Ingeniería de Perforación Aplicada Adam T. Bourgoyne Jr. Profesor de Ingeniería Petrolera, Luisiana Estado U.
Keith K. Millheim Gerente- Instalaciones Perforación Critica, Amoco Production Co.
F. S. Young Jr. Presidente, Woodwa Energ Co.
Primera Impresión Sociedad de Ingenieros Petroleros ichardson! T" #$%&
'apitulo #
Proceso Per(oración otaria
Cuando Cuando el poo poo esta esta sie siendo ndo nanci nanciado ado por m!s de una compañía, el plan de perforación, así como, el contrato de perforación deber!n ser aprobados por los $ng $ngenieros de *erfo erfora racción ión en repr epresent sentac ació ión n de las las diferentes compañías involucradas. #.# )*uipo de de Pe Per(oración %nte %ntess que que el cont contra rati tist sta a enca encarg rgad ado o de la Las Las gran grande dess inve invers rsio ione ness que que requ requie iere ren n de la perfor perforaci ación ón pueda pueda comen comenar ar,, el !rea !rea de la perforación para la búsqueda de gas y petróleo supercie debe de ser preparada para poder son son hech hechas as prin princi cipa palm lmen ente te por por comp compañ añía íass acomodar acomodar la torre torre especica. especica. *oos *oos de agua petroleras. Las Compañías pequeñas de petróleo pued ueden tener ener que que ser ser perf perfor orad ados os para ara inv inviert ierten en ma mayo yorrmente ente en la perfo erfora racción ión abastecer los requerimientos de la operación supercial, poos m!s económicos perforados en de perf perfo orac ración. ión. La prep prepa arac ración ión de la tierra en los "stados #nidos. $nversiones de costos super supercie cie deber! deber! de ser la m!s adecua adecuada da altos de perfor foración en agua y poos no para para el terr terren eno o loca locall y los los prob proble lema mass de %mericanos %mericanos,, pueden pueden ser costead costeados os únicamente únicamente abasteci abastecimiento miento-- que varían varían ampliament ampliamente e de por compañías petroleras grandes. Los gastos de !rea a !rea. "n marshland al sur de perforación se han vuelto tan altos en muchas Loui Louisi sian ana, a, la perf perfor orac ació ión n usua usualm lmen ente te es !reas que varias compañías grandes, llev lleva ada a cabo abo me med diant iante e el uso uso de una una frecuente frecuentemente mente,, forman forman grupos grupos para compartir compartir barcaa tierra adentro. adentro. La única preparación preparación los riesgos nancieros. requ requer erid ida a es el drag dragad ado o de una se$aración &uchos talentos especialiados son requeridos para permitir el movimiento de la barcaa a la para que la perforación de un poo sea de forma ubicación. ubicación. "n contraste, contraste, la prepara preparación ción para se segu gura ra y econ económ ómic ica. a. Como Como en la ma mayo yorí ría a de la perf perfor orac ació ión n en las las $sla $slass Cana Canadi dien ense ses, s, indust industria riass comple comple'as 'as,, difer diferent entes es compañ compañías ías de requiere de la construcción de una $lataforma servicios, contratistas y asesores, cada uno con su de ielo ielo hecha por la mano del hombre, gran propia organiación, han surgido para brindar los cantidad de provisiones, y facilidades para el servic ser vicios ios y carac caracter teríst ística icass necesa necesaria ria.. (rupo (ruposs almacena'e. La ig. ig. /./ muestra una barcaa barcaa especialiados tambi)n han surgido dentro de las tierra adentro ubicada en el !rea de marsh al gran grande dess comp compañ añía íass petr petrol oler eras as.. #n equi equipo po de sur de Louisiana y la ig. /.0 muestra un !rea $ng $ngenie nieros de *erfo rforac ración ión es usua usualm lmen entte de perforación en las $slas Canadienses. identicado como uno de estos grupos. 1espu)s 1espu)s que la perforació perforación n comiena, comiena, la #n poo poo es clas clasi ica cado do como como un poo poo mano de obra requerida para la perforación e$loratorio si su propósito es el descubrir una del poo y para resolver cualquier problema nueva nueva reser reserva va de petró petróleo leo.. *or *or el contr contrari ario, o, el de perforación que ocurra es brindada por 2/3 propósi pósitto de un poo oo de e$lotación es de el contratista de la perforación 203 el operador e+plo e+plotar tar una reser reserva va conoci conocida. da. #sualm #sualment ente e el del poo, oo, 243 243 dife diferrent entes comp compañ añía íass de grupo de geólogos recomienda las ubicaciones de ser servic vicios ios de perfor perforaci ación, ón, y 253 consul consultor tores es los poos e+ploratorios, mientras que, el grupo de especiales. La autoridad nal corresponde, corresponde, ya $ng $ngenie nieros de eser eserv vorio orio recom ecomie iend nda a las las sea al contratista de la perforación cuando la ubicac ubicacione ioness de poos poos a ser desar desarro rolla llados dos.. "l perforadora esta perforando sobre la base de grupo grupo de $ngeni $ngenier eros os de *erfo *erforac ración ión reali realia a los un cost costo o por por pie pie o al oper operad ador or del del poo poo dise diseño ñoss prel prelim imin inar ares es del del poo poo,, así así como como,, los los cuando la perforadora esta perforando sobre costos cos tos estima estimados dos para para el poo poo propue propuesto sto.. "l la base de un costo por día. grupo Legal asegura los derechos de perforación y La ig. ig. 4 muestra una organiación organiación típica típica de produ producc cción ión necesa necesario rios, s, y establ establece ece el titulo titulo de perfor perforaci ación, ón, frecu frecuent enteme emente nte usada usada por el dominio necesario, así como, el derecho de vía contratista de la perforación y por el operador correspondiente. del poo cuando un poo esta siendo ndo Los peritos establecen y participan la ubicación perforado sobre la base de un costo por día. "l del poo. $ngen $ngenie iero ro de *erfo erfora raci ción ón reco recomi mien enda da los los #sualmente la perforación es llevada llevada a cabo por procedim procedimiento ientoss de perforació perforación n a seguir seguir que un contratista encargado de la perforación. perm permit itan an que que el poo poo sea sea perfo perfora rado do de la #na ve la decisión de perforar el poo es tomada forma forma m!s segura segura y económic económica a posible. posible. "n por por la ger gerenci encia, a, el grup grupo o de inge ingeni nier eros os de muchos casos, el plan original del poo debe perf perfor orac ació ión n prep prepar ara a un dise diseño ño de poo poo m! m!ss de ser modicado de acuerdo al progreso de deta detall llad ado o y deta detall lla a las las espe especi cic cac acio ione ness del del la perfor perforaci ación, ón, debido debido a circun circunsta stanci ncias as no contrato. contrato. "l equipo equipo y los procedimi procedimientos entos que el previstas. "stas modicaciones tambi)n son la operador requiera, 'unto con una descripción del responsabilidad del $ngeniero de *erforación. poo, deber!n ser incluidas en las "l representante de la compañía, usando el especicaciones del contrato y en el contrato de plan del poo, toma las decisiones perforación. "n !reas en las cuales e+periencias e+periencias concernientes a las operaciones de anteriores, han demostrado que la perforación es perforación y de otros servicios requeridos. La una rutina, las bases del contrato podrían ser el oper operac ació ión n de la perfo perfora rado dora ra y el pers person onal al cost costo o por por pie pie de cada cada hoyo hoyo perf perfor orad ado. o. "n las las supervisor de la perforadora son la
Los Los o!"e o!"etti#os i#os de este este ca$it a$itul ulo o son son %&' %&' el familiari(ar al estudiante con el e)ui$o !*sico de $erforación rotaria, así como, con los $rocedimientos o$erati#os e %+' introducir al estudiante al an*lisis del costo de $erforación.
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Proceso Per(oración otaria
Cuando Cuando el poo poo esta esta sie siendo ndo nanci nanciado ado por m!s de una compañía, el plan de perforación, así como, el contrato de perforación deber!n ser aprobados por los $ng $ngenieros de *erfo erfora racción ión en repr epresent sentac ació ión n de las las diferentes compañías involucradas. #.# )*uipo de de Pe Per(oración %nte %ntess que que el cont contra rati tist sta a enca encarg rgad ado o de la Las Las gran grande dess inve invers rsio ione ness que que requ requie iere ren n de la perfor perforaci ación ón pueda pueda comen comenar ar,, el !rea !rea de la perforación para la búsqueda de gas y petróleo supercie debe de ser preparada para poder son son hech hechas as prin princi cipa palm lmen ente te por por comp compañ añía íass acomodar acomodar la torre torre especica. especica. *oos *oos de agua petroleras. Las Compañías pequeñas de petróleo pued ueden tener ener que que ser ser perf perfor orad ados os para ara inv inviert ierten en ma mayo yorrmente ente en la perfo erfora racción ión abastecer los requerimientos de la operación supercial, poos m!s económicos perforados en de perf perfo orac ración. ión. La prep prepa arac ración ión de la tierra en los "stados #nidos. $nversiones de costos super supercie cie deber! deber! de ser la m!s adecua adecuada da altos de perfor foración en agua y poos no para para el terr terren eno o loca locall y los los prob proble lema mass de %mericanos %mericanos,, pueden pueden ser costead costeados os únicamente únicamente abasteci abastecimiento miento-- que varían varían ampliament ampliamente e de por compañías petroleras grandes. Los gastos de !rea a !rea. "n marshland al sur de perforación se han vuelto tan altos en muchas Loui Louisi sian ana, a, la perf perfor orac ació ión n usua usualm lmen ente te es !reas que varias compañías grandes, llev lleva ada a cabo abo me med diant iante e el uso uso de una una frecuente frecuentemente mente,, forman forman grupos grupos para compartir compartir barcaa tierra adentro. adentro. La única preparación preparación los riesgos nancieros. requ requer erid ida a es el drag dragad ado o de una se$aración &uchos talentos especialiados son requeridos para permitir el movimiento de la barcaa a la para que la perforación de un poo sea de forma ubicación. ubicación. "n contraste, contraste, la prepara preparación ción para se segu gura ra y econ económ ómic ica. a. Como Como en la ma mayo yorí ría a de la perf perfor orac ació ión n en las las $sla $slass Cana Canadi dien ense ses, s, indust industria riass comple comple'as 'as,, difer diferent entes es compañ compañías ías de requiere de la construcción de una $lataforma servicios, contratistas y asesores, cada uno con su de ielo ielo hecha por la mano del hombre, gran propia organiación, han surgido para brindar los cantidad de provisiones, y facilidades para el servic ser vicios ios y carac caracter teríst ística icass necesa necesaria ria.. (rupo (ruposs almacena'e. La ig. ig. /./ muestra una barcaa barcaa especialiados tambi)n han surgido dentro de las tierra adentro ubicada en el !rea de marsh al gran grande dess comp compañ añía íass petr petrol oler eras as.. #n equi equipo po de sur de Louisiana y la ig. /.0 muestra un !rea $ng $ngenie nieros de *erfo rforac ración ión es usua usualm lmen entte de perforación en las $slas Canadienses. identicado como uno de estos grupos. 1espu)s 1espu)s que la perforació perforación n comiena, comiena, la #n poo poo es clas clasi ica cado do como como un poo poo mano de obra requerida para la perforación e$loratorio si su propósito es el descubrir una del poo y para resolver cualquier problema nueva nueva reser reserva va de petró petróleo leo.. *or *or el contr contrari ario, o, el de perforación que ocurra es brindada por 2/3 propósi pósitto de un poo oo de e$lotación es de el contratista de la perforación 203 el operador e+plo e+plotar tar una reser reserva va conoci conocida. da. #sualm #sualment ente e el del poo, oo, 243 243 dife diferrent entes comp compañ añía íass de grupo de geólogos recomienda las ubicaciones de ser servic vicios ios de perfor perforaci ación, ón, y 253 consul consultor tores es los poos e+ploratorios, mientras que, el grupo de especiales. La autoridad nal corresponde, corresponde, ya $ng $ngenie nieros de eser eserv vorio orio recom ecomie iend nda a las las sea al contratista de la perforación cuando la ubicac ubicacione ioness de poos poos a ser desar desarro rolla llados dos.. "l perforadora esta perforando sobre la base de grupo grupo de $ngeni $ngenier eros os de *erfo *erforac ración ión reali realia a los un cost costo o por por pie pie o al oper operad ador or del del poo poo dise diseño ñoss prel prelim imin inar ares es del del poo poo,, así así como como,, los los cuando la perforadora esta perforando sobre costos cos tos estima estimados dos para para el poo poo propue propuesto sto.. "l la base de un costo por día. grupo Legal asegura los derechos de perforación y La ig. ig. 4 muestra una organiación organiación típica típica de produ producc cción ión necesa necesario rios, s, y establ establece ece el titulo titulo de perfor perforaci ación, ón, frecu frecuent enteme emente nte usada usada por el dominio necesario, así como, el derecho de vía contratista de la perforación y por el operador correspondiente. del poo cuando un poo esta siendo ndo Los peritos establecen y participan la ubicación perforado sobre la base de un costo por día. "l del poo. $ngen $ngenie iero ro de *erfo erfora raci ción ón reco recomi mien enda da los los #sualmente la perforación es llevada llevada a cabo por procedim procedimiento ientoss de perforació perforación n a seguir seguir que un contratista encargado de la perforación. perm permit itan an que que el poo poo sea sea perfo perfora rado do de la #na ve la decisión de perforar el poo es tomada forma forma m!s segura segura y económic económica a posible. posible. "n por por la ger gerenci encia, a, el grup grupo o de inge ingeni nier eros os de muchos casos, el plan original del poo debe perf perfor orac ació ión n prep prepar ara a un dise diseño ño de poo poo m! m!ss de ser modicado de acuerdo al progreso de deta detall llad ado o y deta detall lla a las las espe especi cic cac acio ione ness del del la perfor perforaci ación, ón, debido debido a circun circunsta stanci ncias as no contrato. contrato. "l equipo equipo y los procedimi procedimientos entos que el previstas. "stas modicaciones tambi)n son la operador requiera, 'unto con una descripción del responsabilidad del $ngeniero de *erforación. poo, deber!n ser incluidas en las "l representante de la compañía, usando el especicaciones del contrato y en el contrato de plan del poo, toma las decisiones perforación. "n !reas en las cuales e+periencias e+periencias concernientes a las operaciones de anteriores, han demostrado que la perforación es perforación y de otros servicios requeridos. La una rutina, las bases del contrato podrían ser el oper operac ació ión n de la perfo perfora rado dora ra y el pers person onal al cost costo o por por pie pie de cada cada hoyo hoyo perf perfor orad ado. o. "n las las supervisor de la perforadora son la
Los Los o!"e o!"etti#os i#os de este este ca$it a$itul ulo o son son %&' %&' el familiari(ar al estudiante con el e)ui$o !*sico de $erforación rotaria, así como, con los $rocedimientos o$erati#os e %+' introducir al estudiante al an*lisis del costo de $erforación.
