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Page 1: 2.4 Sistema Rotatorio

Universidad Autónoma del Carmen DES DE CIENCIAS QUÍMICA Y PETROLERA

Facultad de Ciencias Química y Petrolera

TEMA II “PRINCIPALES COMPONENTES DEL

EQUIPO DE PERFORACIÓN”

ELEMENTOS DE PERFORACIÓN

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Objetivo: El alumno identificará el funcionamiento e interrelación de los sistemas que constituyen el equipo de perforación rotatorio.

1. Sistema de suministro de energía.2. Sistema de izaje.3. Sistema de circulación.4. Sistema rotatorio.5. Sistema de control.6. Sistema de medidor de parámetros de perforación.

Sistemas que componen el equipo de perforación

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OBJETIVO:

El objetivo del sistema rotatorio es proporcionar la acción de rotación a la barrena para que realice la acción de perforar.

En la actualidad existen tres formas de aplicar rotación a la barrena y son:

• Sistema rotatorio convencional

• Top drive

• Motor de fondo

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Mesa rotaria

Bujemaestro

BushingKelly

Válvulaseguridad

Kelly

Válvulaseguridad

UnióngiratoriaEl sistema rotatorio convencional.- Es superficial y transmite

la rotación a la tubería de perforación a través de sus componentes que son:

• Mesa rotaria (Rotaria)

• Buje maestro (Buje)

• Bushing Kelly (Bushing)

• Kelly (Flecha)

• Unión giratoria (Swivel)

• Sarta de perforación

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MESA ROTARIA

Tiene como objetivo proporcionar el movimiento giratorio, que en conjunto con los bujes es transmitido a la flecha, al Swivel y a la sarta de perforación.

El movimiento de rotación en la rotaria se realiza mediante flechas y engranes.

Capacidad de carga de la rotaria.

Mesa rotaria

Bujemaestro

Bushingkelly

Válvulaseguridad

kelly

Válvulaseguridad

Unióngiratoria

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Rotaria

Buje maestro

Bushing

Kelly o Flecha

Pins

El buje maestro se instala en la mesa rotaria y es el elemento que junto con la cuñas fijan la sarta de perforación a la rotaria para transmitirle el movimiento.

Cuñas

Buje maestro

El Bushing o Bushing Kelly se instala en el extremo inferior de la flecha (Kelly) y se une al buje maestro mediante unos pines para transmitir el movimiento a la flecha.

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Las flechas estándar miden 12.20 m (40 pies) con una sección útil de trabajo de 11.8 m (37 pies).

KELLY O FLECHA

Es un elemento de acero de forma cuadrada y hexagonal que se instala en la parte superior de la tubería de perforación, en ella se instalan válvulas de seguridad en ambos extremos para el control de flujos del pozo.

Tubo lavador

Cuello de ganso

Kelly o flecha

En la parte superior de la flecha se conecta la unión giratoria, en la parte inferior antes de la válvula de seguridad se instala un elemento llamado sustituto que evita el desgaste de la flecha por la rotación.

Kelly hexagonal

Kelly cuadrado

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Este elemento esta sostenido por la polea viajero (block) y se instala en la parte superior de la flecha. Tiene tres funciones básicas:

• Soportar el peso de la sarta de perforación y sus accesorios.

• Permite que la flecha gire sin enredar el cable

• Conecta el sistema de circulación con el sistema de rotación.

• Provee un sello hermético permitiendo el bombeo del lodo a alta presión.

Nota.- En los equipos marinos la polea viajera esta provista de un compensador que absorbe los movimientos oscilatorios ascendentes y descendentes de las plataformas. Estos movimientos varían de 4.5 a 7.5 m.

UNIÓN GIRATORIA O SWIVEL

Polea viajera

Gancho

Kelly

Manguera flexible

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Sistema de transmisión de la rotación.- El sistema de transmisión de la rotación de la superficie a la barrena se realiza mediante la sarta de perforación. La sarta de perforación esta compuesta por:

Tubería de perforación (TP).- Es la tubería que se instala inmediatamente arriba de los lastra barrenas o tubería pesada. Sus características son: diámetro, peso, grado, resistencia y longitud.

