FACULTA DE INGENIERIA Elementos de PerforaciónTEMA 2 Principales componentes del equipo de peroración Objetivo: El alumno identificará el funcionamiento e interrelación de los sistemas que constituyen el equipo de perforación rotatorio. 2.1. Sistema de suministro de energía. 2.2. Sistema de izaje. 2.3. Sistema de circulación. 2.4. Sistema rotatorio. 2.5. Sistema de control. 2.6. Sistema de medidor de parámetros de perforación. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación La función principal del sistema de circulación, es la de extraer los recortes de roca del pozo durante el proceso de perforación. El sistema esta compuesto por equipo superficial y sub superficial como se muestra en la siguiente figura: Sub superficial Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación El equipo superficial esta compuesto por: Bombas de lodo Stand pipe Las bombas Las presas de lodo (descarga, de asentamiento y la de succión) El stand Pipe, swivel y flecha El equipo de control de sólidos El desgasificador Temblorina Temblorina Presas Preventores El equipo sub superficial esta compuesto por: Eliminador de sólidos Tubería de perforación Lastrabarrenas Herramientas Barrena El pozo mismo Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Bombas Las bombas.- El componente más importante en el sistema de circulación es la bomba de lodos y la potencia hidráulica suministrada por ésta, ya que de esto dependerá el gasto y la presión requeridas para una buena limpieza del pozo. HHPb potencia hidráulica de salida en los motores en (HP) PQ P presión de descarga de la bomba en (lb/pg2) HHPb = donde: 1714 Eb Q gasto de la bomba en (gal/min) Eb eficiencia mecánica de la bomba (0.85) En la industria petrolera se utilizan dos tipos de bombas: Bomba duplex.- Estas bombas se caracterizan por estar constituidas de dos pistones y manejar altos gastos pero baja presión de descarga. Son de doble acción, o sea que bombean el fluido en los dos sentidos. En la actualidad estas bombas se utilizan en los equipos que reparan pozos ó en perforación somera. La presión máxima recomendada de trabajo para estas bombas es de 3,000 lb/pg2. Bomba triplex.- Están constituidas por tres pistones de acción simple y se caracterizan por manejar altas presiones de descarga y altos gastos y son de fácil mantenimiento. Estas bombas son las más utilizadas en la industria petrolera. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Bombas Las bombas triplex presentan algunas ventajas sobre las duplex: Pesan un 30% menos que las duplex. A mayor diámetro de camisa mayor gasto > Dc > Q Manejan alta presión y alto volumen. A mayor diámetro de pistón menor presión > d < P Son de fácil mantenimiento. Partes de una bomba Resultan menos costosas Salida Cámara de pulsaciones Pistón Vástago Válvulas Camisa Entrada Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Bombas Existe otro tipo de bombas en los equipos de perforación, comúnmente llamadas centrifugas, estas bombas son mucho mas pequeñas que las anteriores, la presión de trabajo es de solo unas cuantas libras aunque el gasto puede llegar a los 100 gal/min. Estas bombas son utilizadas para: • Preparar el lodo en el pozo. • Distribuir el agua en el equipo. • Como precarga de las bombas de lodo. • En la preparación de baches. • Abasteciendo de agua en las cementaciones. • Para la limpieza del equipo. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Bombas El gasto que proporciona una bomba dependiendo de sus componentes y de su eficiencia volumétrica se obtiene con las siguientes ecuaciones: Duplex Qbd gasto de la bomba duplex en (gal/emb) Qbd = 0.0068 (2d2p – d2r) Lc Eb Ne Qbt gasto de la bomba triplex en (gal/emb) dp diámetro del pistón en (pg) dr diámetro del vástago en (pg) Triplex Lc longitud de la camisa en (pg) Qbt = 0.0102 (d2 p ) Lc Eb Ne Eb eficiencia volumétrica Ne número de emboladas por min Ej.: Cuál será la potencia hidráulica de una bomba que proporciona un gasto de 400 gal/min y una presión de descarga de 1500 lb/pg2?. PQ 1500 x 400 HHPb = = = 412 HP 1714 Eb 1714 (0.85) Tarea 5.- Determinar las ecuaciones de las bombas duplex y triplex Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Bombas Ej : Para perforar la tercer etapa de 13 3/8” de un pozo a 3,500 m se requiere un gasto de 385 gal/min y una presión de 200 kg/cm2. Si en el equipo se tiene una bomba triplex con pistones de 4”, la eficiencia volumétrica es del 88% a 120 emb/min Cual es la potencia de la bomba y que longitud de camisa es requerida?. 1.- Cual es la potencia de la bomba PQ 2844 x 385 HHPb = = = 751.55 HP 1714 Eb 1714 (0.85) 2.- Cual debe ser la longitud de las camisas para obtener el gasto y la presión requerida. Qbt Qbt = 0.0102 (d2p ) Lc Eb Ne Lc = 0.0102 (d2p ) Eb Ne 385 Lc = = 22.34 pg = 56.74 cm 0.0102 (16 ) 0.88 x 120 Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Bombas Si las bombas no trabajan de forma eficiente proporcionando el gasto de lodo y la presión adecuada se pueden presentar los siguientes problemas: Limpieza inadecuada del pozo. Disminución en la velocidad de penetración. Atrapamiento de la sarta de perforación. Incremento en el costo del pozo. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Presas de lodo En la actualidad las presas de lodo son recipientes metálicos utilizados para el almacenamiento y tratamiento del lodo de perforación. Generalmente se utilizan tres presas conectadas entre sí, con la capacidad suficiente para almacenar cuando menos 1.5 veces el volumen total del pozo. Presa 1.