!rea !reas, s, en las las cual cuales es el cost costo o no pued puede e se serr estimado con una certea raonable, raonable, usualmente las bases del contrato son con un precio por día. "n algunos casos, el contrato se basa en el costo por pie perforado hasta una profundidad o una formación determinada y costo por día sobre la base de ese punto.
respo responsa nsabil bilida idad d del 'efe 'efe de la cuadri cuadrilla lla de perforación.
I+,)+I)IA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
Fig. Fig. #.# 1 Barca2a Barca2a de Per(or Per(oraci ación ón de Te3aco e3aco Fig. Fig. #.4 1 Plata(o Plata(orma rma de hielo hielo hecha hecha por la mano 56icada en ,i66eons en el 'ampo del hom6re en aguas pro(undas en las 0a(tte! 0ouisiana. Islas 'anadienses.
Fig. #.7 rgani2ación de Per(oración T8pica
*6C"76 1" *"6%C$89 6:%
%$Fig. #.9 1 )l Proceso de Per(oración Per(oración otaria #.4 Torres de Per(oración Las torres de perforación rotaria son usadas para casii todas cas todas las perfo perforac racion iones es reali realiad adas as hoy en día. día. #n bosq bosque ue'o 'o ilus ilustr tran ando do del del proc proces eso o de perforación rotaria es es mostrado en la ig. ig. /.5. "l
Fig. #.: 1 'lasi;cación de Torres de otaria perforadora son montados sobre plataformas de tal manera que la perforadora pueda ser movida por unidades y conectada conectada f!cilmente. f!cilmente. La torre torre plegable 2ig. 2ig. /.;3 es ensamblada en el suelo con pernos y luego elevada como una unidad usando
hoyo es perforado mediante la rotación de una broca a la cual se le aplica una fuera descendente. (eneralmente, la broca es volteada med me diant iante e la rotac otació ión n total otal de la sart sarta a de perf perfor orac ació ión, n, me medi dian ante te el uso uso de una una me mesa sa rotatoria en la supercie, y la fuera descendente es apli aplica cada da a la broc broca a me medi dian ante te el uso uso de tube tuberí rías as de pare parede dess grue gruesa sass y pesa pesada dass por por secciones, llamadas cuellos de tubería en la sarta de perf perfor orac ació ión n por por enci encima ma de la broc broca. a. Las Las cortaduras son elevadas a la supercie mediante la circ irculac ulació ión n de un
pies, pies, torre torress apoya apoyadas das en el fondo fondo pueden pueden ser usadas. "l tipo mas común de torres movibles apoy apoyad adas as en el fond fondo o es la perf perfor orad ador ora a por por bombeo 2ig. 2ig. /.?3. La perforadora por bombeo bombeo es remolcada a la ubicación con las patas de la torre elevadas. #na ve en la ubicación, las patas son ba'adas al fondo y la plataforma es bombeada por encima de la actividad de las olas mediante bombas bombas hidr! hidr!uli ulicas cas.. Las perfo perforad radora orass semi sumergibles que pueden ser inundadas de una forma forma simil similar ar a la barca barcaas as de tierra tierra adentr adentro o pued pueden en perf perfor orar ar repo reposa sand ndo o en el fond fondo, o, así así como, en una posición >> pies. La forma forma de una perfor perforad adora ora sem semii sumer sumergib gible le tiende tiende a hacer menos violento violento el movimiento movimiento de las olas sin importar importar la dirección dirección de las mismas. "sto permite su uso
el equipo de elevación. La port!til 2ig. /.A3, la cual cual es apropi apropiada ada para para poos poos de profu profundi ndidad dad moderada, usualmente es montada en carritos rodantes o traileres que tienen incorporados la maquin maquinari aria a de ele elevac vación ión,, motor motores es y torre torress de perforación como unidades únic nicas. La perforadora port!til compactada es elevada a la posici posición ón vertic vertical al y luego luego e+ten e+tendid dida a a la altura altura m!+ima por pistones hidr!ulicos en la unidad. Las principales características del diseño de las perfor perforado adoras ras maríti marítimas mas son la portab portabili ilidad dad y m!+ima m!+ima profundida profundidad d operativa operativa en el agua. agua. Las barc barca aas as de perf perfor orac ació ión n sume sumerg rgib ible less son son genera generalme lmente nte usadas usadas para para la perfor perforaci ación ón mar aden adentr tro o dond donde e la acti activi vida dad d de las las olas olas no es severa y la profundidad de las aguas es menor a 0> pies. :oda :oda la perforadora es ensamblada en la barcaa y la unidad es remolcada a la ubicación, así como, hundida por medio de la inundación de la bar barcaa caa.. #na #na ve ve que que la perf perfor orac ació ión n es completada, el agua es bombeada fuera de la barcaa, permiti)ndole ser movida a la siguiente ubicación. 1espu)s que el poo es completado, una plata platafor forma ma deber! deber! ser const construid ruida a para proteger el cabeal del poo, y para servir de soporte del equipo de producción en la super supercie cie.. "n alguno algunoss cas casos, os, la profu profundi ndidad dad operativa en el agua ha sido e+tendida hasta 5> pies reposando reposando la barcaa barcaa en una pared pared interna construida en el fondo del mar. La perforación e+plo +plora rato tori ria a ma marr aden adentr tro, o, usua usualm lmen ente te es realiada mediante perforadoras autónomas que pueden ser movidas f!cilmente. en !reas tales como el &ar del 9orte donde la actividad de las olas es severa. #n segundo tipo de embarcación ./>3. Los buque uquess para perf perfor orac ació ión n son son usua usualm lmen ente te much mucho o me meno noss costosos que las semi sumergibles a menos que est)n diseñadas para ser posicionadas din!micam din!micamente. ente. #nas cuantas cuantas embarca embarcacione cioness para perforación perforación que est!n est!n siendo siendo planicad planicadas as podr!n operar en profundidades de agua hasta de /4,>>> /4,>>> pies. pies. %lgunas %lgunas son diseñad diseñadas as con el equi equipo po de perf perfor orac ació ión n y sist sistem ema a de ancl ancla' a'e e montado en una torre central. La embarcación es rota rotada da alre alrede dedo dorr de la torr torre e cent centra rall usan usando do propu propulso lsore ress de tal forma forma que la embar embarcac cación ión siempre siempre enfrente enfrente a las olas olas que ingresan. ingresan. "sto ayuda a hacer menos violento el movimiento de las olas. 7in embargo, el uso de embarcaciones para la perforación usualmente esta limitado a !reas en donde la actividad de las olas no es severa. "l desa desarr rroll ollo o de de la perfor perforaci ación ón en en el agua agua usualm usualment ente e es hecho hecho desde desde plataf platafor ormas mas 'as. 'as. 1esp 1espu) u)ss de que que el prog progra rama ma de perfo perfora raci ción ón e+ploratoria indica la presencia de reservas de petróleo sucientes para 'usticar los costos de construcci construcción, ón, una o mas plataform plataformas as desde las cuales cuales varios varios poos poos direcc direccion ionale aless puede pueden n ser perf perfor orad ados os,, son son cons constr trui uida dass y pues puesta tass en la ubicación.
Fig. #.& Per(oradora plega6le u6icada en u6icada el campo Port =udson! 0ouisiana.
Fig. #.% Per(oradora )le
I+,)+I)IA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
Fig. #.> 1 Torre port?til siendo transportada Fig. #.$ 1 5na torre semisumergi6le en la u6icación. #sualmente los componentes varios de la perforadora son integrados dentro de unos cuantos módulos grandes que una barcaa de perforación puede r!pidamente ubicar en la plataforma. Las plataformas grandes permiten el uso de perforadoras autónomas, todos los componentes de la perforadora son ubicados en la plataforma 2ig. /.//3. #na plataforma
circulación de
#.7
Sistema de )nerg8a de la Per(oradora La mayoría de la energía de la perforadora es consumida por el sistema de elevación y el sistema de circulación de >> a 4,>>> hp. Las primeras perforadoras eran suministradas de energía principalmente por energía a vapor. 7in embargo, debido al alto consumo de combustible y a la falta de portabilidad de las grandes caleras de vapor requeridas, las perforadoras suministradas por energía a vapor se han vuelto impr!cticas. Las perforadoras modernas son suministradas de energía por medio de bombas de combustión internas de diesel y generalmente se sub clasican en 2/3 el tipo el)ctrico a diesel o el 203 el tipo directo, dependiendo del m)todo usado para la transmisión de energía a los diversos sistemas de la perforadora. Las perforadoras el)ctricas a diesel son aquellas en las cuales las principales bombas de la torre son usadas para generar energía. La energía es transmitida f!cilmente a los diversos sistemas de la perforadora, en donde el traba'o
203 sistema de elevación, 243 sistema de
requerido es cumplido a trav)s del uso
*6C"76 *"6%C$89 6:%
%$Fig. #.#@ 1 Bu*ue de per(oración mar adentro autónoma u6icada 0ouisiana
Fig. #.## 1 5na per(oradora en el ?rea de las Islas )ugene!
Fig. #.#4 Plata(orma otante
de motores el)ctricos. Los motores de dispositivos directos pueden ser conectados para darle características de un amplio rango de velocidad de torsión que es e+tremadamente adecuado para las operaciones de elevación y circulación. Los componentes de la perforadora pueden ser empacados como unidades port!tiles que pueden ser conectados con enchufes de cables el)ctricos conectores. "+iste una
Las perforadoras de dispositivos directos logran la transmisión de energía desde las bombas de combustión internas mediante el uso de engrana'es, cadenas, correas y embragues en lugar de generadores y motores. "l costo inicial de un sistema de dispositivos directos es generalmente menor comparado a un sistema el)ctrico a diesel. "l desarrollo de dispositivos hidr!ulicos han me'orado enormemente el desempeño de este tipo de sistema de energía. Los dispositivos hidr!ulicos reducen los problemas de shoc y vibraciones de los sistemas de dispositivos directos. Los convertidores de torsión, que son dispositivos
hidr!ulicos diseñados de tal forma que la salida de torsión aumenta r!pidamente con el volumen de carga, actualmente son usados para aumentar las características de la velocidad de torsión de la bomba
I+,)+I)IA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A interna de combustión a grandes rangos que son m!s adecuados para las aplicaciones de perforación. "l uso de convertidores de torsión tambi)n permite la selección de bombas sobre la base de las condiciones de funcionamiento en lugar de las condiciones de arranque. Las características de desempeño del sistema de energía est!n indicadas en t)rminos de potencia de salida, torsión y consumo de combustible para diferentes velocidades de las bombas. Como esta ilustrado en la ig. /./4, la potencia del e'e desarrollada por una bomba es obtenida del producto de la velocidad angular del e'e, ω, y la torsión de salida D P= T. ...........................................................
.... #.#C
La ecacia de la energía total determina el rango de consumo de combustible Eƒ a una velocidad determinada de la bomba. "l calor de combustión de diferentes gasolinas para bombas de / combustión internas son mostradas en la :abla /./. La entrada de energía t)rmica a la bomba, 0 i , puede ser e+presada porD Q iD
E
H. . #.4C
1ebido a que la ecacia de la energía total del sistema Ετ , es denida como la energía de salida por ingreso de energía, entoncesD =
P,
...................................................... #.7C Qi
TAB0A #.# 1 'A0 -) 'MB5STI+ -) -IF))+T)S 'MB5STIB0)S TIP -) 'MB5STIB0)
-)+SI-AIBMG,A0C
1iesel (asolina Futano &etano
A.0 ;.; 5.A G
'A0 -) 'MB5STI/ + BT5GIMBC
/@,>>> 0>,>>> 0/,>>> 05,>>>
Fig. #.#7 1 Salida )nerg8a de Bom6a
Fig. #.#9 1 eali2ando una cone3ión *6C"76 1" 6:%C$89 6:%$% E"em$lo &.& #na bomba a diesel otorga una salida
de torsión de /,A5> ftGlbf a una velocidad de /,0>> rpm. 7i el rango de consumo de combustible fue 4/.= galBhr. Cu!l sería la salida de energía y ecacia total de la bombaH 1olución2 La velocidad angular, ω, es dada porD ω I
0π2/,0>>3 I A,=4@.? rad B min.
La salida de energía puede ser computada usando "q. /./.D Ρ=ωΤ
I A,=4@.? 2/A5>3 ft J lbf B min 44,>>> ftGlbfBminBhp 1ebido a que el tipo de combustible es el diesel, la densidad ρ es A.0 lbmBgal y el calor de combustión es Η /@,>>> FtuBlbm 2:abla /./3. *or lo tanto, el rango de consumo de combustible ωƒ es ωƒI
4/.= galBhr 2A.0 lbmBgal3 2/hora3 2;> minutos3 I 4.A? lbm B min. "l total del calor de combustión consumido por la bomba es dado por "q. /.0D 0 i I Eƒ/ I 4.A? lbmB&in. 2/@,>>> FtuBlbm3 2AA@ ftG lbfBFtu3 44,>>> ftGlbf B min B hp I /,;@=.5 hp.
*or lo tanto, la ecacia total de la bomba a /,0>> rpm dada por ala "q. /.4 es Ετ 3 P, 0i
#.9
I 4@A.= I >.045 o 04.5K /;@=.5 Sistema de )le
La función del sistema de elevación es de proveer un medio para ba'ar o elevar las sartas de perforación, tuberías de revestimiento, y otros equipos de supercie dentro o fuera del hoyo. Los principales componentes del sistema de elevación son 2/3 la torre de perforación e infraestructura, 203 la polea compuesta y 243 el malacate. 1os operaciones de perforación rutinarias realiadas con el sistema de elevación son llamadas 2/3 reali(ando una coneión 203 reali(ando un #ia"e. ealiando una operación se reere al proceso periódico de añadir una nueva articulación a la tubería de perforación de acuerdo a como el hoyo se va profundiando. "ste proceso es descrito en la ig. /./5. ealiando un via'e se reere al proceso de remover la sarta de perforación del hoyo para cambiar una porción del ensambla'e del fondo del poo y luego volver a ba'ar la sarta de perforación al fondo del poo. #n via'e es realiado usualmente para cambiar una broca. Los pasos involucrados en la salida del hoyo est!n mostrados en la ig. /./=.
