FUENTE
https://es.wikipedia.org/wiki/Equipo_de_perforaci%C3%B3n_rotatoria
El equipo o taladro de perforación rotatoria es un equipo utilizado 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 rotatoria se clasifican en taladros de perforación en tierra (on-shore) o taladro de perforación costa afuera (off-shore). Sus características principales de diseño son la movilidad, la flexibilidad y la profundidad máxima de operación.
Los componentes del equipo de perforación, en general, son comunes a ambos tipos de taladros de perforación. La única diferencia de peso está en la utilización de un tubo de extensión (riser de perforación) entre el piso de perforación y el lecho marino cuando se perfora en un ambiente costa marino.
Clasificación
Hay muchos tipos y diseños de equipos de perforación, siendo muchos
equipos de perforación capaces de conmutar o combinar diferentes
tecnologías de perforación, según sea necesario. Los equipos de
perforación pueden ser descritos utilizando cualquiera de los siguientes
atributos:
De acuerdo a la fuente de potencia
- Mecánica - el equipo de perforación utiliza convertidores de torque, embragues, y transmisiones impulsadas por sus propios motores, a menudo diesel
- Eléctrica - los principales elementos de la maquinaria son impulsados por motores eléctricos, por lo general con la energía generada en el lugar de uso de motores de combustión interna
- Hidráulica - el equipo de perforación utiliza principalmente energía hidráulica
- Neumático - el equipo de perforación se alimenta principalmente por aire a presión
- A vapor - el equipo de perforación utiliza motores a vapor y bombas (obsoletos después de mediados del siglo XX.)
De acuerdo a la tubería usada
- Convencional — utiliza tuberías de perforación de metal o plástico de diferentes tipos
- De tubería flexible (coiled tubing) — usa un carrete de gran tamaño de tubería flexible y un motor de fondo
De acuerdo a la altura de la cabria
Los equipos de perforación se diferencian por la cantidad de tuberías
conectadas que son capaces de sacar simultáneamente y almacenar en la
torre cuando se necesita la sarta de perforación fuera del hoyo.
Normalmente esto se hace cuando se cambia una mecha o al realizar
registros de pozo.
- Simple- puede sacar sólo un (1) tubo de perforación por vez. La presencia o ausencia de un pipe rack varía de equipo a equipo.
- Doble - puede sacar dos (2) tubos de perforación conectados, llamados "pareja de dos tuberías".
- Triple - puede sacar tres (3) tubos de perforación conectados. El conjunto de tubos es llamado "pareja" o "parada".
- Tetra- puede sacar cuatro (4) tubos de perforación conectados.
De acuerdo al método de rotación
- Mesa rotatoria — la rotación se consigue girando una tubería cuadrada o hexagonal denomiada cuadrante (kelly) con una mesa giratoria en el piso de perforación.
- Top drive — la rotación y la circulación se efectúan en el tope de la sarta de perforación, utilizando un motor que se desplaza sobre rieles verticalmente dentro de la cabria.
De acuerdo a la posición de la cabria
- Convencional — la torre o cabria es vertical.
- Inclinado (slant) —la cabria se inclina a un ángulo fijo o variable para facilitar la perforación direccional.
Componentes del equipo de perforación rotatoria
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| Cabria o torre de perforación |
Un equipo de perforación rotatoria está compuesto básicamente por cinco sistemas:
Sistema de levantamiento
Su función principal es soportar el peso del sistema de rotación,
además de proporcionar el desplazamiento vertical necesario a la sarta
de perforación.
Está compuesto principalmente por:
Está compuesto principalmente por:
- Malacate,
- Guaya o cable de perforación,
- Cabria o torre de perforación,
- Subestructura,
- Bloque corona,
- Bloque viajero,
- Bloque gancho,
- Unión giratoria (swivel) o bien, un sistema Top Drive.