Tubería pesada (heavy walled).- Esta tubería se instala inmediatamente debajo de la tubería de perforación. Proporciona el paso de transición entre los lastra barrenas y la TP para evitar daños a la TP por la rigidez de los lastra barrenas, ayuda a mantener en tensión a la TP y aporta peso a la barrena.

Lastra barrenas (drill collar).- Es la tubería que se instala arriba de la barrena. Son muy pesados y son los que proporcionan el peso a la barrena para perforar, el rango de diámetro de esta herramienta es de 3 a 12 pg, su longitud promedio es de 9.5 m.

Sustitutos.- Son utilizados para unir tubería con diferente rosca

Estabilizadores.- Son instalados entre los lastra barrenas como protección de los mismos y mantienen la dirección de la barrena, algunos son equipados con elementos de corte (carburo de tungsteno).

SARTA DE PERFORACIÓN

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Es un equipo superficial utilizado para imprimir rotación a la sarta de perforación sin la utilización de la mesa rotaria ni la flecha (Kelly).

• Unión giratoria integrada

• Manguera flexible

• Motor eléctrico

• Árbol de transmisión

• Caja de transmisión

TOP DRIVE

Sus principales componentes son:

Unión giratoria

Block

Gancho

Guía

Elevador

Motor

Árbol de transmisión

Caja de transm

Sustituto

Preventores

Llave de apriete

Manguera flexible

• Preventores tipo BOP

• Llave de apriete

• Sustituto

• Control remoto para el gancho

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El Top Drive es una herramienta de reciente innovación, su utilización esta muy difundido en la perforación costa afuera por las ventajas que en ella representa, sin embargo en tierra esta mas restringido por su alto costo. La capacidad de carga oscila de 350 a 750 ton y la potencia de su motor de 600 a 2100 HP.

Ventajas del Top drive

• Reduce el tiempo de perforación.

• La potencia de rotación es mas eficiente (r.p.m.)

• Permite rotar y circular mientras se mete o extrae tubería.

• Elimina 2/3 de las conexiones al perforar con lingadas.

• Mejora el control direccional.

• Toma núcleos en intervalos de 27 a 29 m.

• Mejora la eficiencia de la perforación bajo balance.

• Ayuda en la prevención de pegaduras.

• Mejora la seguridad en el manejo de la tubería.

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Alto costo de mantenimiento Equipo muy pesado. Perdida de tiempo al instalarlo y desmantelarlo en equipos terrestres.

Operado desde la caseta de control del perforador

Al ser un elemento de reciente innovación, su utilización es muy costosa, razón por la cual únicamente se utiliza en perforación costa afuera y en tierra en pozos:

DESVENTAJAS DEL TOP DRIVE

• Horizontales

• Multilaterales

• Desviados

• Perforación B.B.

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Esta herramienta es sub superficial, ya que se instala inmediatamente arriba de la barrena y la acción de rotar es generada por el fluido de perforación.

MOTOR DE FONDO

Barrena

Porta barrena

Motor

Al circular el lodo de perforación presurizado a través del estator y el rotor da lugar a la rotación que es transmitida directamente a la barrena.

Esta herramienta es muy utilizada en pozos desviados, horizontales y multilaterales en combinación con el sistema convencional.

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Los requerimientos de potencia para el sistema de rotación (rotaria) dependerán de la fricción de la sarta de perforación en el pozo, de la rectitud del pozo y puede ser estimada con la siguiente fórmula:

HPr = T N

5250

Donde:

HPr = potencia para la rotación en (HP)

T = torsión en (lb-pie)

N = velocidad de rotación en (rpm)

Aunque la expresión anterior es correcta, es muy difícil estimar la torsión de la sarta de perforación antes de perforar. Para fines prácticos, se ha desarrollado una fórmula empírica que permite calcular la potencia de manera aceptable.

HPr = F N

Donde:

F = depende del peso sobre la barrena y tiene los siguientes valores:

F = 1.50 para pozos menores a 3,050 m

F = 1.75 para pozos entre 3,050 y 4,575 m

F = 2.00 para pozos mayores de 4,575 m

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Calcular los requerimientos de potencia para el sistema de rotación de un pozo que se perforará a 5,200 m y tendrá una velocidad de rotación de 125 rpm.

HPr = F N = 2(125) = 250 HP

Solución:

EJERCICIO: