República Bolivariana de VenezuelaInstituto de Capacitación Integral“Jesús Adolfo Chacín” Curso “Procesos en la Perforaciónde Pozos Petrolíferos”Objetivo: Introducción – Taladros y Sarta de Perforación.Instructor: Ing. José Rafael Argüello Ruz.CIV: 118.845.

Introducción – Taladros y Sarta de Perforación.

Introducción.

El hombre en el transcurso del tiempo ha venido investigando y explotando

continuamente las diferentes fuentes energéticas que puedan encontrarse en el seno de la corteza

terrestre tales recursos pueden ser renovables y no renovables. La explotación de los distintos

recursos energéticos, debe ser racionalmente llevada a cabo por el hombre, para el bienestar de

su comunidad y el de su entorno o medio ambiente.

Perforación.

Actividad de campo que consiste en mudar un taladro, vestir el equipo y conectar una

mecha o una sarta de tubería de acero para penetrar las formaciones hasta construir un hoyo. Este

se acondiciona y termina convirtiéndolo en un pozo petrolífero.

Métodos principales de perforación

Existen dos métodos principales para perforar pozos:

Método de perforación a percusión o método a cable: Este método se remota a la época

antigua, los chinos perforaban pozos de salmuera. El método nació con la industria petrolera en

1859. Aquí se utiliza una vara puntiaguda conectada a otra pesada que da rigidez, peso y

estabilidad. Seguidamente se conecta un cable de perforación que hace efectivo el momento de

impacto (altura x peso) de la barra contra la roca finalmente se conecta un cable de perforación al

tope del percutor. Según este método, las herramientas se levantan a cierta altura para luego

dejarlas caer libre y violentamente sobre el fondo del hoyo, la acción repetida ahonda el hoyo,

despedazando la roca en formación.

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Partes del equipo de perforación cable:

1. Máquina de vapor2. Correas de transmisión3. Cable para achicar4. Malacate5. Malacate de transmisión6. Malacate para carga pesada7. Malacate para cable de perforación8. Biela9. Eje conector10. Viga maestra (balancín)11. Puntal mayor12. Bases de la torre13. Sótano14. Patas de la torre15. Travesaños16. Cornisa17. Poleas.

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Métodos de perforación rotatoria: Se inicio en 1863 en Francia. En usa (Texas) se

perforaron los primeros pozos petrolíferos en 1900. Este método es el comúnmente usado y

contempla construir un hoyo mediante la rotación de una mecha, la cual se aplica peso. La sarta

se hace girar a altas velocidades el número de juntas de tuberías de perforación se incrementa

en la medida que se profundiza. Con este método, se protege las paredes del hoyo con

resvestidores (tubos de acero mayor diámetro) y los recortes de rocas se extraen con la ayuda de

un fluido de perforación, que se bombea por la tubería y retorna por el anular (espacio entre pared

del hoyo y la tubería). Este nuevo sistema de perforación supero dificultades del método a cable.

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Taladros de Perforación.

Son equipos utilizados para perforar pozos de petróleo o gas en tierra o costa fuera. Su

tamaño depende de la profundidad y características del yacimiento a perforar.

Tipos de Taladros:

En Tierra: Son llamados Taladros, perforan sobre la superficie terrestre o tierra firme.

Pueden ser pequeños (Chivitos) los cuales se utilizan para perforar pozos someros, es decir de

poca profundidad o Taladros Grandes para perforar pozos más profundos.

Jack Up, Tritón o Autoelevadisas: Perfora pozos costa afuera, posee pilares que soportan

la cubierta del equipo. Dichos pilares se apoyan en el fondo del mar o lago, y posterior mente se

eleva la plataforma del nivel del agua.

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Plataformas de Perforación: Es una estructura inmóvil a poca distancia de la costa, es

decir, una vez levantada no se mueve del sitio de la perforación. Se perforan varios pozos desde

la plataforma. La hay de estructura de acero, tipo cajón y de base de hormigón.

Sumergibles: Son equipos que permanecen en el fondo del mar o lago mientras perforan,

son utilizados en aguas poco profundas. Tienen unos compartimientos que se inundan para que se

pueda sumergir. Los hay de Barcazas de pilares, Sumergible Ártico, entre otros.

Semisumergibles: Es un equipo que perfora pozos costa afuera. Cuando se inundan los

compartimientos hacen que el equipo se sumerja parcialmente a una profundidad determinada.