Sistema de rotación
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| Mecha o barrena de perforación tricónica. |
Comprende la mecha o barrena de perforación y todo el conjunto de
tubulares que le proveen energía rotatoria para cortar o triturar la
formación. En líneas generales, el sistema de rotación está compuesto
por una sarta de perforación (drill string) y un mecanismo que le provea de energía rotatoria.
La sarta de perforación comprende:
La sarta de perforación comprende:
- Mecha de perforación, también conocida como barrena o trépano,
- Ensamblaje de fondo (BHA, del inglés bottomhole assembly), que incluye
- Portamechas, collares de perforación o lastrabarrenas (drill collar o DC),
- Estabilizadores
- Herramientas de perforación direccional (RSS, motor de fondo, MWD)
- Herramientas de perfiles de pozo (LWD)
- Tuberías de perforación pesadas (heavy weight drill pipe, o HWDP)
- Tubería de perforación (drill pipe o DP)
Entre los mecanismos que proveen de rotación a la sarta se tienen:
- Sistema Top Drive
- Mesa rotatoria (Kelly drive)
- Unión giratoria de potencia (Power swivel)
- Motor de fondo
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| Tuberías de perforación |
El sistema tradicional es el de mesa rotatoria, que consiste en una mesa giratoria ubicada en el piso de perforación o "planchada", la cual es accionada por una conexión de diferenciales que va unida a un motor de alta potencia. A esta mesa rotatoria se acopla un buje de cuadrante (kelly bushing) el cual posee un agujero en su centro de forma hexagonal o cuadrada en el que se introduce un tubular de sección transversal igualmente hexagonal o cuadrada, que finalmente transmite la potencia a la sarta de perforación que tiene enroscada debajo de sí. Dicha tubería hexagonal o cuadrada se denomina "cuadrante" (kelly), y rota junto a la mesa.
Los equipos modernos utilizan un sistema Top Drive, que consiste en un motor eléctrico conectado al bloque viajero cuyo fin es proveer rotación a la sarta de perforación e inyectarle el fluido de perforación, cumpliendo de esta manera las funciones de la tradicional unión giratoria en sistemas de mesa rotatoria. Incorpora además sistemas de manipulación de tuberías como eslabones con elevadores, llaves de torque y llaves de fuerza.
Sistema de circulación
En este sistema se trabaja con altas presiones, ya que consiste en la
circulación de lodo de perforación a alta presión, cuyo objetivo es
"Lubricar", "Refrigerar" y "Transportar" los escombros (ripios o
recorte) 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.
Un sistema de circulación típico en un equipo de perforación rotatoria está compuesto por:2
Un sistema de circulación típico en un equipo de perforación rotatoria está compuesto por:2
- Bombas de lodo
- Tubería vertical (stand-pipe)
- Manguera roratoria (kelly/rotary hose)
- Unión giratoria (swivel)
- Sarta de perforación
- Mecha o barrena
- Espacios anulares
- Equipos de control de sólidos
- Zaranda o mesa vibratoria (shale shaker)
- Desgasificador (degasser)
- Desarenador (desander)
- Deslimador (desilter)
- Tanques de lodos
- Sistemas mezcladores
- Bombas centrífugas (precarga de bombas de lodo)
Se explican a continuación algunos de estos:
Bombas de lodo
Estas bombas son el corazón del sistema de circulación. Su función
principal es el de mover grandes volúmenes de lodo a bajas y altas
presiones. Las más comunes son:
- Bombas dúplex: son bombas que llevan dos cilindros, y son de doble acción, es decir desplazan lodo en dos sentidos en la carrera de ida y vuelta. Este tipo de bomba queda definido por: diámetro del vástago del pistón, diámetro de la camisa y la longitud de la camisa.
- Bombas tríplex: son bombas que llevan tres cilindros, y son de simple acción, es decir desplazan el lodo en un solo sentido. Este tipo de bomba queda definido por diámetro de la camisa y longitud de la camisa.