Fig. #.#: Salida del hoyo
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
Fig. #.#& )s*uema de la Polea 'ompuesta
presión llamadas $re#entores de e$losión, usualmente la la torre es elevada por encima del nivel del suelo coloc!ndola en una subestructura. La función de la torre de perforación es de proveer La subestructura debe de soportar no solamente a la altura vertical requerido para elevar secciones la torre de perforación con su carga sino tambi)n el de la tubería desde o ba'arlas dentro del hoyo. peso de otras pieas grandes del equipo. "l Cuanto mayor sea la altura, la sección de la tubería $nstituto %mericano de *etróleo recomienda a ser mane'ada puede ser m!s larga, por lo tanto, calicar la capacidad de soporte de carga de la es mas r!pido insertar una tubería o removerla del subestructura de acuerdo a lo siguienteD 2/3 el hoyo. Las sartas de tuberías usadas mayormente m!+imo de peso de tuberías que pueden ser son entre 0A y 4> pies de largo. Las torres de colocadas en la torre como carga adicional, 203 el perforación que pueden mane'ar secciones m!+imo de peso de una tubería que puede ser llamadas lingadas, las cuales est!n compuestas suspendida en la mesa rotatoria por dos, tres o cuatro sartas de tuberías con'untas, 2independientemente de la carga adicional3, y 243 se dice son capaces de 'alar do!les, tri$les la capacidad de carga de cada esquina 2m!+imo de carga que puede soportar cada esquina3. %sí cu*dru$les respectivamente. %dicionalmente a su altura, las torres de mismo, en los est!ndares del $nstituto %mericano perforación son calicadas de acuerdo a su de *etróleo, tres tipos de subestructuras han sido resistencia a las cargas compresivas y al viento. adoptadas. %dicionalmente, muchos diseños que #sualmente los vientos permitidos se determinan no son del $nstituto %mericano de *etróleo est!n con la sarta de perforación dentro del hoyo y con la disponibles. La opción del diseño normalmente sarta de perforación en la sección de la torre de depende del alto del preventor de e+plosión y las perforación. Cuando la sarta de perforación esta en condiciones locales del suelo. la torre reposando sobre la plataforma de tuberías, un momento de volteo es aplicado a la torre en ese punto. Las calicaciones del viento deben de ser #.9.4 Poleas 'ompuestas computadas asumiendo que el viento esta en la misma dirección que el momento de volteo. %nclas La polea compuesta comprende el 2/3 bloque 'o, atadas con alambres a cada pata de la torre son 203 la polea via'era, y la 243 línea de perforación. "l usadas para aumentar la calicación de pequeñas arreglo y la nomenclatura de la polea compuesta torres port!tiles. "l $nstituto %mericano de *etróleo usada en perforadoras rotarias se muestra en la 2%*$3 ha publicado est!ndares relacionados a las igura /./;a. La función principal de la polea especicaciones y calicaciones de las torres de compuesta es de proporcionar una #enta"a perforación. mec*nica, la cual permite mane'ar f!cilmente *ara proporcionar espacio de traba'o deba'o del cargas grandes. La venta'a mec!nica 4 de una suelo de la torre de perforación para v!lvulas de polea compuesta es simplemente la carga control de soportada por la polea
#.9.#
Torre de Port?til
per(oración
o
M?stil
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% via'era, W , dividida por la carga impuesta en el malacate, 5 ƒD M = W (1.4)
……………………………..…………………..
La carga impuesta en el malacate es la tensión en el cable de perforación. La #enta"a mec*nica ideal, la cual no asume fricción en la polea compuesta, puede ser determinada por un an!lisis de fuera de la polea via'era. Considere el diagrama de la estructura de la polea via'era mostrado en la igura /./;b. 7i no hay fricción en las poleas, la tensión en la línea de perforación es constante. *or lo tanto, un equilibrio de fuera en la dirección vertical cede. 6 5 ƒ 3 W,
donde 6 es el numero de cables 'alados a trav)s de la polea via'era. esolver esta relación para la tensión en el cable de perforación y sustituir la e+presión resultante en "q. /.5.
TAB0A #.4 1 FA'T)S PM)-I -) )FI'A'IA PAA )0 SIST)MA -) 0A P0)A 'MP5STA
apro+imados de la ecacia de la polea compuesta para el rodamiento de la misma est!n mostrados en la :abla /.0. "l conocimiento de la ecacia de la polea compuesto permite el c!lculo de la tensión en el cable de perforación para una determinada carga. 1ebido a que la ecacia de la energía esta dada porD ! = P" = W # $! D W % &n = W Pi % n
9umero de cables 2n3 ; ? /> /0 /5
"cacia 2"3 >.?A5 >.?5/ >.?/> >.AA> >.A5>
Mi = W = n W&n
que indica que la venta'a mec!nica ideal es igual al numero de cables 'alados entre la polea via'era y el bloque 'o. 7e muestran ocho cables entre el bloque 'o y la polea via'era en la igura /./;. "l uso de ;, ?, /> o /0 cables es común, dependiendo en la condición de carga. La energía entrante Pi, de la polea compuesta es igual a la carga del malacate 5 ƒ, por la velocidad del cable de perforación 7ƒ, Pi
=
%
...
Fig. #.#> 1 Proyección de ca6les de per(oración en el piso de la torre
#.:C La energía saliente, P, es igual a la carga de la polea via'era W por la velocidad de la polea via'era, # !, P " = W #$ ! ...
#.&C
*ara una polea compuesta con menos fricción, W3 6 5 ƒ . %sí mismo, debido a que el movimiento del cable de perforación por una distancia unitaria tiende a acortar cada uno de los cables 'alados entre la polea 'a y la polea via'era, solamente por /Bn veces las distancia unitaria, entonces # !, 3 7 ƒ 8n. *or lo tanto, un sistema sin fricción implica que el ratio de la energía saliente a la energía entrante es la unidadD ! = P" = ( 6 ) (% &n) = 1 Pi %
6bviamente, en un sistema actual, siempre hay una perdida de energía debido a la fricción. alores
"ntonces la tensión en el cable de perforación esD = W ........................................................................ (1.') !n
La ecuación /.A puede ser usada para seleccionar el tamaño de los cables de perforación. 7in embargo, un factor de seguridad debería de ser usado para permitir desgaste de cable y condiciones de carga. La disposición usada en la polea compuesta causa que la carga impuesta en la torre sea mayor a la capacidad de carga. :al como se muestra en la igura /./;c, la carga aplicada 5 d a la torre es la suma de la capacidad de carga M, la tensión en el cable muerto, 5 s, y la tensión en el cable de perforación 5 ƒ . d = W (1.*a)
, ………………………………………….
7i la carga, W , esta siendo elevada por medio del cable de perforación y la tensión en la línea de perforación aumenta de W8n en la primera polea 2cable muerto3 a W8En en la ultima polea 2cable de perforación3. 7ustituir estos valores para 5 ƒ y 5 s, en la "cuación /.?a, da d = W W W = (1 ! !&n)W ....................... (1.*$) !n n !n
"l total de la carga de la torre no esta distribuida equitativamente en las cuatro patas de la torre. 1ebido a que el malacate
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
est!n ubicadas a un lado del piso de la torre, la tensión en el cable de perforación es distribuido entre dos de las cuatro patas. %sí mismo, el cable muerte afecta únicamente a la pata a la cual esta amarrado. Los cables de perforación usualmente est!n dispuestos de acuerdo a la vista del plan de
/./A. *ara estas disposiciones, las patas de la torre C y 1 compartirían la carga impuesta por la tensión en el cable de perforación, y la pata % asumiría la carga total impuesta por la tensión del cable muerto. La distribución de la carga para cada pata ha sido calculada en la :abla /.4.
suelo de la torre mostrado en la igura
TAB0A #.7 )J)MP0 'A0'50 -) 'A,A P PATA -) 0A T) Fuente de 'arga
Total 'arga
Pata A
W
W89
Capacidad de carga Cable de perforación Cable muerto
'arga en cada pata de la torre Pata B Pata ' W89
W8En W8n
W8n W%n:9'8%9n'
TAB0A #.9 1 A0 +MI+A0 -) 0A )SIST)+'IA A 0A T5A -) 0A '0ASIFI'A'I+ -)0 'AB0) -) A') -) &3#$! BI00A+T) PA'C A') ,A0A+ILA-! 'AB0) -) A') I+-)P)+-I)+T) ')+TA0 'C 1i!metr o 9omina l 2ln3.
&asa %pro+imad a 2lbmBft3
/B0 @B/; =B? N AB? / / /B? / /B5 / 4B? / /B0 / =B? / 4B5 / AB? 0
>.5; >.=@ >.A0 /.>5 /.50 /.?= 0.45 0.?@ 4.=> 5./; 5.?? =.;A ;.=> A.4@
uera 9ominal %cero %cero esistent esistente e "+tra &e'orado &e'orado 2lbf3 2lbf3 04,>>> 0;,;>> 0@,>>> 44,;>> 4=,?>> 5/,0>> =/,0>> =?,?>> ;@,0>> A@,;>> ?@,?>> />4,5>> //4,>>> /4>,>>> /4?,?>> /=@,?>> /;A,>>> /@0,>>> /@A,?>> 00?,>>> 04>,>>> 0;5,>>> 0;;,>>> 4>;,>>> 4>5,>>> 45?,>>> 455,>>> 4@;,>>>
O 7eis cordones conteniendo /? cables por cordón.
orma correcta de medir medir el di!metro de un cable cable de acero.
orma incorrecta de el di!metro de un acero.
Fig. #.#% 1 Medición del di?metro del ca6le de acero.
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%
%$W89
Pata -
W89
W89
W8+En
W8+En
W%En:+'89En
W%En:+'89En
6bserve que para E;<.=, la carga en la pata % es mayor que la carga en las otras tres patas. 1ebido a que si cualquiera de las patas falla, toda la torre tambi)n falla, es conveniente denir un e)ui#alente m*imo de la carga de la torre, 5 de, el cual es igual a cuatro veces el m!+imo de una carga por pata. *ara la disposición del cable de perforación usual mostrado en la ig. /./A. de= (n4)W …………………………………………. (1.+) n
#n par!metro usado algunas veces para evaluar diferentes disposiciones de cables de perforación es el factor de e>cacia de la torre, denido como el ratio de la carga actual de la torre al m!+imo equivalente de la carga. *ara un m!+imo de carga dado por la ecuación /./@, el factor de ecacia de la torre esD (1 ! !n)W !d = d = ( !n ) de (n4)W n
= !(n1) 1 !(n4)
*ara los valores dados en la tabla /.0 de la ecacia de la polea compuesta, la ecacia de la torre aumenta con el número de cables 'alados entre la polea 'a y la polea via'era. "l cable de perforación esta su'eto a un servicio intenso durante las operaciones normales de desenganche. allas en el cable de perforación pueden resultar en 2/3 lesiones en el personal de perforación, 203 daños a la perforadora, y 243 p)rdida de la sarta de perforación en el hoyo. *or lo tanto, es importante mantener la tensión del cable de perforación por deba'o del valor nominal de la resistencia a la rotura, así como, mantenerlo en buenas condiciones. "l valor nominal de la resistencia a la rotura 2nuevo3 para un tipo de cable de acero comúnmente usado para el cable de perforación es mostrado en la tabla /.5 para diferentes di!metros de cables. "l m)todo correcto para medir el di!metro del cable de acero es ilustrado en la igura /./?. "l cable de perforación no tiende a desgastarse uniformemente a lo largo de toda su longitud. "l desgaste mas grave ocurre en los $untos de aceleración en las poleas y en los $untos soldados en el tambor del malacate. Los puntos de aceleración son los puntos en el
cable de perforación que est!n arriba de las poleas 'as o deba'o de las poleas via'eras cuando el peso de la sarta de perforación es elevado desde sus soportes en la mesa rotatoria durante las operaciones de desenganche. La r!pida aceleración de la pesada sarta de perforación causa una tensión grave en estos puntos. Los puntos soldados, son los puntos en el cable de perforación donde e+iste una nueva capa o soldadura de cable de acero en el tambor del malacate. "l cable de perforación es mantenido en buenas condiciones siguiendo un horario del $rograma desli(amiento corte del ca!le . "l desliamiento del cable de perforación involucra soltar el ancla del cable muerto y colocar unos cuantos pies de cable nuevo en servicio desde la rueda de almacena'e. "l cortar el cable de perforación involucra remover el cable del tambor del malacate y cortar una sección de cable del nal. "l desliamiento del cable de perforación cambia los puntos de aceleración, y cortar el cable cambia los puntos soldados. "l cable muchas veces es desliado varias veces antes de ser cortado. 7e debe de tener cuidado en no desliar el cable un múltiplo de distancia entre los puntos de aceleración. 1e otra forma, los puntos de m!+imo desgaste son solamente desplaados de una polea a la otra. %sí mismo, se debe de tener cuidado al momento de cortar el cable de no cortar una sección equivalente a la longitud de un múltiplo de la distancia entre los puntos soldados. "l $nstituto %mericano de *etróleo ha adoptado un programa de desliamiento y corte de cables para los cables de perforación. "l par!metro adoptado para evaluar el número de cables en servicio es el toneladaGmilla. 7e dice que el cable de perforación ha rendido una tonelada J milla de servicio de distancia cuando la polea via'era se ha movido / tonelada de distancia de una milla %mericana. 7e debe de observar que para simplicidad este par!metro es independiente del número de cables 'alados. 7e deben de mantener los registros de las toneladas J millas, para poder realiar un programa de desliamiento y corte de cables satisfactorio. Los dispositivos que autom!ticamente acumulan las toneladas J millas entre los cortes variara de acuerdo a las condiciones de perforación y al di!metro del cable de perforación y deber!n ser determinadas a trav)s de la e+periencia en este campo. "n el caso de la perforación en roca dura, los problemas de vibraciones pueden ocasionar un desgaste mas r!pidos en los cables que cuando las rocas son relativamente suaves. Los rangos típicos de toneladas J millas entre cortes usualmente oscilan entre m!s o menos =>> para /Gen, di!metro del cable de perforación a 0,>>> por /.4A=Gen, di!metro del cable de perforación.
E"em$lo &.+. #na torre debe de elevar una carga
de 4>>,>>> lbf. "l malacate puede proporcionar una energía entrante al sistema de la polea compuesta de hasta =>> hp. 6cho cables son 'alados entre la polea 'a y la polea via'era. Calcular 2/3 la tensión est!tica en el cable de
suelo de la torre esta dispuesto de acuerdo a lo mostrado en la igura /./A. ?es$uesta.
/. La ecacia de la energía para n3? esta dado como >.?5/ en la :abla /.0. La tensión en el cable de perforación es dada por la ecuación /.A. = W = 7@@!@@@ D 99!:$@ l6( !n @.%9#%C
0. La m!+ima potencia del gancho, disponible esD P" = ! Pi = @.%9#:@@C D 94@.: hp
4. La m!+ima velocidad de elevación esta dada porD
77!@@@(tl(6Gmin.C
hp # $! D P" = 94@.: hp 7@@!@@@ l6( W
C
*ara 'alar una lingada de @> pies, se requiereD
$@ (t D #$ min. 9&.7 (tGmin.
-=
5. La carga actual de la torre es dada por la ecuación /.?bD d = (1 ! !n)W !n
D #N@.%9#N@.%9#%CC 7@@!@@@C @.%9# %C D 7%4! @$@ l6(. =. "l m!+imo de carga equivalente es dado por la ecuación /.@D
= (n4)W = %N 9 7@@!@@@C D 9:@!@@@ l6(. % n
de
;. "l factor de ecacia de la torre es deD !d = d = 7%4!@$@ D @.%9$ o %9O$ 9:@!@@@ de
#.9.7
Malacate
Los malacates 2ig. /./@3 proporcionan la energía de elevación y de frenado requeridas para elevar o ba'ar las pesadas sartas de tuberías. Las partes principales del malacate son 2/3 el tambor, 203 los frenos, 243 la transmisión, y 253 el carretel de maniobras. "l tambor transmite la torsión requerida para la elevación o el freno. :ambi)n, almacena el cable de perforación requerido para mover la polea via'era a lo largo de la torre. Los frenos deben de tener la capacidad de parar y sostener los grandes pesos impuestos al momento de ba'ar una sarta de tuberías al hoyo. renos au+iliares son usados para ayudar a disipar la gran cantidad de energía
perforación cuando el movimiento ascendente es inminente, 203 la m!+ima potencia del gancho disponible, 243 la m!+ima velocidad de elevación, 253 la carga actual de la torre, 2=3 el m!+imo de carga equivalente de la torre, 2;3 el factor de ecacia de la torre. 7e asume que el
Fig. #.#$ 1 )Qemplo de malacate usado para la per(oración rotaria.
