Perforación para petróleo

Sistema a percusión
La industria petrolera comenzó en 1859 utilizando el método de perforación a percusión, llamado
también “a cable”. Se identifico con estos dos nombres porque para desmenuzar las formaciones se utilizo
una barra de configuración, diámetro y peso adecuado, sobre la cual se enroscaba una sección adicional
metálica fuerte para darle mas peso, rigidez y estabilidad. Por encima de esta pieza se enrosca un percutor
eslabonado para hacer efectivo el momento de impacto (altura x peso) de la barra contra la roca. Al tope del
percutor va conectado el cable de perforación. Las herramientas se hacen subir una cierta distancia para
luego dejarlas caer libremente violentamente sobre el fondo del hoyo. Esta acción repetitiva desmenuza la
roca y ahonda el hoyo.
Ventajas y desventajas de la perforación a percusión
El uso de la perforación a percusión fue dominante hasta la primera década del siglo XX, cuando se
estrenó el sistema de perforación rotatoria. Muchos de los iniciados en la perforación a percusión
consideraron que para perforar a profundidad somera en formaciones duras, este sistema era el mejor.
Además, recalcaban que se podÃ−a tomar muestras grandes y fidedignas de la roca desmenuzada del fondo
del hoyo. Consideraron que esta perforación en seco no perjudicaba las caracterÃ−sticas de la roca expuesta
en la pared del hoyo. Argumentaron también que era más económico.
Sin embargo, la perforación a percusión es lenta cuando se trata de rocas muy duras y en formaciones
blandas la efectividad de la barra disminuye considerablemente. La circularidad del hoyo no es lisa por la falta
de control sobre el giro de la barra al caer al fondo. Aunque la fuerza con que la barra golpea el fondo es
poderosa, hay que tomar en cuenta que la gran cantidad de material desmenuzado en el fondo del hoyo
disminuye la efectividad del golpeteo y reduce el avance de la perforación. Si el hoyo no es achicado
oportunamente y se continúa golpeando el material ya desmenuzado lo que se está haciendo es volver
polvillo ese material.
Como se perfora en seco, el método no ofrece sostén para la pared del hoyo y, por ende, protección
contra formaciones que por presión interna expelen sus fluidos hacia el hoyo y luego, posiblemente, hasta la
superficie.
De allÃ− la facilidad con que se producÃ−an reventones, o sea, el flujo incontrolable de los pozos al penetrar
la barra un estrato petrolÃ−fero o uno cargado de agua y/o gas con excesiva presión.
No obstante todo lo que positiva o negativamente se diga sobre el método de perforación a percusión, la
realidad es que por más de setenta años fue utilizado provechosamente por la industria.
Perforación rotatoria
La perforación rotatoria se utilizó por primera vez en 1901, en el campo de Spindletop, cerca de Beaumont,
Texas, descubierto por el capitán Anthony F. Lucas, pionero de la industria como explorador y sobresaliente
ingeniero de minas y de petróleos.
Este nuevo método de perforar trajo innovaciones que difieren radicalmente del sistema de perforación a
percusión, que por tantos años habÃ−a servido a la industria. El nuevo equipo de perforación fue recibido
con cierto recelo por las viejas cuadrillas de perforación a percusión.
Pero a la larga se impuso y, hasta hoy, no obstante los adelantos en sus componentes y nuevas técnicas de
perforación, el principio básico de su funcionamiento es el mismo.
1
Las innovaciones más marcadas fueron: el sistema de izaje, el sistema de circulación del fluido de
perforación y los elementos componentes de la sarta de perforación.
Componentes del taladro del perforación rotatoria
Sistema de Potencia
Constituido por motores de combustión interna, los cuales generan la fuerza o energÃ−a 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 energÃ−a, estos en su mayorÃ−a
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 energÃ−a producida es distribuida al taladro de dos formas:
mecánica o eléctrica
Torre o Cabria
Es una estructura grande que soporta mucho peso, tiene cuatro patas que bajan por las esquinas de la
infraestructura o sub-estructura. Soporta el piso de la instalación y además provee un espacio debajo del
piso para la instalación de válvulas especiales llamadas Impiderreventones
CaracterÃ−sticas:
Altura: Desde 69´ hasta 189´ (142´ la mas común)
Capacidad: Depende de la carga que puedan suspender
* Ligeras
* Medianas
* Pesadas
Las mas comunes entre 250 y 750 toneladas
La mayorÃ−a de las torres pueden soportar vientos de 100 - 130 mph . Con la tuberÃ−a parada en la torre ( 75
mph ) y sin tuberÃ−a ( 115 mph )
Sub- estructura:
“Armadura grande de acero que sirve de soporte a la torre y los componentes del equipo de perforación.