Manguera rotatoria
Es una manguera de goma reforzada, flexible y extremadamente fuerte.
La característica de flexibilidad permite bajar y elevar la tubería de
perforación durante las operaciones de perforación mientras el lodo
(extremadamente abrasivo) se está bombeado a través y hacia debajo de la
tubería. Son por lo general de 7.62 mm o más de diámetro interior para
que no se tengan en ellas caída de presión apreciable y están
disponibles en largos mayores a 75 pies.
Separador Gas/Lodo
Son las primeras unidades del equipo de control de sólidos, es una
unidad que separa y ventea o quema el gas del lodo que sale del pozo y
que puede haber sido contaminada durante la perforación. Los separadores
de gas/lodo no tiene partes móviles y el proceso de separación se lleva
a cabo por diferencia de densidades entre los componentes a separar,
compuesto por un cilindro que en su interior tiene varias paredes, en
las cuales a su regreso, el fluido de perforación choca en ellas,
separando el gas que es menos denso y el fluido que es más denso.
Zaranda Vibratoria
Tiene como función primaria separar la fracción más gruesa de los
recortes, partículas entre 74 (mesh 200 x 200) y 600 micrones (mesh 30 x
30). Se compone de una o varias mallas separadas que están montadas en
una caja vibratoria conectada a un motor eléctrico, el cual a través de
poleas o ejes, le imprime la vibración necesaria para separar del fluido
de perforación los sólidos extraidos o recortados del subsuelo.
Fluido o lodo de perforación
Es un fluido diseñado con propiedades físicas, químicas y reológicas
específicas para cada aplicación en el proceso de perforación,
completación o rehabilitación de pozos. Su composición depende de las
características físico-químicas de las capas a perforar: profundidad
final, disponibilidad, costos, contaminación, etc. El fluido puede ser a
base de agua (dulce o salada), aceite (diesel), mezclas de ambos
(emulsiones directas o inversas), gas, aire, o mezclas de agua y gases
(espumas).
Sistema de potencia
Es el sistema encargado de proveer energía a todos los equipos del
taladro de perforación rotatoria, así como a las instalaciones y
acomodaciones del personal. Permiten clasificar los equipos de
perforación rotatoria según el tipo de potencia principal: mecánico,
eléctrico, hidráulico, neumático o a vapor.
Generación de potencia
La forma más común de generación de potencia en un equipo de
perforación rotatoria es el uso de motores de combustión interna. Estos
motores son normalmente alimentados por combustible diesel. Su número
depende del tamaño del equipo al que van a suminstrar la potencia,
típicamente entre 1 y 8 motores, pudiendo ser inclusive más.
Transmisión de potencia
La potencia generada por los motores primarios se transmite a los
equipos para proporcionarle movimiento. Si el taladro es mecánico, la
potencia se transmite directamente del motor primario al equipo. 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.
La mayoría de los equipos en la actualidad utilizan un sistema eléctrico para transmitir potencia. Los Generadores producen la electricidad que se transmite a los equipos principales usando cables eléctricos.
Los sistemas de transmisión mecánica están casi en desuso, aunque todavía se emplea en algunos equipos viejos. Consiste de una serie de correas, cadenas, poleas, piñones dentados y engranajes que transmiten la potencia directamente de los motores de combustión interna a los equipos principales del taladro. Se denomina también Sistema de Transmisión Compuesta.
La mayoría de los equipos en la actualidad utilizan un sistema eléctrico para transmitir potencia. Los Generadores producen la electricidad que se transmite a los equipos principales usando cables eléctricos.
Los sistemas de transmisión mecánica están casi en desuso, aunque todavía se emplea en algunos equipos viejos. Consiste de una serie de correas, cadenas, poleas, piñones dentados y engranajes que transmiten la potencia directamente de los motores de combustión interna a los equipos principales del taladro. Se denomina también Sistema de Transmisión Compuesta.