- Es conocida como presa de descarga ya que en ella es donde descarga el pozo, es aquí donde se instala la temblorina para eliminar los recortes de mayor tamaño (40 micras). Presas 3 Presa 2.- Es conocida como presa de asentamiento, es aquí donde se le da tratamiento al lodo y se instala 2 el equipo de control de sólidos para eliminar los sólidos de menor tamaño. 1 Presa 3.- Es conocida como presa de succión porque de aquí la bomba de lodos succiona el lodo para enviarlo al pozo. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Presas de lodo Además de las presas reglamentarias existen otras presas. Presa de reserva.- Presa utilizada para almacenar lodo cuando se ha presentado una perdida de circulación y para mantener lodo de baja o alta densidad. Presa de baches .- Como su nombre lo indica es una presa utilizada para preparar pequeños volúmenes de baches como: Bache despegador Bache de lodo pesado Bache de lodo viscoso Bache testigo Bache con obturante Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Stand pipe El stand pipe.- Es una pieza tubular fijada a Cuello de ganso y swivel.- El cuello de una pierna del mástil, en el extremo inferior se ganso es una pieza tubular que une a la conecta con la descarga de la bomba y en el manguera flexible con el swivel. El swivel se extremo superior se conecta a una manguera conecta en su parte inferior con la flecha o flexible de alta presión. kelly y nos permite girar la sarta de perforación mientras se circula. Cuello de ganso Manguera flexible Manguera Swivel Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Eq control de sólidos La temblorina es el primer equipo utilizado para el control de los sólidos producto de la perforación, se instala sobre la presa de descarga, consta de una malla que es vibrada mediante un motor. El tamaño de las partículas retenidas depende del tamaño de la malla utilizada, generalmente retiene partículas mayores de 40 micras. Para la eliminación de partículas mas pequeñas se utilizan los hidrociclones y centrifugadoras. Temblorina Si los sólidos no son eliminados con efectividad pueden ocasionar los siguientes problemas: Aumento en la densidad del lodo. Reducción en la velocidad de penetración. Daño al equipo superficial de circulación. Pegaduras por presión diferencial. Aumento de viscosidad. Perdidas de circulación. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Eq control de sólidos Para el control de sólidos existe una variedad de equipos que se clasifican en base al tamaño de partícula que pueden eliminar o retener. Estos equipos son instalados inmediatamente después de la presa de descarga o de la de asentamiento. Hidrociclon Presa de asentamiento Centrifuga Eliminan partículas De 40 a7 micras Remueve partículas de 7 a 5 micras La barita tiene 7 micras Existen en diferentes tamaños Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Desgasificador El equipo desgasificador es de suma importancia, ya que a menudo se perforan formaciones con algún contenido de gas, el cual al ser incorporado al lodo disminuye la densidad del mismo ocasionando inestabilidad y reventones en el pozo. Los problemas principales ocasionados por una ineficiente eliminación del gas en el lodo son: Disminución en la densidad del lodo de perforación. Aportación de fluidos de la formación perforada. Reventones. Contaminación del lodo de perforación. Inestabilidad del agujero perforado. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Equipo auxiliar Además del equipo mencionado anteriormente, existe el equipo auxiliar que nos permite mantener en optimas condiciones el lodo de perforación e incrementar las condiciones de seguridad. Estos equipos son: Agitador Totalizador de volumen Tanques de barita Para evitar la depositacion de los Para monitorear el volumen total Son utilizados para el sólidos y mantener el lodo de del lodo de perforación, nos almacenamiento de la barita en el perforación en condiciones indica cuando se presenta un pozo, son tanques presurizados. homogéneas. aumento o disminución del volumen. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Bombas Tarea 6 Encuentre el gasto que proporciona una bomba duplex que trabaja a 73 emb/min, tiene una eficiencia volumétrica del 81% y tiene las siguientes características: Diámetro del pintón 4 1/8 pg Diámetro del vástago 1.25 pg Longitud de la camisa 36 pg Si se quisiera incrementar el gasto obtenido en un 65%, cual seria el No de emboladas por min a las que debe trabajar la bomba?. Prof. Ing. Luis Soto Pineda FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación 3. Sistema de circulación Bombas Tarea 7 Se termino de perforar la segunda etapa de un pozo a 3870 m con una barrena de 14 3/4” y para cementar la T. R. de 10 ¾” se requiere que el agujero este completamente limpio de recortes, para lo cual es necesario circular el lodo de superficie a fondo y de fondo a superficie en tres ocasiones. Si en el equipo se tiene una bomba triplex que puede proporcionar un gasto de 550 gal/min, calcule el volumen de lodo a circular y el tiempo para realizarlo?. El pozo se encuentra como se muestra a continuación: TP Diametro ext 5” T R 16 “ Diametro int 4.125” 1000 m TR 16” Diametro int 15.675” F = 14 3/4 “ 3,870 m Prof. Ing. Luis Soto Pineda Por su atención Mil gracias Prof. Ing. Luis Soto Pineda