Proporciona espacio bajo el piso de la torre para instalar los Preventores de Reventón y otros equipos de
control de pozos.”
Corona:
Medio por el cual se transmite el peso de la Sarta de Perforación a la torre. En ella se encuentran una serie de
poleas que forman el Bloque Corona o fijo, el cual sostiene y da movilidad al Bloque Viajero.
Encuelladero:
Constituye una plataforma de trabajo ubicada en la torre a una altura aproximada entre 80' y 90' y permite que
2
el encuellador coloque las parejas de tuberÃ−a y portamechas mientras se realizan operaciones como cambio
de mechas, bajada de revestidores, etc. Para ello, este accesorio consta de una serie de espacios semejando un
peine donde el encuellador coloca la tuberÃ−a
Plataforma o Piso del Taladro:
“Estructura colocada debajo de la torre y encima de la Sub-estructura donde se realizan la mayorÃ−a de las
operaciones de perforación “
Accesorios: Malacate, Mesa Rotatoria, Consola del Perforador, Llaves de
Tenazas, Hueco ratón, Hueco de rata, Carreto Hidráulico, etc.
Rampa para tuberÃ−a :
“Está ubicada en el frente de la torre donde se colocan las tuberÃ−as para luego levantarlas o bajarlas del
piso del taladro”
Sótano :
Hoyo cuadrado localizado en la superficie debajo del piso del taladro, el cual provee altura entre la plataforma
y el cabezal del revestimiento para colocar las válvulas impiderreventones
Consola del Perforador:
Constituye un accesorio que permite que el perforador tenga una visión general de todo lo que esta
ocurriendo en cada uno de los componentes del sistema: presión de bomba, revoluciones por minuto de la
mesa, torque, peso de la sarta de perforación, ganancia o perdida en el nivel de los tanques, etc
Se obtiene información sobre :
Bombas de lodo, Presión de Bombas, Torqué de la Mesa Rotatoria, Velocidad de la mesa, Torque de las
Llaves, peso suspendido, peso sobre la mecha
Equipo de levantamiento.
Malacate:
Consiste en un cilindro alrededor del cual el cable de perforación se enrolla permitiendo el movimiento de la
sarta hacia arriba o hacia abajo, dependiendo del tipo de operación a realizar. Además, el malacate
transmite la potencia para hacer girar la mesa rotatoria, los carretos auxiliares y sistemas de enrosque y
desenrosque de tuberÃ−a.
Sistema de Frenos:
Constituido por un freno mecánico principal y uno auxiliar que pueden ser hidráulicos o eléctricos,
usados para mover lentamente o para detener la guaya de perforación. Posee un sistema de seguridad del
Bloque Viajero llamado Crown-o-Matic.
Bloque Corona y Bloque Viajero :
El Bloque Corona esta ubicado en la parte superior de la torre, constituido por una serie de poleas. El cable de
3
perforación pasa a través de estas poleas y llega al Bloque Viajero, el cual esta compuesto de un conjunto
de poleas múltiples por dentro de las cuales pasa el cable de perforación y sube nuevamente hasta el Bloque
Corona.
Su función es la de proporcionar los medios de soporte para suspender las herramientas. Durante las
operaciones de perforación se suspenden el Gancho, la Unión Giratoria, el Cuadrante, el Top Drive, la Sarta
de Perforación y la Mecha.
Gancho:
Herramienta localizada debajo del Bloque Viajero al cual va unido y del cual esta suspendida la Unión
Giratoria, el Cuadrante y la Sarta de Perforación durante las operaciones de perforación. Sostiene al
Elevador durante el ascenso y descenso de la tuberÃ−a o sarta.
Están diseñados de acuerdo al peso máximo que puedan levantar, varia entre 50 y mas de 600 Toneladas
Elevadores:
Son abrazaderas altamente resistentes con unas grapas muy fuertes que agarran la sarta de perforación en los
cuellos de cada tubo, permitiendo de esta forma realizar los viajes de tuberÃ−a ( sacada y metida en el hoyo).
