CURSO COMPANY MAN INSTRUMENTAL Y HERRAMIENTAS INSTRUMENTAL DE PERFORACIÓN Existen varios instrumentos que se emplean en el equipo para ejecutar la perforación y tienen por objeto facilitar y mejorar el control de todas las maniobras pertinentes. Los instrumentos más comúnmente usados para controlar la perforación, son: Indicador de peso. Manómetros. Cuenta revoluciones de la mesa Cuenta emboladas de la bomba Indicador de torque Clinómetro Otros instrumentos de control utilizados para monitorear posibles o eventuales reventones son: Totalizadores de volumen de pileta. Densistómetros para medir la densidad de la inyección INDICADOR DE PESO Este instrumento responde a la función de una balanza, ya que está en forma permanente “pesando” cualquier carga que haya colgada del gancho del aparejo, incluido el peso de este. Pesar en el equipo de perforación consiste en medir la carga en la línea muerta del cable del aparejo. En la línea muerta del cable la carga será igual a la carga del gancho dividido el número de líneas que tenga el aparejo . Los instrumentos modernos vienen calibrados de acuerdo al número de líneas con que esté armado el cable. Con esto se puede leer en el instrumento directamente la carga actuante sobre el gancho. MARTIN DECKER Sensor que reemplaza al dinamómetro Un sensor o instrumento transductor, consistente en un diafragma o membrana de goma dentro de un depósito hermético y lleno de un líquido, recibe la carga del cable. La carga (fuerza) aplicada sobre una de las caras del diafragma, deforma el diafragma del sensor, aumentando la presión del líquido sobre su otra cara. El sensor está unido por un conducto flexible hasta un manómetro, instrumento indicador, el que irá indicando la presión a que está sometido el líquido, la que será proporcional a la fuerza que se está aplicando sobre el instrumento transductor. MARTIN DECKER Martin Decker Manteniendo siempre constante el volumen del líquido en todo el circuito del instrumento, la presión dentro de él responderá siempre linealmente proporcional a la carga. Por lo tanto calibrando adecuadamente el manómetro, de modo que cada presión indique, en lugar de esta, la carga equivalente, se podrá usar este equipo para medir peso, o lo que es lo mismo, fuerza. La figura muestra la disposición del sensor sobre la línea muerta del cable. Como se puede observar en la misma figura, está línea es anclada mediante grampas a la subestructura y no se corta, sino que continúa hasta la bobina del cable nuevo. Línea viva Línea muerta Sensor Anclaje MARTIN DECKER Martin Decker MARTIN DECKER MANOMETROS Los manómetros usados en perforación son todos del tipo a “bourdón”, o sea, aquellos en que un tubo chato en espiral se deforma al ser sometidos a una presión interior Las bombas empleadas para impulsar el lodo son a pistón, por lo que tienen flujo pulsante, que lo manifiestan también en la presión observada en el manómetro. Las manómetros empleados para indicar la presión pulsante del lodo, están especialmente diseñados para que puedan operar bajo este régimen son romperse y además indiquen la presión sin notar los pulsos. MANOMETROS El manómetro, indicador de la presión de bombeo de la inyección, va instalado en el mismo gabinete que el Martin Decker ya que al perforar, los valores de ambos son controlados, pudiendo existir sobre la descarga de la bomba un manómetro de back up. CONTROL DE NIVEL DE PILETAS Los equipos de perforación cuentan con un sistema “integrador de volumen” de lodo. Consiste en un sistema con toma de niveles de lodo en cada una de las piletas, con instrumentos adecuados. Esta medición es transmitida al panel central del equipo, que mediante un algoritmo va calculando: • El volumen de las piletas • El volumen del pozo. CONTROLADORES Existen muchos tipos y modelos de indicadores y controladores de nivel. CONTROLADORES Cada uno de aquellos tienen ventajas y desventajas, que se muestran a continuación: Tipo de Limie de Sensor Aplicación Flotador Ventajas Por encima de Puede ser 1m interruptor usado Desventajas como No puede usarse con fluidos pegajosos que puedan cubrir el flotador Rango limiado. Costoso en montajes para alta presión. Asume que la densidad es Buena exactiud. Amplio rango. Presión No tienen constante. En lineas Aplicable en lineas selladas, con Diferencial límite superior cerradas es sensible a la lechadas. temperatura. Aplicable en lechadas. Sirven Capacitania Es afectado por las Superior a los como interruptor de nivel en Conductancia variaciones de la densidad 30 metros cierto tipo de fluidos. Detectores Admitancia del fluido. de interfase. Aplicable en lechadas. No afecta Superior a los Radar la espuma a la medición. Son costosos. 