Sistema de seguridad
También conocido como sistema de control de pozos, tiene como función
principal bloquear el avance de cualquier influjo de fluidos desde la
formación hacia el pozo cuando ocurre una arremetida (intrusión de
fluidos de la formación hacia el pozo).
El sistema debe estar diseñado para permitir (1) cerrar el pozo desde superficie, (2) controlar la extracción de los fluidos de formación que se encuentran dentro del pozo, (3) bombear un lodo de mayor densidad al pozo, y (4) insertar o sacar del pozo bajo presión la sarta de perforación.
Los componentes básicos del sistema de control de pozos son:
El sistema debe estar diseñado para permitir (1) cerrar el pozo desde superficie, (2) controlar la extracción de los fluidos de formación que se encuentran dentro del pozo, (3) bombear un lodo de mayor densidad al pozo, y (4) insertar o sacar del pozo bajo presión la sarta de perforación.
Los componentes básicos del sistema de control de pozos son:
- Arreglo de válvulas impiderreventones
- Cabezal del revestidor
- Líneas de flujo y estrangulación, y sus conexiones
- Líneas de matar y sus conexiones
- Facilidades de manejo de lodo y gas (separador)
- Acumuladores de presión
- Sistema diverter
- Múltiple de estranguladores
- Tanque buffer
- Desgasificador (degasser)
- Equipos de monitoreo
Arreglo de válvulas impiderreventones
El arreglo de válvulas impiderreventones, también llamadas "BOP" (del inglés blowout preventer) o "válvulas BOP", comprende:
- Preventor anular (esférico)
- Preventor de arietes (rams)
- Carrete de perforación
- Válvulas BOP internas
Múltiple de estranguladores
Es un arreglo de estranguladores, válvulas y líneas que permiten la
extracción controlada de los fluidos del pozo. Está diseñado de manera
que el flujo puede ser desviado a través de cualquiera de los
estranguladores disponibles.
Acumulador de presión
Es un sistema de tanques que permiten el almacenamiento de alta
presión requerida en el sistema hidráulico para abrir o cerrar los
impiderreventones anulares o de arietes. Los componentes principales de
una unidad acumuladora son el reservorio de fluido, las bombas
hidráulicas de alta presión, las botellas acumuladoras, tuberías,
múltiple, válvulas y reguladores de presión.
Lea mas
El Taladro de Perforación y sus Componentes
Sistemas del Taladro de Perforación
SISTEMAS DEL TALADRO DE PERFORACIÓN:
@perfonautas
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⚙️Sistema de rotación: Genera y transmite el movimiento de
rotación a la broca para perforar las diferentes formaciones, conformado
por Top drive o kelly, rotaria, tubería de perforación y broca.
⛓️Sistema de levantamiento de cargas: Es el encargado de hacer el
proceso de izaje de las diferentes herramientas y componentes del
taladro y de soportar el peso de la sarta de perforación, el top drive,
bloque y gancho, entre otros. Está conformado principalmente por la
torre, malacate, cable, corona, bloque viajero y gancho.
🌊Sistema de circulación: Su función es circular, acondicionar y
darle la potencia suficiente a los fluidos de perforación, para que este
lubrique, enfríe y cumpla con los requerimientos del pozo. Compuesto
principalmente por las bombas de lodo, sistema de control de sólidos,
mangueras y tubos conductores y el fluido mismo.
🔥Sistema de prevención de reventones: Es el sistema de seguridad
del equipo, su función es guardar la seguridad del personal así como la
integridad del taladro impidiendo y controlando cualquier situación en
el pozo, conformado por BOPs, acumulador, poor boy, entre otros.
⚡Sistema de generación de potencia: Es el encargado de generar y
suministrar la energía necesaria para el funcionamiento de toda la
locación, entre sus componentes están los generadores, motores, líneas
eléctricas, SCR-VFD, etc.
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