CAPITULO V HERRAMIENTAS DE PERFORACION MOTORES DE FONDO Motores de Lodo de fondo de pozo son motorizados por el flujo de lodo. Los dos tipos principales de motor de fondo de pozo son: • Turbina (Turboperforadores) • Motor de Desplazamiento Positivo (PDM). INTRODUCCION Los Turboperforadores y los PDM (Positve Displacement Motors) son motores de perforación de fondo, usados para propulsar trépanos a través de las formaciones en pozos de exploración, y desarrollo. Se colocan en la parte inferior de la sarta de perforación. El lodo se bombea por la sarta por medio de potentes bombas triples existentes en el taladro. El lodo cumple varios propósitos y cuando pasa a través del motor de perforación suministra la potencia para rotar el trepano. 1 9/16/2016
Motors de fond
Ambos tipos de motores de perforación de fondo están compuestos por una sección de potencia que convierte la energía del fluido hidráulico de perforación en caballos de potencia, y una sección de cojinetes de empuje que llevan el empuje hacia abajo desde la sección de potencia y la fuerza reactiva del peso aplicado al trepano que actúa en dirección hacia arriba . en términos generales, los turbo perforadores y los motores PDM utilizan secciones similares de cojinetes. La mayor diferencia se observa en la sección de potencia del motor.
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Motors de fond
El Motor PDM consiste en un rotor de acero y un estator elastometrico pegado dentro del cuerpo del motor, en forma de lóbulos múltiples se encuentra en forma helicoidal a lo largo del estator, el rotor de acero se fabrica con un perfil de lóbulos equivalente y con un ángulo de paso y distanciamiento helicoidal similar pero con un lóbulo menos. El flujo de lodo de perforación crea una presión hidráulica que hace que el rotor rote dentro del estator. En contraste, la sección de potencia del turbo perforador tiene aproximadamente cien etapas axiales de turbina que incluyen un disco rotor o rueda y un disco estator o rueda. Los estatores están unidos dentro del cuerpo externo y los rotores esta unidos al eje impulsor. Las paletas del estator desvían el lodo de perforación hacia las paletas del rotor, impulsando la caja del rotor, haciendo rotar el trepano. 3 9/16/2016
Motores de fondo
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Motors de fond
Generalmente: Turbinas - Formaciones duras - Elevada potencia y velocidad - Trepanos de diamantes y PDC - Caudal de flujo bajo - Temperatura (475 oF , 246 oC) PDM’s - Formations blandas - Alto flujo y torque - Trepanos PDC y conos roller - Elevado caudal de flujo - Temperatura (300 oF , 149 oC)
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Turbinas
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Turbinas Turbinas Una turbina consta de muchas secciones: Drive stages or motor section (seccion de potencia). Axial thrust bearing assembly and radial bearings. Bit drive sub El Drive stages o motor section, consiste de una serie de estatores y rotores de un diseño de Aspas. Esta combinación de estator y rotor forma una etapa. Las turbinas son referidas como 80 etapas, 100 etapas, etc. El numero de etapas determina el torque generado, cada etapa, teóricamente, aplica una igual cantidad de torque al control shaft y su vez la suma de estos torques a la salida del trepano. la serie de estatores con aspas , son fijados en la parte externa del housing y los rotores con aspas fijados en el shaft. El flujo de lodo es diseccionado a un ángulo predeterminado al estator con aletas para golpear a las aletas de rotor y causar que el shaft rote. El ángulo de las aletas afectaran el torque y velocidad de salida de la turbina.
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Turbinas
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Turbinas Bearing Section Usualmente, los thrust bearing son construidos de discos de gomas los cuales no rotan (son fijados en el housing de la herramienta) y el disco de acero que rota es fijado en shaft. si los bearing pasan el tiempo de uso, danos considerables pueden suceder en el rotor de acero y romper el estator de abajo Radial bearings protegen al shaft de las cargas laterales y el thrust bearings soporta el empuje hidráulico del lodo que esta siendo bombeado a través de la herramienta y el empuje hacia arriba del peso que esta siendo aplicado al trepano. Teóricamente, el peso sobre el trepano debe ser aplicado para equilibrar el empuje hidráulico, lo cual quita el peso a los bearings y prolonga su vida 9 9/16/2016
Turbinas
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Turbinas
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Turbinas El drive sub es solo la conexión del bearing shaft al trepano Caracteristicas de la turbinas En la superficie hay una indicación mínima de un paro de la turbina Turbinas no admiten el bombeo de material de perdida de circulación El contenido de arena en el fluido de perforación debe mantenerse en un mínimo Como tiene mínimo componentes de Elastómero (gomas), la turbina puede operar en pozos de altas temperaturas La caída de presión a través de la herramienta es típicamente elevada y puede variar de 500 psi hasta 2000 psi Usualmente, el máximo admisible desgaste del bearing es de 4 mm 12 9/16/2016
Turbinas Turbine Characteristics El torque y las RPM son inversamente proporcional (como incrementa las RPM, el torque decrece y viceversa) Las RPM es directamente proporcional al caudal de flujo (a un torque constante) El torque es una función del caudal de flujo, densidad del lodo, Angulo de la aletas y el numero de etapas, y varia si el peso sobre el trepano varia Una optima potencia de salida toma lugar cuando el thrust bearings son balanceados El cambio del caudal de flujo causa las curvas características para el desplazamiento 13 9/16/2016
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Motor de Desplazamiento (PDM).(Motores defondo)
Positivo
Los Motores de fondo son motores de desplazamiento positivo (PDM) el cual usa el flujo que se bombea a través de la sarta de perforación para hacer rotar el trepano, sin necesidad de rotar toda la sarta de perforación. La rotación es generada por fuerza que ejerce el fluido de perforación entre rotor helicoidal y el estator sellante. Energía hidráulica Energía Mecánica (rotación trepano)