30 metros Detectores de interfase. Deplazador Entre 0,3 y 3 Buena exactiud m CONTADOR DE EMBOLADAS El contador de emboladas, junto con el control de nivel de piletas de lodo, es fundamental para las prácticas de ahogue de pozos y hoy sin estos resulta muy dificultosa esta práctica. CONTADOR DE EMBOLADAS Desde el comando de la choke valve, se leen las presiones y las emboladas de la bomba durante el ahogue de un pozo. PEC PD 0 EPM 0 emb Posición DENSIDAD DEL LODO La densidad del lodo se puede determinar manualmente con la “balanza de lodo” o bien de manera continua mediante el uso de “densitómetros”. Existen dos tipos de densitómetros: • • Medidores Radiactivos Medidores Másicos DENSIDAD DEL LODO Medidores másicos DENSIDAD DEL LODO Medidores másicos Al circular un fluido por su interior, produce movimiento al tubo del medidor, intentando retorcerlo. Este movimiento es el efecto de Coriolis. Si se pude registrar el movimiento del tubo, se puede medir el caudal que pasa por el tubo. Para ello el medidor tiene una bobina excitadora, y dos sensores electromagnéticos de vibración. DENSIDAD DEL LODO Medidores másicos Cuando no circula fluido, la bobina ecxitadora (o impulsora) hace vibrar los dos tubos con un movimiento oscilatorio (600 / 2000 Hz). Los dos detectores electromagnéticos inducen corriente eléctrica senoidal en fase, cuando no circula fluido. Al circular fluido, este atraviesa los tubos, sometidos a una velocidad lineal, que produce la bobina y otra de rotación provocada por el fluido, que le produce aceleración (de Coriolis). De esta manera, la vibración de los tubos provocada por la bobina, se ve alterada por la circulación del fluido. DENSIDAD DEL LODO Medidores másicos El resultado del conjunto de fuerzas actuantes, es una “torsión” de los tubos, que será proporcional al caudal de circulación. La torsión produce un defasaje de tiempo entre las corrientes inducidas. El defasaje es proporcional al par de fuerzas ejercido sobre los tubos y consecuentemente es proporcional a la masa del fluido que circula. La medida resultará independiente de la temperatura, presión, densidad, viscosidad y el perfil de velocidades. Alta precisión 0,2 a 0,5 % Indicados para fluidos corrosivos y o viscosos. OTROS INSTRUMENTOS Existen otros instrumentos tales como cuenta vueltas de la mesa rotary, el indicador de torque de la mesa, monitores del torquímetros de ajuste de barras y portamechas. RPM de la mesa Un sensor similar al de cuenta emboladas de la bomba, se emplea como cuenta revoluciones de la mesa, el que se instala, sobre la transmisión de esta, El principio es el de un imán permanente que gira y excita una bobina que trasmite pulsos a un analizador de datos, que convierte los pulso en RPM proporcionales al generador de los datos, en este caso la mesa. OTROS INSTRUMENTOS Monitor de torque OTROS INSTRUMENTOS Monitor de torque OTROS INSTRUMENTOS Torque de la mesa OTROS INSTRUMENTOS Consolas La más básica y la más completa y moderna. Indicador de peso EPM de la bomba Presión de bomba Torque de la mesa OTROS INSTRUMENTOS Registradores El registrador es un instrumento que va graficando los distintos valores instantáneos de un determinado parámetro a través del tiempo. OTROS INSTRUMENTOS Registradores El Drilling recorder o geolograf, es un registrador mas completo, con el que se pueden determinar simultáneamente entre 6 y 10 parámetros, que se muestra en la figura, conocido como “drilling recorder” o geolograf. Estos registradores pueden graficar todos los parámetros de la perforación, algunos tales como: Peso total de la herramienta. Peso aplicado sobre el trépano. Presión de la bomba. Emboladas de la bomba. Revoluciones de la mesa. Volumen de pileta. Densidad del lodo. OTROS INSTRUMENTOS Registradores El geolograf trabaja sobre un papel continuo recto. Extraen los datos de los distintos sensores y de estos a la consola, donde los procesa y son enviados al registrador mediante conductores eléctricos o bien neumáticos, por finas tuberías de aire La señal puede ser repetida a un registrador remoto, como ser la oficina del jefe de equipo. OTROS INSTRUMENTOS Sistemas modernos de adquisición de datos. OTROS INSTRUMENTOS El Clinómetro Es la herramienta empleada para medir la inclinación o desviación del pozo, en la perforación vertical. Se baja por dentro de la columna hasta el trépano, cuando está en el fondo del pozo, y en el momento que se va a levantar la columna para cambiar