, 6 de abril de 2014] disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Taladro_de_perforaci%C3%B3n_rotatoria#Sistema_de_potencia

Anexos: http://infoleg.mecon.gov.ar/infolegInternet/anexos/160000-164999/161762/

norma.htm http://www.bvsde.paho.org/vivi/cd/inhem2/reunion/tcasanb2.htm http://www.ingenieroambiental.com/informes/

petroleo(ingenieroambiental.com).htm http://cuentame.inegi.org.mx/economia/petroleo/imagenes/capas.jpg http://wwwelrinconpetrolero.blogspot.com/2010/10/fundamentos-de-

perforacion.html http://www.osinerg.gob.pe/newweb/pages/GFH/1654.htm http://biblioteca.sena.edu.co/exlibris/aleph/u21_1/alephe/www_f_spa/icon/

17651/operacion_pozos/index.html http://biblioteca.sena.edu.co/exlibris/aleph/u21_1/alephe/www_f_spa/icon/

17651/operacion_pozos/index.html http://petroshaggy.blogspot.com/2010/10/sistema-de-izamiento.html

62

Anexos.

Anexo#1: Perforación.

63

Anexo#2: Descripción de la perforación.

64

Anexo#3: Perforación en plataformas submarinas.

Anexo#4: Esquema de un Equipo de Perforación.

65

Anexo#5: Pozo estratigrafico.

66

67

Anexo#6: Sistema de elevación.

Anexo#7: Sistema de rotación.

68

Anexo#8: Componentes de rotación.

Anexo#9: Sistema de Izamiento.

69

Anexo#10: Sistema de circulación.

Anexo#11: Equipo del sistema de circulación.

70

Anexo#12: Bombas de lodos de perforación.

71

Anexo#13: Sistema de preventores.

Anexo#14: Circulación en un Equipo de Perforación.

Anexo#15: Entubado del pozo.

72

Anexo#16: Sistema de perforación con rotación circulación directa.

Anexo#17: Sarta de perforación.

73

Anexo#18: Broca.

74