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Partes de un Motor Un motor esta compuesto básicamente de seis partes. Empezando desde el fondo de la herramienta, esta son: Drive shaft, Bearing assembly, Surface Adjustable Bend Housing, transmisión section, power section y top sub. Top Sub Crossovers que conectan a la sección de poder a herramientas del equipo 18 9/16/2016
Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Power Sections (Sección de Potencia) La sección de potencia convierte la energía hidráulica de alta presión del fluido de perforación, dentro de energía mecánica expresada como torque al girar el trepano. El fluido de perforación es forzado entre el rotor y el estator. El estator es conectado con el resto de la sarta de perforación vía el top sub.La rotación del motor, o revoluciones por minuto (rpm), es proporcional al caudal de flujo. Ambos rotor y estator tienen perfiles helicoidales, pero el rotor tiene un lóbulo menos que el estator. La sección de potencia de un motor de fondo es designada por la razón de lóbulos rotor/estator. Por ejemplo una sección de potencia de 4:5 tiene cuatro lóbulos en el rotor y cinco lóbulos en el estator 19 9/16/2016
Motor de Desplazamiento Positivo (PDM). Números de lóbulos del estator = números de lóbulos del rotor + 1
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Transmisión Assembly Esto es conectado al final inferior del rotor. Esto transmite el esfuerzo de torsión y la velocidad rotatoria del rotor al drive shaft y al trepano. Las universal joints convierten el movimiento excéntrico del rotor en el movimiento concéntrico en el drive shaft motor
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Surface Adjustable Bend Housing (SABH) Admite el setting del Angulo del motor
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Bearing Section Acepta todas las cargas axiales y radiales sobre el eje del drive Shaft
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Drive Shaft Conectado a la sección de poder a través de la sección de transmisión, esta conectado al trepano a través del bit box 24 9/16/2016
Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Por que correr un Motor ? Perforacion direccional Control direccional de un pozo, controlando la orientación del bend housing del motor a través del "toolface“, deslizando apuntando en la dirección deseada. Mejorar rendimiento de la perforacion Los motores pueden ser utilizados para mejorar la performance de la ROP en pozos verticales. Si el motor será utilizado para mejorar la ROP conviene utilizarlo con el set a 0 grados. Usando el motor para mejorar la ROP, además ayuda a levantar mayor cantidad de recortes, esto debido al incremento de las rpm del trepano. 25 9/16/2016
Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
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Tipos de Motors Existen cuatro familias de motores disponibles: M – Motores con bearings lubricadas en lodo S – Motores con bearings lubricadas en aceite (selladas) XC - Motores de Radio Corto XF – Motores de ultra Radio Corto
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Motors Serie “M”
Los motores serie M tienen las bearings lubricadas con lodo y son los mas utilizados en el campo.
Una parte del lodo es desviada a través de la sección de bearings para lubricación.
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM). Motors Serie“XC” Los motores serie XC son motores de radio corto tienen una sección de bearings y sección de poder mas corta. Estos motores tienen una articulación simple para poder perforar pozos con curvas de radio corto, 70 ft, como la que se observa en la figura de la derecha (82°/100 ft.).
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Motors Serie “XF” Los motores serie XF son usados para perforar curvas de ultra radio corto, 40 ft. radio (143°/100 ft.). Tienen dos articulaciones y un pad ajustable
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Existen unos 80 modelos entre bearing lubricados por lodo y aceite que van desde 2 1/8in hasta 11 ¼ in Motor SP Standard motor Motor XP extended power Motor GT greater torque Motor XC Extended curvature Motor XF extended flex Motor AD air drilling 32 9/16/2016
Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Problemas de fondo posteriores al deslizar con DHM Se requiere una extrema precisión para orientar correctamente la sección curva debido a la elasticidad torsional de la columna de perforación. Mayor problema →tendencia de la columna no rotativa a sufrir aprisionamientos →la tubería principal se apoya sobre el lado inferior del pozo @ produce velocidades desparejas alrededor de la tubería. La falta de rotación de la tubería disminuye la capacidad de remover los recortes sobre el lado inferior del pozo, se puede formar un “colchón”de recortes Menor potencia disponible para mover la mecha. Esto, junto con la fricción por el deslizamiento, reduce la tasa de penetración (ROP) Si se cambia del modo de deslizamiento al modo de rotación con herramientas direccionales, se obtiene una trayectoria más irregular. Las numerosas ondulaciones aumentan la tortuosidad, esto aumenta la fricción durante la perforación. Durante la perforación se produce acumulación de gas en los puntos altos y agua en los bajos 33 9/16/2016
Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Las numerosas ondulaciones aumentan la tortuosidad, esto aumenta la fricción durante la perforación. Durante la perforación se produce acumulación de gas en los puntos altos y agua en los bajos A pesar de todos estos problemas, la perforación direccional con motor direccional sigue siendo más efectiva en términos económicos y por el momento es el método de perforación más utilizado
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
PowerPak – Power curve Example: A675XP with 7:8 Lobe,5 stages
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Motor de Desplazamiento Positivo (PDM).
Theory Summary MORE LOBES = MORE TORQUE MORE LOBES = LESS RPM MORE STAGES = MORE TORQUE MORE STAGES = MORE AVAILABLE PRESSURE EXCESS PRESSURE = REDUCED RUBBER LIFE
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TIEMPO DE PREGUNTAS
GRACIAS POR SU ATENCION
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