Estos equipos hay que anclarlos para mantenerlos en su sitio durante la perforación. Pueden

perforar pozos en aguas profundas.

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Buques de Perforación: Es un grupo flotante y autopropulsado para perforaciones a corta

y mediana distancia de la costa.

Partes de un taladro de perforación rotatoria:

Existen muchas partes que conforman un equipo de perforación rotatoria. Una parte de

ellas se encuentra en la superficie y otra parte en el subsuelo.

En la superficie encontramos:

Torre Cabria o Mástil (Derrick): Es una estructura de acero de silueta piramidal cuyas

cuatro patas se asientan y aseguran sobre las esquinas de una subestructura metálica muy fuerte.

La cabria resiste más de 100 toneladas de peso de tubería de perforación además brinda la altura

necesaria para manejar la metida y sacada (Viajes) de la tubería al hoyo. Las torres pueden ser

fijas o portátiles, telescópicas o trípodes. Las torres se clasifican de acuerdo a la capacidad para

soportar cargas verticales y la velocidad lateral del viento que puedan soportar. La torre esta

formada por la corona (cornisa) la plataforma del encuellador y la subestructura.

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L a Corona o Cornisa: Es la parte superior de la torre donde se instala un sistema de poleas

fijas por donde pasan las líneas de perforación este sistema soporta la carga total sobre la torre

mientras se corre la tubería.

La Plataforma del encuellador: Es el piso del encuelladero que está debajo de la corona y

es donde se maneja la tubería en orden y con seguridad para meterla o sacarla del hoyo, aquí el

bloque viajero sube hasta la plataforma, donde el encuellador ya ha capturado y desplazado la

parte superior de la pareja y termina enganchando y asegurando el cuello de pesca de la pareja al

elevador del bloque. Luego el perforador procede a bajar la pareja para conectarla y después

meterla al hoyo.

S ubestructura: Es la parte inferior de la torre que está debajo del piso de perforación. Es

un conjunto de vigas resistentes que debe soportar el mástil, los equipos elevadores y el sistema

de rotación. Esta estructura provee espacio debajo de la torre para instalar grandes válvulas de

seguridad impidereventones (BOP) que evitan la arremetida del pozo la subestructura soporta

todo el peso de la torre el de la mecha rotatoria, el del bloque, el del cuadrante (Kelly) y de toda

la sarta.

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Equipos Elevadores: Son los equipos que cuelgan o suspenden la sarta de perforación en

el pozo. También permiten subir o bajar la sarta dentro del pozo, es decir, realizar viaje de

tuberías. También permite controlar el peso sobre la sarta.

Poleas Fijas: Están montadas en la parte superior de la torre (Cornisa), En las cuales pasa

el cable de perforación que viene del malacate. Dicho cable va enhebrado en ellas y pasan luego

por el bloque viajero.

B loque Viajero (Traveling Block): Es polipasto o sistemas de poleas que se encuentran

dentro de una carcasa de acero por donde pasa la línea de perforación varias veces y se encarga

de sostener, subir y bajar las cargas del taladro en forma segura. Esa una estructura grade de

acero que pesa de 2 a 12 toneladas y capaz de suspender de 60 a 700 toneladas según

características.

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Gancho (Hook): Herramientas de acero que se acopla al asa del bloque viajero sirve para

sostener la junta giratoria del sistema en rotación durante la perforación del gancho también

cuelgan los escalones del elevador que sirve para colgar o correr la tubería.

Elevadores: Los elevadores van colgados del gancho por medio de la asas del elevador.

Sirven para sacar la tubería del pozo o para bajarla.

Línea o Cable de Perforación: son los cables ó guayas de acero que se utilizan para

suspender y sostener las cargas manejadas en la torre. Las líneas de perforación pasan por el

bloque viajero y por la corona. Este cable viene en un gran carrete. Las líneas de perforación

constan de seis ramales torcidos de acero y cada ramal consta de 9 hebras externas también

torcidas que envuelven el núcleo o centro.

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Línea viva: Es la guaya que viaja continuamente hacia arriba o hacia abajo y que se

enrolla o desenrolla en el tambor del malacate.

Línea muerta: es la guaya que esta fija al pie de la torre en el ancla de cable.