Están suspendidos por brazos al gancho
Cable de Perforación:
Cable metálico hecho exteriormente de acero mejorado, unido entre si por rotación Su función es resistir
la fuerza o peso de la sarta durante las operaciones de sacada y metida de tuberÃ−a. Tiene un diámetro
variable entre 1 pulgada a 1 3/4 de pulgada y esta enrollado en grandes carretos.
Uno de sus extremos va enrollado al tambor del Malacate y el otro llamado lÃ−nea muerta va conectado al
tambor de reserva. Su rendimiento se mide en Ton / Milla
Sistema de Rotación
Es aquel que permite girar la Sarta de perforación y que la mecha perfore un hoyo desde la superficie hasta
la profundidad programada.
Esta localizado en el área central del sistema de perforación y es uno de los componentes mas importantes
de un taladro. Existen dos sistemas de rotación de superficie, rotatorio y Top Drive
Ensamblaje Rotatorio
Localizado en el piso del taladro. Directamente debajo del bloque viajero y encima del hoyo. Rota, suspende y
sostiene la sarta durante la perforación
. Mesa Rotatoria
. Buje Maestro
. Buje del Cuadrante
. Top Drive
4
Sarta de Perforación
Conecta la Unión Giratoria con la mecha, actuando como eje motor haciéndola rotar
. Unión Giratoria
. Cuadrante
. TuberÃ−a de Perforación
. TuberÃ−a Pesada
. Portamechas
. Herramientas especiales
. Mechas
Mesa Rotatoria:
Maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar el Cuadrante y a través de este a la Sarta de
perforación y la Mecha.
Funciona por intermedio de un buje de transmisión,el cual transmite el Momento de Torsión (torque) e
imparte el movimiento giratorio a la sarta. Retiene a las cuñas que soportan el peso de toda la sarta de
perforación cuando esta no esta soportada por el Gancho y los Elevadores.
Esta compuesta por:
* Cuerpo de la mesa
* Piso de la mesa
* Polea del piñón de la transmisión
* Conexión directa
Entre sus accesorios más importantes:
. Buje Maestro
. Buje del Cuadrante
. Kelly Bushing
Top drive:
Consiste en que la sarta de perforación y el ensamblaje de fondo reciben la energÃ−a para su rotación,
desde un motor que va colgado del Bloque Viajero. El equipo cuenta con un Swibel integrado, un manejador
de tuberÃ−a, el cual posee un sistema para enroscar y desenroscar tuberÃ−a, una cabeza rotatoria y válvulas
de seguridad
5
Ventajas y desventajas del top drive
Ventajas:
• Menor tiempo de conexión
• Tiempo de viaje
• Menos riesgo de atascamiento diferencial
• Perforación direccional optima
• Toma de núcleos continuos
• Repaso o rectificación del hoyo
• Ampliación del hoyo
• Disminución de accidentes
• Cierre mas rápido del pozo en caso de arremetidas
Desventajas:
• Costo de adquisición
• Instalación
• Mantenimiento
• Inexperiencia del personal
• Numero de conexiones
• Riesgo de atascamiento durante las conexiones por longitud de elongación de tuberÃ−a
• Corrida de registros dentro de la tuberÃ−a
• Ocupación del encuellador
Sarta de Perforación.
Es una columna de tubos de acero de fabricación y especificaciones especiales, en cuyo extremo inferior va
enroscada la sarta de lastra-barrena y en el extremo de esta, ésta enroscada la barrena.
El equipo que al rotar perfora las formaciones haciendo el hueco en el hoyo consiste en la mesa rotatoria, un
tubo de sección cuadrado (kelly), la tuberÃ−a de perforación cuyos tubos individuales son más o menos
de 9 metros cada uno los lastra-barrena, que son unos tubos pesados, bastante gruesos, cuyo objetivo, es
mantener la tuberÃ−a recta y por ultimo la barrena.
Debe tenerse presente que los componentes de la sarta siempre se seleccionan para responder a las
condiciones de perforación dadas las propiedades y caracterÃ−sticas de las rocas y del tipo de perforación
que se desee llevar a cabo estos parámetros indicaran si la sarta debe ser normal, flexible rÃ−gida o provista
de estabilizadores, centralizadores, motor de fondo para la barrena u otros aditamentos que ayuden a mantener
la trayectoria y buena calidad del hoyo.