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A generada durante el frenado. 1os tipo de frenos au+iliares comúnmente usados sonD 2/3 el tipo hidrodin!mico y 203 el tipo electromagn)tico. Con el tipo hidrodin!mico, el frenado es realiado a trav)s de agua impulsada en el sentido contrario a la rotación del tambor. "n el caso del tipo electromagn)tico, el freno el)ctrico es proporcionado a trav)s de dos campos magn)ticos opuestos. La magnitud de los campos magn)ticos depende de la velocidad de rotación y del monto de e+citación e+terna proporcionada. "n ambos tipos, el calor desarrollado debe de ser disipado por un sistema de enfriamiento líquido. La transmisión del malacate proporciona la facilidad de poder cambiar f!cilmente la dirección y velocidad de la polea via'era. La energía tambi)n debe de ser transmitida al carretel de maniobras su'etado a ambos e+tremos del malacate. Los carretel de maniobras tipo fricción mostrados en la igura /.0> voltean constantemente y pueden ser usados para asistir en la elevación o movimiento de equipos en el suelo de la torre. "l numero de vueltas del cable en el tambor y la tensión proporcionada por el operador controla la fuera del 'alado. #n segundo tipo de carretel de maniobras, generalmente ubicado entre la carcasa del malacate y el carretel de maniobras tipo fricción, puede ser usado para proporcionar la torsión requerida para entornillar o desentornillar secciones de la tubería. La gura /.0/ muestra un con'unto de tuberías de perforación siendo a'ustadas con tenaas potenciadas por una cadena desde el carretel de maniobras. Los dispositivos de rotación y torsión hidr!ulica o potenciada por aire tambi)n est!n disponibles como alternativas a las tenaas convencionales. #n tipo de tenaa es mostrado en la igura /.00.
#.: Fig. #.4@ 1 'arretel de Manio6ras tipo Fricción
Sistema de 'irculación
*ara un me'or funcionamiento del sistema de circulación de
203 brocas de lodo, 243 equipo meclador de lodo, y el 253 equipo de contaminantes removibles. Con la e+cepción de varios tipos e+perimentales, las bombas de lodo siempre han usado pistones de desplaamiento positivo reciproco. :anto las bombas de dos cilindros 2dobles3 como las de tres cilindros 2triples3 son comunes. Las bombas dobles generalmente son bombas de do!le acción que bombean tanto hacia delante como hacia atr!s. Las bombas triples generalmente son bombas de sim$le acción que solo bombean hacia delante. Las bombas triples son mas
Fig. #.4# 1 Tena2as potenciadas por cadena al carretel de manio6ras.
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%
%$livianas y mas compactas que las bombas dobles, sus pulsaciones de presión saliente no son tan grandes, y son mas económicas para operar. *or estas raones, la mayoría de las bombas nuevas que son colocadas en las operaciones son del diseño triple. Las venta'as de las bombas con pistones de desplaamiento positivo reciproco son 2/3 la habilidad de mover K y esta relacionada a la ecacia del motor primario y la cone+ión a la bomba del e'e de mando. La ecacia volum)trica de una bomba en la cual su succión es adecuadamente cargada, puede ser de hasta el />>K. La mayoría de las tablas de rangos de bombas de los fabricantes, usan una ecacia mec!nica, Em, del @>K y una ecacia volum)trica, E# , del />>K. (eneralmente, dos bombas de circulación son instaladas en la torre. *ara los hoyos de grandes dimensiones usados en las porciones poco profundas de la mayoría de poos, ambas bombas pueden se operadas en paralelo para alcanar los altos rangos de
Ls. "n cada pistón que va hacia delante, el
volumen de desplaamiento es dado porD ๙
d , l /.
4
aC -iseRo -o6le
6C -iseRo Triple
Fig. #.49 1 )Qemplo de 6om6as de circulación de lodo. I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A 7imult!neamente en cada pistón que va hacia atr!s, el volumen desplaado es dado porD ๙
(d l 0 d r )/.
4
*or lo tanto, el total del volumen desplaado por cada ciclo completo de la bomba por una bomba dedos cilindros, esta dado porD p = ๙ ()/( d l d r )!# , …………………….. (1.12) 4 (do$le)
1onde E#, , es la ecacia volum)trica de la bomba. "l desplaamiento de la bomba por ciclo, 5$, es comúnmente llamado el factor de !om!eo. *ara l bomba de simple acción 2triple3, el volumen desplaado por cada pistón durante un ciclo completo de bombeo es dado porD ๙
d l /.
4
*or lo tanto, el factor de bombeo para una bomba de simple acción, con tres cilindros viene a serD p = 3 ๙ /!# d l , ……………………….………….. (1.12) 4 (-riple) "l rango de
número de ciclos por cada unidad de tiempo. "n el uso común del campo, los t)rminos ciclo y $istón son usados intercambiablemente para referirse a una revolución completa de la bomba. Las bombas son calicadas por 2/3 energía hidr!ulica, 203 presión m!+ima, y 243 m!+imo rango de
compensación amortia grandemente la presión desarrollada por la bomba de desplaamiento positivo. "l tubo de descarga tambi)n contiene una v!lvula de liberación de presión para prevenir la ruptura de la tubería en el caso que la bomba sea iniciada contra una v!lvula cerrada. La tubería vertical y la manguera rotatoria proporcionan una cone+ión
E"em$lo &.2 Calcule el factor de bombeo en
unidades de barriles por pistón para una bomba doble que tiene tuberías de ;.= pulgadas y varillas de /? pulgadas, pistones de /? pulgadas, y una ecacia volum)trica del @>K. ?es$uesta2
p = ๙ /!# ( d l d r ) =
๙
(1*)(2.+2)(5.6) 0 (.6) 7
= 1++1. p8lgada 3 & pi-on = 2.26 $$l&pi-on
bomba es esencialmente presión atmosf)rica, el aumento en la presión del
……………………………………………..
*ara un nivel de energía dado, el m!+imo de descarga de presión y rango de > psig raramente son usadas. "l conducto del
Las fosas de lodo son requeridas para retener un e+ceso de lodo de perforación en la supercie. "ste volumen en la supercie otorga tiempo para la calibración de las rocas delgadas y para la liberación de las burbu'as de gas arrastradas que no est!n mec!nicamente separadas. %sí mismo, en el caso que un poco de
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%
%$aC -iseRo de do6le acción do6leC
6C -iseRo de acción simple
tripleC Fig. #.4: )s*uem?tica de la operación de
lodo o agitados a motor usualmente son montados en las fosas para meclas au+iliares. "l equipo removedor de contaminantes incluye dispositivos mec!nicos para remover sólidos y gases de el lodo. Los pedaos de roca gruesa y derrumbes son removidos por el colador #i!ratorio. "l colador vibratorio esta compuesto por una o mas cribas vibratorias por las cuales el lodo pasa cuando retorna del hoyo. #n colador vibratorio en operación es mostrado en la igura /.0A. #na separación adicional de sólidos y gases ocurre en la fosa de sedimentaciones. Cuando la cantidad de sólidos nos en el lodo es muy grande, pueden ser removidos por centrifugas de idrociclon de decantación. #n hidrociclon 2ig. /.0?3 es un bastidor en forma de cono que imparte un . #na bomba al vacío montada arriba de la c!mara remueve el gas de la c!mara. "l lodo 1 'olador
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
lodo de perforación. #n orden de diferencia de magnitud en los rangos de penetración puede ser obtenido con el gas si es comparado con el lodo de perforación. 7in embargo, cuando las formaciones encontradas son capaces de producir un volumen signicativo de agua, los pedaos de roca tienden a pegarse uno con el otro y ya no es posible de eliminarnos tan f!cilmente del hoyo. "ste problema algunas veces puede ser resuelto por la inyección de una mecla de agentes tenso activos y agua dentro del gas para formar un tipo espumoso de >> ftBmin. :ambi)n se muestran pequeñas bombas usadas para la inyección de agua y agentes tenso activos dentro de la tubería de descarga. #na ca!e(a rotatoria instalada deba'o del suelo de la torre sella el tapón y previene al gas de regarse por el suelo de la torre. "l gas que retorna del espacio anular es despu)s ventilado a trav)s de una línea de desalo'o a la fosa de reserva, por lo menos a 0>> pies de la torre. 7i se usa gas natural, es usualmente quemado continuamente al nal de la línea de desalo'o. $ncluso si se usa el aire, se de!e de tener cuidado $ara $re#enir una e$losión. *equeñas cantidades de formaciones de hidrocarburos mecladas con aire compreso puede ser muy peligroso. "l equipo de la sub supercie usado para la perforación con aire es normalmente el mismo que es usado para la perforación con lodo. 7in
Figura #.4% 1 )s*uem?tica de =idrociclon.
Figura #.4$ 1 )s*uem?tica de una 'entri(uga de -ecantación.
Figura #.7@ 1 )s*uem?tica de una c?mara desgasi;cadora al
embargo, en algunas !reas en las cuales la resistencia de la roca es e+tremadamente alta, una herramienta de percusión
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% puede ser usada en la sarta de perforación arriba de la broca. #na vista en corte de un dispositivo de percusión es mostrada en la igura /.40. "l psia, la herramienta de percusión causa que la broca martille la formación a /,?>> golpesBmin. en adición a la acción rotaria normal.
#.&
Sistema de otación
"l sistema de rotación incluye todo el equipo usado para lograr la rotación de la broca. #n diagrama esquem!tico mostrando la disposición y nomenclatura del sistema rotatorio es mostrado en la igura /.44. Las partes principales del sistema rotatorio son la 2/3 unión giratoria, 203 el tapón, 243 accionamiento rotatorio, 253 mesa rotatoria, 2=3 tubería de perforación, y 2;3 el cuello de la tubería de perforación. La unión giratoria 2igura /.453 soporta el peso de la sarta de perforación y permite la rotación. La $elota de la unión giratoria esta su'etada al gancho de la polea via'era, y la coneión de la unión giratoria proporciona una cone+ión hacia aba'o para la manguera rotatoria. Las uniones giratorias est!n calicadas de acuerdo a su capacidad de carga. "l tapón es la primera sección de la tubería deba'o de la unión giratoria. La sección e+terna cruada del tapón es cuadrada o he+agonal para permitirle que se agarre f!cilmente para la rotación. La torsión es transmitida al tapón a trav)s de los !u"es del ta$ón, que por dentro enca'an con los bu'es maestros de la mesa rotatoria. "l tapón debe de ser mantenido tan derecho como sea posible. La rotación de un tapón enganchado causa un movimiento que resulta en un desgaste innecesario en la polea 'a, tubería de perforación, unión giratoria, y cone+iones enroscadas en gran parte de la sarta de perforación. #na vista del tapón y del bu'e del tapón en operaciones es mostrada en la igura /.4=. La rosca del tapón esta hacia la derecha en el e+tremo inferior y hacia la iquierda en el e+tremo superior para permitir la rotación normal hacia la derecha de la sarta de perforación. #n $rotector de ta$ón es usado entre el tapón y la primera cone+ión de la tubería de perforación. "sta corta sección de la tubería relativamente
Figura #.7# )s*uem?tica del Sistema de circulación para la per(oración con aire.
Figura #.74 1 =erramienta de percusión usada para la per(oración con aire.
económica previene el desgaste en las roscas del tapón y proporciona espacio para montar un protector pl!stico para mantener el tapón centrado. #n e'emplo de la mesa rotatoria es mostrado en la igura /.4;. La abertura en la mesa rotatoria que acepta los pu'es del tapón debe de ser sucientemente larga para que la broca mas
Figura #.77 1 )s*uem?tica del Sistema de otación. I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A grande pase para ser corrida en el hoyo. La porción inferior de la abertura es contorneada para su'etar las caídas de la sarta de perforación y para prevenirla de caer dentro del hoyo mientras que una nueva cone+ión de tubería esta siendo añadida a la sarta de perforación. #n seguro en la mesa rotatoria la previene de voltearse cuando la tubería esta desentornillada sin el uso de tenaas de apoyo. La energía para el mane'o de la mesa rotatoria generalmente es proporcionada por un accionamiento rotatorio independiente. 7in embargo, en algunos casos, la energía es tomada del malacate. #na transmisión hidr!ulica entre la mesa rotatoria y el accionamiento rotatorio es frecuentemente usado. "sto reduce enormemente los choques de carga y previene la torsión e+cesiva en caso la sarta de perforación se atore. La e+cesiva torsión generalmente resulta en twist B o, una falla torsional debido a una rotura en la supercie de la sarta de perforación. Las uniones giratorias el)ctricas o cone+iones de barra el)ctricas instaladas deba'o de una unión giratoria convencional pueden remplaar al tapón, bu'e del tapón y mesa rotatoria. La rotación de la sarta de perforación se logra a trav)s de un motor hidr!ulico incorporado en la unión giratoria el)ctrica o en las cone+iones de barra el)ctricas. "stos dispositivos est!n disponibles para un amplio rango de combinaciones de velocidad rotaria y torsión. #n tipo de cone+ión el)ctrica es mostrado en la igura /.4A. La mayoría de la porción de la sarta de rotación esta compuesta por la tubería de perforación. La sarta de perforación en su uso normal, es laminada al calor, y es una tubería sin costura. "l $nstituto %mericano de *etróleo ha desarrollado especicaciones para la tubería de perforación. Las especicaciones de la tubería de perforación son su di!metro e+terior, peso por pie, grado de acero,
Figura #.79 1 ista en 'orte de un )Qemplo de la 5nión ,iratoria.
y rango de longitud. Las dimensiones y resistencia de la tubería de perforación del $nstituto %mericano de *etróleo para los grados 1, ", ( y 7G /4= est!n mostradas en la :abla /.=. La tubería de perforación esta predeterminada de acuerdo a los siguientes rangos de longitud del $nstituto %mericano de *etróleoD
ango / 0 4
0ongitud piesC /? a 00 0A a 4> 4? a 5=
"l rango 0 de la tubería de perforación es usado comúnmente. 1ebido a que cada cone+ión de tubería tiene una longitud única, la longitud de cada cone+ión debe de ser medida cuidadosamente y registrada para permitir la determinación de la profundidad total del poo durante las operaciones de perforación. Las cone+iones de la tubería de perforación est!n unidas con'untamente en la sarta de perforación mediante las erramientas con"untas 2ig. /.4?3. La porción hembra de las herramientas con'untas es llamada ca"a y la porción macho es llamada la agu"a. La porción de la tubería de perforación a la cual las herramientas con'untas esta su'eta tiene paredes mas gruesas que el resto de la tubería de perforación para proporcionar una unión mas fuerte. La parte mas gruesa de la tubería de perforación es llamada u$set. 7i el grosor adicional es alcanado mediante la disminución del di!metro interno, se dice que
Figura #.7: 1 ista del Tapón y BuQe del Tapón.