Ancla de Cable Muerto o Línea muerta: Es para asegurar firmemente el cable de de

perforación y lo protege de los desplazamiento. El cable que sale de carrete, de pasa por el ancla

para después pasar por las poleas fijas, al bloque viajero y al malacate; luego el cable es fijado en

el ancla.

Malacate: Ubicado entre las dos patas traseras de la cabria, sirve de centro de distribución

de potencia para el sistema de elevador o izaje y el sistema rotatorio. Su funcionamiento está a

cargo del perforador. Consiste del carrete principal que sirve para devanar y mantener arrollados

cientos de metros de cable de perforación. Sirve para subir y bajar el grupo móvil de poleas.

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Equipos Rotatorios: Son los equipos utilizados para hacer girar la sarta de perforación. En

algunos taladros se utilizan un sistema de Kelly y Mesa Rotaria y otros utilizan Top Drive.

Unión Giratoria (Swivel): La junta giratoria tiene tres puntos importantes de contacto con

tres de los sistemas componentes del taladro. Por medio de su asa, cuelga del gancho del bloque

viajero. Por medio del tubo conector encorvado, que lleva en su parte superior, se une a la

manguera del fluido de perforación, y por medio del tubo conector que se proyecta de su base se

enrosca a la junta kelly.

Cuadrante (Kelly): Estructura de acero de alto carbono con geometría cuadrada o

hexagonal. Posee rosca a la derecha mientras que el swivel lo tiene a la izquierda. El kelly tiene

un buje especial que encastra en la mesa rotaria, la cual le imparte rotación cuando el perforador

baja el sistema elevador, el kelly se desliza a través del buje y de la mesa rotatoria cuando el

cuadrante penetra completamente a través de la mesa, el hoyo se ha profundizado en su longitud.

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Mesa Rotaria o Colisa: La colisa va instalada en el centro del piso de la cabria. Descansa

sobre una base muy fuerte, constituida por vigas de acero que conforman el armazón del piso,

reforzado con puntales adicionales. Cumple dos funciones, le suministra movimiento de rotación

al buje maestro para que este a su ves mueva el kelly y la sarta de perforación. Y la otra es de

servir de apoyo o caída a las cuñas de perforación, para mantener en suspensión la sarta dentro

del hoyo cuando de va hacer una conexión de tubería.

Top Drive: Algunas torres hacen girar la sarta de perforación con un Top Drive o equipo

de trasmisión superior. Estos equipos son caros pero muy eficaces. Se ahorra mucho tiempo con

estos equipos debido a la rapidez con que se hacen las conexiones de las parejas y juntas de la

sarta de perforación. Un motor hace girar el árbol de transmisión que esta en el Top Drive, en

dicho árbol de transmisión va conectada la sarta de perforación y es este quien la hace girar. La

sarta de perforación pasa por la mesa rotaria pero esta no gira.

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En el subsuelo tenemos:

Sarta de Perforación: La sarta de perforación es el conjunto de tubería de acero más el

ensamblaje de fondo o BHA (Bottom Hole Assembly). Con esta columna metálica que lleva en

su extremo inferior a la mecha, se puede desgranar la roca y alcanzar la profundidad deseada.

Mec ha o barrena de perforación (Bit): La mecha de perforación es la herramienta de acero

resistente y diseño mecánico especial que se enfrenta a la roca formación y la degrada o

despedaza en la medida que rota, y de esta manera hacer el hoyo durante las operaciones de

perforación de pozos, la mecha se conecta en el extremo inferior de la sarta de perforación por

medio de una unión a los Porta Mecha o Lastrabarrena (Drill Collars), los cuales ejercen peso

sobre ella para realizar la perforación, la rotación de la mecha es una función combinada de la

tubería de perforación y la mesa rotatoria, o bien por el motor de fondo. Hay mechas de

diferentes diámetros desde 3 a 42 pulgadas. El peso de varía dependiendo del tipo y tamaño. La

barrera se selecciona en función del revestidor requerido y de la litología atravesada desde el

punto de vista litológico las formaciones pueden ser: muy blandas, blandas, semiduras, duras y

muy duras. Existen 3 tipos principales de mechas, las de Cabeza Móvil como las tricónicas, de

carburo de Tungsteno, de acero al carbono; las de Cabeza Fija como las PDC y de Diamante y

las usadas para Toma Núcleo.