Unión Giratoria
Se encuentra colgando del Gancho, muy cerca del Bloque Viajero. Esta conectado a la parte superior de la
válvula del Cuadrante, soportando todo el peso de la sarta mientras se esta rotando.
Esta ubicada en la parte superior de la sarta y permite que el Cuadrante y la sarta roten libremente durante las
operaciones de perforación. Proporciona una conexión para la manguera rotatoria y separa a través de
ella una vÃ−a para que el lodo fluya hacia la parte superior de la unión y de allÃ− a la sarta de perforación.
6
Cuadrante o Kelly:
Tubo de acero pesado, hueco, que tiene generalmente forma Hexagonal. Esta suspendido en su extremo
superior de la Unión Giratoria; pasa a través del hueco de la Mesa Rotatoria y esta conectado a la sarta de
perforación.
La parte exterior del Cuadrante es hexagonal para poder asÃ− transmitir el momento de torsión de la Mesa
Rotatoria a la tuberÃ−a de perforación. Su longitud es de 40 a 50 pies
Tipos de Mechas o Barrenas.
La selección del grupo de barrenas que ha de utilizarse en la perforación depende de los diámetros de las
sartas de revestimiento requerida, por otra parte las caracterÃ−stica y grado de solidez de los estratos que
conforman la columna geológica en el sitio determinan el tipo de barrena más adecuado para el proceso;
entre los tipos de barrenas tenemos:
• Barrena de Arrastre: la cual en su rotación desprende y rebana la formación de modo muy
semejante al berbiquÃ− de carpintero.
• Barrena de Rodillo: puede ser de barra o de conos, pero ambos tipos llevan fresas cónicas que
ruedan sobre cojinetes. Al rodar, arrancan y quitan la formación contra la cual están en contacto.
• Barrena de Diamante: esta lleva diamantes industriales engastados en su matriz circular que en
movimiento rotatorio muele la formación el centro de la barrena de diamante es hueco y la
formación horadada pasa por ese hueco a un cilindro saca núcleo ubicado encima de la barrena.
Sistema de circulación de Fluidos.
Para que el sistema de perforación rotatoria pueda funcionar es indispensable circular fluidos a través de la
sarta de perforación y por el espacio anular entre la sarta de perforación y la pared del hoyo o la tuberÃ−a
de revestimiento se dividen en cuatro sub-componentes principales.
• Ôrea de preparación del fluido de perforación: es el área donde el fluido es inicialmente
preparado, mantenido o alterado dependiendo de las condiciones existentes en el pozo.
• Los equipos de circulación: son equipos especializados que fÃ−sicamente mueven el fluido desde
el área de circulación dentro y fuera del hoyo hasta el área de preparación para circularlo
nuevamente.
• Ôrea de Acondicionamiento: es el área donde el fluido se acondiciona después que ha sido
circulado dentro del pozo.
• El fluido de perforación: es el lÃ−quido lubricante y transportador de desechos, que se utiliza para
perforar pozos petroleros. Dichos fluidos tiene la finalidad de:
♦ Enfriar y lubricar la barrena.
♦ Arrastrar hacia la superficie la roca cortada por la barrena.
♦ Controlar por medio del peso del fluido la presión de las formaciones que corta la barrena.
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NUCLEO MONAGAS
ESCUELA DE INGENIERIA DE PETRÃ LEO
INTRODUCCIÃ N A LA INGENIERIA
PROFESORA:
BACHILLERES:
7
SECCION:
MATURIN, JULIO DE 2008
TALADRO DE PERFORACION
TORRE DE PERFORACION
BALANCIN
MECHAS DE PERFORACION
La demanda de petróleo natural exige buscar yacimientos en zonas casi inaccesibles. Las plataformas
petrolÃ−feras extraen petróleo del mar. Las instalaciones terrestres son menos complejas, pero en ocasiones
han de instalarse en lugares tan inhóspitos como este desiertote Argelia
.