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% la tubería de perforación tiene un upset interno. #na rosca de tipo redonda es usada actualmente en la tubería de perforación. "l "st!ndar de rosca %mericano fue usado en los primeros diseños de las tuberías de perforación, pero las fallas en la rosca eran frecuentes debido a la concentración de tensión en la raí de la rosca. #n carburo de tungsteno resistente al desgaste algunas veces es fabricado en la parte e+terna de la ca'a de herramientas con'unta para reducir el desgaste abrasivo de la herramienta unida por la pared de perforación cuando la sarta de perforación esta rotando. La sección inferior de sarta de perforación rotatoria esta compuesta de cuellos de la tu!ería Los cuellos de la tubería de de $erforación. perforación son tubulares de paredes pesadas de acero usados para aplicar peso a la broca. La tendencia de pandeo de la pared relativamente delgada de la tubería de perforación es muy grande como para usarla para este propósito. "l poco espacio libre entre el muro de perforación y los cuellos de la tubería de perforación ayuda a mantener el hoyo derecho. Las coneiones esta!ili(adoras 2ig. /.4@3 frecuentemente son usadas en el cuello para ayudar a mantener los cuellos de la tubería de perforación centrados. "n muchas operaciones de perforación, un conocimiento del volumen contenido en o desplaado por la sarta de perforación es requerido. "l termino ca$acidad frecuentemente es usado para referirse al !rea transversal de la
Figura #.7& 1 )Qemplo de mesa rotatoria.
tubería o del espacio anular e+presado en unidades de volumen contenido por unidad de longitud. "n t)rminos del di!metro de la tubería, d, la capacidad de la tubería, A$, es dada porD Ap = (1.13) 4
d ………………………………………….
๙
7imilarmente, la capacidad del espacio anular, Aa, en t)rminos del di!metro interior y e+terior,
esD
Aa = (1.14) 4
(d 0 d l ………………………………….
๙
"l termino des$la(amiento, usualmente es usado para referirse al !rea transversal de acero de la tubería e+presado en unidades de volumen por unidad de longitud. "l desplaamiento, As, de una sección de tubería es dado porD
A = (1.16) 9
๙
(d l 0 d ………………………………… .
Los desplaamientos calculados en la "cuación /./= no consideran el
Figura #.7> 1 )Qemplo de 'one3ión )lctrica. I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A TAB0A #.: 1 -IM)+SI+)S Y )SIST)+'IAS -)0 I+STIT5T AM)I'A+ -) P)T0) PAA 0S 5PS)T I+T)+S -) 0AS T5B)IAS -) P)FA'I+ :amaño 1i!metro
*eso por pie con
1i!metro $nterno
0 4B?
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1i!metro $nterno con #pset :otal 2pulgada s3 /.54A
"+terno 2pulgada s3
acoplamient os 2lbf3
2pulgada s3
*resión Colapsada O
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(OO 2psi3
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una sarta de perforación esta compuesta de A,>>> pies de = pulgadas, /@.= lbmBpies de tubería de perforación y =>> pies de ? pulgadas 61 por 0.A= pulgadas $1 cuellos de tuberías de perforación, al perforar una pared de @.?A= pulgadas. %sumiendo que la pared de perforación se mantenga el di!metro , calcular el numero de ciclos de bombeo requeridos para circular lodo desde la supercie a la broca y de el fondo del hoyo a la supercie, si el factor de bombeo es de >./A?/ bblBciclo. E"em$lo &.92
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G
TAMAS Y -IM)+SI+)S -)0 ,A- )! -IS) U"TA=Y
S8m6olo de -imensió n % F C 1 " L* LF
Tu6er8a de Per(oración de 7 V
pulgada s 4 =B? 0 /B? 5N .54? 5 /AB40 ;S @ /B0
mm @0 =5 /0/ // //= /;= 05/
Tu6er8a de Per(oración de 9 V pulgada mm s 5 //B/; //@ 4R ?4 ;R /=@ .;A0 /A = 04B40 /5= A /A? /> 0=5
Tu6er8a de Per(oración de :
pulgad as = /B? 4N ; 4B? .=4/ = ;@B?5 A />
mm /4> @= /;0 /4 /=> /A? 0=5
?es$uesta2 *ara las unidades de campo de pies y
barriles, la "cuación /./4 viene a serD
Ap = ( ๙ d )p8lg.4 gal C 66 C#4pulgC 4 47# pulg. 7C94 galC piesC d )$$l& pie D #!@4$.9C
#sando la tabla /.=, el di!metro interior de = pulg., /@.= lbmBft, la tubería de perforación es 5.0A; pulg., por lo tanto la capacidad de la tubería de perforación esD 5.0A;0 I >.>/AA; bblBft /,>[email protected] y la capacidad del cuello de la tubería esD 0. A=0 I >.>>>A4= bblBft /,>[email protected] "l numero de ciclos de bombeo requeridos para circular lodo nuevo a la broca es dada porD P>.>/AA;2A,>>>3Q>.>>>A4=2=>>3 bbl I A/@ ciclos >./A?/ bblBciclo 7imilarmente, la capacidad anular fuera de la tubería de perforación es dada porD @. ?A=0 G =0 I >.>A>5 bblBft /,>[email protected] y la capacidad anular fuera del cuello de la tubería de
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%
%$Figura #.7% 1 ista en corte y dimensiones como eQemplo de una herramienta conQunta.
perforación esD @. ?A=0 G ?0 I >.>40; bblBft /,>[email protected] Los ciclos de bombeo requeridos para circular el lodo desde el fondo del hoyo hasta la supercie dado es deD P>.>A>52A,>>>3Q>.>40;2=>>3 bbl >./A?/ bblBciclo I 0,?=? ciclos
Figura #.9@ 1 +omenclatura de la 'apacidad y del -espla2amiento
Figura #.7$ 1 )Qemplo de )sta6ili2ador
TAB0A #.& 1 -)SP0ALAMI)+TS PM)-I PAA 5+ A+, 4 -) 0A T5B)IA -) P)FA'I+ :amaño del 1i!metro
*eso
"+terno 2pulg.3 0 4B?
9ominal 2lbmBft3 ;.;=
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:ipo de Terramienta Con'unta #nión de di!metro interior #nión de di!metro interior Toyo angosto Toyo completo Toyo angosto #nión de di!metro interior #nión de di!metro interior Toyo completo #nión de di!metro interior Toyo completo +trahoyo Toyo angosto #nión de di!metro interior +trahoyo Toyo completo Toyo angosto #nión de di!metro interior +trahoyo +trahoyo +trahoyo +trahoyo +trahoyo
*eso %ctual en el aire 2lbmBft3 ;.@>
1esplaamiento 2ftBbbl3 4@?.5
2bblBft3 >.>>0=/
bblB@>ft vertical >.04
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I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A #.>
Sistema de 'ontrol de Po2o
"l sistema de control de poo previene el
Figura #.9# 1 -etección Ingreso de Fluido durante las peraciones de Per(oración.
Figura #.94 1 -isposiciones de dos Tan*ues Alternati
pistón medidor de la bomba es usado para detectar el rango de
volumen de la tubería removida, un ingreso de
*equeños tanques de salida proporcionan el me'or monitoreo del volumen de llenado del hoyo. Los tanques de salida usualmente retienen de /> a /= bbl y tienen /G
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% bbl calibrador. 1isposiciones de dos tanques de salida alternativa est!n ilustrados en la ig. /.50. Va sea con disposiciones, el hoyo es mantenido lleno mientras que la tubería es transferida desde el poo. *eriódicamente, el tanque de salida es rellenado usando la bomba de lodo. La parte superior del tanque de salida de carga de peso debe de ser ligeramente menor al niple de campana, para prevenir que el lodo se pierda en la línea de
0,>>>,=>>>,y />,>>> psig. :anto los preventores de e+plosión como los tapones preventores son cerrados hidr!ulicamente. %dicionalmente, los tapones preventores tienen un dispositivo de bloqueo tipo rosca que puede ser usado para cerrar el preventor en caso de que el sistema hidr!ulico falle. Los preventores anulares est!n diseñados de tal forma que una ve que el elemento el!stico este en contacto con la sarta de perforación, la presión del poo ayuda a mantener al preventor cerrado. Los sistemas hidr!ulicos modernos usados para cerrar los preventores de e+plosión son acumuladores de , ?>, > /0> gal y presión operativa m!+ima de /,=>> o 4,>>> psig, son comunes. "l acumulador es mantenido por una pequeña bomba en todo momento, de tal forma que el operador tiene la habilidad de cerrar el poo inmediatamente, independientemente de la energía normal de la torre. *or seguridad, bombas au+iliares de los acumuladores que usan una fuente de energía secundaria, son mantenidas. "l
cuando se cierran. "sto causara que la sarta de perforación caiga en el hoyo y detendr! el >>, =,>>>, />,>>> y /=,>>> psig. Los $re#entores anulares, algunas veces llamados preventores de tipo de saco, paran el
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A La separación es lograda f!cilmente mediante el uso del preventor anular. 7in embargo, cuando la presión de la supercie del poo es muy grande, la separación se debe de realiar usando dos tapones preventores de tuberías colocados lo mas le'os posible uno del otro para las que las herramientas e+ternas con'untas enca'en entre ellas. Los tapones superiores e inferiores deben de ser cerrados y abiertos alternadamente mientras que las herramientas con'untas est!n siendo ba'adas. "l espacio entre los tapones preventores usado para las operaciones de separación es proporcionado por un carrete de $erforación . Los carretes de perforación tambi)n son usados para permitir la cone+ión de las líneas de
Figura #.9: 1 )Qemplo sistema acumulador
usado. #n tipo de panel usado para este propósito es mostrado en la igura /.5;. La disposición del grupo de preventores de e+plosión varía considerablemente. La disposición usada depende de la magnitud de la presión de las formaciones en el !rea y en el tipo de procedimientos de control de poo usados por el operador. "l $nstituto %mericano de *etróleo presenta varias disposiciones recomendadas para los grupos preventores de e+plosión. La igura /.5A muestra las disposiciones típicas para el servicio de presión de />,>>> y /=,>>> psi. 6bserve que la nomenclatura de la disposición usa la letra W%X para denotar un preventor anular, la letra WX para denotar un tapón preventor, y la letra W7X para denotar un carrete de perforación.. Las disposiciones son denidas empeando del cabeal de la tubería de revestimiento y siguiendo con el niple de campana. *or lo tanto, las 1isposiciones 7% denota el uso de un grupo de preventores de e+plosión con un tapón preventor conectado al cabeal de la tubería de revestimiento, un carrete de perforación aba'o del tapón preventor, dos tapones preventores en serie aba'o del carrete de perforación, y un preventor anular aba'o del tapón preventor.
Figura #.9& 1 )Qemplo del panel a control remoto para la operación de pre
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%
%$ *ermeabilidad.
7in embargo, esta $ractica es
$eligrosa a menos )ue la formación )ue esta siendo $erforada tenga una $ermea!ilidad mu !a"a.
"sto debe de ser establecido de acuerdo a la e+periencia ganada en la perforación en el !rea local. *or e'emplo, esta practica es conocida como segura en la formación "llenberg, en algunas !reas 6este de :e+as. Cuando la sarta de perforación esta en el hoyo, el grupo de preventores de e+plosión pueden ser usados para detener únicamente el
Figura #.9> 1 T8pica -isposición en Super;cie del ,rupo de Pre
Figura #.9% 1 ista en 'orte del Pre>>, 4,>>>, =,>>>, />,>>> y /=,>>> psis para sistemas de presión. %dicionalmente a esas recomendaciones, los operadores de poo han desarrollado muchos otros diseños opcionales. La disposición seleccionada debe de ser basada en la magnitud de la presión de la formación en el !rea y de acuerdo a los procedimientos de control de poo usados por el operador. "n la igura /.=/ se muestra una de las alternativas de las disposiciones del $nstituto %mericano
tener cuidado para usar la tubería mas fuerte que este disponible, así como, anclar todas los cables de forma segura contra la reacción de empu'e. :ambi)n, es necesario cierta
#.%
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
Figura #.9$ 1 )Qemplo de ?l
Sistema de Monitoreo de Po2o
Las consideraciones de seguridad y ecacia requieren constante monitoreo del poo para detectar problemas de perforación r!pidamente. #n e'emplo de la estación de control de un perforador es mostrado en la igura /.=5. Los dispositivos de grabación o par!metros de monitoreo tales como 2/3 profundidad, 203 rango de penetración, 243 gancho de carga, 253 velocidad rotatoria, 2=3 tensión rotatoria, 2;3 rango de bombeo, 2A3 presión de bombeo, 2?3 densidad del lodo, 2@3 temperatura del lodo, 2/>3 salinidad de lodo, 2//3 contenido gaseoso del lodo, 2/03 contenido de gas peligroso en el aire, 2/43 nivel de la fosa, y 2/53 rango de
-etall e / 0 4 5 =
PAT)S 0ISTA-AS Parte Cone+ión *rincipal Cone+ión 7ellante %'uste $nstalación Terramientas %raña con (uía 7eparación
de
en el lodo, así como, la centraliación de los registros de par!metros de perforación. "l registrador de lodo inspecciona cuidadosamente pedaos de roca que provienen del colador vibratorio en intervalos regulares y mantiene un registro describiendo su apariencia. *edaos adicionales son etiquetados de acuerdo a su profundidad y son guardados para estudios m!s profundos por parte de los paleontólogos. La identicación de micro fósiles presentes en lo pedaos de rocas, ayudan a los geólogos en tener un correlativo de las formaciones que est!n siendo perforadas. Las muestras de gas removidas de lodo son analiadas por el registrador de lodo usando un
; A ? @ /> //
1ardo 1ardo "l!stico Farra etenida Fase ertical %gu'a Liberada &ane'o de Terramientas
Figura #.:@ 1 )Qemplo de Pre
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%
%$cromatógrafo de gas. La presencia de una reserva de hidrocarburo frecuentemente puede ser detectada por medio de este tipo de an!lisis. ecientemente, ha habido avances signicativos en los sistemas de monitoreo de poo subterr!neo y telemetría de datos. Los sistemas son principalmente de gran uso para el monitoreo de la dirección del hoyo en los poos no verticales. #na de las t)cnicas m!s prometedoras para la telemetría de datos para la instrumentación subterr!nea en la sarta de perforación a la supercie involucra el uso de un generador de impulsos de lodo que envíe información a la supercie por medio de impulsos codicados en el
#.$
)*uipo Marino )special
"quipo especial y procedimientos son requeridos cuando se realia la perforación desde una embarcación grados con una carga m!+ima de la tubería de perforación en la torre. :ambi)n, es requerido un equipo especial de mane'o de tuberías para permitir realiar las operaciones de desenganche con seguridad con un clima difícil. "ste equipo permite recostar las tuberías de perforación dobles o triples r!pidamente en un rac de tuberías en ve de que sean soportadas en la torre. #n bloque de pista guía tambi)n es requerido para prevenir que la polea via'era se columpie durante clima difícil. La mayoría de embarcaciones
Figura #.:# 1 )s*uem?tica del Sistema de 'irculación de Alta Presión para peraciones de 'ontrol de Po2o.