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Motores de Fondo: En la perforación de pozos direccionales se utiliza motores

especialmente diseñados para perforar una curva predecible desde vertical a horizontal y

mantener una geometría constante, este motor tiene la particularidad de eliminar la rotación de la

tubería mediante una fuerza de torsión pozo abajo, impulsada por el fluido de perforación, los

motores traen incorporado un cuerpo de desvío (Bent Housing) ajustable de 0.5 a 3º, con la

finalidad de permitirle a la mecha, construir inclinación y/o cambiar la dirección del hoyo sin

rotación en la tubería y de perforar en forma recta cuando la sarta es rotada.

Porta mechas, Barras o Lastrabarrenas (Drill Collar): Son tubulares lisos o en espiral de

acero o metal no magnético de espesores significativos, pesados y rígidos, los cuales sirven de

unión entre la mecha y la tubería de perforación (Drill Pipe), ellos constituyen el componente

principal del ensamblaje de fondo, el cual proporciona la rigidez y el peso suficiente para

producir la carga axial requerida a aplicar sobre la mecha. Los Drill Collars de espiral debido a

que sus ranuras reducen el área de contacto con la pared en un 40 % para una reducción de peso

de solo el 4 %, reduciendo la oportunidad de la pega diferencial, además de favorecer a la

circulación del lodo.

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Tubería de Transición Heavy Weight: Se conoce también con los nombres de Heavy

Wall, Hevi Wate, Heavy Wate; constituye el componente intermedio del ensamblaje de fondo, es

un tubular de gran espesor de pared similar a los Drill Collars pero menos rígidos y de menor

diámetro, cuya conexión posee las mismas características de la tubería de perforación, pero

mucho más pesadas y ligeramente más largas sus uniones o conexiones; es bastante flexibles y

sirve de zona de transición entre los Drill Collars y la tubería de perforación (Drill Pipe) para

minimizar cambios en rigidez entre estos componentes, así como también para reducir la alta

tensión y las fallas originadas por la concentración de flexión cíclica en la conexión de la tubería

de perforación.

Tubería de Perforación (Drill Pipe): Se entiende como tubería de perforación a la tubería

de acero resistente pero poco pesada que se conecta al ensamblaje de fondo (BHA, Botom Hole

Assmebly) y termina enroscándose al Kelly o al Top Drive, la cual se usa para transmitir la

potencia generada por los equipos de rotación a la mecha y servir como canal de flujo para

transportar los fluidos de alta presión desde el taladro hasta los Drill Collars y la mecha. Se

clasifican según su diámetro, grado del acero, longitud, peso por pie. LA longitud tiene un

promedio de 30 pies. Los tubos se conectan por medios de juntas que se encuentran en los

extremos denominada Pin (Macho) y Box (Hembra).

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Estabilizadores: En la perforación de pozos horizontales, se hace uso de los

estabilizadores para controlar o modificar el ángulo de inclinación del pozo de acuerdo a lo

deseado, los estabilizadores se instalan en la sarta de perforación para aumentar, reducir o

mantener el ángulo, ellos constituyen el componente del ensamblaje de fondo que permite tener

el contacto adecuado con la pared del hoyo para proporcionar estabilidad de la sarta, así como

prolongar la vida de la mecha, obteniendo a su vez hoyos más rectos y más seguros.

Rectificadores o Reamer: Son herramientas que son corridas mientras se perfora en

formaciones muy duras y abrasivas, cuando la estructura cortante externa de la mecha se desgasta

gradualmente si no está protegida, de esta forma cada pie adicional de hoyo perforado es

ligeramente de diámetro más pequeño que el anterior y de esta forma rectificar la pared y el

diámetro del hoyo.

Conexión (Tool Joint): Son prácticamente fracciones de tuberías que tienen por objeto

convertir un tipo de rosca en otro a fin de empalmar tubos incompatibles en unión.

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Cross Over: Son tubulares que posen roscas especiales macho y hembra, se utilizan para

conectar componentes de la sarta de perforación que tienen roscas diferentes.

Martillo: Es una herramienta diseñada para dar un impacto en la sarta o en el BHA, cuyo

objetivo principal es de lograr que la misma sea liberada en el caso de atascamiento o pega de

tubería. Los martillos pueden ser mecánicos, hidráulicos o hidromecánicos; teniendo los

hidráulicos la particularidad de permitir martillar con gran variedad de impactos y ser insensible

al torque, por lo cual no afecta la orientación de la herramienta cuando sé esta desviando el hoyo.

Existen otros equipos que se pueden calificar como accesorios ó equipos misceláneos.