INTRODUCCION
El petróleo es un producto que está totalmente presente en nuestro hacer diario. Tanto si se trata del
petróleo en su faceta de fuente energética, como en su faceta de materia prima para sintetizar otros
productos hay radica la importancia de conocerlo ya que esta relacionado de un modo o de otro con nuestro
que hacer diario
La única manera de saber realmente si hay petróleo en el sitio donde la investigación geológica propone
que se podrÃ−a localizar un depósito de hidrocarburos, es mediante la perforación de un hueco o pozo.
8
El primer pozo que se perfora en un área geológicamente inexplorada se denomina "pozo exploratorio" y
en el lenguaje petrolero se clasifica "A-3".
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.
La perforación se realiza por medio de la acción rotativa de una mecha de acero cortante fuertemente
atornillada al extremo inferior de un eje formado por tubos de acero, cuya longitud se aumenta a medida que
se profundiza el pozo. La labor de añadir o restar tuberÃ−a es por lo tanto una labor fundamental y
constante en la perforación, y para ello se requiere un punto de apoyo en el espacio, a suficiente altura que
nos permita levantar tubos de perforación de tramos de 27 metros y más. Este punto de apoyo en el espacio
lo suministra la torre de perforación la cual ya veremos que también tiene otras funciones. Debemos
contar además con una planta de fuerza y el mecanismo requerido para imprimir a la tuberÃ−a y a la mecha
el movimiento rotatorio necesario para perforar las capas de rocas, y también con las bombas y el
mecanismo de limpieza a medida que avanza la perforación.
De aquÃ− que sea importante conocer, desde el primer momento, estos equipos asÃ− como los problemas
relativos a su instalación y la manera de resolverlos.
Mas adelante analizaremos algunos datos importantes de la perforación de percusión asÃ− como de la
perforación rotatoria.
CONCLUSION
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 tuberÃ−a de menor tamaño en cada sección. Durante la perforación se toman registros
eléctricos que ayudan a conocer los tipos de formación y las caracterÃ−sticas fÃ−sicas de las rocas, tales
como densidad, porosidad, contenidos de agua, de petróleo y de gas natural. Para proteger el pozo de
derrumbes, filtraciones o cualquier otro problema propio de la perforación, se pegan a las paredes del hueco,
por etapas, tubos de revestimiento con un cemento especial que se inyecta a través de la misma tuberÃ−a y
se desplaza en ascenso por el espacio anular, donde se solidifica. La perforación debe llegar y atravesar las
formaciones donde se supone se encuentra el petróleo. El último tramo de la tuberÃ−a de revestimiento se
llama "liner de producción" y se fija con cemento al fondo del pozo. Al finalizar la perforación el pozo
queda literalmente entubado (revestido) desde la superficie hasta el fondo, lo que garantiza su consistencia y
facilitará posteriormente la extracción del petróleo en la etapa de producción. La perforación se
adelanta generalmente en medio de las más diversas condiciones climáticas y de topografÃ−a: zonas
selváticas, desiertos, áreas inundables o en el mar.
Cuando se descubre el petróleo, alrededor del pozo exploratorio se perforan otros pozos, llamados de
"avanzada", con el fin de delimitar la extensión del yacimiento y calcular el volumen de hidrocarburo que
pueda contener, asÃ− como la calidad del mismo. La perforación en el subsuelo marino sigue en términos
generales los mismos lineamientos, pero se efectúa desde enormes plataformas ancladas al lecho marino o
que flotan y se sostienen en un mismo lugar. Son verdaderos complejos que disponen de todos los elementos y
equipo necesarios para el trabajo petrolero. En la exploración petrolera los resultados no siempre son
positivos. En la mayorÃ−a de las veces los pozos resultan secos o productores de agua. En cambio, los costos
son elevados, lo que hace de esta actividad una inversión de alto riesgo.
Pero ese no es el único inconveniente que genera este preciado fluido La contaminación por petróleo se
produce por su liberación accidental o intencionada en el ambiente, provocando efectos adversos sobre el
hombre o sobre el medio, directa o indirectamente. La contaminación involucra todas las operaciones
9
relacionadas con la explotación y transporte de hidrocarburos, que conducen inevitablemente al deterioro
gradual del ambiente. Afecta en forma directa al suelo, agua, aire, y a la fauna y la flora.
En general, los derrames de hidrocarburos afectan profundamente a la fauna y vida del lugar, razón por la
cual la industria petrolera mundial debe cumplir normas y procedimientos estrictos en materia de protección
ambiental.
10