trépano. OTROS INSTRUMENTOS El Clinómetro Es la herramienta empleada para medir la inclinación o desviación del pozo, en la perforación vertical Se baja por dentro de la columna hasta el trépano, cuando está en el fondo del pozo, y en el momento que se va a levantar la columna para cambiar trépano. OTROS INSTRUMENTOS El Clinómetro Una vez colocada la carta dentro de la cápsula y adecuado el temporizador, se coloca el instrumento dentro de una sonda la cual protege el conjunto de golpes e impide el ingreso de inyección. Además sirve para centrar perfectamente el instrumento a las barras. Los clinómetros se fabrican para medir desviaciones que van desde 3° hasta modelos que pueden medir 10°. OTROS INSTRUMENTOS El Clinómetro Método de bajado Método 1: bajado y sacado por medio de un servicio de alambre. Método 2: dejándolo caer libremente dentro de la columna y se saca con la columna, cuando esta es retirada para cambiar el trépano OTROS INSTRUMENTOS El Clinómetro Centrado del clinómetro Para que la información provista por estos instrumentos sea fidedigna y real, el eje longitudinal de la sonda debe coincidir con el eje de la columna. Para ello, debe estar perfectamente centrada dentro del sondeo Por eso, cuando se baja el sondeo al pozo, se coloca sobre el trépano un dispositivo centrador. HERRAMIENTAS La realización de las maniobras tales como cambio de trépano, agregado de barras al perforar, entubación, y otras más, se llevan a cabo con herramientas tales como cuñas, elevadores, llaves willson, etc, Para una adecuada compresión de aquellas maniobras, a continuación se describirán las mencionadas herramientas Cuñas de tubulares Las cuñas son los elementos que sirven para colgar la columna de perforación o la cañería de entubación desde la subestructura, permitiendo librar el aparejo. Existen cuñas para cada uno de los tipos de tubulares, esto es, para barras de sondeo (drill pipe), para portamechas (drill collars) y para casing (entubaciones). Además existe una para cada diámetro de los diferentes tipos de tubulares Se las construye con un largo y un diámetro interior tal que calcen perfectamente contra el tubo que deban sujetar HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares La conicidad de la cuña se ha fijado para todos los casos en cuatro pulgadas por cada 12” de longitud de la cuña y esto da un ángulo de 9° 27’ 45”. Cuñas Manija Bowl Buje maestro HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Las cuñas tienen conicidad exterior, de manera que al asentar la cañería, esta se desplaza hacia abajo junto con la cuña una muy corta distancia, hasta que la cuña queda “acuñada” dentro de la cuna, que es la conicidad interior del bowl. HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Las cuñas tienen conicidad exterior, de manera que al asentar la cañería, esta se desplaza hacia abajo junto con la cuña una muy corta distancia, hasta que la cuña queda “acuñada” dentro de la cuna, que es la conicidad interior del bowl. Cuando asienta la cañería contra la cuña, el peso W, provoca grandes esfuerzos sobre la cuña primero y transmitida por esta hacia la mesa rotary y finalmente hacia la subestructura del equipo. W HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Al asentar la cuña fuertemente a la superficie del bowl, se descompone en dos componentes: Una componente horizontal, que tiende a separar los elementos de la cuña. Una componente normal, perpendicular a la superficie de la cuña, que tiende a impedir el desplazamiento vertical del tubular. Los fabricantes de cuñas no dan una especificación de la carga admisible. Lo que existe es un método para verificar la tensión que produce el peso de la sarta sobre las cuñas. Componente Horizontal W Co l rma o n te nen o p m W HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares La teoría indica que cuando un cuerpo se encuentra acuñado, se producen esfuerzos, producto del peso de dicho cuerpo, como se muestra en la figura. Las tensiones se producen tanto en las cuñas como en el cuerpo. Componente Horizontal W Co l rma o n te nen o p m W HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares El cálculo para verificar esas tensiones Diámetro está dado por la ecuación de Casner: Cc para una Cc para una nominal de cuña de 12" cuña de 16" la barra, in MAP . Ft MWL . Cc Donde MAP = máxima carga (o tiro) 2 3/8 1,25 1,18 admisible de la barra (Maximum 2 7/8 1,31 1,22 Allowable Pull). 3 1/2 1,39 1,28 Ft = coeficiente de fricción entre la cuña y el bowll. 4 1,45 1,32 MWL = carga sobre la cuña, tn, lb. Cc = factor, de tabla. 