Winches: manejan cargas.

Rampas o puente: permite suspender y mantener cargas y/ o equipos.

Llaves: aguante o fuerza, llaves hidráulicas, etc.

Escaleras: permiten el acceso personal del equipo.

Grúas: movilizan equipos de cargas.

Tarima de tubería (Rack): Permiten arreglar y manejar la tubería adecuadamente para

conectarla, medirla, inspeccionarla, etc.

Montacargas: movilizan cargas.

Depositos: sitios de almacenaje de herramientas.

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Procesos en la perforación.

La perforación de un pozo de petróleo involucra una serie de procesos o fases, cada una

de ella es particular u contemplan una serie de trabajos específicos.

Planificación: Esta actividad previa exige la revisión cuidadosa del proyecto (a través del

programa de perforación), para garantizar los materiales necesarios en el tiempo, así como del

personal y equipos de servicio. Está operaciones se hace tanto en oficina como en el taladro.

Mudanzas: Operación de traslado del equipo de perforación a la localización ordenada

por geología ó yacimientos (departamento de la operadora) deben cumplirse con las normativas

de seguridad firmado los protocolos necesarios para evitar perdidas.

Armado del Equipo: Esta actividad se cumple en un tiempo breve, consiste en ensamblar

todos los accesorios por partes involucradas para levantar la torre y conectar, mangueras, arrancar

plantas, armar los BOP’s, etc.

Perforación: Está es la etapa operativa de construir el hoyo con un ensamblaje de fondo

(BHA) + la tubería de perforación + kelly. Se realiza la perforación a través de fases,

construyendo hoyo superficial, hoyo intermedio y hoyo de producción simultáneamente se

bombea el lodo, el cual entra por la sarta y sale por la mecha levantando y suspendiendo los

recortes hasta ponerlos en superficie el lodo pasa por una serie de instalaciones mecánicas, cuya

finalidad es retener los sólidos de distintos tamaños, incorporadas optimizándolo para su

rebombeo.

Cementación: Una vez perforada cualquier fase, se procede a correr un revestidor (sarta

de tubos de acero de gran diámetro), hasta el fondo de la fase, se garantiza de está manera que se

origina un espacio entre la pared del hoyo y la del revestidor (espacio llamado anular),

seguidamente se hace arreglos en superficies (instalaciones y conexiones) para bombear lechada

de cemento por la boca del hoyo, la cual asciende hasta llenar el espacio deseado del anular.

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Después de fraguar la lechada, se presuriza el hoyo a fin de verificar la integridad de la formación

(no se debe vencer la presión de fractura del yacimiento).

Perfilaje: Está actividad se comienza a realizar a partir del hoyo intermedio. Una vez

concluida esta fase, se extrae la sarta de perforación y se procede a correr una herramienta de alta

precisión, en el perfilaje se registra y por lo tanto evalúa las propiedades de las arenas y de los

fluidos encontrados, tales como permeabilidad, porosidad, saturación etc.

Cañoneo: es la operación de campo que pretender abrir la arena contentiva de petróleo

con cargas explosivas para producir el pozo. Siempre se comienza a explotar las arenas en los

pozos de abajo hacia arriba; a demás deben de guardar medidas rigurosas de seguridad, por el

manejo de cargas explosivas y por otro lado, debido a que no se sabe como reacciona el pozo

cuando se cañonee.

Completación: Esta operación contempla meter en el hoyo y es a través de esa tubería de

producción (tubing) conectada a otras herramientas. La sarta queda en el hoyo y es a través de esa

tubería es que viaja el petróleo desde el fondo hasta superficies, la completación contempla

herramientas como, botellas, puntas biseladas, niples, mangas de circulación, mandriles de gas

lift, empacaduras, etc. Un hoyo se convierte en pozo, una vez que se deja dentro de él la sarta

de producción (completación) y además se instala en la boca del mismo un sistema de válvulas

denominada cabezal o arbolito para garantizar el flujo controlado, durante la producción es decir

después de perforar, se retiran los impidereventones (BOP’s) y se instala el arbolito de navidad o

de producción (christmas tree).

Reacondicionamiento: Involucra los trabajos realizados para restaurar la producción de

un pozo que bajó su tasa de producción por cualquier razón. Entre estros trabajos podemos

nombrar Reparaciones, Servicios, Permanentes, Temporales, Estimulaciones, etc.

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