Figura #.:4 1 )Qemplo de )strangulador MWltiple mostrando un estrangular manualmente aQusta6le de #:!@@@ psi y un estrangulador aQusta6le a control remoto de #:!@@@.
llevados o cementadas en poos en el fondo del oc)ano. La embarcación es amarrada orientada hacia la dirección en la cual se pronostica el clima m!s difícil. 7e ha diseñado un buque de perforación que puede ser amarrado desde una torre central que contiene la torre de perforación. "l buque es rotado alrededor de la torre usando propulsores montados en las h)lices y popa, de tal forma que siempre este orientado hacia las olas entrantes. La mayoría de sistemas de amarre son diseñados para restringir los movimientos horiontales de las embarcaciones hasta un />K de la profundidad del agua en las condiciones de clima m!s difícil. 7in embargo, el movimiento horiontal puede ser restringido hasta un 4K de la profundidad del agua para las condiciones de clima e+perimentadas el @=K de las veces. "l m!+imo de anclas usadas en un sistema de amarre son de />. arios patrones de ancla similares son mostrados en la igura /.=A.
Fig. #.:7 1 )Qemplo de Paneles de 'ontrol
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
*ocas embarcaciones tienen unidades de empu'e capaces de retener la embarcación de perforación en la ubicación sin la necesidad del uso de anclas. La t)cnica de colocado es llamada $osicionamiento din*mico. La gran cantidad requerida de consumo de combustible para el posicionamiento din!mico es económicamente factible únicamente cuando 2/3 cambios frecuentes de ubicación son requeridos o 203 la longitud de las líneas de anclas requeridas son e+cesivas. :ambi)n el rango de las condiciones de clima sostenidas es mas limitada para el posicionamiento din!mico. "l posicionamiento din!mico generalmente no es usado en aguas de profundidades menores a 4,>>> pies. La posición de las embarcaciones con relación al hoyo debe de ser monitoreada en todo momento. "l desgaste e+cesivo en el equipo ba'o el mar podría suceder si la embarcación no es alineada Figura #.:9 1 )Qemplo de la unidad de constantemente en el hoyo. "+isten dos tipos de 'ontrol del Per(orador indicadores de alineación que son comúnmente usados son 2/3 el tipo mec!nico y 203 el tipo acústico. "l sistema de tipo mec!nico usa inclinómetros de doble e'e su'etos a un cable que funcionan desde el cabeal del poo hasta el buque. 7e asume que tensión suciente se mantiene en la línea para mantenerla derecha. %dicionalmente, un inclinómetro puede ser su'etado al conducto de
permitidos por un coneión de des$la(amiento colocada en la parte superior del elevador. "l elevador es asegurado a la embarcación por un sistema tensor neum!tico. Los requerimientos de tensión pueden ser reducidos adicionando secciones
desconectar el elevador marino. %sí mismo, seria e+tremadamente difícil el diseñar un elevador marino y una cone+ión de desplaamiento capa de soportar presiones anulares altas. Los operadores conectores hidr!ulicos id)nticos frecuentemente son usados por deba'o y por encima del grupo de los preventores de e+plosión. "sto hace posible el agregar un grupo de preventores de e+plosión adicional por deba'o del ya e+istente en una emergencia. #n e'emplo de un grupo de preventores de e+plosión ba'o el agua es mostrado en la igura /.;>. La línea ahogada y la línea de estranguladores al grupo de preventores de e+plosión est!n su'etas al elevador marino. "n la ig. /.;/ se muestran vistas en corte del equipo elevador marino superior e inferior con la línea del estrangulador y la línea ahogada íntegramente su'etas. Las líneas hidr!ulicas requeridas para operar el grupo de preventores de e+plosión, v!lvulas laterales, y conectores est!n su'etos a un cable guía. Los mismos son almacenados y mane'ados en la embarcación de perforación por rieles de mangueras de aire. #n sistema
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%
%$Figura #.:& 1 )Qemplo Sistema de Monitoreo Su6terr?neo
Figura #.:% )s*uem?tica de )*uipos para peraciones de Per(oración Marinas
Figura #.:> 1 )Qemplo patrones de amarrado temporal
Figura #.&@ 1 )Qemplo ,rupo Pre
Fig. #.:$ 1 peración de un 'ompensador de -espla2amiento
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
Figura #.&# 1 ista en 'orte de la parte superior e in(erior del )*uipo )le
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% hidr!ulico directo puede ser usado para profundidades de agua menores a 4>> pies. "l sistema directo es similar al sistema usado en torres terrestres y tiene cables de energía
del oc)ano cuando lo deseen. Las primeras secciones del hoyo son perforadas sin grupos de preventores de e+plosión en el suelo del oc)ano. Cuando un elevador marino es usado, un cabeal
independientes para cada control. #n sistema indirecto debe de ser usado para agua profunda. "l sistema indirecto tiene una fuente de energía para el grupo de preventores de e+plosión en el agua. Las botellas de acumulador son montadas en el grupo ba'o el agua para almacenar un volumen adecuado de petróleo presuriado hidr!ulico en el suelo del mar. "l
#. PSI'I+A )MBA'A'I/+ )+ 0A 5BI'A'I+ 4. I+STA0A BAS) ,5IA
rotatorio en la supercie permite que los
Figura #.&4 1 Manguera de 'ontrol Sección ertical para un Sistema Indirecto
7. '+-5'T -) P)FA'I/+ Y '+-5'T =YS -) P)FA'I/+ ) I+STA0A ))STIMI)+T 9.
I+STA0A ,5P -) P))+T)S -) )"P0SI+ Y )0)A- MAI+
Figura #.&7 1 )Qemplo Procedimiento Instalación )*uipo BaQo el Agua I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
del poo. "l grupo de preventores de e+plosión es ba'ado y asegurado a la parte superior de la boca del poo. "l elevador marino en ese momento puede ser instalado y asegurado dentro de los preventores de e+plosión. Los dispositivos tensores neum!ticos han tenido una aplicación amplia en las operaciones de perforación
Figura #.&9 1 )s*uem?tica -ispositi
#.#@ An?lisis 'osto de Per(oración La principal función del ingeniero de perforación es el recomendar procedimientos de perforación que resultar!n en el termino del poo de la manera m!s segura y económica posible. "l ingeniero de perforación debe de hacer recomendaciones concernientes a las operaciones de rutina de la torre tales como el tratamiento para los
#.#@.#
)Qemplo de la Formula de 'osto de Per(oración La aplicación m!s común de una formula de costo de perforación es en evaluar la ecacia de operatividad de una broca. (ran parte del tiempo requerido para completar un poo es gastado ya sea en perforar o via'ando para reemplaar la broca. "l tiempo total requerido para una profundidad determinada, ΔH, puede ser e+presada como la suma del tiempo total de rotación durante el tiempo de operatividad de la broca t !, el tiempo de monitoreo durante la actividad de la broca t c, y el tiempo de via'e, t t . La formula de costo de perforación esD ; = ;$ ;r (- $ - c - ), ………………………… - (1.15) <
perforación encontrados, tales como una tubería atorada, desviación del hoyo, derrumbe de hoyo, etc. por el contrario, es aumentado grandemente.
E"em$lo &.=2 #n programa de broca recomendado
esta siendo preparado para un nuevo poo, usando registros de rendimiento de brocas de poos cercanos. Los registros de rendimiento de tres brocas son mostrados para una formación de piedra calia gruesa a @,>>> pies. 1eterminar que broca da el menor costo de perforación si el costo operativo de la torre es de Y5>> B hr, el tiempo de via'e es de A horas, y el tiempo de cone+ión es de / minuto por cone+ión. %suma que cada una de las brocas ha sido operada al menor costo posible por pie conseguido para esa broca.
F6C% % F C
C67:6 1" F6C% 2Y3
:$"&*6 1" 6:%C$8 9 2horas3
?>> 5,@>> 5,=>>
/5.? =A.A @=.?
:$"&*6 1" C69"Z$8 9 2horas3 >./ >.5 >.=
%9(6 1" *"9":%C$8 9 2ftBhr3 /4.? /0.; />.0
?es$uesta2
"l costo por pie perforado para cada tipo de broca puede ser calculado usando la "cuación /./;. *ara la broca %, el costo por pie es deD C ƒ = ?>>Q 5>>Q 2/5.?Q>./QA3 I Y5;.?/ Bft.
/4.?2/5.?3
7imilarmente, ocurre para la broca FD donde ; es costo por unidad de profundidad, C! es el costo de la broca, y Cr , es el costo 'o operativo de la torre por unidad de tiempo independientemente de las alternativas siendo evaluadas. 1ebido a que la función del costo de perforación ignora los factores de riesgo, el resultado del an!lisis de costo algunas veces debe de ser
C ƒ = 5,@>>Q 5>>Q 2=A.AQ>.5QA3 I Y50.=; Bft.
/4.?2/5.?3
moderado de acuerdo al 'uicio del ingeniero. La reducción del costo de la actividad de una broca no necesariamente resultar! en la disminución de los costos de perforación si el riesgo de problemas de
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% inalmente, para la broca CD C ƒ = 5,=>>Q 5>>Q 2@=.?Q>.=QA3 I Y5;.?@ Bft.
/>.02@=.?3
"l menor costo de perforación fue obtenido mediante el uso de la broca F.
#.#@.4
Predicciones Per(oración
del
'osto
de
"l ingeniero de perforación frecuentemente es llamado para que prediga el costo de un poo en ubicación determinada. "stas predicciones son requeridas para que las decisiones económicas puedan ser tomadas. "n algunos casos, tal como la evaluación de un tramo determinado o tierra disponible para alquiler, únicamente un costo apro+imado es requerido. "n otros casos, tal como en una propuesta de perforación de un nuevo poo, un costo estimado m!s detallado puede ser requerido. "l costo de perforación depende primordialmente de la ubicación del poo y de la profundidad del mismo. La ubicación del poo gobernar! el costo de preparar la instalación del poo, mover la torre a la ubicación, y el costo operativo diario de la operación de perforación. *or e'emplo, un operador puede encontrar de acuerdo a su e+periencia que el operar un torre en un lugar determinado mar a dentro en Louisiana requiere gastos que tienen un promedio de Y4>,>>> por día. $ncluido en estos costos de operación diarios est!n tales como alquiler de torres, alquiler cuadrilla de botes, alquiler traba'o de botes, alquileres de helicóptero, servicios de monitoreo de poo, cuadrilla, vivienda, rutina de mantenimiento de equipo de perforación, tratamiento
Los costos de perforación tienden a aumentar e+ponencialmente de acuerdo a la profundidad. *or lo tanto, cuando hay una curva de a'uste en los datos históricos del costo de perforación, es frecuentemente conveniente el asumir una relación entre costo, C, y profundidad, H, dada porD ; = $< ,.......................................................... (1.1')
ae
donde la constante a y ! dependen primordialmente de la ubicación del poo. "n la ig. /.;=a se muestra una curva cuadrada de a'uste del sur de Louisiana, datos completos del poo dados en la ig. /.A para un rango de profundidad de A,=>> pies a 0/,>>> pies. *ara esta información, a tiene un valor de /+/> = dólares y ! tiene un valor de 0+/> J5 ft J/. "n la igura /.;0b se muestra una representación cartesiana m!s convencional de esta misma correlación. Cuando una predicción m!s precisa del costo de perforación es requerida, un an!lisis de costo basado en un plan de poo detallado debe de ser hecho. "l costo del equipo tangible del poo 2tal como revestimiento3 y el costo de la preparación de la supercie de la ubicación usualmente pueden ser predicados con preescisión. "l costo de las operaciones de perforación por día pueden ser estimados tomando en consideración costos de alquiler de la torre, otros costos de alquiler de equipos, costos de transporte, costos de supervisión de la torre, y otros. "l tiempo requerido para la perforación y completar el poo es estimado sobre la base de tiempo de la torre, tiempo de perforación, tiempo de via'e, tiempo de colocado de revestimiento, evaluación de la formación y tiempo de estudios del hoyo, tiempo de termino y tiempo de problemas. "l tiempo de problemas incluye el tiempo gastado en los problemas del hoyo tales como atoro de tubería, operaciones de control de poo, fractura de formación, etc. Los gastos mayores de tiempo siempre son requeridos para operaciones de perforación y de separación. #n estimado del tiempo de perforación puede ser basado en el rango de la información de penetración histórica del !rea de inter)s. "l rango de penetración en una formación determinada varia inversamente tanto con la resistencia a la compresión como con la resistencia al desliamiento. :ambi)n, la resistencia de la roca tiende a aumentar de acuerdo a la profundidad del entierro, debido a la presión aislada causada por el peso del sobre entierro.
Ta6la #.> 1 'STS -) P)FA'I/+ Y )X5IPS -) PL PM)-I )+ 0A L+A S5 -)0 A)A -) 05ISIA+A ! #$$% =YS S)'S Inter
+Wmero de Po2os ! ni,
Pro(undidad!
PLS 'MP0)TA-S 'osto ;i C
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Pro(undidad!
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> a /,05@ /,0=> a 0,5@@ 0,=>> a 4,A5@ 4,?>> a 5,@@@ =,>>> a A,5@@ A,=>> a @,@@@ />,>>> a /0,5@@ /0,=>> a /5,@@@ /=,>>> a /A,5@@ /A,=>> a /@,@@@ 0>,>>> a m!s
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/,0/4 /,=50 4,>5= 5,45? ;,0;? ?,@=5 //,0==
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4,>=0,0/4
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4,?40,=>5
A
0/,0>A
=,=A/,40>
//
0>,?/>
=,.@;/,>=4
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
Cuando ninguna inconformidad mayor es presentada en la litología subterr!nea, el rango de penetración usualmente disminuye e+ponencialmente con la profundidad. "n estas condiciones, el rango de penetración puede ser relacionado con la profundidad, H, por d<=
e ,................................................(1.*)
0
.323a <
donde y a+ son constantes. "l tiempo de perforación, t d, requerido para la perforación de una profundidad determinada puede ser obtenido por la separación de variables e integrantes. La separación de variables daD 2>-d d- =
>< e
2
.323a <
d<.
$ntegrando y resolviendo para los campos t d, - d = 1 (1.1+) .323a
(e
.323a <
1) .........................
1e acuerdo a como se va ganando e+periencia en un !rea, predicciones m!s precisas del tiempo de perforación pueden ser obtenidos mediante el dibu'o de la profundidad vs. el tiempo de perforación de operaciones de perforación pasadas. Los dibu'os de este tipo tambi)n usados para la evaluación de nuevos procedimientos de perforación diseñados para reducir el tiempo de perforación para una profundidad determinada. E"em$lo &.J2 Los registros de la broca para un poo
perforado en el &ar del 7ur de China son mostrados en la :abla /.?. Taga dibu'os del rango de profundidad vs. rango de penetración y profundidad vs. tiempo de rotación para esta !rea usando papel semilog. :ambi)n, evalu) el uso de la "cuación /./@ para la predicción del tiempo de
$erforación en esta *rea. ?es$uesta.