4 1/2 1,52 1,37 5 1,59 1,42 5 1/2 1,66 1,47 6 5/8 1,82 1,59 El coeficiente de frición entre la cuña y el bowl es entre 0,8 y 0,9. HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Ejemplo: una sarta de barras de 4½“ grado Diámetro Cc para una Cc para una G105 nominal de cuña de 12" cuña de 16" Se utilizan cuñas de 12” de largo la barra, in Debe soportar una carga (MWL) de 100 tn. 2 3/8 1,25 1,18 Verificar si es suficiente la capacidad de las cuñas. 2 7/8 1,31 1,22 3 1/2 1,39 1,28 De la tabla extraemos Cc = 1,52 4 1,45 1,32 MWL . Cc = 100 . 1,52 = 152 tn = = 334.000 lb El MAP para una barra de grado G105 es de 364.230 lb 4 1/2 1,52 1,37 5 1,59 1,42 5 1/2 1,66 1,47 MAP . Ft = 364.230 . 0,9 = 327.807 lb 6 5/8 1,82 1,59 327.807 lb < 334.000 lb, con lo que verifica HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Cuñas manuales HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Mordazas de las cuñas HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Un aspecto importante para el cuidado, tanto de las cuñas como de las cañerías, es el perfecto “calce” de las cuñas sobre la cañería HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Cuñas automáticas, neumáticas. HERRAMIENTAS Cuñas para tubulares Cuñas automáticas, hidráulicas. HERRAMIENTAS Elevadores y Melas De todas las maniobras de elevación, la única que emplea el gancho del aparejo es durante la perforación. El resto de las maniobras se efectúa con elevadores, los que van independiente del gancho. Los elevadores tienen la misión de facilitar las maniobras de elevación de todas las piezas tubulares que se manipulan durante la perforación HERRAMIENTAS Elevadores y Melas Los elevadores van vinculados al aparejo por dos largos eslabones, llamados “melas” El operario de boca de pozo empuja las melas hasta detrás de la unión de la barra que está en la cuña. Luego se baja el aparejo y se envuelve la unión con el elevador. Hecho esto, se cierra con el cerrojo HERRAMIENTAS Elevadores y Melas HERRAMIENTAS Elevadores y Melas Existen elevadores con hombros planos, que se ajustan perpendicularmente a la base de unión de la barra. Existen otros modelos de elevadores, que ajustan con un calce cónico, que por su forma de agarre del tubular, generan esfuerzos radiales, que tienden a abrirlos. HERRAMIENTAS Elevadores y Melas HERRAMIENTAS Elevadores y Melas Los elevadores de cañerías o spiders. HERRAMIENTAS Elevadores y Melas Los elevadores de cañerías o spiders. HERRAMIENTAS Elevadores y Melas Los elevadores de cañerías o spiders. HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Herramientas de enrosque: Cadena de enrosque Kelly spiner Llave hidráulica de enrosque Herramientas de ajuste y torqueo: Llave Willson Iron Roughnek HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Herramientas de enrosque: CADENA DE ENROSQUE HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Kelly spinner: El método de enrosque que reemplazó a la cadena fue el kelly spinner. Esta va instalada entre la cabeza rotativa y el vástago de perforación (kelly)De esta manera, cada vez que se agregue una barra a la sarta, esta quedará enroscada al kelly spinner. Tiene un eje de rotación hueco, que es el que conecta el vástago a la cabeza rotativa (swivell), por donde circulará el lodo. Tiene un eje de rotación hueco, que es el que conecta el vástago a la cabeza rotativa (swivell). Todo el conjunto va instado dentro de una carcaza (huosing) muy robusta, para soportar las grandes cargas de la columna HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Kelly spinner: Esta es una herramienta que solo puede enroscar las diferentes uniones, no tiene capacidad para proveer el torque necesario para el correcto ajuste entre las uniones Está formado componentes: por los siguientes HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Kelly spinner: Esta es una herramienta que solo puede enroscar las diferentes uniones, no tiene capacidad para proveer el torque necesario para el correcto ajuste entre las uniones Está formado componentes: por los siguientes HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llaves de enrosque mecánicas: Las llaves de enrosque mecánica, tanto hidráulicas como neumáticas, fueron herramientas muy útiles hace algunos años, para efectuar el enrosque de las uniones, que reemplazaron a las cadenas, y hoy no es muy utilizada. Al igual que los kelly spinners, este modelo de herramienta, no ajustan las barras. Para aplicar el adecuado torque de ajuste se debe emplear luego la llave Wilson. HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave Willson: Son las herramientas universales que se emplean para ajustar y aflojar todas las piezas tubulares que se bajen o se saquen del pozo, como barras de sondeo, portamechas, caños de entubación etc., HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave Willson: Está formada por un conjunto de tres mandíbulas articuladas, 1, 2 y 3, un mecanismo de cierre, 4 y un brazo de tiro, 5. Las tres mandíbulas, como se muestra, deben envolver perfectamente a la pieza que se ajuste o afloje. El cerrojo o cierre (4, match) va articulada a la mandíbula larga (3, long jaw) y esta al brazo (lever, 5). La mandíbula de retención (lug jaw, 4), sobre la que se efectúa el cierre, está articulada a la mandíbula corta (3, short jaw) y esta al brazo. 2 3 5 1 4 HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave Willson: Cuando se desee emplear esta llave con una pieza tubular distinta para la cual está armada, se cambian las mandíbulas de retención y la corta Tienen un gran peso y para que resulten más manipulables, van colgadas con cables desde la torre. La llave tiene un mango colgador (6, hanger), desde el cual se suspende la llave a la torre mediante un cable. Mediante un torillo de ajuste, 7, permite balancear la llave de modo que se mantenga horizontal, además para que resulte mas cómoda para su manipuleo 7 6 2 3 5 1 4 HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave Willson: El ajuste, tanto de las barras de sondeo, como de portamechas, se efectúa aplicándole una fuerza torque con dos llaves, traccionando desde el extremo de una de ellas, con un cable accionado por un pistón hidráulico, y la otra, llamada “contra”, que va fijada con un cable a una pata de la torre. HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave Willson: El mecanismo hidráulico de tracción de la llave contra, está formado por: Cilindro hidráulico Punto de anclaje Monitor de torque HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave hidráulicas de ajuste: Constan en dos cuerpos, cuerpo inferior, cuerpo superior, colocados uno sobre otro, montados de manera que las bocas de ajuste roten uno contra la otra, exactamente sobre el eje de la unión del tubular, que se va a ajustar, accionado por sendos cilindros hidráulicos. Al momento del ajuste, una mordazas retráctiles, que tienen ambos cuerpos, toman fuertemente ambas mitades de la unión de los tubulares. HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave hidráulicas de ajuste: Constan en dos cuerpos, cuerpo inferior, cuerpo superior, colocados uno sobre otro, montados de manera que las bocas de ajuste roten uno contra la otra, exactamente sobre el eje de la unión del tubular, que se va a ajustar, accionado por sendos cilindros hidráulicos. Al momento del ajuste, una mordazas retráctiles, que tienen ambos cuerpos, toman fuertemente ambas mitades de la unión de los tubulares. HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave hidráulicas de ajuste: La mordazas se ajustan sobre la unión del tubular, y el cuerpo superior rota sobre el inferior, HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave hidráulicas de ajuste: La mordazas se ajustan sobre la unión del tubular, y el cuerpo superior rota sobre el inferior, accionado por los cilindros hidráulicos. HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Llave hidráulicas de ajuste: Esta herramienta es conocida como “Iron roughnec” y está siendo empleada con gran difusión en la mayoría de los equipos. HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Equipos automáticos HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Equipos automáticos HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Equipos automáticos HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Grampas de Seguridad Son herramientas que se emplean cuando se sacan o se bajan portamechas, tanto integrales como espiralados en el pozo. El uso de estas grampas es asegurar al portamechas o a un estabilizador cuando está colgado de la cuña, para evitar que resbale por las cuñas ya que, como o tienen ningún resalte se corre el riesgo que esto ocurra y caiga la columna dentro del pozo, causando una pesca. Se las conoce con el nombre de “collarín”. HERRAMIENTAS Herramientas de Enrosque y Torqueo Grampas de Seguridad Se muestra esquemáticamente la manera en que se coloca la grampa de seguridad sobre el cuello del portamecha (o estabilizador). La grampa va fuertemente ajustada, de manera que ante el desplazamiento hacia debajo de la columna, cuando el grampa aporye sobre la cuña, impida efectivamente el movimiento.