Los dibu'os obtenidos usando los registros de la broca son mostrados en la igura /.;;. Las constantes y a+ pueden ser determinadas usando el dibu'o de profundidad vs. rango de penetración en papel semilog. "l valor de 0.4>4a 0 es 0.4>4 divido por el cambio en la profundidad por cada cicloD 0.4>4a 0 I 0.4>4 I >.>>>45. ;,AA> La constante 0.4>4 es factor conveniente debido a que el papel semilog esta basado en logaritmos comunes. "l valor de , es igual al valor del rango de penetración en la supercie. 1esde profundidad vs. el dibu'o del rango de penetración, I 0?>. La sustitución de estos valoresD a+ y en la "cuación /./@, daD td I />.=>5 2e
J /3.
>.>>451
La línea representada por esta ecuación tambi)n ha sido dibu'ada en la ig. /.;;. 6bserve que la línea coincide con al información registrada de la broca sobre el rango de profundidad entero. #n segundo componente del tiempo requerido para la perforación de un poo es el tiempo de via'e. "l tiempo requerido para las operaciones de separación depende primordialmente en la profundidad del poo, la torre que esta siendo usada, y las pr!cticas de perforación que est!n siendo seguidas. "l tiempo requerido para reemplaar una broca y retomar las operaciones de perforación puede ser apro+imada usando la siguiente relaciónD
Fig. #.&: 1 AQuste de 'ur!:@@ pies en el Zrea Sur de 0ouisiana. *6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% - - = (- ) (1.2) (l )
<,……………………………………………
donde t t es el tiempo de via'e requerido para el reemplao de brocas y retomar las operaciones de perforación, t s, es el tiempo promedio requerido para mane'ar una sarta de perforación. "l tiempo requerido para mane'ar los cuellos de perforación es mayor que para el resto de la sarta de perforación, pero esta diferencia, usualmente no garantia el uso de un termino adicional en la "cuación /.0>. "s necesario determinar información histórica de inter)s para la torre t s. "l an!lisis previo muestra que el tiempo requerido por via'e incrementa linealmente con la profundidad. %dicionalmente, los pies perforados por una sola broca tiende a disminuir con la profundidad, causando que el número de via'es requeridos para perforar una determinada profundidad incrementa con la profundidad. Los pies perforados entre los via'es pueden ser calculados si un apro+imado de la vida de la broca se conoce. La integración de la "cuación /./? entre Hi, la profundidad del último via'e, y 1, la profundidad del pró+imo via'e, nos da la siguiente ecuaciónD <= 1 P8lg. (.323a - $ e (1.1) .323a
.323a
).,..
"l tiempo total de rotación de la broca, t !, generalmente va a variar con la profundidad de acuerdo a como cambie el tamaño y el tipo de la broca. Las "cuaciones /.0> y /.0/ pueden ser usadas para estimar el total de tiempo de via'e requerido para perforar una profundidad
I 0,@5/ pulg. 2>.@@@;Q e
3
0.4>4a 1i 0
La primer broca va a perforar a la profundidad del primer revestimiento. *or lo tanto, el primer via'e va a ocurrir a los =>> pies. Los via'es subsecuentes est!n predicados como se muestra en la :abla /.@, Columna 0., es obtenido mediante la selección de la menor de las dos profundidades mostradas en las Columnas = y ;. la Columna 4 es obtenida por la suma de la Columna 4 y la Columna =, es obtenida usando la "cuación /.0/, y la Columna ; es obtenida del programa planeado de revestimiento. Los resultados de la :abla /.@ han sido dibu'ados en la igura /.;A. Las formaciones con gran resistencia requieren el uso de un mayor número de brocas para perforar un intervalo de profundidad determinada. "n algunos casos, el número de via'es requeridos para perforar un poo es mayor para darle un tratamiento individual conveniente a cada via'e como fue realiado en el "'emplo /.A. "l tiempo requerido por via'e ida y vuelta es relativamente constante sobre un intervalo de /,>>>pies. *or lo tanto, el total de tiempo de via'e requerido por cada /,>>> pies es apro+imadamente igual al tiempo multiplicado por cada via'e ida y vuelta por el número de via'es por cada /,>>> pies. "l número de brocas requeridas por cada /,>>> pies 9/b@, a una profundidad determinada puede ser apro+imada por la división del tiempo de perforación por /,>>> pies, t /d@ entre el promedio de vida de la broca para ese intervalo de profundidadD 9/b I t/d tb "l tiempo de perforación requerido para perforar desde H a 2H Q /,>>>3 puede ser obtenido usando
determinada usando los valores estimados de t s,, tb,, a0 y [. 1e acuerdo a la e+periencia ganada en un !rea donde se usa una torre en particular, las predicciones m!s precisas del tiempo de via'e pueden ser obtenidas mediante el dibu'o de la profundidad vs. información del tiempo de via'e de operaciones pasadas.
la "cuación /./@D t/d I I
/ Pe 0.4>4a0 21 Q /,>>>3 G/\ 0.4>4a 0 / 2e 0.4>4a0 J/3 0.4>4a 0
Tacer un dibu'o de un apro+imado de profundidad vs. tiempo de via'e para el !rea del &ar del 7ur de China si la torre puede mane'ar una sarta de perforación de @> pies en un tiempo promedio de 0.A minutos. %suma un tiempo de vida promedio de la broca de />.= horas para el intervalo total de profundidad. #se los valores de a+ , obtenidos en el "'emplo /.;. %sí mismo, el programa de revestimiento requiere de un equipo de revestimiento =>>, 0>>>, y A,=>> pies. La profundidad planeada del poo es de @,/=> pies. E"em$lo &.K -
?es$uesta2
"l tiempo requerido por cada via'e ida y vuelta a una profundidad determinada es dado por le "cuación /.0>D tt I 020.AB;>3 1 I >.>>/ H 2 @> 3 La profundidad de cada via'e puede ser obtenida del programa de revestimiento y "cuación /.0/. "l uso de la "cuación /.0/ nos daD 1I / *ulg. P>.>>>4520?>32/>.=3 Q e >.>>>45
Figura #.&& 1 )Qemplo -i6uQos Tiempo de Per(oración para el Zrea del Sur de 'hina
\
0.4>4a 1i 0
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A
TAB0A #.% 1 ),ISTS -) 0A B'A -)0 A)A S5 -) '=I+A +Wmero de Broca / 0 4 5 = ; A ? @ /> // /0 /4 /5 /= /; /A /? /@ 0> 0/ 00 04
Pro(undidad (tC
Pro(undidad Media (tC
5A4 /,5?4 4,=A> 5,>?> 5,=?4 =,>@5 =,==0 =,?@4 ;,/>4 ;,40/ ;,=>A ;,AA4 A,>0= A,0;@ A,=>; A,;;A A,@5? ?,/A@ ?,5>5 ?,;0? ?,A== ?,@;> @,/5=
04A @A? 0,=0A 4,?0= 5,440 5,?4@ =,404 =,A04 =,@@? ;,0/0 ;,5/5 ;,;5> ;,?@@ A,/5A A,4?? A,=?A A,?>? ?,>;5 ?,0@0 ?,=/; ?,;@0 ?,?=? @,>=4
Tiempo de Broca horasC /.> =.> /?.= ?.> A.> A.> /5.> //.= @.> //.= @.> @.> @.= ?.> /;.> /0.> /5.> ?.> />.= //.> A.> />.> //.>
Tiempo Total de Per(oración horasC /.> ;.> 05.= 40.= 4@.= 5;.= ;>.= A0.> ?/.> @0.= />/.= //>.= /0>.> /0?.> /55.> /=;.> /A>.> /A?.> /??.= /@@.= 0>;.= 0/;.= 00A.=
ango Promedio de Penetración
TamaRo de =oyo pulg.C
5A4 0>0 //4 ;5 A0 A4 40 4> 04 /@ 0/ 4> 0A 4/ /= /4 0> 0@ 0/ 0> /? 0/ /A
/=.>> /=.>> /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= /0.0= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.=
TAB0A #.$ 1 )J)MP0 'A0'50 -)0 TI)MP -) IAJ) PAA )0 A)A S5 -) '=I+A
#C +Wmero de iaQe / 0 4 5 = ; A ? @ /> // /0 /4 /5 /= /; /A /? /@ 0> 0/ 00 04
4C Pro(undidad > 0,>>> 4,0>= 5,>=A 5,A/A =,0=; =,A// ;,/>= ;,5=0 ;,A;0 A,>54 A,0@@ A,=>> A,A0/ A,@0; ?,//? ?,0@? ?,5;A ?,;0A ?,AA@ ?,@04 @,>;/ @,/=>
7C Tiempo de iaQe horasC >.= 0.> 4.0 5./ 5.A =.4 =.A ;./ ;.= ;.? A.> A.4 A.= A.A A.@ ?./ ?.4 ?.= ?.; ?.? ?.@ @./ @.0
"sta ecuación se simplica aD t/d I / 2/.003 0.4>4a0
Pe
0.4>4a 21 Q /,>>>3 0
9C Tiempo de iaQe Acumulati.= 0.= =.A @.? /5.= /@.? 0=.= 4/.; 4?./ 55.@ =/.@ [email protected] ;;.A A5.5 ?0.4 @>.5 @?.A />A.0 //=.? /05.; /44.= /50.; /=/.?
:C Pro(undidad! < (tC
&C Pró3ima Pro(undidad de e
0,0@@ 4,0>= 5,>=A 5,A/A =,0=; =,A// ;,/>= ;,5=0 ;,A;0 A,>54 A,0@@ A,=45 A,A0/ A,@0; ?,//? ?,0@? ?,5;A ?,;0A ?,AA@ ?,@04 @,>;/ @,/@0
0,>>> A,=>> A,=>> A,=>> A,=>> A,=>> A,=>> A,=>> A,=>> A,=>> A,=>> A,=>> @,/=> @,/=> @,/=> @,/=> @,/=> @,/=> @,/=> @,/=> @,/=> @,/=>
E"em$lo &.2
G/\ ...................
&ultiplicar el número de brocas por /,>>> pies 9 /b@, por el tiempo por via'e de ida y vuelta por /,>>> ft.
Calcular el tiempo requerido para el &ar del !rea del 7ur de China, est!n entre ?,>>> y @,>>> pies. #se las condiciones mencionadas en el "'emplo /.A. ?es$uesta2
"l tiempo promedio de via'e puede ser estimado usando la
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% "cuación /.0> para una profundidad media de ?,=>> pies. tt I 020.AB;>32?,=>>3 I ?,=>> pies 2 @> 3 "l tiempo de perforación requerido para perforar de ?,>>> y @,>>> pies es determinado mediante el uso de la "cuación /.00D td I e >.>>>45? 2?,>>>3 J/I ;5.; horas. 2>.>>>4530?> *or lo tanto, el número de brocas requerido entre ?,>>> y @,>>> pies esD 9/b I t/d I ;5.; I ;./= tb />.= La multiplicación del tiempo de via'e por cada via'e por el número de via'es requeridos ?.=2;./=3I=0.4 horas "sto se compara favorablemente con el tiempo de via'e requerido entre A,@0; y ?,@04 pies calculado en el "'emplo /.A. 1e la :abla /.@, el tiempo de via'e por cada /,>>> pies es mostrado serD
puede ser debido a problemas de perforación inesperados, tales como , la contaminación del lodo, circulación p)rdida, sartas de perforación atoradas, sartas de perforación rotas, roturas del revestimiento, etc. "stos costos no previstos no pueden ser predicados con ningún grado de precisión, y en algunos casos no est!n incluidos en un costo estimado original. Los requerimientos para fondos adicionales deben de ser presentados cuando un problema signicativo sea encontrado. 7in embargo, las decisiones económicas de alto rango concerniente a un programa de perforación en un !rea determinada incluye los costos promedio debido a problemas de perforación. "n las !reas donde la resistencia de la formación es ba'a, el tiempo utiliado en perforar y separar, podrían ser solamente la mitad o el tercio del tiempo total requerido para terminar el poo. "n la tabla /./> se muestra un detalle de tiempo por fallas de una operación de perforación mar adentro en Louisiana, un poo perforado a />,>>> pies usando una pequeña plataforma con la torre. ]nicamente el 4;K del tiempo requerido para perforar y completar este poo fue usado en perforar y separar para el cambio de brocas. &!s o menos el AK del tiempo fue usado WpescandoX partes de la sarta de perforación en el hoyo.
TAB0A #.#@ )J)MP0 A+Z0ISIS TI)MP -) T) PAA T)S 0I'ITA-AS
/44.= J ?0.4 I =/.0 horas. peración de Per(oración
%dicionalmente a predicar las horas requeridas para las operaciones de perforación y separación, los tiempos requeridos para otras operaciones planeadas de perforación tambi)n deben de ser estimadas. "stas operaciones adicionales de perforación, usualmente pueden incluirse dentro de las siguientes categoríasD 2/3 preparación ubicación de poo, 203 movimiento de la torre y construcción de la misma, 243 evaluación de la formación y estudios de la boca del poo, 253 colocado del revestimiento, 2=3 termino del poo, 2;3 problemas de perforación. "l costo asociado con la preparación del terreno para el poo y mover la torre a la ubicación dependen principalmente en el terreno, la distancia a ser movida, y el tipo de torre usada. "l costo de la evaluación de formación depende del número y el costo del diario del perforador y horarios de pruebas, m!s el tiempo de la torre requerido para condicionar el
*erforación 7eparación *reparación :orre "valuación de la ormación y estudios del hoyo Colocación del revestimiento :)rmino del *oo *roblemas de *erforación 2total3 Condicionamiento de Lodo ....../54 6peraciones Control de *oo ... /0 6peraciones de *esca ............/=0 Clima 1icultoso .................... @A eparaciones de :orre ........... 0> Logística ............................... 0;
:otal
Total e*uerid o horasC 4=/ 4?? 45?
Fracción de Tiempo >./A >./@ >./A
/>4 /@@
>.>= >./>
0// 5=>
>./> >.00
0,>=>
/.>>
)Qercicios /./ La siguiente información fue obtenida de un motor de diesel que estaba operando en un freno prony. elocidad del Motor /,0>> /,>>> ?>> ;>> a.
Torsión (tl6(C /,5>> /,==> /,;=> /,A>>
'onsumo de 'om6usti6le galGhrC 0=.4 /@.A /=.A /0./
Calcular la potencia del freno para cada ?es$uesta2 velocidad del motor. &M.&M,+M=.&,+=&., &M9.+ $..
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A !.
Calcular la ecacia total del motor para cada velocidad del motor. ?es$uesta2 <.+=, <.+K,
/./>
<.+MK, <.+M.
Calcular el consumo del combustible en galones por día para una velocidad promedio del motor de ?>>rpm y traba'o por día de /0 horas. ?es$uesta2 &.9 gal8H. /.0 Calcular la tensión en el cable de perforación cuando una carga de =>>,>>> lbf es elevada por medio de ;, ?, />, y /0 cables entre la polea 'a y la polea via'era. c.
?es$uesta2 M=, 9KN K9,&JN J&,K+N =9,&& l! ƒ
/.4 #na torre debe de elevar una carga de 0>>,>>> lbf. Los motores pueden proporcionar una energía entrante m!+ima de ?>>hp. 1ie cables son 'alados entre la polea 'a y la polea via'era, y la línea ahogada es amarrada a una pata de la torre en el lado de la puertaGv. 2ig. /./A3 a. Calcular al tensión est!tica en el cable de
/.//
?es$uesta2 J.+ ft.
*ara las dimensiones dadas de un tambor de motor en el "'ercicio /.@, y una tensión del cable de perforación de =>,>>> lbf, comparar la torsión del motor cuando el tambor esta casi vació a la torsión del motor cuando el motor contiene = vueltas. ?es$uesta2 J=,&<9 ft-l!f, #acíoN =,M ft-l!f con <= #ueltas.
:ome en consideración una bomba triple que tiene ; pulgadas y // pulgadas de revestimiento, pulsaciones operando a /0> ciclos B minuto y una presión de descarga de 4,>>> psig. a. Calcular el factor de bombeo en unidades de galones B ciclo al />>K de ecacia volum)trica. ?es$uesta2 9,<M galones 8 ciclo. !.
Calcular el rango de
perforación cuando el movimiento ascendente es inminente. ?es$uesta2 +9,JM& l!f. !. Calcular el m!+imo poder de gancho disponible. ?es$uesta2 J9$. c. Calcular la m!+ima velocidad de elevación. ?es$uesta2 &
/.5 Calcular el mínimo de tiempo requerido para enrollar un cable de />,>>> pies, con un peso de /lfbBpies a la supercie usando un motor a />Ghp. ?es$uesta2 &=&.= min. /.= #n cable de perforación de /.0= pulgadas tiene una resistencia nominal a la ruptura de /4?,?>> lbf. #na carga de =>>,>>> lbf es prevista en un traba'o de revestimiento y un factor de seguridad basado en condiciones est!ticas de carga de 0.> es requerido. 1eterminar el mínimo número de cables entre la polea 'a y la polea via'era que puede ser usada. ?es$uesta2 &<. /.; #n perforador esta 'alando una sarta de perforación atorada. La torre tiene la capacidad de soportar un carga equivalente m!+ima de torre de =>>,>>> lbf, el cable de perforación tiene una resistencia de =/,0>> lbf, y la resistencia de la sarta de perforación en tensión es de 4@;,>>> lbf. 7i ocho cables son 'alados entre la polea 'a y la polea via'era, y los factores de seguridad requeridos para la torre son de 0.>, la tubería de perforación, y el cable de perforación, qu) tan fuerte puede 'alar el perforador tratando de liberar la tubería atoradaH ?es$uesta2 &JJ,JJK l! ƒ /.A #na torre acelera una carga de 0>>,>>> lbf de cero a ;> piesBmin. en = segundos. Calcular la carga mostrada en el gancho indicador de la carga. ?es$uesta2 +<&,+9+ l!f. /.? #na carga de 5>>,>>> lbf es ba'ada una distancia de @> pies usando los frenos au+iliares del motor. Calcular el calor que debe de ser disipado por el sistema de enfriamiento. ?es$uesta2 9J,+& tu.
/.@ "l tambor de un motor tiene un di!metro de 4> pulgadas, un ancho de =;.0= pulgadas, y contiene /.0= pulgadas de cable de perforación. Calcular la longitud apro+imada del cable al primer punto.
c.
Calcular la energía e+pandida por cada pistón durante cada ciclo y la energía de bombeo desarrollada. ?es$uesta2 KK,K=9 ft-l!f ciclo 8 cilindroN 9 /P.
/./0 #na bomba doble de doble acción con ;.= pulgadas de revestimiento, 0.= pulgadas de varillas, /.? pulgadas de pulsaciones, estaba siendo operada a 4,>>> psig y 0> ciclos B minuto por /> minutos con el pistón de succión asilado del pies de largo, fue observado ba'ar /? pulgadas durante este periodo. Calcular el factor de bombeo, ecacia de la bomba volum)trica, la fuera hidr!ulica desarrollada por la bomba. /./4
?es$uesta2 K,=9 galones 8 cicloN <.+N +K9.M $.
#na bomba de /,>>> J hp puede ser operada a una ecacia volum)trica del @>K. *ara esta bomba la m!+ima presión de descarga para varios tamaños de revestimiento es deD TamaRo de e A.0= A.>> ;.A= ;.=> ;.>>
M?3ima Presión de -escarga psigC /,@/A 0,>;? 0,00@ 0,5/? 0,;4= 4,/=4
1ibu'e las posibles combinaciones del rango de >> pies de = pulgadas, /@.=G lbmB pies de tuberías de perforación y /,>>> pies de cuello de tubería teniendo 4.> pulgadas de $1. Calcular los siguientes ítemD a. Capacidad de la tubería de perforación en barriles. ?es$uesta2 &=M. !!l. b. Capacidad del cuello de la tubería en barriles. ?es$uesta2 .K !!l. c. 9úmero de ciclos de bombeo requeridos para bombear lodo a la supercie a la broca. La bomba es doble de doble acción con ;.= pulgadas de revestimiento, 0.= pulgadas de varillas, /;.= pulgadas de pulsaciones, y su ecacia de operación volum)trica es deD ?=K
*6C"76 1" *"6%C$69 6:%$% ?es$uesta2 &,&J9 ciclos.
d.
e.
f.
"l desplaamiento de la tubería de perforación en bblBpies. ?es$uesta2 <.<
%negligencia
erramientas
"l desplaamiento del cuello de la tubería en bbBpies. "l 61 del cuello de la tubería en ?.> pulgadas. ?es$uesta2 <.<=9!!l8$ies
La p)rdida en el nivel del cables de tuberías de
registros de desempeño de la broca de poos cercanos. Los registros de perforación de tres brocas se muestran aba'o, para una sección esquistosa y gruesa encontrada a /0,>>> pies. 1eterminar cu!l de las brocas da el menor costo de perforación si el costo de operación de la torre por hora es de Y/,>>> B hora y el tiempo de via'e es de /> horas. "l tiempo de cone+ión esta incluido en el tiempo de rotación mostrado aba'o.
perforación son 'alados sin llenar el hoyo. "l $1 del revestimiento en el hoyo es de />.= pulgadas. ?es$uesta2 J9 $ies. g. La p)rdida en el n ivel de
i.
Broca
% F C
?es$uesta2 &< $ies.
"l cambio en el nivel de pies de largo, asumiendo que el hoyo es llenado despu)s de 'alar los /> cables de tubería de perforación. ?es$uesta2 +.= $ulgadas. "l cambio en el nivel de cables de tubería de perforación. ?es$uesta2 .J $ies.
/./@
'osto de Broca C A>> 5,>>> ?,>>>
Inter
Tiempo de otación horasC @ ;0 /=4
/>; 5/= @/0
?es$uesta2 roca %O&.& 8 $ie'
Los rangos de penetración usando gas, espuma, y lodo en un !rea de /> pies B hora, = pies B hora, y / pie B hora, respectivamente. 7i es usado el gas, cada ona de agua encontrada deber! ser sellada. "l costo del tratamiento del taponamiento es de Y0,>>>, y 0= horas del tiempo de la torre son necesarias para completar la operación de sellado. "l costo normal de operación para la perforación con aire es de Y0>> por hora. "l uso de agentes espumantes requiere de Y;> por hora adicionales. "l costo normal de operación cuando se usa el lodo es de Y/;> por hora. 7in importar el >>. "l promedio de vida de la broca es de 0= horas y el tiempo promedio de via'e es de ; horas. 1eterminar cual de los >> pies de perforación y si cinco onas de agua son encontradas cada /,>>> pies perforados. ?es$uesta2 el gas es
/./= "l registrador de lodo, coloca una muestra de carburo de calcio en la sarta de perforación cuando la cone+ión es hecha. "l carburo de calcio reacciona con el lodo y forma gas acetileno. "l acetileno es detectado por el detector de gas en el separador de lodo despu)s de bombear 5,=>> pulsaciones. La sarta de perforación esta compuesta de @,=>> pies de = pulgadas, /@.= lbmBpies de tubería de perforación y =>> pies de cuellos de tubería de perforación teniendo un $1 de 0,?A= pulgadas. La bomba es una doble de doble acción, con un revestimiento de ; pulgadas, varillas de 0 pulgadas y pulsaciones de /5 el me"or $ara am!os casos %O=.< $or $ies pulgadas, así mismo, opera a una ecacia OJ.< $or $ie'. volum)trica del ?>K. /.0> La tubería que esta siendo recobrada de un a. "stimar el número de ciclos de bombeo intervalo del hoyo tiene un valor de Y4> por requeridos para mover el gas desde la pie. "n el promedio, 0> horas del tiempo de supercie a la broca. ?es$uesta2 &,9<< la torre debe de ser usado para recobrar 0>> ciclos %negligencia de!ido a caída de gas' pies de la tubería. "l costo por pie para b. "stimar el número de ciclos de bombeo ubicar el poo y volver a perforar el requeridos para mover el gas desde la intervalo malo del hoyo sería de broca hasta el separador de lodo. apro+imadamente Y /=> por pie. Las ?es$uesta2 ,&<< ciclos. operaciones de pesca son rentables en un c. 7i el rango de penetración de la broca es costo de operaciones promedio de Y=>> por 0> pies B hora y la velocidad de bombeo es hora y con un costo por abandono del hoyo de ;> ciclos B minuto, cuantos pies son malo de apro+imadamente Y= por pieH perforados por la broca antes de que el gas ?es$uesta2 $escar es la me"or alternati#a salga de la formación de la roca destruida %O=< $or $ie'. por la broca, via'e desde la broca hasta la /.0/ %suma que Ci representa el costo promedio supercieH ?es$uesta2 &K.+ $ies. paral los poos perforados ni, a una /./; 1iscutir las funciones del siguiente equipo profundidad media 1i, y que Ci varia de perforación marinoD elevador marino, cola e+ponencialmente apro+imadamente con la con'unta, dispositivo tensor neum!tico, profundidad, tal como la siguiente e+presión cone+ión de rebote, desliamiento con'unto, inclinómetro del cable tensor. C3 ae!H /./A #n dispositivo tensor neum!tico es puede ser usado para una curva de a'uste @, dispuesto tal como se muestra en la igura valores observados de @i, Ci, Hi . 7i /.;5 y tiene un pistón de /> pies. ^Cu!nto nosotros denimos un error residual i, movimiento vertical en el buque es como permitido usando este dispositivoH ?es$uesta2 9< $ies.
/./? #n programa de broca recomendado esta siendo preparado para un nuevo poo, usando los es posible determinar las constantes a y ! usando los valores observados @ , de ni, Hi Ci, de tal forma que la suma de los residuos
ri 3 ni ln Ci C
I+,)+I)HA -) P)FA'I/+ AP0I'A-A Broca +o.
Pro(undid ad piesC
Tiempo horasC
TamaRo de Broca pulgadas C
tengan un mínimo valor. La e+presiones derivadas para a ! que resultan en un valor mínimo de
/.00 %plicar la e+presión para a y b derivados en el "'ercicio /.0/ para obtener una curva de a'uste menos cuadrada del costo te termino de poo del !rea del 7ur de Louisiana, la información es dada en la :abla /.A para profundidades del poo menores a A,=>> pies. /.04 Completar lo siguiente usando el costo vs. la profundidad de acuerdo a la información brindada en la :abla /.A para hoyos secos perforados en el !rea del 7ur de Louisiana en /@A?. a. #n dibu'o de costos vs. profundidad en papel cartesiano. !. #n dibu'o de costos vs. profundidad en papel semilog. c. 1eterminar un grupo de constantes a y b de la "cuación /./A que permitan una curva de a'uste de esta información. ?es$uesta2 O=M,9<< <.<<<
/.05 Los registros de broca siguientes fueron obtenidos en base a un poo perforado en &averic Country, :e+as. Broca +o.
/ 0 4 5 = ; A ? @ /> // /0 /4 /5 /= /; /A /? /@ 0> 0/ 00 04 05 0= 0; 0A 0? 0@ 4> 4/ 40 44 45
Pro(undid ad piesC =>> /,@0= 0,=0; 0,?@= 4,/AA 4,5=0 4,@4A 5,0?; 5,;0/ 5,@A4 =,/A/ =,0@? =,505 =,=5@ =,;0= =,A54 =,?;4 ;,>>; ;,/=? ;,45> ;,;>0 ;,A?4 ;,@A? A,/;= A,0@0 A,4?; A,=0? A,;4A A,A5/ A,A@= A,?== A,@/A A,@?? ?,>;>
Tiempo horasC 0.> /=.> /5.@ 0>.0 0;.4 04.0 [email protected] 0A.4 0?.0 4/.4 /@.5 /=.@ /=.@ /=.A /4.? /=.? /?.@ /;.0 /?.5 0A.4 0@.? 04.@ 0;.5 0A.4 0/.= 0>.= 0;.= 00.? 04.? /A.0 0;.5 0;.@ 0;.? 0=.?
TamaRo de Broca pulgadas C /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /A.= /0.> /0.> /0.> /0.> /0.>
4= 4; 4A 4? 4@ 5> 5/ 50 54 55 5= 5; 5A 5?
?,5@5 ?,;/5 ?,;;@ ?,A4A ?,A50 ?,AA? @,;;/ @,?A5 @,@A4 />,>/; />,0/@ />,5>? />,=A= />,;;/
0A>.> 4=./ /@.> [email protected] 4.5 ?.= /[email protected] ;=.> 4>.> //.? ;5.A =A.0 ;/.0 4;./
/0.> /0.> /0.> ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.= ?.=
1ibu'ar profundidad vs. tiempo de rotación para este poo. !. "valuar el uso de la "cuación /./@ en esta !rea. c. %sumir que la torre puede 'alar cables triples a un tiempo promedio de 5 minutos por grupo de cables, dibu'ar el tiempo del via'e por via'e vs. profundidad. a.
?es$uesta2 tt3 <.<<&9 H.
#sando los registros de la broca, hacer un dibu'o del tiempo total de via'e vs. profundidad. e. Comparar el desempeño de las brocas 45 y 4=. %sumir un costo de operación diario de Y?>> por hora, pero únicamente puede 'alar cables dobles. Las otras torres cuestan Y /,>>> por hora, pero pueden 'alar cables triples. "n esta !rea [ es 0>> pies B hora y 0.4>4_0 es >.>>>5. "l tiempo requerido para 'alar un grupo de cables es de 5 minutos para ambas torres. Considerando únicamente los costos de las operaciones de separación, cu!l torre sería la me'or para un poo perforado A,>>> piesH Tay que asumir una vida promedio de la broca de /> horas para todas las brocas y revestimientos de profundidad de =>> y 0,>>> pies. d.
?es$uesta2 orre ri$le %O&=&,+<< #s. O&&,9<<'.
